Ugrás a tartalomhoz

Talajtan

Stefanovits Pál, Filep György, Füleky György

Mezőgazda Kiadó

A talaj pufferoló hatása

A talaj pufferoló hatása

A talaj a belekerülő anyagokat bizonyos mértékig lekötni és/vagy átalakítani, így hatásukat közömbösíteni, ill. tompítani képes pufferrendszer. Pufferoló hatásának két legfontosabb területe

  • a sav/bázis pufferképesség, valamint

  • a tápelem és toxikuselem-megkötő képesség.

A talaj sav/bázis pufferképessége

Mérésének elve. A talajok tompítóképességét úgy állapítjuk meg, hogy ismert tömegű talajmintákhoz növekvő mennyiségű savat, illetve lúgot tartalmazó (de azonos térfogatú) vizet adunk, majd az egyensúly beállta után mérjük minden egyes kezelés pH-ját. A pH-értékeket az adagolt sav, ill. lúg térfogatának függvényében ábrázolva, jellegzetes titrálási görbéket kapunk (7.20. ábra).

7.20. ábra - Két talaj sav/bázis titrálási görbéje

kepek/7-20-abra.png


A pufferképességetazután az 1 pH-egységváltozást okozó sav, ill. lúg mgeé/100 g-ban vagy mmol/kg-ban kifejezett mennyiségével (a pufferkapacitással), vagy a hasonló módon, de talaj nélkül készített összehasonlító görbe (nullgörbe) és a talaj titrálási görbéje által bezárt terület (cm2-ben megadott) nagyságával lehet számszerűen kifejezni.

Az ábrán bemutatott agyagos vályogtalaj pufferkapacitása pl. savval szemben az 5,8–4,8 pH tartományban (3 mgeé/100 g) ∙ pH–1; lúgos terheléssel szemben pedig, pH = 5,8–6,8 között: (1,6 mgeé/100 g) ∙ pH–1.

A savas és lúgos behatásokat tompító legfontosabb pufferanyagok a következők.

a)CaCO3. A talaj elsavanyodását jelentősen késlelteti a CaCO3-tartalom, mert Ca(HCO3)2 formában oldódva közömbösíti a savat: CaCO3 + H+ + HCO3–  Ca(HCO3)2. Ezért a talaj pH-ja mindaddig nem csökken, amíg a rendszerben szilárd Ca- és Mg-karbonát van.

b) Talajkolloidok. A talajkolloidok pH-változást tompító hatását a humuszanyagok és a hidratált oxid típusú felületek (az agyagásványok törésfelületei, az Al-, Fe-oxidok és -hidroxidok felülete) protonfelvevő/protonleadó képességére lehet visszavezetni. Ha a talajoldatban a H+ ion-koncentráció emelkedik, a kolloidok változó töltései protonokat kötnek meg, az OH többlet pedig protonleadással közömbösítődik (7.2.4.3. fejezet).

c)Agyagásványokhoz kötött Al-hidroxid-polimerek. Sav hatására nő a polimer össztöltése, pl.:

[Al6(OH)12 (H2O)12]6+ + H+ [Al6(OH)11 (H2O)13]7+

A folyamat töltésmérlege:

+18

 

+18

– 12

 

– 11

+ 6

+1

+ 7

Erősen savas közegben pedig a vegyület [Al(H2O)6]3+ akvakomplex ionokká depolimerizálódik. Az oldat lúgosságával viszont csökken az össztöltés. A rendszer mindaddig hatékonyan pufferol, ameddig a polimererek át nem alakulnak Al(OH)3-dá.

d) A könnyen málló szilikátok: oldódása és képződése hosszabb ideig tartó folyamat, és sok esetben irreverzibilis. Mállás közben protonok kötődnek meg, képződésükkor pedig protonok szabadulnak fel, s ezek az oldat lúgosságát közömbösítik.

Az említett pufferrendszerek hatékonyságát a közeg kémhatása is befolyásolja. A különböző pH-tartományokban más-más pufferanyag viszi a főszerepet (7.21. ábra).

7.21. ábra - A savtompító hatásért felelős pufferanyagok és pufferreakciók különböző pH-jú közegben

kepek/7-21-abra.png


A tompítóképesség tehát függ a talaj kolloidtartalmától, a kolloidok minőségétől és a talaj pH-jától. (Az agyagban és a humuszban gazdagabb talajok jobban pufferolnak, mint a szegényebbek). A tompítóhatás azonban savakkal, ill. lúgokkal szemben nem egyforma. Az adszorbeált kationokban szegény, savanyú kémhatású, telítetlen talajok a savas behatásokat – érthetően – csak kisebb mértékben tudják tompítani, a lúgokkal szembeni pufferhatásuk viszont nagy. A telített, kationokban gazdag talajok pedig éppen ellentétesen viselkednek, jobban tudják közömbösíteni a savanyító anyagokat, s kisebb mértékben kompenzálják lúgos hatásokat.

Környezetvédelmi pufferkapacitás. A talaj savas hatásokkal szembeni ellenálló képességét kifejező empirikus összefüggés (Hargitai, Stefanovits). A talajban lévő karbonátok szerepét, a humusztartalmat és a humusz minőségét, valamint az agyagtartalom és az agyagásvány-összetétel hatását veszi figyelembe:

EBC S = EBC C + EBH H + EBC A , MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8rrps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhbbf9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfea0=yr0R Yxir=Jbba9q8aq0=yq=He9q8qqQ8frFve9Fve9Ff0dmeaabaqaciGa baGaaeqabaqaaeaadaaakeaaqaaaaaaaaaWdbiaabweacaqGcbGaae 4qamaaBaaaleaacaqGtbaabeaakiabg2da9iaabweacaqGcbGaae4q amaaBaaaleaacaqGdbaabeaakiabgUcaRiaabweacaqGcbGaaeisam aaBaaaleaacaqGibaabeaakiabgUcaRiaabweacaqGcbGaae4qamaa BaaaleaacaqGbbaabeaakiaabYcaaaa@4296@ (7.22. egyenlet)

ahol: EBCS = a talaj környezetvédelmi pufferkapacitása; EBCA = a karbonátok környezetvédelmi pufferkapacitása; EBCH = a humusz környezetvédelmi pufferkapacitása; EBCC = az agyagfrakció környezetvédelmi pufferkapacitása.

Az egyes komponensek hatásának becslése:

EBCC = ΣD (pH 8,5 + Ca),

melyben: D = az egyes talajrétegek vastagsága, cm, = a 100 cm mélységig figyelembe vett talajrétegek vastagsága összegezve, Ca = CaCO3 %.

A szerves anyagok és az agyag hatása:

EBCH = ΣD ∙ (Hu)2 ∙ R ∙ 10,

Hu = szervesanyag-tartalom, %;

R = K C/N  és K = Q ˜ Hu ;  C/N = a szén/nitrogén arány; Q ˜ = E NaF E NaOH  E = a NaF-os , ill . a NaOH-os humuszoldat extinkciója .

EBCA = ΣD ∙ TS ∙ Tm ∙ 10–2,

TS = agyagtartalom, %;

T m = S + IS 2 + V + IV 2 , MathType@MTEF@5@5@+= feaagKart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaebbnrfifHhDYfgasaacH8rrps0l bbf9q8WrFfeuY=Hhcba9v8qqaqFr0xc9pk0xbba9q8WqFfeaY=biLk VcLq=JHqpepeea0=as0Fb9pgeaYRXxe9vr0=vr0=vqpWqaaeaabiqa ceaacaqabeaabaqaamaaaOqaaiaabsfadGaPaUbaaSqaiqkGcGaPag yBaaqajqkGaOGamqkGg2da9iacKcyGtbGamqkGgUcaRmacKc4caaqa iqkGcGaPagysaiacKcyGtbaabGaPakacKcyGYaaaaiadKcOHRaWkcG aPagOvaiadKcOHRaWkdGaPaUaaaeacKcOaiqkGbMeacGaPagOvaaqa iqkGcGaPagOmaaaacaGGSaaaaa@5862@

ahol: S, V, I = szmektit, vermikulit, illit% az agyagfrakcióban.

Általában az EBCA értéke 400–2000; az EBCH értéke 1–400; az EBCC értéke 100–3000.

Tápelem- és toxikuselem-lekötő képesség

A talaj tápelem-pufferoló képessége gátolja a kimosódást, szabályozza a tápanyagok oldatbeli koncentrációját. Biztosítja ezáltal, hogy a tápelem mennyiségének jelentős növelése (műtrágyázás) vagy elvonása (növény általi felvétel, kimosódás) következtében a talajoldatban az adott elem koncentrációja káros mértékben ne változzon.

A tápelemek és a toxikus nehézfémek oldatbeli koncentrációjának szabályozásában kémiai és fizikai–kémiai folyamatok (adszorpció–deszorpció, kicsapódás–oldódás) játszanak döntő szerepet. (A szerves szennyező anyagok esetében ezeken kívül a biológiai lebontás és a biokémiai átalakulás hatása is jelentős).

A talajnak a különböző anyagokat (ionokat, molekulákat) megkötő képességéről legegyszerűbben az adszorpciós izotermák (7.3.3.3 fejezet) alapján lehet tájékozódni. Ezek segítségével becsülhető az adott kísérleti körülmények között mutatkozó maximális lekötődés (adszorpció és kicsapódás) valamint a vizsgált anyag oldatbeli koncentrációja különböző terhelések esetén.

A tápanyagok érvényesülésének tanulmányozásakor két alapvető jellemzőt szokás figyelembe venni, éspedig

  • az ún. tápanyagkapacitás-faktort (Q faktor), ami a vizsgált tápanyag kicserélhető és könnyen mobilizálódó része,

  • a tápanyagintenzitás-faktort (I-faktor vagy C-faktor), amelyet az oldatban lévő tápanyag koncentrációjával lehet kifejezni.

Mivel a tápelemek adszorpciója vagy deszorpciója esetén a Q és a C értéke megváltozik, az értékeléshez legtöbbször elegendő a ΔQ – ΔC kapcsolat megállapítása. A 7.22. ábrából kitűnik, hogy azonos mennyiségű tápelem hozzáadásakor a vizsgált anyag oldatbeli koncentrációja a kisebb pufferképességű 1. talajban nagyobb mértékben változik meg, mint a jobban pufferoló 2. számú talajban.

7.22. ábra - A tápelem pufferolóképességének értékelése

kepek/7-22-abra.png


Mivel egy-egy talajnak a különböző ionokkal szembeni pufferképessége (a talaj összetételétől, pH-jától, egyebektől függően) más és más, a megállapított pufferhatás mindig csak az adott ionra és az adott kísérleti feltételekre vonatkozó értéknek tekintendő.