Loch Jakab – Nosticzius Árpád
Mezőgazda Kiadó
A növényi produkció alapfeltétele a megfelelő víz- és tápanyagellátás. Az anyagcsere-folyamatok többnyire vizes közegben lejátszódó kémiai reakciók, ebből következik, hogy a víz fontos szerepet tölt be mint oldószer, mint szállító- és tárolóközeg. A víz biztosítja a növény kolloidállományának kedvező víztartalmát, és a víz egy része a fotoszintézis során beépül a növényi szervezetbe.
A növények a felvett víz mennyiségének mintegy 95–98%-át vízgőz formájában leadják (transzspiráció). A vízháztartást a vízfelvétel és a vízleadás határozza meg.
A növények vízfelvételében a passzív vízfelvétel dominál. Az aktív vízfelvételnek csak a fejlődés kezdeti szakaszában van jelentősége. A fiatal, vakuólum nélküli sejtek vízfelvételét csak az anyagcsere-folyamatokkal összefüggő aktív vízfelvétellel tudjuk értelmezni. A fejlődés további szakaszaiban, vagyis a tenyészidő nagy részében a vízfelvétel alapja az ozmózis.
A vízfelvétel előfeltétele, hogy a talajoldat sókoncentrációja kisebb legyen, mint a gyökérsejtek koncentrációja. A sejtek telítődésével alakul ki a turgeszcens állapot. Ha a sejt nem teljesen telített vízzel, szívóerőt gyakorol, amely annál nagyobb, minél kisebb a sejt víztelítettsége, illetve minél nagyobb a sejtállomány koncentrációja. A kultúrnövények szívóereje általában 5–15 bar közötti érték, a sótűrő növények szívóereje azonban elérheti a 25 bart is.
A növények csak a szívóerőnél kisebb erővel kötött vizet képesek felvenni a talajból, a kapillárisvíz és a lazán kötött víz egy része hozzáférhető számukra. A higroszkópos vizet nem tudják hasznosítani, mivel ennek külső rétegei is mintegy 50 barnak megfelelő szívóerővel kötődnek a talajkolloidokhoz. Minél több valamely talajban a kolloid rész, annál nagyobb a hozzá nem férhető víz hányada. Ez utóbbit holtvíz-tartalomnak nevezik. A holtvíz-tartalom az a nedvességtartalom, amelynél a növényeken a hervadás tünetei tartósan mutatkoznak (hervadáspont). Számértéke közelítőleg négyszerese a Kuron-féle higroszkópossági értéknek (hy).
A hasznosítható vagy diszponibilis víz(DV) mindenkori nedvességtartalom és holt víz (HV) különbsége. Vízkapacitásig telített talajnál:
DV = VKSZ – HV.
Szabadföldi vízkapacitáson (VKSZ) azt a vízmennyiséget értjük, amelyet a talaj a gravitációs erővel szemben vissza tud tartani.
A hasznosítható víz tehát a talajok vízbefogadó és vízvisszatartó képességétől, illetve attól függ, hogy a víz milyen erővel kötődik a talajrészecskékhez.
A dipólus jellegű vízmolekulák pozitív töltésükkel a negatív töltésű kolloid részecskékhez rendeződnek, és Van der Waals-erőkkel a felülethez kötődnek.
A felülettel közvetlenül érintkező vízréteg kötődik a legerősebben, az adszorpciós felülettől távolodva egyre csökken a vízmegkötés erőssége. Azt az erőt, amellyel a víz a talajrészecskék felületéhez kötődik, Schofield nyomán a pF-értékkel jellemzik. A pF-érték a víz elszívásához szükséges, vízoszlop cm-ben kifejezett szívóerő tízes alapú logaritmusa:
1 (100) cm vízoszlop = 0 pF,
10 (101) cm vízoszlop = 1 pF,
100 (102) cm vízoszlop = 2 pF,
1000 (103) cm vízoszlop = 3 pF,
10 000 (104) cm vízoszlop = 4 pF.
A vízmegkötés közvetlenül a vizet adszorbeáló felületen vagy annak közelében elérheti a 10 000 bar nagyságrendet, ami 107 cm vízoszlopnak, illetve pF = 7-nek felel meg (1 bar = 103 cm vízoszlop).
A vízkapacitásnak megfelelő vízmennyiség az adszorpciós vízből, illetve a kapilláris pórusokban visszatartott vízből áll. A kapilláris pórusokban lévő ún. kapilláris víz kötődése függ a pórusok átmérőjétől: minél kisebb a pórusok átmérője, annál nagyobb mértékben kötődik. A 0,05 mm-nél nagyobb átmérőjű pórusok túl nagyok ahhoz, hogy visszatartsák a vizet, emiatt ezeket nem kapilláris pórusoknak nevezzük.
A talaj különböző átmérőjű pórusaiban található víz felvehetőségét, illetve pF-értékét a 10. táblázat tartalmazza. A növények a kis erővel kötött (alacsony pF-értékű) vizet képesek hasznosítani. A korábban említett holtvíz-tartalom vagy hervadáspont nem jellemezhető egyértelműen a pF-értékkel, mivel növényfajonként eltérő. Általában a pF =4,2-nél nagyobb erővel kötött vizet nem tudják a növények hasznosítani.
10. táblázat - Összefüggés a talaj pórusátmérője és a pF-érték között
Pórusméret |
Átmérő (µm) |
pF |
Vízfelvehetőség |
Nagy |
> 50 |
< 1,8 |
könnyű |
Közepes |
50–10,1 |
1,8–2,5 |
közepes |
Finom |
10–0,2 |
2,5–4,2 |
nehéz |
Nagyon finom |
< 0,2 |
4,2– |
nem vehető fel |
Ha a kísérleti úton meghatározott pF-értékeket a talaj víztartalmának függvényében ábrázoljuk, jellegzetes görbéket kapunk. A 7. ábrán négy, különböző mechanikai összetételű talaj pF-görbéje látható. A víztartalom növekedésével mindegyik talajon csökken a pF értéke (javul a víz felvehetősége), de eltérő mértékben. A homoktalajon a víztartalom növekedésével hirtelen esik a pF, az agyagtalajon viszont még 29% víztartalom mellett is 4,2 a pF értéke, vagyis csak az ezt meghaladó víztartalom esetén tudják a növények a vizet hasznosítani.
A görbékről leolvasható a szabadföldi vízkapacitás (VKSZ) és holt víz (HV) számértéke, amiből a diszponibilis víz (DV) számítható. Az ábrán bemutatott különböző mechanikai összetételű talajok jellemzői:
VKSZ HV DV
térfogat%
Durva homok 3 1 2
Homokos vályog 20 7 13
Vályog 33 17 16
Agyag 47 29 18
Az agyagtalaj tehát lényegesen több hasznos vizet tud tárolni, mint a homoktalaj, de az agyagtalajon kisebb a diszponibilis víz hányada, mint a lazább talajokon.
A növény vízfelvétele és vízleadása dinamikus egyensúlyban van a talaj és a levegő víztartalmával:
talaj →← növény →← légkör
A növény vízleadása. A transzspiráció fő szervei a levelek. A transzspiráció mértékét a sztómákszáma, eloszlása, nagysága és nyitottsága szabja meg. A transzspirációt döntő mértékben befolyásoló fizikai tényező a levegő vízgőztartalma.
A levegő csak ritkán telített. A mindenkori vízgőzhiányt vízgőzdeficitnek nevezzük, amely a levegő lehetséges és tényleges vízgőztartalmának különbsége. A levegő a növekvő hőmérséklettel egyre több vizet képes felvenni a telítési állapot eléréséig (8. ábra). Minél nagyobb a vízgőz hiánya, annál nagyobb szívóerő jön létre, ami fokozza a transzspirációt.
A transzspirációt meghatározó fiziológiaitényező a sztómák nyitottsági állapota. A sztómák nyílásai a zárósejtek turgora esetén teljesen nyitottak, ennek csökkenésével záródnak. A zárósejtek turgorát az ozmotikusan aktív anyagok szabályozzák.
A sztómák nyitottságát a fény-, hő-, vízellátás és más körülmények is befolyásolják. Az egyéb körülmények közül fontos szerepet játszik a tápanyagellátás is. Az egyértékű ionok, pl. a K+, Na+, Cl–, NO3–, elősegítik a vízfelvételt, és gátolják a transzspirációt. Ellenkező hatást fejtenek ki a kétértékű ionok, pl. a Ca2+ és SO42–, amelyek kolloidzsugorító hatásuk következtében gátolják az egyéb anyagok, köztük a víz felvételét is, ugyanakkor elősegítik a transzspirációt.
A vízmérleg a felvett és elpárologtatott víz különbségéből számítható. Kiegyenlítetlen vagy deficites a vízmérleg, ha nagyobb a transzspiráció, mint a vízfelvétel. Ebből következik, hogy forró, száraz napokon jelentős vízhiány léphet fel. Ilyenkor az ozmotikus potenciál megnő, és növekszik a gyökerek szívóereje, vagyis a növény bizonyos mértékig képes alkalmazkodni a vízhiányhoz, ami azonban gátolja a növekedést és a szárazanyag-produkciót.
A tápanyag-ellátottság az egy- és kétértékű ionok hatásán keresztül kedvezően, illetve kedvezőtlenül befolyásolhatja a vízmérleget. Ez azonban nem szól az egyoldalú táplálkozás mellett; minden esetben harmonikus tápanyagarányok biztosítására kell törekedni.
Az egyértékű ionok túlsúlya esetenként kedvezőtlen is lehet, mivel nagy víztartalmú termést eredményezhet. Ez utóbbi, pl. burgonyánál, kedvezőtlen, mivel a keményítőtartalom csökkenésével jár együtt. A vízmérleget a sejtek kolloidtartalma, így fehérjetartalma is befolyásolja. A nagy fehérjetartalmú, fiatal növények kolloidállománya nagy erővel tartja vissza a vizet, ezzel elősegíti a pozitív vízmérleg fenntartását.
A növények vízigénye és vízhasznosulása növényfajonként változó. A vízfelhasználás mértéke a környezeti tényezőktől függ, a trágyázás pedig módosítja. Optimális tápanyagellátás mellett legkisebb a transzspiráció. A növények vízigényét és vízhasznosulását a transzspirációs együttható jellemzi, amely az egységnyi tömegű szárazanyag előállításához szükséges vízmennyiség.
A C3 és C4 típusú növények különböző mértékben hasznosítják a vizet. A C4-es kukorica, köles és törpecirok fajlagos vízfogyasztása 200–300, míg a C3-as növényeké 400–800 kg/kg szárazanyag (11. táblázat). A transzspirációs koefficiens számértéke a termőhely adottságaitól függően ingadozik (12. táblázat).
11. táblázat - Kultúrnövények transzspirációs együtthatója (Frank és Hank szerint)
Növény |
Transzspirációs együttható |
C3-as növények | |
Rostlen Szójabab Lóhere Burgonya, korai Burgonya, késői Zab Tavaszi árpa Tavaszi búza |
820 810 775 407 849 433 476 577 |
C4-es növények | |
Kukorica Köles Kukoricacsalamádé Törpecirok csalamádé |
314 222 205 175 |
12. táblázat - Különböző növények transzspirációs együtthatói (Briggs és Shantz szerint)
Növény |
Transzspirációs együttható | |
szélső értékei |
középértéke | |
Kukorica Búza Rozs Zab Cukorrépa Burgonya Céklarépa (fehér) Borsó Vörös here |
315–413 473–559 502–578 459–622 – 554–717 – 775–800 – |
368 513 534 597 397 636 743 788 797 |
A fajlagos vízigény alapján megállapítható, hogy a tenyészidőben hullott csapadék – különösen nagy termések esetében – nem biztosítja a szükséges vízmennyiséget, a növények a talajban tárolt téli csapadék felhasználására, illetve öntözésre szorulnak (pl. 40 t/ha cukorrépaterméshez, ami 10 t szárazanyagnak felel meg, mintegy 400 mm csapadékra van szükség).
A jó tápanyagellátás javítja a vízhasznosulást, de a több terméshez több vízre van szükség. Növekvő tápanyagadagok hatására a termés egy bizonyos határig nő, azonban a nagyobb szárazanyag-produkcióhoz több vízre van szükség. A nagyobb mennyiségű víz jobban hasznosul, a transzspirációs együttható csökken (9., 10. ábra).
9. ábra - NPK kezelés hatása a szálkásperje szárazanyag-produkciójára csernozjom talajon (saját kísérletek)
10. ábra - NPK kezelés hatása a szálkásperje összes és fajlagos vízfogyasztására csernozjom talajon (saját kísérletek)
Az egyes tápelemek és azok kombinációinak hatását a szárazanyag-produkcióra, valamint a fajlagos vízfogyasztásra a 11. és 12. ábrán szemléltetjük. Szembetűnő, hogy a fajlagos vízfogyasztás minden kezelésben kisebb, mint a trágyázatlan kontrollban. A legkisebbek a fajlagos vízfogyasztási értékek a nitrogéntartalmú kezelésekben, amelyek a legnagyobb mértékben növelték a termést.
Az ábrán feltüntetett fajlagos vízfogyasztás a ténylegesen transzspirált víz mennyiségén kívül az evaporált (a talajfelszínről elpárolgott) vizet is tartalmazza.
Általánosságban megállapítható, hogy bármely tápelem pótlása, amely adott talajon a növények optimális ellátásához szükséges, jobb vízhasznosításhoz vezet. Savanyú, magnéziumhiányos barna erdőtalajon végzett szálkásperje-kísérletekben a fajlagos vízfogyasztás nemcsak az NP- és NPK-kezelések hatására csökkent, hanem a termést növelő Ca- és Mg-kezelések hatására is (13. és 14. táblázat).
13. táblázat - N-, P-, K- és Ca-kezelések hatása a szálkásperje fajlagos vízfogyasztására savanyú homoktalajon
Kezelések |
Fajlagos vízfogyasztás (g víz/l g szárazanyag) |
Rel. érték (%) |
Ø Ca NP NP + Ca NPK1 NPK1 + Ca NPK2 NPK2 + Ca SzD5% |
795 649 580 447 499 456 500 489 66 |
100 81 73 56 63 57 63 61 8,3 |
Ca0 Ca1 SzD5% |
594 510 33 |
100 86 5,5 |
14. táblázat - Mg-kezelés hatása a szálkásperje fajlagos vízfogyasztására savanyú homoktalajon
Kezelés |
Fajlagos vízfogyasztás (g víz/l g szárazanyag) |
Rel. érték (%) |
A CaCO3 nélküli alapkezelések átlagában Mg0 Mg1 Mg2 Mg3 Mg4 SzD5% |
723 620 588 561 522 73 |
100 86 81 77 72 10 |
A CaCO3-os alapkezelés átlagában Mg0 Mg1 Mg2 Mg3 Mg4 SzD5% |
503 496 520 517 516 51 |
100 99 103 103 103 10 |
A fajlagos vízfogyasztás a talaj vízellátottságától is függ. A transzspirációs együttható általában a vízkapacitás 70–80%-ának megfelelő víztelítettség esetén a legkisebb. Ennél nagyobb víztelítettségnél a transzspirációs együttható ismét nő, vagyis a túl bő vízellátás is kedvezőtlenül hat a vízhasznosulásra.
1. Mi határozza meg a növények vízháztartását?
2. Mi a vízfelvétel alapja, milyen talajtulajdonságok befolyásolják a vízfelvételt?
3. Mit tekintünk hasznosítható víznek, és hogyan jellemezhető a pF-értékkel?
4. Miben különböznek egymástól a homok-, vályog- és agyagtalaj pF-görbéi, milyen következtetések vonhatók le a görbék alapján?
5. Milyen tényezők hatnak a vízleadásra?
6. Mi a sztómák szerepe, hogyan befolyásolja a levegő páratelítettsége a vízleadást, mi az egy- és kétértékű ionok szerepe a vízfelvételben és -leadásban?
7. Mi jellemzi a kiegyenlített és kiegyenlítetlen vízmérleget?
8. Milyen mutatókkal jellemezhető a növények vízigénye?
9. Hogyan különbözik a C3 és C4 növények vízszükséglete?
10. Milyen hatása van a termést növelő tápanyagellátásnak a transzspirációs együtthatóra és az összes vízszükségletre?
11. Hogyan ítéli meg a különböző elemek szerepét a növények vízháztartásában a bemutatott példák alapján?