Ugrás a tartalomhoz

Talajtan

Stefanovits Pál, Filep György, Füleky György

Mezőgazda Kiadó

A talaj savanyúsága és lúgossága

A talaj savanyúsága és lúgossága

A talajok kémhatása

A kémhatás a folyadék lúgos, közömbös vagy savas voltát jelenti, mely az oldatban (vagy szuszpenzió folyadék fázisában) lévő H+-ionok koncentrációjától függ.

Mivel a gramm ion/l-ben megadott H+-koncentrációk számértéke igen kicsi, ezért Sörensen javaslatára annak a mínusz eggyel szorzott 10-es alapú logaritmusát (pH) használjuk a kémhatás kifejezésére: pH = – (1) ∙ log (H+) = 1/log (H+), ill. (H+) = 10–pH.

A talaj kémhatása tulajdonképpen a talaj folyékony fázisának kémhatása. Ennek értékét azonban egyrészt igen körülményes lenne megállapítani, másrészt a folyékony fázis kémhatása térben és időben változik, a talaj nedvességi állapotától, a növényzet életfolyamatai során keletkezett anyagoktól és egyebektől függően. Ezért konvecionálisan a légszáraz talajból 2,5-szeres mennyiségű desztillált vízzel vagy KCl-oldattal készített (1:2,5 arányú) szuszpenzió kémhatását mérjük, s az így kapott értékekből tájékozódunk a talaj pH-járól. Ugyanazon talajnál a KCl-os szuszpenzió kémhatása savanyúbb lesz, mint a desztillált vizes szuszpenzióé. Különösen nagy különbség adódik a két érték között erősen savanyú talajoknál. Ezért a pH-értékek közlésekor mindig meg kell adni, hogy az a pH(H2O)-t vagy a pH(KCl)-t jelenti-e.

A vizes szuszpenzió kémhatása alapján az alábbiak szerint csoportosítjuk a talajokat:

erősen savanyú

savanyú

gyengén savanyú

pH < 4,5

pH = 4,5–5,5

pH = 5,5–6,8

savanyú

közömbös (semleges)

pH = 6,8–7,2

semleges

gyengén lúgos

lúgos

erősen lúgos

pH = 7,2–8,5

pH = 8,5–9,0

pH > 9,0.

lúgos tartomány

A talajok pH-értéke kisebb-nagyobb mértékben ingadozik. Egy-egy talajnál az évszakonkénti ingadozás a 0,5–1 pH egységet is elérheti.

Szoros összefüggés van a talajok pH-ja és az adszorbeált kationok minősége, százalékos megoszlása között (7.10. ábra). Savanyú talajokban a savanyító hatású kationok dominálnak. Ha a pH 7,5–8,5 között van, a szabad CaCO3 pH-szabályozó szerepe a döntő, pH > 8,5 esetén pedig a Na-sók és a kicserélhető Na+ hatása kerül előtérbe. Savanyú talajoknál (pH < 5,5) a pH csökkenésekor rohamosan, exponenciálisan nő a kicserélhető Al3+ mennyisége és a T-értékhez viszonyított aránya, (7.11. ábra a), szikes talajoknál pedig közel lineáris összefüggés van a kicserélhető-Na% és talaj pH-ja között (7.11.ábra b).

7.10. ábra - A kicserélhető kationok százalékos megoszlása különböző pH-jú talajokban

kepek/7-10-abra.png


7.11. ábra - A savanyú talajok pH-ja és kicserélhető Al-tartalma (a), valamint a szikes talajok pH-ja és Na-telítettsége (b) közötti összefüggések

kepek/7-11-abra.png


A kémhatás növényélettani szempontból is igen fontos jellemzője a talajoknak. A különböző gazdasági növények fejlődése meghatározott pH-tartományban a legmegfelelőbb. Savanyú pH-t tűrő növény pl. a rozs, a zab, a burgonya, lúgosabb talajt igényel pl. a lucerna, cukorrépa stb.

A talaj kémhatása közvetve is hat a növények életére. Pl. savanyú talajban bizonyos tápanyagok, elsősorban a foszfátionok megkötődnek, Al- és Mn-toxicitás léphet fel. A káros folyamatok 5,5 pH alatt már nagymértékben jelentkeznek. A kifejezett lúgosság pedig a talaj szikesedéséből adódó kedvezőtlen feltételekre hívja fel a figyelmet. A növények tápanyagfelvétele és mikrobiológiai tevékenysége szempontjából a semleges körüli kémhatás a legmegfelelőbb.

A talajsavanyúság formái

A talaj összes savanyúsága az aktív és a potenciális (rejtett) savanyúságból áll. A savanyúság formáinak értelmezését megkönnyíti a 7.12. ábra. A kolloidok felületéhez kötött potenciális savanyúság egy-egy talajnál 10 000-szerese vagy 50 000–100 000-szerese is lehet az aktív savanyúságnak.

7.12. ábra - A talajsavanyúság felosztása

kepek/7-12-abra.png


Aktív savanyúság

A vizes szuszpenzióban mért pH-érték alapján kimutatható savanyúság, amely csupán a talajoldat lehetséges H+-koncentrációját fejezi ki, de nem mutatja a talajkolloidok protonleadó képességét.

Potenciális savanyúság

Savanyú talajban a H+-ionok s az ásványokból kioldódó Al3+-ionok többsége a kolloidokhoz kapcsolódva található. A körülmények változásával azonban ezek megjelenhetnek a talajoldatban, növelve annak savanyúságát. Ezért a savanyúságnak ezt a formáját rejtett (potenciális) savanyúságnak nevezzük.

A potenciális savanyúság meghatározásakor valamilyen alkalmas sóoldattal kezeljük a talajt. Erre a célra lúgosan hidrolizáló só vagy nem hidrolizáló só vizes oldata használható. A nem hidrolizáló só (pl. KCl) semleges kémhatású oldata azonban csak a kicserélhető H3O+ és Al3+ ionokat juttatja oldatba, a lúgosan hidrolizáló sók (pl. Ca-acetát, Na-acetát) 8,2 pH-ra beállított lúgos oldata viszont a változó töltéseket hordozó, protonszolgáltató csoportokból (-COOH, fenolos -OH, -AlOH stb.) is felszabadítja a H+-ionokat. Így a potenciális savanyúságot is két csoportra kicserélhető és ún. hidrolitos (hidrolízises) savanyúságra oszthatjuk.

1. A kicserélhető savanyúság (hagyományos jele: y2)

A kolloidokon adszorbeált Al3+- és H3O+-ionok okozzák. Ha az erősen savanyú talajt KCl-oldattal rázatjuk, a K+-ionok kicserélik a felületen a permanens töltésekhez kötött H3O+- és Al+-ionokat, s az egyensúlyi oldat elsavanyodik (7.13. ábra).

7.13. ábra - A kicserélhető aciditás meghatározásakor lejátszódó folyamatok (v = változó töltésű helyek, p = permanens töltésű cserehelyek)

kepek/7-13-abra.png


A hidratált Al-ion is növeli az oldat H+-koncentrációját, a 7.6. egyenletben is leírt reakciósémának megfelelően. A kicserélhető savanyúságot a KCl-os egyensúlyi szűrlet titrálásával állapítjuk meg, s y2-nek az 50 g talajra eső savanyúságot tekintjük.

Mivel adszorbeált Al3+ és H3O+ számottevő mennyiségben csak a kifejezetten savanyú talajokban fordulhat elő, kicserélhető savanyúság csak ezekben a talajokban mérhető.

2. Hidrolitos, hidrolízises savanyúság (jele: y 1 )

A –COOH, a fenolos –OH, a rácsszéli –Al–OH-csoportokban, valamint a hidroxidgélek felületi –Al–OH-csoportjaiban kötött (nem kicserélhető) protonokat semleges kémhatású, nem pufferolt sóoldat nem tudja felszabadítani. Ezért a kötött protonok mennyiségének meghatározásakor 8,2 pH-jú Ca-acetát-oldatot adunk a talajhoz, majd az egyensúlyi szűrlet lúgfogyasztásából kiszámítjuk a hidrolitos savanyúságot. (Nálunk ez is 50 g talajra vonatkoztatott értéket jelent).

A Ca-acetát-oldatban, s a Ca-acetát/talaj kölcsönhatásakor a többféle reakció megy végbe.

1. Oldódás-disszociáció:

Ca(CH 3 COO) 2 2 CH 3 COO + Ca 2+ . MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8rrps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0R Yxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGa baGaaeqabaqaaeaadaaakeaaqaaaaaaaaaWdbiaaboeacaqGHbWdai aabIcapeGaae4qaiaabIeadaWgaaWcbaGaae4maaqabaGccaqGdbGa ae4taiaab+eapaGaaeyka8qadaWgaaWcbaGaaeOmaaqabaGccqGHsg IRcaqGYaGaaeiiaiaaboeacaqGibWaaSbaaSqaaiaabodaaeqaaOGa ae4qaiaab+eacaqGpbWaaWbaaSqabeaacaqGtacaaOGaey4kaSIaae 4qaiaabggadaahaaWcbeqaaiaabkdacaqGRaaaaOGaaeOlaaaa@48CA@ (7.18a. egyenlet)

2. Hidrolízis:

2 CH 3 COO + 2 H 2 O 2 CH 3 COOH + 2 OH . MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8rrps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0R Yxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGa baGaaeqabaqaaeaadaaakeaaqaaaaaaaaaWdbiaabkdacaqGGaGaae 4qaiaabIeadaWgaaWcbaGaae4maaqabaGccaqGdbGaae4taiaab+ea daahaaWcbeqaaiaabobiaaGccqGHRaWkcaqGYaGaaeiiaiaabIeada WgaaWcbaGaaeOmaaqabaGccaqGpbGaeyiLHSQaaeOmaiaabccacaqG dbGaaeisamaaBaaaleaacaqGZaaabeaakiaaboeacaqGpbGaae4tai aabIeacqGHRaWkcaqGYaGaaeiiaiaab+eacaqGibWaaWbaaSqabeaa caqGtacaaOGaaeOlaaaa@4C22@ (7.18b. egyenlet)

A hidrolízis kismértékű, az acetátionoknak csak kb. 0,002%-a hidrolizál.

3. Az oldat 8,2 pH-ra történő beállításához szükséges Ca(OH)2 hozzáadásakor a (7.18.b) reakció teljesen visszaszorul (az egyensúly az OH–-többlet hatására balra tolódik), ezért a talajhoz adott Ca-acetát-oldatban gyakorlatilag csak Ca2+, CH3COO–- és OH–-ionok vannak.

4. A lúgos oldattal érintkezve a talajkolloidok gyenge sav jellegű felületi csoportjai deprotonálódnak. Mivel az oldatba került protonok a OH–-ionokkal vízzé egyesülnek, a (7.18.b) reakció egyensúlya jobbra tolódik el, azaz a felületről deszorbeálódott protonokkal egyenértékű ecetsav képződik.

5. Ugyanakkor, a kolloidok felületén a protonvesztés miatt kialakult változó töltések Ca-ionokat kötnek meg az oldatból. A Ca-adszorpció tehát nem ioncsere, hanem a felület deprotonálódásának következménye.

6. Ha a talajban kicserélhető savanyúság is van, a Ca-ionok képesek az állandó töltésekhez Coulomb-erőkkel kötött Al3+- és H3O+-ionokat is kicserélni. Az így oldatba kerülő H3O+-, valamint az Al-ionok hidrolízise miatt felszabaduló protonok hatására – a (7.18.) egyenlet szerint –, az oldatban újabb ecetsav-molekulák jönnek létre.

A különböző mértékben savanyú talajokból, Ca-acetátos extrakcióval felszabadítható savanyúságformákat vázlatosan a 7.14. ábra mutatja.

7.14. ábra - KCl-os és a Ca-acetátos kezeléskor oldatba került savanyúságformák

kepek/7-14-abra.png


Az előzőekkel összhangban a savanyú talajok hidrolitos (hidrolízises) aciditása mindig sokkal nagyobb, mint a kicserélhető aciditás. Számottevő y2 csak olyan talajoknál mérhető, amelyek pH-ja kisebb mint 5.

A talaj telítetlenségét (savanyúságát) Ca-tartalmú vegyületekkel lehet csökkenteni, illetve megszüntetni. Erre a célra CaCO3-tartalmú anyagokat (mészkőport, cukorgyári mésziszapot, stb.) használunk. A javítóanyag szükséges mennyiségének megállapításához az y1-érték lehet az egyik kiindulópont.

A talajok lúgossága

A talajok erősen lúgos kémhatása (pH > 8,5) még a savanyúságnál is kedvezőtlenebb lehet. Az ilyen talajokban a kicserélhető nátrium mennyisége jelentős, s esetleg még szóda is jelen van. A talaj szerkezete, vízgazdálkodása, tápanyag-gazdálkodása rendkívül rossz. Javításukhoz szintén Ca-tartalmú anyagot használhatunk, de CaCO3 helyett – mivel az lúgos közegben nem oldódik – gipszet (CaSO4 ∙ 2H3O) vagy kalciumot nem tartalmazó, de savanyító (lúgosságcsökkentő) hatású anyagokat kell a talajba vinni. A javítóanyag Ca-ionjai fokozatosan kiszorítják (lecserélik) az adszorbeált Na-ionokat, s a talaj kémiai és fizikai sajátságai kedvezőbbé válnak.