Ugrás a tartalomhoz

Ökológia

Dr. Horváth Balázs, Pestiné dr. Rácz Éva Veronika (2011)

A talaj

A talaj

A talaj nem élettelen ásványianyag-tömeg, hanem egy élő rendszer, amely abiotikus és biotikus részekből áll. Kialakulásához legalább 10 000 évre van szükség. Azon túl, hogy gazdag talajéletnek ad otthont, a legtöbb kulcsfontosságú elem (N, P, S, C stb.) körforgásának is nélkülözhetetlen színtere.

A talaj keletkezése a kőzetek fizikai mállásával, aprózódásával kezdődik. Ezt gyorsíthatja a hőingás, a fagy, a sókiválás feszítő hatása, a rétegnyomás csökkenése vagy épp növekedése. A fizikai aprózódás körülbelül 0,01 mm-es szemcsék kialakulásáig hatékony. Folyamat során a kőzet kémiai tulajdonásgai nem változnak meg, csupán aprózódás történik. A következő lépésben a kémiai mállás jut fő szerephez, amely a nagy fajlagos felületűvé vált kőzetanyagot oxidációs, hidratációs, hidrolitikus, oldásos folyamatok során kémiailag átalakítja (utóbbira példa a mészkő oldódása szénsavas víz hatására). Az így keletkező agyag Fe- és Al-hidroxidokból, kovasavból álló kolloid részecskék együttese. A talajképződés folyamatát a biológiai mállás fejezi be (ami valójában a fizikai aprózódással és a kémiai mállással együtt zajlik), amelynek során élőlények, elsősorban növények maradványaiból sötét színű, lignint, cellulózt, fehérjéket és egyéb nagy molekulájú szerves anyagokat tartalmazó anyag, humusz jön létre. A kémiai mállás során keletkezett szervetlen kolloid részecskékkel együtt ez alkotja a talaj élettelen anyagát. A humusz tehát az elpusztult élőlények szerves anyagainak lebontásakor létrejövő köztitermékek összefoglaló neve. A lassú lebontási folyamat végén természetesen szén-dioxid és víz képződik, de mivel a humuszmolekulák belső struktúrája igen stabil, ez több ezer évet is igénybe vehet. Közben a felső talajrétegre újabb és újabb szervesanyagrétegek kerülnek a frissen elpusztult növényekből, így a humusz kora lefelé haladva egyre nő, és minél idősebb a réteg, a folyamatos bomlás miatt annál kisebb az össztömege. (A talaj humusztartalma ennek megfelelően lefelé erősen csökken.) A lassú enzimreakcióknak köszönhető, hogy a talaj, mielőtt humusztartalma teljesen elbomlana, különféle élőlények változatos seregének élőhelye lehet. A Föld talajaiban található humuszanyagok összes tömege hozzávetőlegesen 2,5 x 1012 tonna, ami nagyjából egyenlő a földfelszín teljes biomasszájának tömegével. Talaj tehát csak élőlények közreműködésével képződhet, anélkül csak kőzetmálladék borítaná a földfelszínt, mint az élettelen bolygókon.

A talaj függőleges metszetén, a talajszelvényen a talaj több egymás alatti rétegre különíthető. A legfelsőt „A” szintnek hívjuk, alatta helyezkedik el a „B”, majd a „C” szint:

„A” szint: a legfelső réteg; gazdag talajélet jellemzi, sok szerves anyagot tartalmaz

„A” szint: a legfelső réteg; gazdag talajélet jellemzi, sok szerves anyagot tartalmaz

„C” szint: a legalsó réteg; maga az anyakőzet, vagy annak nagyobb darabjai tartalmazza, közöttük a fizikai és kémiai mállás különböző fokozataiban levő agyagos kőzettörmelékkel.

A talaj tulajdonságai

A talaj mechanikai összetételét az alkotó részecskék méretével és arányával jellemezzük.

A talaj három fő összetevője részecskeméret alapján:

  1. vázelemek: A talaj legnagyobb részecskeméretű (2 mm-nél nagyobb) frakciója

  2. finomföld frakció: a vázelemek és a kolloid mérettartomány közötti részecskék alkotják

  3. kolloid frakció 500 nm-nél kisebb részecskékkel; tömegükhöz képest óriási felületükön nagyon sok anyag, különböző ionok és vízmolekulák megkötésére képesek, ami a talaj termőképessége szempontjából nagy jelentőségű. A vályog- és agyagtalajok sok kolloidok tartalmaznak, ezért sok víz tárolására képesek; a homoktalajok víztároló képessége kis kolloidtartalmuk miatt sokkal kisebb. A kolloid frakció az anyag kémiai összetétele szerint két részre osztható, szervetlen agyagkolloidokra és szerves kolloid részecskékre.

A három frakció arányától függ a talaj vízmegkötő képessége, vízáteresztő képessége, valamint a kötöttsége.

A vízmegkötő képesség azt mutatja meg, hogy adott térfogatú légszáraz talaj hány cm3 vizet képes felületén megkötni

A kötöttség annak mértéke, hogy a talaj mekkora ellenállást képes kifejteni az őt érő mechanikai hatásokkal, talajművelő eszközökkel szemben. A kötöttség jellemzésére leggyakrabban az Arany-féle kötöttségi számot használják. Ez a szám azt adja meg, hogy egy bizonyos talajhoz mennyi vizet kell adni ahhoz, hogy egy meghatározott keménységet elérjen. A száraz talajok nyilván kemények, nehezen megmunkálhatók, kötöttek. Minél nagyobb egy talaj Arany-féle kötöttségi száma, annál több vizet kell felvennie ahhoz, hogy keménysége egy adott szintre csökkenjen – tehát minél nagyobb az Arany-féle szám, a talaj annál kötöttebb. A kötött talajoknak nemcsak a megművelése nehezebb, ezekbe a növények gyökere is nehezen hatol be (Fazekas-Szerényi, 2002).

A talajélet és a termőképesség szempontjából a morzsás talajszerkezet a legkedvezőbb. Talajmorzsákon néhány mm-es rögöcskéket értünk, amelyek között sok szabad tér van, azaz összpórustérfogatuk nagy. Ennek egy részét víz (elsősorban kapillárisvíz), másik részét levegő tölti ki. A megfelelő talajélethez mindkettőre szükség van, a jó talajban egyik sem foglal el túl sok helyet a másik rovására. A pórustérfogat szerkezeti jellemző, azt fejezi ki, hogy a szilárd részek által be nem töltött tér hány százaléka a talaj térfogatának. Előnyös a nagy pórustérfogat-érték, ekkor jó a talaj vízgazdálkodása és jó a levegőellátottsága.

A talajlevegő a légköri levegőtől eltérő arányban tartalmazza az egyes komponenseket: oxigénből kevesebbet, szén-dioxidból és vízgőzből jóval többet tartalmaz annál (a CO2-tartalom akár százszoros is lehet, míg az O2-tartalom általában fele a légkörinek).

A növények igényeinek megfelelő talaj (tehát nemcsak a talajlevegő) jellemző összetételét a 10. ábra mutatja:

A talaj víztartalmának egy része ún. gravitációs víz, amely szabadon elfolyhat, nincs semmihez kötve. A másik részt a kapillárisvíz alkotja, amely jobban a talajban marad, hiszen a kapillárisok vagy a kolloidok felületéhez kötődik. E kötődés ugyanakkor nem annyira szoros, hogy a növények ne tudnák könnyűszerrel felvenni. A harmadik csoportot a higroszkópos víz jelenti, amely a kolloid részecskék felületéhez olyan erősen kötődik, hogy a növények csak alig-alig képesek onnan elszívni; laboratóriumban is inkább csak hevítéssel távolítható el ez a víz.

A talaj összetétele a talaj hőmérsékletére is hatással van. A nagyobb víztartalmú talajok fajhője nagyobb, ezért ugyanolyan nappali besugárzás és éjjeli kisugárzás mellett kisebb hőingást szenvednek el. A kevés kolloidot tartalmazó, ezért kis vízmegkötő képességű homoktalajok ezzel szemben gyorsan felmelegszenek, de hamar le is hűlnek. A kolloidokban gazdag, nagy víztartalmú agyagtalajok a légkör nagy hőingása mellett is nagy hőállandóságot mutatnak.

A talaj kémhatása a nagyon savas pH=3-tól a nagyon bázikus pH=11-ig bármilyen értéket felvehet. Ha évente több csapadék esik, mint amennyi ugyanennyi idő alatt elpárolog, akkor a talajoldatban levő ionok, valamint a talajkolloidok (szintén a rajtuk kötött ionokkal együtt) lefelé mozognak, azaz a felszínről eltávoznak: a talaj kilúgozódik. Az ilyen típusú kimosódás a hideg éghajlatú területekre jellemző, és savanyú talajok kialakulását eredményezi. Hasonló savanyító hatással van a fenyőfélék lehullott tűleveleinek bomlása is a talajban.

Ha egy területen kevesebb csapadék esik, mint amennyi ugyanannyi idő alatt a felszínről elpárolog, akkor a talajionok felfelé vándorlása lesz jellemző, ami a felső talajréteg bázikussá válásának kedvez. Az így kialakuló szikes talajok sok Na- és K-iont tartalmaznak, és lúgos kémhatásúak.

Ha egy területen az évente hulló csapadék és az évente elpárolgó vízmennyiség nagyjából megegyezik, a talaj kémhatása a semleges tartományban lesz (pH≈7).

A talaj igen sokféle elemet tartalmaz különböző mennyiségben. A makroelemeknek nevezett alkotókban viszonylag gazdag (N, P, K, Ca, Mg, S, Si), de a sokkal kisebb arányban előforduló mikroelemek (B, Mn, Fe, Zn, Cu, Mo, Co) jelenléte is igen fontos, mind a talajélőlények, mind a növények, mind az azokat fogyasztó ember számára. Valószínűleg több egészségügyi probléma kialakulásáért is felelőssé tehető az a mezőgazdasági gyakorlat, hogy a termőföldekről minden évben eltávolított nagy tömegű termény rengeteg (mikro) elemet visz magával, amelyek közül alig pótolunk egyet-kettőt (N, P, K). A talaj így elszegényedik (elszegényedett) olyan mikroelemekben, amelyek az emberi szervezet működésében nélkülözhetetlenek. Ezek pótlására ásványianyag-tartalmú táplálékkiegészítő készítményeket ajánlanak, ám szedésük a problémát feltehetően csak részben oldja meg.

A talaj egyes növényi tápelemeinek túlsúlya (vagy hiánya) más-más fajoknak kedvez. A nitrofrekvens növények, pl. a nagy csalán (Urtica dioica), a tatárlaboda (Atriplex tatarica), a nagy útifű (Plantago major), a szőrös disznóparéj (Amaranthus retroflexus), a mezei sóska (Rumex acetosa), a hagymaszagú kányazsombor (Alliaria petiolata), a fekete bodza (Sambucus nigra) vagy a ragadós galaj (Galium aparine) a talaj magas nitrogéntartalmának indikátorai. A szilikátjelző növények, pl. a tőzegmohák (Sphagnum fajok), a csarab (Calluna vulgaris), az áfonya (Vaccinium fajok), a szőrfű (Nardus stricta), az erdei sédbúza (Deschampsia flexuosa), a seprőzanót (Sarothamnus scoparius) vagy az egynyári szikárka (Scleranthus annuus) savanyú, ásványi anyagokban szegény talajokon nőnek. A sótűrő növények pedig a talaj magas sótartalmát jelzik: sziki mézpázsit (Puccinellia limosa), bárányparéj (Camphorosma annua), sziki sóballa (Suaeda maritima), sziki útifű (Plantago maritima), sziki csenkesz (Festuca pseudovina), sziki szittyó (Juncus gerardi), sziki őszirózsa (Aster tripolium ssp. pannonicum), magyar sóvirág (Limonium gmelini subsp. hungaricum)

A talaj élővilága

A talajban számos, rendszertanilag sokszor egymástól távol álló taxonba tartozó faj igen sok egyede él, összefoglaló nevük az edefon. Rendszertanilag lehetnek Baktériumok, Egysejtűek, Növényszerűek, Gombák, Növények és Állatok is.

Egyesek (eukarióta egysejtűek, kerekesférgek, fonalférgek) a talajoldatban élnek, mások szárazföldiek, de nedvességigényesek (pl. ugróvillások, egyéb fonalférgek), megint mások kifejezetten szárazságtűrők (ászkák, hangyák). A legfontosabb talajélőlények azonban a baktériumok és a gombák. Előbbiek közül a nitrifikálók általában csak az 5,5-10 közötti pH-tartományban tudnak hatékonyan működni, nagyon savas kémhatásnál leáll a nitrifikáció, ami a nitrogén körforgásának zavarához vezethet. A baktériumok szerepe sokrétű: lebontók, felszabadítják a tápanyagokat, betegségeket terjesztenek vagy épp „semlegesítenek” (penicillin).

A talaj megfelelő kémhatása a növények számára is fontos. A Magyarországi edényes flóra határozója (Simon, 1992) egy ötfokozatú skálán (R érték) minden felvett fajról megadja az általa legjobban kedvelt kémhatás-tartományt.

A talaj megfelelő kémhatása a növények számára is fontos. A Magyarországi edényes flóra határozója (Simon, 1992) egy ötfokozatú skálán (R érték) minden felvett fajról megadja az általa legjobban kedvelt kémhatás-tartományt. A talajban található szerves anyag nagy részét humusz és a növényi gyökerek alkotják, mindössze 5%-át teszik ki a talajlakó élőlények, melyek közös neve az edafon. Francé (1913) eredeti meghatározásában csak a baktériumok, gombák, algák, egysejtűek, kerekesférgek, fonalférgek és medveállatkák tartoznak az edafon fogalmába, de később a fogalom értelmezése kiterjedt a talajt, mint élőhelyet benépesítő életközösség minden tagjára, a talaj-biocönózis egészére.

A fonálférgek a talajban a leggyakoribb állatok (őket egyedszámban csak a ma már nem állatoknak, hanem egysejtű eukariótáknak tekintett protozoák előzik meg). Elsősorban a nedves talajban élnek, ahol közvetlen átmenetet találunk a vízi fauna és a talajszemcsék közötti adhéziós vizet benépesítő fonálféreg-fauna között. Nagyságuk 0,5 és 2 mm közötti. Ásni nem tudnak, előrehaladásukban a talajkapillárisok vízkészletére vannak utalva. Ha a talaj kiszárad vagy a 3–4-es pH-érték alá süllyed, akkor nyugalmi, ún. anabionta állapotba kerülnek. Táplálkozásuk változatos, a detrituszevőktől a ragadozókig találunk köztük fajokat. Sok faj fogyaszt állati egysejtűeket és baktériumokat. Más fajok gombákkal táplálkoznak, így pl. a Dictylenchus nemzetség fajai szuronyszerűen kitolható szájszerveikkel megszúrják a vékony gombafonalakat, majd kiszívják a citoplazmát. Érdekes ugyanakkor, hogy fonálférgekre „vadászó” gombafajok is ismeretesek. Már több mint 100 éve feljegyezték, hogy az Arthrobotrys oligospora nevű gomba hurokszerű micéliumai fonalférgek foglyul ejtésére specializálódtak. Azóta számos mikroszkopikus gombáról derült ki, hogy táplálékforrásukat a fonálférgek képezik.

A gyűrűsférgek közül a gilisztákat (Lumbricidae) és televényférgeket (Enchytraeidae) érdemes megemlítenünk, melyek a földben aktívan járatokat fúrva élnek. A televényférgek többsége 20 mm-nél kisebb, és testük átmérője is kevesebb 1 mm-nél. Általában fehér színűek vagy átlátszók. Táplálékaik főleg mikroorganizmusok, de bélcsatornájukat kb. azonos arányban töltik ki a növényi maradványok, gombafonalak és az ásványi talajkeverék. Az avarszintben élő állatok előnyben részesítik az ugróvillások, atkák ürülékét és a gombákat.

A földigiliszták három ökológiai típusba foglalhatók össze: avarlakók, járatásók és ásványitalaj-lakók. Ez egyben vertikális eloszlást is jelent. Nagyon érzékenyen reagálnak a szárazságra. A kezdődő szárazság elől mélyebbre ásnak, majd kis csomóba összegöngyölődve vészelik át a kényszernyugalmi állapotot. A közép-európai fajok hőmérsékleti optimuma általában 10 °C körül van. Aktivitásuk 0 °C-nál gyakorlatilag megszűnik, a 25 °C-os meleget pedig a legtöbb faj még kedvező nedvességviszonyok mellett sem éli túl. A giliszták tápláléka főleg holt növényi maradványokból áll, zöld részeket csak ritkán fogyasztanak. A fenyőerdők talajának alacsony pH-ja és a rosszul lebomló tűalom gátlóan hat a giliszták fejlődésére. A földigiliszták gyakorlati jelentősége a talaj termékenységében részint a táplálék felvételében, emésztésében, részint pedig a járatok készítésében, a talaj alkotórészeinek összekeverésében, a talajszerkezet kialakításában van.

Az ízeltlábúak közül az ikerszelvényesek osztálya (Diplopoda) nagy faj- és egyedszámmal képviselteti magát a talajban. Teljes fajszámukat 12 000 ─ 80 000-re becsülik a világon. Életmódjukat tekintve talajlakók, többnyire növényi korhadékot esznek (bélbaktériumaik segítségével képesek a bontására), részt vesznek az avar felaprózásában, nagyon fontosak humuszképzésben, de kis számban vannak köztük ragadozók is. Nagyobbik alosztályuk az ezerlábúak (Chilognatha).

A pókszabásúak közül az atkák (Acari) jelentősége a legnagyobb. Az eddig leírt kb. 15 000 faj többsége tipikus erdőlakó, és a talajban él. Méretük 0,2–2 mm közötti. Szemük hiányzik, de fényérzékelő képességük bizonyítható. Egyedfejlődésük során egy lárva és három nympha stádiumon keresztül érik el a kifejlett állapotot. A lárvát három pár láb, a többit négy pár láb jellemzi. Az atkák számos családjából a talajfauna számára jelentősebbek a páncélosatkák (Oribatida) és a ragadozó atkák (Gamasina). A Gamasinák többsége ragadozó, táplálékspektrumuk a fonalférgektől az ugróvillásokig terjed. A páncélosatkák talajbiológiai jelentősége igen nagy. Nevüket erős, sötétbarna kutikulájukról kapták. A többé-kevésbé gömb alakú test méretéből következtethetünk a talaj pórusos szerkezetére is. Végtagjaikat szorosan a testhez tudják simítani, vagy néhány fajnál egy csuklós ízesüléssel az állat teste szabályosan összehajtható egy zárt tömbbe. Így a kültakaró hatásos védelmet nyújthat a ragadozók vagy a kiszáradás ellen. Ez lehetővé teszi, hogy a páncélosatkák a talaj különböző vertikális szintjeiben egyaránt megtelepedhessenek. A legtöbb faj mindenevő, így rendkívül nagy egyedszámuk révén kiemelkedő szerepet játszanak a lebontásban.

A hatlábúak altörzséből az ugróvillások osztálya (Collembola) kiemelkedő jelentőségű. Méretük 0,2-9 mm. A talaj belsejében élők pigment nélküli, vak állatok, az ugróvillájuk pedig redukálódott. A felszínen élők élénk színűek, jól ugranak, pontszemeik száma teljes, és megtermékenyített petékkel szaporodnak, szemben az edafon formák között gyakori parthenogenetikus (szűznemzéses) szaporodással. A Földet ma benépesítő rovarok között az ugróvillások a legszámosabbak, felülmúlva a hangyákat, termeszeket és a legyeket, egyedszámuk az 1000 példányt is elérheti 1 liter erdei földben. Többségük detritusz-, spóra- és mikrobaevő, miközben sok ásványi anyag is áthalad a bélcsatornájukon. Így joggal nevezhetjük az ugróvillásokat a talajképződés, talajélet katalizátorainak, mert bélcsatornájuk mikroflórájával „beoltják” a talajt. Hőmérséklet-toleranciájuk tág határok között változik. Ismertek kifejezetten télen aktív fajok, amelyek tömegszaporodásukkor sötétre festik a havat, pl. a Hypogastrura socialis, de a többség hőmérséklet-optimuma 5–15 °C között van. Az európai fajok száma kb. 1800, de egy-egy erdőállományban még sincs több általában 100 ─ 150 fajnál, a domináns fajok száma pedig jellemzően alig egy tucatnyi.

A szintén a hatlábúak altörzsébe tartozó rovarok (Insecta) osztályának sok faja a talajban éli életének egy részét vagy egészét. E fajok lehetnek:

  1. részleges talajlakók, mint pl. a pattanóbogarak, amelyek pete és lárva állapotban a talajban élnek, kifejletten viszont a talaj felett;

  2. átmeneti talajlakók, pl. a nagy nyárlevelész, amely csak kifejlett alakban tölt egy telet a talajban;

  3. periodikus talajlakók, pl. a galacsinhajtó bogarak, amelyek életük nagy részét a talajban élik le;

  4. állandó talajlakók, amelyek gyakorlatilag sosem hagyják el a talajt.

A lebontás folyamata is szorosan összefügg a talajélettel. Maguk a lebontók valamilyen formában mind talajlakók, és a talaj számukra fontos erőforrást jelent. (az erőforrás nem feltétlenül azonos a táplálékkal). 1 négyzetméter erdei talajfelszínre átlagosan 670 avarlebontó állategyed jut. Ez hektáronként 6,7 millió egyed a talajban, ami 40 kg körüli tömeget jelent.

Table 2.1.  1. táblázat: Talajélőlények tömege (t/ha)  rét-legelőn és árpaföldön

Talajélőlények Rét, legelő Árpaföld
Gyökerek 20-90 1,46
Baktériumok 1-2 0,73
„Sugárgombák” 0-2 -
Gombák 2-5 1,63
Egysejtűek 0-0,5 0,07
Fonálférgek 0-0,2 0,002
Gyűrűsférgek 0-2,5 0,056
Egyéb állatok 0-0,5 0,0006

Talajvédelmi megfontolások

A talajvédelem a talajszennyezéseket, a talaj kémhatásának kedvezőtlen változásait és a talajerózió folyamatait igyekszik mérsékelni.

Talajszennyezést nemcsak a növényvédőszerek (amelyek valójában rovarokat, gombákat vagy gyomoknak tekintett növényeket elpusztító mérgek) okozhatnak, hanem a termőképesség fokozására kiszórt műtrágyák is. Utóbbiak közül a foszforműtrágyák nehézfémszennyezéseket tartalmazhatnak, a nitrogénműtrágyák kijuttatását pedig gyakran túlzásba viszik. Mindkettő a talajélőlények megmérgeződését vonja maga után, amellett hogy a felszíni vizekbe jutva eutrofizációt okoznak.

A Hortobágyra jellemző és ma védelem alatt álló szikes puszták tulajdonképpen mesterséges képződmények, a Tisza szabályozása miatt bekövetkezett talajdegradáció emlékét őrzik.

A mezőgazdasági ökoszisztémák a természetes ökoszisztémáktól abban is különböznek, hogy a művelt területeket az év egy jelentős részében nem borítja összefüggő növényzet. A csupasz talajfelszínen a talaj eróziós pusztulása igen jelentős lehet: Magyarországról a Duna 10 millió tonna erodált talajt hord el évente. A szél deflációs hatása sem elhanyagolható hazánkban, hiszen ennek következtében veszítünk el minden évben mintegy 80 millió m3 talajt. Összevetve ezt azzal, hogy a talajok újraképződési ideje 10 000 év, a jelenlegi mezőgazdasági gyakorlat fenntarthatatlansága nem kérdéses. Ma még inkább megfontolásra érdemesek Franklin D. Roosevelt amerikai elnök szavai, mint amikor 1937. február 26-án elhangzottak: „A nation that destroys its soils, destroys itself.” (A nemzet, amelyik elpusztítja a talajait, önmagát pusztítja el).