A XXI. századi talajtakarás már biológiai

A 21. századba érve megfigyelhetjük, hogy mezőgazdasági termőtalajaink évről évre különböző káros és erős fizikai hatásoknak vannak kitéve, elsősorban a sűrűsödő természeti, időjárási anomáliák következményeként. Sajnos a talajt művelők közül sokan nem érnek rá ezeket a feladatokat felismerni, illetve a zsebeiket forintálisan érintő, káros hatásokat tudatosan megelőzni vagy elkerülni. Az egyre intenzívebbé váló növénytermesztés mentén a termőtalajok óvása, napi szintű védelme a gyakorlatban háttérbe szorult, pedig – legyen az balkonláda, kiskert vagy szántóföld – többféle megoldás és gyakorlat is létezik.

A talajtakarás vagy mulcsozás a talaj és a növények védelmét szolgálja

Az aszályt, a vízhiányt, a hőstresszt most sem kell bemutatni a hazai termelőknek. Az idei búzaszemek egy része „beszorult”, és a termés mennyisége ezeken a területeken lecsökkent. A júliusi esők sok helyen még adtak némi esélyt a már majdnem eltemetett kukoricáknak és az alig térd felett virágzó napraforgónak is.

E sorokat a nyári tarlóhántás idején írva izgulunk a talajokért:

A szalmát szétterítik-e szalmakalapnak a talajokon, hogy védje azokat, őrizze a nedvességet és a később lehulló csapadékot, vagy?
A növények által megkötött CO₂-t újra visszakergetjük a légkörbe, az erőművekben?

Ott, ahol a talajt takarva tartva, mulcsba vetettek az ősszel vagy idén tavasszal, sokkal jobb a helyzet, hisz a talaj folyamatosan oltalmat kapott az elővetemény visszamaradt maradványaitól. Ha viszont az égi áldás nagy mennyiségben és hirtelen érkezik, akkor a talajromboló hatását sok helyen nem tudják megakadályozni, legfeljebb szemlézni.

A talajerózió a talaj csapadékvíz vagy öntözés által kiváltott eróziója. E folyamat során a talaj anyaga elmosódik, csökken a tápanyag- és humusztartalma, romlik a talajszerkezet, ezáltal jelentősen csökken a talaj termőképessége. A felszínen lefolyó csapadékvíz erózióját nevezik talajeróziónak, de kutatások azt bizonyították, hogy az esőcseppek felszíni becsapódása (csepperózió) és a talajban szivárgó víz oldó hatása (oldásos erózió) is okoz szerkezetrombolást, illetve anyagveszteséget, ezáltal csökkenve a talaj termőképességét. Hatásának elsősorban a növényzettel nem borított talajfelület van kitéve, amit a domborzati viszonyok (például meredek lejtők) fokoznak.

A talajok termékenységének és mennyiségi pusztulásának egyik legfontosabb mutatója a talaj vízgazdálkodása. Ideális esetben a talaj a felszínére hulló csapadékot magába fogadja és el is tárolja, hogy a növénynek a tenyészidőszak folyamán kellő mennyiségű nedvesség álljon rendelkezésére.

Hazánkban a klímaváltozás egyik meghatározóbb tünete a szélsőséges csapadékesemények visszatérési valószínűségének jelentős növekedése. Ennek értelmében az eddig esetleg hónapok alatt lehulló csapadékmennyiség gyakran pár óra alatt hullik le, aminek talajba történő vezetése és ottani megtartása kulcskérdés.

Talajfelszíni biológiai kéreg

A talajok felszí ni rétegében kialakuló, változatos faji összetételű biológiai kéreg (Biological Soil Crust – BSC) nagyszámú természetes, illetve az emberi tevékenység által befolyásolt ökoszisztéma szinte észrevehetetlen, ám fontos szereppel bíró részét képezi. Változatos környezetben a sivatagoktól kezdve a magashegyi és sarkvidéki régióig, valamint a másodlagos szukcessziós folyamatokkal érintett antropogén területekig bezáróan találkozhatunk képviselőikkel.

Kialakításukban:

különböző baktérium-, cianobaktérium-, alga-, gomba-, moha- és zuzmófajok vesznek részt változó, az adott terület ökológiai adottságai által meghatározott arányban és egyedszámban.
Szárazabb környezetben cianobaktérium-fajok,
nedves körülmények közö tt az algák, mohák,
mérsékelt éghajlat alatt a fajgazdagabb életközösségek,
emberi tevékenység által bolygatott területeken pedig főleg különböző alga- és cianobaktérium-fajok előfordulása a meghatározó.

A BSC-k ökológiai jelentősége

A bolygatást követő kolonizációval meginduló szukcessziós folyamatok pionírjaként a BSC-k úttörő szerepet játszanak a felszín (talaj, talajképző kőzet):

stabilizálásában,
a szerkezetességének kialakításában,
a víz- és szélerózióval szembeni érzékenységének mérséklésében,
a szervesanyag-akkumuláció megindításában (N- és C-kötés),
a vízbefogadó és víztározó képesség javításában,
illetve a tápanyagkészletek növelésében.

Fonalas talajalgák mikroszkópos képe (forrás: SMITH et al., 2004)

A BSC-k ökológiai jelentőségét egy tes megindítása képezi, amelynek hátterében a földfelszín kellően aprózott ásványi részeinek a BSC egyes fajai által termelt szerves vegyületek (úgynevezett exopolimerek: főként szénhidrátok, lipidek, fehérjék), valamint más fajok fonalas szerveződésű gomba és algafonalak hálózata) általi összekapcsolása (szerkezetképzés), a szerves és ásványi tápanyagok felhalmozódása, illetve a vízgazdálkodási tulajdonságok jelentős javulása áll. A fonalas talajalgák gomba- és baktériumsejtekkel együttműködésben biofilmkéreg kialakításával védik a talajfelszínt a kiszáradástól, növelve a víztartó képességet és a stabil talajaggregátumok számát, és így az eróziótól is védik. A legelterjedtebb és nagy ökológiai képességű Charophyta csoport tagjai a talajkéregalkotó Klebsormidium fajok levegőn szaporodóképes fonalas zöldalgák, amelyek Közép-Európa réti és erdei talajain egyaránt szaporodóképesek.

A talaj felső 5–20 cm-es rétegében 10 °C alatt és 20–30 °C között egyaránt megtalálhatók és elterjedtek. Kiemelkedő rehidratációs és dehidratációs képességük miatt jól tolerálják a kiszáradást, és az újranedvesedett környezetben gyorsan szaporodásnak indulnak.

Klebsormidium fonalas zöldalgák (fotó: Albitech Kft.)

A talajalgák, mint talajkéregképző, talajkolonizásló mikroorganizmusok

A Klebsormidium bilatum talajalga kérget képez a talajban található baktériumokkal, algákkal és gombákkal. Az együttélés BSC-védelmet és tápanyagokat biztosít a talajban élő baktériumoknak, amelyek így képesek sokkal nagyobb denzitást elérni, és a sejtek közti kommunikációt is javítja (Donner, 2017).

A talajban szétterjedve fonalas szaporodásával és a talajfelszín kolonizálásával, valamint, EPS-termelésével, a talajszemcsék aggregálásával lassítja a talaj kiszáradását és erózióját, jelentős mennyiségű értékes és különleges – a növényi élethez szükséges – esszenciális lipideket és fehérjéket, aminosavakat tartalmazó élő biomasszát is képezhet, kb. 500–2 000 kg nedves tömeg/ha/évmennyiségben, miközben CO2 fixálására képes, mint fotoautotróf szervezet (Futó és Kutasi, 2020).

A levegő CO₂-tartalmából friss, élő biológiai talajtakaró

A biológiai úton történő CO₂-kötést nagy figyelem övezi, mint alternatív stratégiát, mivel a fotoszintetizáló szervezetek szén-dioxid-kötése biomassza-növekedéssel is jár. A CO₂ biológiai úton történő megkötésére növények, valamint fotoszintetizáló mikroorganizmusok képesek. Azonban a konvencionális, szárazföldi növények lassú növekedése nem teszi lehetővé jelentős mennyiségű CO₂ megkötését. Ezzel szemben a mikroorganizmusok egy csoportja, a gyors növekedésre képes mikroalgák akár 10–50-szer hatékonyabban képesek a fényenergia megkötésére (Wang et al., 2008). Az egy hektáron elszaporodó több száz kilogramm szárazanyag-mennyiségű Klebsormidium biomassza CO₂-megkötő képessége nem elhanyagolható, így a klímaváltozást okozó, a légkörben felszaporodó CO₂ mennyiségét csökkentő hatást is fog kifejteni.

Egyes modellkísérletek szerint a biomassza szárazanyag-tartalma napi 430 g nedves tömeggel nő 350 liter szén-dioxid megkötésével, így egy hektárnyi egy év alatt megképződő akár több tonna SAP (Soil Algae Product) biomassza nagy mennyiségű szén-dioxid megkötésére képes évente, ami több százezer hektár beoltott szántóföld, rét vagy sztyeppesedő, sivatagosodó terület esetén több millió tonna a talajban megkötött szén-dioxidnak felel meg. Nem lehet jobban hangsúlyozni, hogy a talajszárazodás és kivédése és a növényi hozamok növelése mellett ennek a sztyeppesedő, elsivatagosodó területeken elterjedő Klebsormidium talajkezelő technológiának óriási karbonlábnyom-csökkentő – optimális laboratóriumi körülményű in vitro kísérletek alapján hozzávetőlegesen akár évi ~80 t/ha CO₂-mennyiségben – hatása lesz. A további kisparcellás és nagyüzemi szántóföldi széndioxidelnyelés-mérési kísérletek már folyamatban vannak.

Árnyékban fejlődő algabevonat (fotó: Szarvas-dűlő, Zsigrai, 2020)

Tokaj Kopasz-hegyi kísérletek a löszös talajon bebizonyították a Klebsormidium talajalga biológiai talajtakarását és erózió elleni védelmét 2020-ban

Az egységnyi felületről egységnyi mennyiségű elfolyó víz – melyet mesterséges esőztető berendezéssel juttatunk ki – által erodált talajmennyiség terén szignifikáns (p<0,01) kezeléshatásokat tapasztaltunk. A májusban kijuttatott, de a talajba nem bedolgozott Klebsormidium esetében alakult legkedvezőbben e paraméter értéke, ami a kontrollhoz viszonyítva a talaj erózió érzékenységének kb. 45%-os mértékű csökkenését jelezte. A déli kitettségű sorközök néhány cm magasságú és mintegy 50%-os takarást biztosító növényzetének hatására kialakuló párásabb felszínközeli mikroklíma és a hosszabb ideig nedvesen maradó talajfelszín kedvező körülményeket biztosított az algafonalak fejlődéséhez. Ennek eredményeként jóval kiterjedtebb és fejlettebb algafilm alakult ki a talaj felületén. A kísérletek együttes elemzése során megállapítható, hogy az egységnyi felületről egységnyi mennyiségű elfolyó víz által erodált talajmennyiséget a kezelések átlagában a Klebsormidium talajalga 27%-kal mérsékelte a kontrollhoz viszonyítva. A biológiai talajtakarás indokoltsága tehát beigazolódott. A talajba munkálás nélküli májusi kijuttatás volt a legkedvezőbb, mert a kontrollhoz viszonyítva a talaj erózióérzékenységének hozzávetőlegesen 45%-os mértékű csökkenését okozta (Zsigrai, 2020).

BSC-kéreg minták

Klebsormidiummal kezelt

és a kontroll terület

Tavaly a Zala megyei szántóföldi kukoricavetésterületen végzett mesterséges esőztetős kísérletek is hasonló eredményt mutattak a biológiai talajtakarásról

A kísérletben a mesterséges esőztetés okozta talajveszteséget is vizsgáltuk. A Klebsormidium talajalgával kezelt területről mért talajveszteség 34,7–51,4%-kal kevesebb – függően a terület lejtésétől (1-5% között volt) –, mint a kontroll területen.

Daoda Zoltán, Futó Péter, Kutasi József