Stefanovits Pál, Filep György, Füleky György
Mezőgazda Kiadó
A talaj szerkezetének és a szerkezet minőségének értékelésekor elsősorban
a szerkezeti egységek alakját és kifejlettségét (morfológiai szerkezet),
a különböző nagyságú aggregátumok egymáshoz viszonyított arányát (agronómiai szerkezet),
a szerkezet vízzel és mechanikai hatásokkal szembeni ellenálló képességét (stabilitását), valamint
a pórustér sajátságait (az összporozitást és a pórusok méret szerinti megoszlását) kell figyelembe venni.
A talajszerkezet morfológiai értékelését mindig a helyszínen, a szelvény helyszíni leírásakor végezzük.
A szerkezeti formák megfigyelésére a gyengén nedves talajállapot a legalkalmasabb. A túl nedves talajnál a duzzadás, illetve a gyenge alaktartás, a száraz talajnál pedig a kemény rögök képződése és a repedezettség teszi bizonytalanná vagy lehetetlenné az elbírálást.
A szerkezeti egységek megjelenése és kifejlettsége szerint, a talaj lehet szerkezet nélküli, gyengén, közepesen vagy erősen szerkezetes. A szerkezet nélküli talajban jellemző formájú aggregátumokat nem lehet felismerni. Ez az állapot kétféleképpen nyilvánul meg. Az egyik az, amikor az egyedi szemcsék nincsenek összeragasztva (ilyenek a homoktalajok és a kötöttebb talajok elporosodott laza fedőrétege). A szerkezet nélküli állapot másik megjelenése az, amikor a ragasztóanyagok olyan erősen tartják össze a szemcséket, hogy a tömör talaj csak nagyobb nyomásra és szabálytalan egységekre töredezik szét. (Ilyenek pl. a CaCO3-tal vagy FeOOH-dal összecementált rétegek és a nagy agyagtartalmú öntéstalajok). A szerkezetes talaj már kisebb nyomással is egymáshoz hasonló formájú aggregátumokra bontható. Gyengén szerkezetes, ha csak kevés és gyengén kifejlődött szerkezeti egység (aggregátum) és sok különálló szemcse figyelhető meg. A közepesen szerkezetes talajban az aggregátumok nagy része ellenáll a nyomásnak, a szerkezeti egységek azonban a szelvényben nem mindig szembetűnőek. Erősen szerkezetesnek tekintjük azokat a talajokat, amelyek természetes állapotban is jól látható szerkezeti egységekből állnak. Nyomással is csak kevés egyedi szemcse és törött szerkezeti egység különíthető el. Erősen szerkezetes pl. a szikes talajok oszlopos B-szintje és egyes agyagtalajok humuszos rétege.
A tér három irányában mutatkozó fejlettségük alapján a szerkezeti egységeket három nagy csoportba (köbös, hasábszerű és lemezszerű csoportba) lehet besorolni, ezeken belül – a konkrét formai jellemzők szerint – további felosztást végzünk (8.8. ábra).
I. A köbös kiterjedésű szerkezeti egységek a tér mindhárom irányában közel egyformán fejlettek. Ezek alkotják a morzsás, a rögös, a poliéderes, a diós és a szemcsés talajszerkezetet.
I/1. A morzsás szerkezetű talaj enyhe nyomásra néhány mm (1–20 mm) átmérőjű, közel gömb alakú, sok pórust tartalmazó aggregátumokra esik szét. A növények számára az ilyen talajok biztosítják a legkedvezőbb feltételeket.
I/2. A rögös szerkezetnél az aggregátumok nagyobb kiterjedésűek, mint a morzsák, a rögök azonban nem vagy csak gyengén porózusak. Helytelen talajművelés és az erőgépek talajtömörítő hatása következtében jöhet létre a szántott rétegben.
I/3. Poliéderes szerkezet. A sokszögű mértani testekhez hasonló, sík lapokkal és jól fejlett élekkel, sarkokkal határolt aggregátumokból áll. A poliéderek egymástól könnyen elválnak, belsejükben főként kisméretű pórusok vannak.
I/4. Diósszerkezet. Többé-kevésbé szabályos, dió nagyságú, sokszögletű szerkezeti egységek alkotják. Az aggregátumok kevés pórust tartalmaznak.
I/5. Szemcsésszerkezet. Tömörebb felépítésű, mint a morzsás szerkezet. A szemcsék alakjára a görbült és a sík felületek váltakozása jellemző. A szemcsékben a szűk pórusok dominálnak.
II. A hasábszerű szerkezeti egységek a tér két irányában gyengébben, a harmadik irányban (függőlegesen) viszont erősen fejlettek.
II/1. Hasábos (prizmás) szerkezet. Sík lapokkal és erős élekkel határolt, megnyúlt szerkezeti egységek. A tömődött felhalmozódási szintekben (pl. szikes jellegű réti talajoknál) alakulnak ki.
II/2. Az oszlopok oldalán az élek tompábbak, mint a hasáboknál, s az oszlop teteje legömbölyödött. Ez a szerkezeti forma a szolonyec szikes talajok B-szintjére jellemző.
III. A lemezszerű szerkezeti formák függőleges irányban gyengén, vízszintesen (két irányban) pedig erősen fejlettek. A csoporton belül a szerkezeti egységek vastagsága alapján további finomítás végezhető.
A morfológiai szerkezet pontosabb jellemzéséhez, nemcsak a szerkezeti egységek alakját, hanem azok méretét is figyelembe kell venni. Erre vonatkozóan az 8.3. táblázatban megadott mértékhatárok adnak útmutatást.
8.3. táblázat - A talajszerkezet morfológiai értékelése az aggregátumok formája és mérete alapján
A szerkezet típusa, méret |
Morzsás vagy szemcsés |
Poliéderes vagy diós |
Rögös |
Hasábos vagy oszlopos |
Lemezszerű |
Apró, ill, vékony |
< 2 mm |
< 5 mm |
< 10 mm |
< 20 mm |
< 1 mm (leveles) |
Közepes |
2–5 mm |
5–15 mm |
10–50 mm |
20–50 mm |
1–3 mm (lemezes) |
Durva, ill. vastag |
> 5 mm |
> 15 mm |
> 50 mm |
> 50 mm |
3–5 mm (táblás) |
Agronómiai szempontból a szerkezet értékelése nem az aggregátumok alakja, hanem azok mérete és a különböző méretű egységek százalékos mennyisége alapján történik.
A köbös szerkezeti egységek méret szerinti csoportosítását és az egyes frakciók elnevezését az 8.4. táblázat mutatja. A morzsafrakció, ebben az értelemben nemcsak a morzsás szerkezetű talajokban kialakult aggregátumokat jelenti, hanem az adott mérettartományba eső kevésbé porózus, tömött szerkezeti egységeket is. A táblázatban közölt felosztást egyszerűsítve: a 0,25 mm-nél kisebb egységeket por-, a 0,25–10 mm nagyságúakat morzsa-, a 10 mm-nél nagyobbakat pedig rögfrakciónak nevezzük.
8.4. táblázat - A szerkezeti egységek mérete és elnevezése
Átmérő, mm |
Szerkezeti rangsorolás |
Gyakorlati elnevezés |
< 0,01 0,01–0,25 |
finom mikroaggregátumok mikroaggregátumok |
porfrakció |
0,25–1 1–3 3–10 |
makroaggregátumok |
morzsafrakció |
10–20 > 20 |
megaaggregátumok |
rögfrakció |
A jellemző méretű frakciók elkülönítésére megfelelő lyukbőségű rosta-, illetve szitasorozatot használunk (száraz szitálás), majd ezek mennyiségét tömeg%-ban fejezzük ki. A talajok szerkezetességétől függően, a kedvező méretű morzsafrakció 0–70% között változik. A legkedvezőbbek az 1–3 mm közötti morzsák. Jó szerkezetű talajokban az 1 mm-nél nagyobb morzsák dominálnak, a rossz vagy leromlott szerkezetűekben viszont nagy a porfrakció mennyisége, s ezen kívül sok rögöt is tartalmaznak.
Az aggregátumfrakciók %-os mennyiségén kívül, a különböző talajok összehasonlításakor, más mutatók felhasználását is javasolták. Ezek közül a legismertebb a frakciók közepes átmérőjének súlyozott átlaga (KSÁ = közepes súlyozott átmérő) vagy más elnevezéssel a közepes mért átmérő (KMÁ). Kiszámításakor egy-egy morzsafrakció %-os mennyiségét osztjuk 100-zal és megszorozzuk az odatartozó aggregátumok átlagos átmérőjével, majd az egyes frakciókra kapott értékeket összeadjuk, azaz
(8.6. egyenlet)
ahol:
D = az adott frakciót képviselő aggregátumok átmérőjének középértéke; az 1,2,3,... = az egyes frakciók sorszáma. Pl. Ha a talaj aggregátum-összetétele a következő: 20–10 mm (20%); 10–1 mm (30%); 1–0,25 mm (35%) és a 0,25 mm-nél kisebb méretű frakció (15%), akkor
KSÁ = (KMÁ) = 15 ∙ 0,2 + 5,5 ∙ 0,3 + 0,625 ∙ 0,35 + 0,25 ∙ 0,15 = 3+1,65 + 0,21 + 0,037 = 4,86.
A talajszerkezet minőségének egyik fontos paramétere az aggregátumok ellenálló képessége a víz oldó és romboló hatásával szemben. A vízállóság meghatározására többféle módszer használható. Az ismertebb megoldások:
a Sekera-féle kvalitatív becslés,
az aggregátumok nedves szitálása,
a csepegtető és esőztető eljárások, valamint
a vízáteresztő képesség változásán alapuló módszerek.
Mivel ezeknél nem azonos erősségű és idejű a víz hatása, a különböző talajok vízállóságának számszerű összehasonlítása csak akkor lehetséges, ha a vizsgálatokat mindegyiknél ugyanazzal a módszerrel végezték.
Mintegy 10–15 db 1–3 mm átmérőjű légszáraz aggregátumot 7 cm átmérőjű Petri-csészébe helyezünk, és 10 ml desztillált vizet öntünk rá. Kb. 10 percnyi állás után 8-szor–10-szer óvatosan körkörösen megmozgatjuk, majd a 8.5. táblázat szerint értékeljük a változást.
8.5. táblázat - A szétrombolódás mértéke és a talajszerkezet vízállósága közötti kvalitatív összefüggés (Sekera és Arany szerint)
A szétiszapolódás foka |
A szétiszapolódás képe |
A talajszerkezet vízállósága |
1. |
Az aggregátumok víz hatására nem bomlanak, vagy csak kevés, de nagy törmelék keletkezik. |
Jó |
2. |
Az aggregátumok túlnyomóan nagy és csak kevés apró törmelékre esnek szét. | |
3. |
A szerkezeti egységekből közel azonos számú kis és nagy törmelék keletkezik. |
A szerkezet leromlóban van. |
4. |
A morzsák túlnyomóan kicsi, csak nagyon kevés nagy törmeléket adnak. | |
5. |
Kizárólag apró törmelékek láthatók. |
A szerkezet erősen leromlott. |
6. |
Az aggregátumok teljes felbomlás közben omlanak össze. |
A szerkezet nagyon rossz, vagy nincs semmilyen szerkezet. |
Először vízben áztatjuk a talajt, majd egy vízben álló szitasorozat legfelső, legnagyobb lyukbőségű szitájára visszük. Az ún. nedves szitálás a sziták víz alatt történőkörkörös mozgatásával végezhető, kézi erővel vagy erre alkalmas készülékkel. Sorozatvizsgálatokhoz jól használható pl. a Meyer–Rennenkampf-féle készülék, amelyiknél a mozdulatlan szitasorozaton átáramló fel-le mozgó víz áztatja szét és különíti el az eltérő nagyságú morzsákat. A vízvezetéki víz a henger alján lévő csövön alulról áramlik be. Amikor a víznívó elérte a leszívócső hajlatát, azon átbukva önműködően kiürül a rendszer, majd a beáramló víz hatására a folyamat ismétlődik. Így a szétázott aggregátumok mindinkább lejjebb kerülnek, majd lemosódnak a szitasorról. Kb. 30 leszívatás után a szitákat kiemelve, szárítás után mérjük a rajtuk fennmaradt morzsák mennyiségét. Az eredményeket a száraz szitálás adataival összehasonlítva értékeljük. A közvetlen összehasonlításon túl kiszámítható a száraz és a nedvesszitálás KSÁ- (ill. KMÁ-) értékének különbsége:
ΔKSÁ = ΔKMÁ = (KSÁ)sz – (KSÁ)n,
ahol: sz a száraz, n a nedves talajra vonatkozó értéket jelöli.
Mivel a nedves szitálás nagyon időigényes, és csak a jó vízálló szerkezetű talajoknál (csernozjom talajok, természetes növényzettel borított talajok és egyes erdőtalajok mintái) lehet, ill. érdemes elvégezni, más módszerek alkalmazására is szükség van.
A csepegtető módszereknél a szitára helyezett aggregátum(ok)ra néhány cm magasságból meghatározott méretű vízcseppeket ejtenek, s a vízállóságot a szétesést okozó cseppek számával vagy össztérfogatával jellemzik.
Az esőztető eljárásoknál, az előzőhöz hasonló körülmények között, ismert cseppnagyságú és intenzitású mesterséges esőt alkalmaznak.
A vízbeszivárgás és a vízáteresztés időbeni változása, csökkenése (8.5. fejezet) is alkalmas a talajszerkezet stabilitásának becslésére.
A talajszerkezet vízállósága szorosan összefügg a mikroaggregátumok stabilitásával. A mikroaggregátumok stabilitását – Vageler szerint – úgy lehet megállapítani, hogy a talaj egy részét vízben, egy részét pedig peptizáló hatású (nátriumpirofoszfát, litiumkarbonát stb.) oldatban szuszpendáljuk, majd – a szemcseösszetétel vizsgálatához hasonlóan – mindkét kezelésnél meghatározzuk a 0,002 mm-nél kisebb szemcsék (az agyagfrakció) mennyiségét. A szerkezeti tényező (Szt) vagy struktúrafaktor az alábbi képlettel számítható ki:
(8.7. egyenlet)
ahol:
az agyag I a peptizáló oldattal, az agyag II pedig a vízzel kezelt mintában meghatározott agyagfrakció mennyiségét jelenti. A szerkezeti tényező tehát arról ad felvilágosítást, hogy a kolloidoknak hány %-a van stabil kötésben. Jó szerkezetű vályog- (csernozjom) talajnál a mikroaggregátumok 82%-a, egy kevésbé jó szerkezetű réti agyagtalajban csak 55%-a, szikes talajban pedig mindössze 5%-a mutatkozott vízállónak.
A mikroaggregátum-analízis eredményei azonban nem tükrözik a talaj makrostruktúrájának állapotát, ill. annak stabilitását. A sok stabil mikroaggregátum nem feltétlenül azt jelenti, hogy a talaj szerkezete kedvező. A mikroaggregátumok stabilitásának vizsgálata elsősorban az adott talajon alkalmazott egyes beavatkozások (talajjavítás, trágyázás, talajművelés stb.) hatásának értékeléséhez ad kiegészítő információkat.
Az aggregátumokon belüli és az aggregátumok közötti hézagok többsége összeköttetésben van egymással, így összefüggő pórusrendszer található a talajban. A pórusrendszer azonban nem egyenletes keresztmetszetű járatokból áll, ezek alakja és mérete pontról pontra változhat.
A pórusteret részben víz, részben talajlevegő tölti ki. A talaj víz- és levegőgazdálkodását döntően befolyásolja:
a pórusok össztérfogata (összporozitás), valamint
a különböző méretű hézagok egymáshoz viszonyított aránya.
Az összporozitás az aggregátumokon belüli és az aggregátumok közötti pórusok összessége, amely legegyszerűbben számítással becsülhető. A számításhoz ismerni kell a talaj térfogattömegét és a szilárd fázis sűrűségét.
a) A térfogattömeg (ρ) a 105 °C-on szárított, bolygatatlan szerkezetű talaj fajlagos tömege (az egységnyi térfogatú száraz talaj tömege), azaz
ahol: g = a vizsgált talajminta száraz tömege, V = a minta térfogata.
Mértékegysége: g/cm3, kg/dm3, vagy t/m3. Méréséhez ismert térfogatú fémhengerrel eredeti szerkezetű (bolygatatlan) talajmintát veszünk, majd szárítás után mérjük a talaj tömegét, s ezt osztjuk a mintavevő henger térfogatával.
A térfogattömeg a lazítástól/tömörítéstől függően, ugyanazon talaj esetében is lényegesen változhat, ezért a rendszer pillanatnyi állapotára jellemző értéket ad, ami többnyire: 0,8–1,7 között van. Átlagértéke: 1,45 g/cm3.
b) A sűrűség (ρsz) a szilárd fázist alkotó anyagok (részecskék) egységnyi térfogatának tömege (a szilárd fázis fajlagos tömege).
Mértékegysége szintén: g/cm3, kg/dm3, t/m3. Mivel az ásványi rész túlnyomó többségét alkotó szilikátok sűrűsége egymáshoz hasonló, a talajok sűrűsége (fajsúlya) nem mutat olyan nagy eltéréseket, mint a térfogattömeg. Általában 2,6–2,65 körüli. A sűrűséget tehát nem a rendszer állapota, hanem az anyagi minősége szabja meg. A nagy szervesanyag-tartalom, mind a térfogattömeg, mind a sűrűség értékét csökkenti.
Az ismert tömegű talaj szilárd fázisának térfogata indirekt úton, folyadékkiszorítás révén (piknométerrel) mérhető. A talajt is tartalmazó piknométer feltöltéséhez valamilyen apoláros folyadékot (benzolt, xilolt, petróleumot) vagy desztillált vizet lehet alkalmazni. Az előbbi értékből számított sűrűséget valódi, a vízkiszorításból számítottat látszólagos sűrűségnek nevezzük. A legtöbb talajnál a valódi sűrűség valamivel kisebb, mint a látszólagos. Homoktalajoknál a két érték közel egyforma.
c) Az összporozitás számítása. A talaj pórusainak össztérfogatát, az összporozitást, a talaj térfogatának %-ában szokták kifejezni. Kiszámítása az alábbi gondolatmenet alapján történik: a ρ/ρsz hányados megadja, hogy egységnyi térfogatú száraz talajban mennyi a szilárd részecskék össztérfogata. A 100 ∙ (ρ/ρsz) pedig ugyanezt fejezi ki %-ban. Ha a kapott értéket levonjuk a talaj térfogatából (100%-ból), megkapjuk a pórustér %-os értékét, azaz
(8.8. egyenlet)
Mivel a számlálóban szereplő ρ változik, a ρs értéket pedig konstansnak tekinthetjük, nyilvánvaló, hogy minél kisebb az adott talaj térfogattömege, annál nagyobb az összporozitás, és fordítva. A talaj összporozitása általában 35–70% között van. Kedvező esetben a P % = 50–60%. (70%-ot meghaladó porozitást csak láptalajoknál találunk).
A térfogattömeg és az összporozitás átlagértéke a különböző textúrájú (kötöttségű) talajoknál a következő. A homoktalajok összporozitása (P %) 42 ± 7%, a vályogtalajoké 45 ± 8%, az agyagtalajoké 55 ± 5%, a térfogattömeg pedig – a fenti sorrendben – átlagosan 1,54; 1,45; 1,16 körüli.
A szerves anyagok – bármilyen kötöttségű talajban – kedvezően befolyásolják (növelik) a porozitást. Fekete Zoltán szerint hazai talajoknál a legnagyobb összporozitás nem agyag-, hanem agyagos-vályog textúrájú talajokban figyelhető meg.
A talajban található sokféle méretű (átmérőjű) pórus a víz-, levegő- és tápanyaggazdálkodás szempontjából is jelentősen eltérő viselkedésű. A pórusok nagyság szerinti beosztására, a pórusméret és a funkció közötti kapcsolat kifejezésére, többféle javaslat született. Gyakorlati szempontból az 8.6. táblázatban közölt felosztás látszik célszerűnek.
8.6. táblázat - A talajpórusok méret szerinti besorolása
A póruscsoport neve |
Átmérő (μm) |
Vízgazdálkodási funkció | |
Mikropórusok |
finom pórusok |
< 0,2 |
kötött víz pórustere |
Mezopórusok |
közepes pórusok |
0,2–10 |
kapilláris pórustér |
Makropórusok |
közepesen durva pórusok |
10–50 |
kapilláris-gravitációs pórustér |
durva pórusok |
50–1000 |
gravitációs pórustér | |
Megapórusok és repedések |
igen durva pórusok és repedések |
> 1000 |
A talajba jutó víz visszatartása, raktározása a mikro- és mezopórusokban (a kötött víz pórusterében és a kapillárisokban) történik, a talaj levegőellátottságát pedig elsősorban a makro- és megapórusok mennyisége szabja meg. A pórusméret megoszlására a talaj vízgazdálkodási jellemzőiből (8.4.4. fejezet) lehet következtetni.
A pórusviszonyok helyes értelmezéséhez szem előtt kell tartani, hogy a talaj pórusrendszerét alkotó hézagok szabálytalan alakja miatt a megadott átmérőket csak hozzávetőleges átlagnak tekinthetjük. Más szóval: a talajpórusokat a velük azonos víztartó képességű, szabályos henger alakú kapilláris csövek átmérőjével jellemezzük. Az így megadott átmérők tehát ekvivalensek (egyenértékűek), de nem azonosak a talajban előforduló változatos pórusátmérőkkel. (Ekvivalens pórusátmérők.)
Az előzőekből is kitűnik, hogy a különböző méretű pórusok mennyisége és egymáshoz viszonyított aránya döntően befolyásolja a talajok vízzel szembeni viselkedését, levegőzöttségét, s ezeken keresztül a talajban élő szervezetek létfeltételeit. A különböző póruscsoportok közötti arány (pórusméret-megoszlás) a jó szerkezetű vályogtalajokban a legjobb (8.9.ábra). Az agyagtalajokban a nagy mennyiségű finom pórus, a homoktalajokban pedig a durva pórusok túlsúlya miatt kedvezőtlen a pórusméret-megoszlás. Az ábráról leolvasott összporozitás-értékből az adott textúrájú talaj térfogattömege is megbecsülhető. Az (8.8) egyenletből ugyanis:
(8.9. egyenlet)
8.9. ábra - A különböző méretű pórusok aránya a homok-, vályog- és agyagtalajokban. (Grav. p. = gravitációs pórusok; Kap. p. = kapilláris pórusok; Adsz. p. = a kötött víz pórustere)
Az aggregátumporozitás a szerkezeti egységeken belül kialakult pórusok össztérfogatát jelenti. Mérésével megállapítható, hogy milyen mértékben porózusak a talajmorzsák. Egyes talajokban az aggregátumok sok, másokban viszont csak kevés pórust tartalmaznak vagy teljesen tömöttek. A jó szerkezetű talajoknál a durvább pórusok többnyire az aggregátumok között, a finomabb (kapilláris) pórusok pedig a szerkezeti egységek belsejében vannak.
Az aggregátumporozitás a vizsgált aggregátumok térfogattömegének ismeretében – az összporozitáshoz hasonlóan – számítható ki. Az aggregátumok térfogattömegének meghatározásánál is mérni kell az aggregátum tömegét és térfogatát. A térfogatot az általa kiszorított higany térfogatából kapjuk (higanyos módszer). Az erre a célra alkalmas edényből kiszorított higany térfogatát közvetlen térfogatméréssel vagy súlyméréssel és a higany sűrűségének (13,6) számításbavételével állapítjuk meg.