Ugrás a tartalomhoz

Erdészeti ökológia

Bartha Dénes, Soproni Egyetem, Bidló András, Soproni Egyetem, Csóka György, Erdészeti Tudományos Intézet, Czájlik Péter, Vásárhelyi István Természetvédelmi Kör, Kovács Gábor, Soproni Egyetem, Kőhalmy Tamás, Soproni Egyetem, Mátyás Csaba, Soproni Egyetem, Somogyi Zoltán, Erdészeti Tudományos Intézet, Standovár Tibor, Eötvös Loránd Tudományegyetem, Szodfridt István, Soproni Egyetem, Traser György, Soproni Egyetem, Varga Zoltán, Kossuth Lajos Tudományegyetem, Víg Péter, Soproni Egyetem

Mezőgazda Kiadó

Erdei ökoszisztémák elemforgalma

Erdei ökoszisztémák elemforgalma

Bidló, András

Soproni Egyetem

Kovács, Gábor

Soproni Egyetem

Az erdő anyagforgalmába az egyes elemek az alapkőzetből, a talajból, a vizekből és a levegőből kerülnek be. A növények tápelem-ellátottsága szempontjából az ökoszisztéma belső elemforgalma játszik döntő szerepet, de a geokémiai folyamatok sem hanyagolhatóak el. A mállási folyamatok eredményeként jelentős menynyiségű ásványi elem kerül a talajba. A csapadékkal, valamint a száraz ülepedés révén szintén jelentős mennyiségű anyag (gázok, por, aeroszolok) kerül közvetlen a növényzetre, illetve a lombsátoron keresztül a talajra. Az erdők elemforgalmába bekerülő elemek egy része azonban visszajut a légkörbe vagy kimosódva beszi-várog a talajvízbe, elhagyva az ökoszisztémát.

Az anyagkörforgalomnak tehát három fő komponense van: az ökoszisztémába bekerülő, az onnan kikerülő és éppen a rendszerben található anyagmennyiség. Az adott területen a vegetáció által az év folyamán felvett tápelemek egy része mint biomasszagyarapodás jelentkezik, másik része még az év folyamán visszakerül a körforgalomba. Ha a körforgalomban az egyes komponensek változását ismerjük, az anyagmérleg-egyensúly alapján a további mennyiségek is becsülhetők (23. táblázat).

23. táblázat - Ásványianyag-készlet és tápelem-körforgalom aljnövényzettel benőtt, 30-75 éves, tölgy-bükk-gyertyán lombelegyes állományban, kg/ha-ban (Larcher, 1973 nyomán)

Megnevezés

N

P

K

Ca

Összesen

Ásványianyag-mennyiség a föld feletti biomasszában

406

32

245

868

1632

Az éves növedékben levő anyag

30

2,2

16

74

127,8

Éves avarhullás

61

4,1

36

120

228,0

Ásványi anyag beépülése a fákba

91

6,3

52,0

194,0

355,7

Kimosódás

0,9

0,6

17,0

7,1

31,8

Éves anyagmegkötés

91,9

6,9

69,0

201,1

387,5

Átalakulási hányados

0,68

0,68

0,77

0,63

0,67


fitomasszakészlet: 156 t szárazanyag/ha

éves nettó produkció: 14,4 t szárazanyag/ha

A tápelemek legnagyobb része a biológiailag aktív növényi részekben, főleg a levelekben halmozódik fel. A növény a levelekből a tápelemek egy részét a lombhullás előtt kivonja, ennek ellenére az avarban még igen nagy mennyiségű tápanyag található. A talajra került szerves anyag mineralizációjának sebessége a környezeti adottságoktól, elsősorban a hő- és csapadékviszonyoktól függ, ami meghatározza a humuszképződés milyenségét is. A nyers tőzegben pl. (fenyvesek és nehezen bomló lomblevelűek alatt) akár évtizedekre is lekőtödnek a tápelemek, ezért az anyagáramlás a biológiai körfolyamatban lassú. A tápanyagfelvétel és a mineralizáció térben és időben elválik egymástól, ami az ökoszisztémában endogén eredetű savanyodást eredményez. Ezzel szemben mull típusú humusz esetén a mineralizáció gyors, a tápelemek körforgalma is lényegesen gyorsabb.

A hazai erdőállományok nagy része bázisionokban gazdag alapkőzeten van. A mállási folyamatokból kellő mennyiségben szabadulnak fel tápelemek, így természetes vagy természet közeli erdőállományainkban tápelemhiánnyal nem kell számolnunk. Hazai talajaink túlnyomó része nagy pufferképességű, ezért az ökoszisztémát érő külső és belső savterhelés hatására bekövetkező savanyodási folyamatok lényegesen lassabbak, mint a nyugat-európai erdőkben.

A növényzetben előforduló elemek

A növényi anyagcseréhez szükséges bioelemek ásványi anyagokból (pl. ásványok) vagy mineralizált szerves anyagokból (pl. NH4+ NO3 származnak. Életfontos-ságúak és pótolhatatlanok a nagyobb mennyiségben felhasznált, ún. makro- (N, P, S, K, Ca, Mg), valamint a nagyságrendekkel kisebb mennyiségben szükséges mikro- vagy nyomelemek (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl). Az anyagcsere-folyamatokban nemcsak az egyes elemek abszolút mennyisége, hanem egymáshoz viszonyított arányuk is jelentős szerepet játszik a növények optimális tápanyag-ellátottságában. Liebig törvénye szerint a növények növekedését mindig a minimumban lévő növekedési faktor (pl. egy tápelem) határozza meg. Hiába van a talajban elegendő víz, ha nincs felvehető formában lévő tápelem, vagy hiába van jelen valamennyi tápelem felvehető formában, ha hiányzik a gyökerekhez szállító közeg, a víz.

A legfontosabb tápelemek mennyiségét tekintve általánosságban a következő sorrend állapítható meg: N />/ K />/ Ca />/ P />/ Mg. A fák egyes szerveiben, ugyanakkor eltérő koncentrációval találkozhatunk. Az említett elemekre vonatkozóan a következő sorrend érvényes: levelek />/ kéreg />/ háncs />/ fatest (24. és 25. táblázat). Erdeifenyő esetén pl. megállapították (Lyr et al, 1992), hogy a N, P, K, Ca és Mg elsősorban a tűlevelekben halmozódik fel. Így, bár a tűlevelek szárazanyag-tömege csak 3%-a a fa összes tömegének, de a tűlevelekben van a fában kötött nitrogén és foszfor több mint 30, a kálium közel 25%-a.

24. táblázat - Bioelem-tartalom g/kg-ban, abszolút száraz tömegre vonatkoztatva, a fa egyes részeiben és az avarban Ulrich (1990) nyomán

Megnevezés

Acidofil bükkös

Bazifil bükkös

N

P

K

Ca

Mg

N

P

K

Ca

Mg

Levelek és az aljnövényzet

30

2

9

4

0,7

30

4

12

10

2

Háncs a kéreggel, gyökérzet

3

0,5

1,2

2

0,2

5

0,6

2

4

1

Vastagfa kéreggel

8

0,7

2,4

8

0,4

10

0,7

3

16

1

Vastagfa kéreg nélkül

1,2

0,2

0,9

0,8

0,2

1,5

0,2

1

2

0,5

Avar

17

1,3

5

5

0,5

20

1,3

5

18

2


25. táblázat - A növényben előforduló elemek, szerepük és mennyiségük a növényekben

Elem

Felvételi forma

Szerepe

Elemtartalom nagyságrendje a szárazanyag százalékában

10-5

10-4

10-3

10-2

10-1

1

10

100

C

CO2, (HCO3)

a szerves molekulák legfontosabb építőkövei

?

H

H2O

a szerves molekulák legfontosabb építőkövei

?

O

O2, H2O

a szerves molekulák legfontosabb építőkövei

?

N

No3, NH4+

NH2 mint a proteinek funkciós csoportjai

?

?

S

SO42–, SO2

-SH mint a transzferázok csoportja

?

?

P

H2PO4, HPO42–

a kémiai energia tárolása és átadása

?

B

B(OH)3, B(OH)4

szénhidráttranszport, növekedési anyagok aktiválása

?

?

Mo

MoO42–, HMo4

a reduktázok, különösen a nitrátreduktáz építőeleme

?

?

K

K+

enzimatizálás (fotoszintézis, foszforizálás)

?

Ca

Ca2+

sejtfal- és sejtmembránszerkezet

?

?

Mg

Mg2+

foszforizálás (klorofill)

?

Fe

Fe3+, Fe2+ , Fe(OH)+

oxidoreduktáz építőeleme (pl. légzés)

?

?

Mn

Mn2+, Mn(OH)+

oxidoreduktázok és transzferázok katalizátora

?

?

Cu

Cu2+, Cu(OH)+

oxidázok építőeleme

?

?

Zn

Zn2+, Zn(OH)+

növekedést serkentő anyagok háztartásának befolyásolása

?

?


Az anyagkörforgalom dinamikája

Az egyes tápelemek évszakos koncentrációja a levelekben a vegetációs időszak alatt jelentősen változik, mennyiségét leginkább a talajok tápelem-ellátottsága, azok felvehetősége határozza meg. Lombfakadáskor igen intenzív a tápelemfelvétel, és a legtöbb elem koncentrációja ekkor a legnagyobb. A vegetatív részek fejlődésével, a hígulási effektus következtében, tavasz végére a koncentráció csökken. Bükk és lucfenyő fafajokon végzett vizsgálatok szerint a kalcium-, a vas- és mangántartalom a vegetációs időszak alatt fokozatosan növekszik, míg a nitrogéntartalom csökken. A többi elemnél a változás kisebb mértékű. Nagyobb esőzések során fellépő kimosódás hatására gyorsan csökkenhet a levelek kálium-, kalcium-, magnézium-, mangán- és cinktartalma. A lombos fák nyáron több tápelemet vesztenek, mint a tűlevelűek, télen viszont fordított a helyzet.

A tápelem-koncentráció és a mineralizáció évszakos változása mellett az erdő anyagforgalmát hosszú távú cilusok is jellemzik. Adott faállomány esetében az anyagforgalom a korral változó növekedési eréllyel összefüggésben alakul, a tápanyagfelvétel a növedékmaximum idején a legintenzívebb. A vegetációfej-lődés (szukcesszió) során a tápelemek mennyisége mind a növényzetben, mind a feltalajban emelkedő tendenciát mutat. A szukcesszióval ellentétes degradációs folyamatok, ezzel összefüggésben a talajhőmérséklet emelkedése általában felgyorsítja a mineralizációt, a vegetációban és a talajban tárolt tápanyagok mennyisége csökken. Ez különösen élesen tapasztalható a trópusokon, de hasonló hatások jelentkezhetnek pl. globális felmelegedés esetén a boreális tajgák, tőzeglápok nagyon nagy szervesanyag-mennyiséget tároló talajában. (Az erdő-gazdálkodási beavatkozások anyagforgalomra gyakorolt hatásával külön fejezet foglalkozik.)

Egyes elemek körforgalma

A növények a tápelemeket tömegáram vagy diffúzió révén veszik fel. A talajban található összes tápanyagnak csak kis része és rövid ideig felvehető. A felvehetőség elsősorban a talaj fizikai és kémiai tulajdonságaitól, a talajoldat elemkoncentrációjától, a gyökérsűrűségtől és a gyökérzóna mikrobiális aktivitásától függ.

Az ökoszisztémák elemforgalmában az utóbbi évtizedekben egy egyre jelentősebb bevételi forrás jelentkezik, ez a légköri ülepedés. A légkörből az erdei ökoszisztémába kerülő elemek mennyisége a szennyezettség mértéke mellett a fafaj-összetételtől is függ (52. ábra, részletesebben lásd a légköri ülepedéssel foglalkozó fejezetben). Soproni erdőkben végzett mérések szerint (Führer, 1992, 1994) száraz és nedves ülepedés, valamint a koronaszintből való kimosódás révén a talajra kerülő elemmennyiség évente és hektáronként 20–72 kg nitrogén, 31–35 kg kálium, 24-42 kg kalcium és 5–8 kg magnézium. Összehasonlításképpen meg-jegyzendő, hogy pl. a mezőgazdasági területeken műtrágyázásra felhasznált nitrogén-hatóanyag mennyisége országos átlagban 120 kg körül van.

A szén körforgalma

Az erdei ökoszisztéma általános anyagforgalma leginkább a szénkörforgalom nyo-monkövetése segítségével ismerhető meg, mivel a szén mennyiségi változása jól mutatja az összes szerves anyag mennyiségének változását.

Az erdei ököszisztémákban található szén, minimális mennyiségtől eltekintve, a légkör szén-dioxidjából a fotoszintézis során alakul át szerves anyaggá. A növények gázcseréje során egyes időszakokban (éjszaka, vegetációs időszakon kívül stb.) a légzés kerül túlsúlyba, aminek eredményeképpen a megkötött légköri szén egy része újból visszaalakul szén-dioxiddá. Ugyanígy nagy mennyiségű szén-dioxidot szaba-dítanak fel az állatok és a talajlakó élőlények a szerves anyagok bontása során.

Az élőlényekbe beépülő szén állandó körforgalomban vesz részt, pl. avar formájában hullik a talajra (26. táblázat) vagy időszakosan beépül (27. táblázat).

26. táblázat - Az éves átlagos avarhullás egy gödöllői bükkösben (kg/ha szárazanyagra vonatkoztatva) (Járó, 1988/89 nyomán)

Megnevezés

Tömeg (kg)

N2 (kg)

P2O5 (kg)

K2O (kg)

Lombhullás

3543

34,6

5,8

17,1

Egyéb avar *

1979

20,5

3,8

9,5

Avar összesen

5623

55,1

9,6

26,6


* „Egyéb avar” tartalmaz: lehullott rügypikkelyt + porzós virágot + makkot + makk-kupacsot + kérget + 2 cm-nél vékonyabb gallyat

27. táblázat - Lombállományok föld feletti és föld alatti légszáraz szervesanyag-tömege t/ha-ban és az összes szerves anyag százalékában Járó (1991) nyomán

Faállomány

Kor

Lomb

Vágáslap feletti fatömeg

Tuskó fatömege

Gyökértömeg

Összesen

év

t/ha

%

t/ha

%

t/ha

%

t/ha

%

t/ha

Csertölgyes

47

5,6

3

130,6

62

21,9

10

53,1

25

211,2

Vöröstölgyes

41

5,0

2

142,8

63

26,4

12

53,9

24

228,1

Óriásnyáras

20

3,8

4

53,2

53

17,5

17

26,8

26

101,3

Olasznyáras

20

4,1

4

51,8

52

16,8

17

27,5

27

100,2


A fatestben tárolt szénkészlet mennyisége a fák növekedésével évente gyarapszik, és hazai viszonyok között, a fakitermelés következtében, előbb-utóbb kikerül az erdei ökoszisztémából. Ennek az anyagmennyiségnek egy része (Magyarorszá-gon kb. 50%-a) az energianyerés (fatüzelés) révén hamar visszakerül a légkörbe (lásd a légköri szén-dioxid megkötéséről szóló fejezetet).

A szén erdőállományon belüli körforgalmában igen nagy szerepet játszik a lombhullás, aminek éves mennyisége 1000–7000 kg szárazanyag/ha lehet. Az így a talajra kerülő szerves anyag bonyolult bomlási folyamatok során részben stabil szerves kötésű humuszanyagokká alakul át. A lombhulláson kívül további szerves anyag kerül a talaj felszínére a különféle élőlények pusztulása során, illetve mint anyagcseretermék. A talajban többé-kevésbé tartósan felhalmozódó szerves anyagok széntartalma a teljes lekötött szénmennyiséghez képest igen jelentős tétel, a talaj szénlekötő („sink”) szerepe ezért egyáltalán nem elhanyagolható (lásd a 34. táblázatot).

Az erdei ökoszisztémát viszonylag kis mennyiségű szervesen kötött szén hagyja el természetes körülmények között kimosódással és talajelhordódással (erózióval). Ennél jelentősebb a faanyag elszállításával, a vágáshulladék eltávolításával vagy elégetésével kikerülő szén mennyisége. Utóbbi kettő hatása elsősorban azért jelentős, mert ezek során nagy mennyiségű egyéb tápanyag is kikerül az erdőállományból, míg a faanyag tápelemtartalma aránylag csekély.

A nitrogén körforgalma

Az atmoszferikus nitrogén nagy koncentrációja ellenére csak másodlagos szerepet játszik az élőlények nitrogénforgalmában, mert a nitrogén-körforgalom főként a mikroorganizmusok és a talaj között játszódik le. A mikroorganizmusok alakítják át a szerves vegyületeket a növények számára felvehető ásványi formába. A zöld növények ásványi nitrogént hasznosítanak életfolyamataikhoz, így nemcsak szén-, hanem nitrogénautotrófok is. A nitrogént a talajból ammónium-, nitrit- és nitrátion formájában veszik fel. A szervetlen nitrogénformák az összes nitrogén 1–5%-át teszik ki. A talajban a nitrogén ásványi formában gyakorlatilag csak NH4+-ként és NO3-ként van jelen, illetve nagyon ritkán (csak redukált körülmények között) nyomokban még NO2 is kapcsolódhat hozzájuk. A nitrát, mint erős sav anionja, a gyakran előforduló kationokkal könnyen oldható sókat képez. Ezért a NO3 nem tud a kolloidokhoz kötődni, könnyen kimosódik.

Az avarrétegben és a humuszszintben, a szilárd fázisban szinte csak szerves formában kötött nitrogén található. Az ásványi talajok humuszos (A1) -szintjeiben még az össznitrogén 95%-a szerves kötésekben szerepel. Az összes nitrogén 50–60%-a könnyen mineralizálható.

Nitrogénmineralizáció. A biomasszában kötött nitrogén túlnyomórészt protein vagy proteid formájában fordul elő. Ez a nagy polimerizáltságú fehérjeanyag a hidrolízis során saját építőelemeire esik szét, amelyekből lépésről lépésre felépült. A holt szerves vegyületek mineralizációja során tehát a nitrogén egy része ismét anorganikus alakban, mint ammónia jelenik meg. Ez a szervesnitrogén–ammónia-átalakítás az ammonifikáció. Az egyensúlyi viszonyok miatt gyakorlatilag ammónia nem fordul elő savanyú pH-tartományban, 8,4 pH fölött ezzel szemben jelentős a gáz formájú ammóniaveszteség.

A nitrifikációt mikroorganizmusok végzik, amelyek a rendelkezésre álló ammó-niát nitráttá oxidálják. Mivel a nitrátot a növények szívesen hasznosítják, így e folyamatnak nagy a jelentősége. A nitrifikálók olyan aerob légző baktériumok, amelyek redukált szervetlen vegyületek (NH3, NO2) kémiai oxidációs energiáját hasznosítják, és a levegő szén-dioxidjával, mint egyedüli szénforrással, szénautotróf életmódot folytatnak. Élettani szempontból két csoporba sorolhatók: a Nitrosomo-nas, Nitrosococcus, Nitrosolobus mikroszervezetek végzik az ammónia nitritté alakítását, a Nitrobacterek pedig a nitrit nitráttá oxidálásában tevékenykednek. A nitrifikáció semleges és alkalikus közegben, jó oxigénellátás mellett optimális. 5 pH alatt, de különösen 4 pH alatt a talajban nitrifikáció már nem megy végbe. A nitrifikálók aktivitását a nagy humusztartalom is kifejezetten gátolja. Ennek az az oka, hogy a humusz ioncserélőként hat, megköti a NH4+-t, így a mikroorganizmusok nem képesek azt kicserélni. Gyorsabb a nitrifikáció meleg (30–35 °C), nedves viszonyok között, tehát tavasszal és ősszel tapasztalható a nitrátképződésben a maximum, nyári száraz napokon és télen pedig nagyon lelassul.

Egyes növényeknél jelentős többletnitrogén-forrás lehet a gyökereken szimbiózisban élő baktériumok, illetve sugárgombák által megkötött nitrogén. A hüvelyesek gyökerén a Rhizobiumok, az égerén egyes sugárgombák képesek nitrogénkötésre.

Mivel a mineralizáció mikrobiológiai folyamat és a baktériumok a könnyen bontható tápanyag jelenlétekor gyorsan szaporodnak, a bontás során a mineralizált nitrogén egy részét a mikrobák saját sejtjeik felépítésére használják, a nitrogén immobilizációja következik be. A fehérje kb. 51% szenet, 17% nitrogént tartalmaz, a C/N arány 3. Tekintettel arra, hogy sok baktérium burkot képez maga körül, az avarban az anyagcseréhez a 10 C/N, és a 100 C/P arány fedezi legjobban az igényeket. Ez a viszony alakul ki a humuszban a biológiai humifikálódás következtében. Figyelembe véve még azt is, hogy a baktériumok az energiaigényük fedezésére szolgáló szénforrás felét ellélegzik, a 20 C/N és 200 C/P arány optimálisnak mondható.

Ennek megfelelően a levélavar lebontási lehetőségét a C/N alapján megítélhetjük.

  • C/N 12–25: könnyen bomlók: bodza, éger, akác, kőris, szil, fekete nyár, málna, a legtöbb lágyszárú, pl. csalán,

  • C/N 25–40: közepesen bomlók: hárs, fűz, madárcseresznye, balzsamos nyárak, gyertyán, juhar, rezgő nyár, nyír,

  • C/N 40 fölött: nehezen bomlók: tölgyek, bükk, duglászfenyő, lucfenyő, erdei-fenyő, vörösfenyő.

A nehezen bomló avarú fafajoknál a tág C/N arány mellett más lebontást gátló tulajdonságok, mint a fenolok magas aránya, csekély bázistartalom és nehezen lebontható cserzőanyag-fehérje-komplex képződése játszik jelentős szerepet.

A nitrátredukció a nitrifikáció fordítottja. Ezt a legtöbb növény el tudja végezni, úgyhogy a nitrát teljes értékű nitrogénforrás a fehérjeszintézishez. Egyes baktériumok, pl. a Pseudomonasok, Achronobacter, Bacillus és Mikrococcusok oxigén hiányában a nitrátot tudják oxigénforrásként felhasználni.

Denitrifikáció alatt a nitrátkészletek N2, N2O vagy NO alakban bekövetkezett, gáz halmazállapotú nitrogénveszteségét értjük, amely főleg, de nem szükségszerűen biológiai hatásra megy végbe. A nitrátlégzés biológiai denitrifikációhoz vezet, ahol N2 vagy N2O szabadul fel. A denitrifikáció nemcsak a vízzel telített, leve-gőtlen, oxigénszegény talajokon mehet végbe, hanem jól levegőzött talajokon is, ha a talajoldatnak nagy az ammóniakoncentrációja.

Erdei ökoszisztémában kialakult egyensúlyi állapotban móder- és nyershumusz esetén a denitrifikáció alacsony szintű, mert a fák nitrogénfelvétele következtében a talajoldat nitrátkoncentrációja igen csekély.

A nitrogénformák átalakulási folyamatait mutatja be a 36. ábra. Ezen folyamatok csak a mikroorganizmusok és a növények közreműködésével és enzimek katalizálása révén zajlanak le. A légköri ülepedéssel az erdei ökoszisztémák valószínűleg számottevő további nitrogénbevételi forrással rendelkeznek (lásd a vonatkozó fejezetben).

36. ábra - Nitrogén-körforgalom (Delwiche, 1970 után Gisi, 1990)

Nitrogén-körforgalom (Delwiche, 1970 után Gisi, 1990)


A foszfor körforgalma

A foszfor körforgalmában fontos szempont a nitrogénnel ellentétben, hogy nincs jelentős kimosódás a talajból és gáz alakú foszforveszteséggel gyakorlatilag nem kell számolnunk. A foszfor gyengén oldódó, stabil, szervetlen vegyületek (kalcium-, vas- és alumínium-foszfátok) formájában vagy adszorbeálva és kelátkötésekben van jelen a talajban. Ezek a vegyületek a növények számára csak részben hozzáférhetők, ezért gyakran léphet fel foszforhiány, elsősorban erősen meszes vagy erősen savanyú talajokon. A talajok összes foszfortartalma az irodalmi adatok szerint 17–1400 mg/kg (Győri, 1984). A növények a foszfort foszfát formájában veszik fel. A talaj foszfortartalma a talaj termőrétegében szervetlen és szerves foszforvegyületekre osztható. A felvett foszfor a növényekbe ionként főleg észterkötésekbe épül be (nukleotidok, foszfatidok). Köny-nyen mozgósítható tápelem, leginkább a reproduktív szervekben halmozódik fel (37. ábra). Az ismételten a talajba került szerves foszfor több minerealizációs lépés végén foszforsav formájában szabadul fel és a talaj kationjaival leggyakrabban nehezen oldható foszforvegyületté alakul (Müller, 1965). A szerves foszfor mellett a szervetlen vegyületek felvehetővé válásában ismét jelentős szerepük van a mikrooganizmusoknak.

37. ábra - Foszforkörforgalom (Stewart, 1981 után módosítva)

Foszforkörforgalom (Stewart, 1981 után módosítva)


A kén körforgalma

A kén mind biológiai, mind geokémiai szempontból a mozgékony elemek közé tartozik az ökoszisztémában, ahol viselkedését leginkább a nitrogénéhez lehet hasonlítani, míg a fotoszintetizáló növények és az állatvilág aránylag kisebb mennyiségben hasznosítja. A kén különböző vegyületei számos baktérium- és gombafajnak szolgálnak energiaforrásul. A talajokban a kén összes mennyisége átlag 100–500 mg/kg, aminek kb. fele oldható. A talajban a szerves nitrogén és a szerves kén aránya 9:1, függetlenül a humuszformától, a pH-tól és a humusztartalomtól.

A növények a ként a talajból szulfátionként, a levegőből kén-dioxidként veszik fel. A növényekben a szerves kötésű kén aminosavakban fordul elő, aránylag kis mennyiségben. A C/S arány kb. 15:1. A kén a növények leveleiben és magjaiban halmozódik fel (38. ábra).

38. ábra - Kénkörforgalom (Brady, 1974 után módosítva)

Kénkörforgalom (Brady, 1974 után módosítva)


A nitrogénhez hasonlóan a kén mineralizációjakor is távozhat a kén gáz formában a levegőbe. Feltételezve, hogy a növényekben levő kén 10%-a a mineralizáció folytán a levegőbe kerül, ez Európában 2–4 kg/ha/év kénnek felel meg. Az antropogén eredetű légköri kén a kéntartalmú fosszilis tüzelőanyagok elégetésére vezet-hető vissza (lásd az 52. ábrát). A magyarországi kén-dioxid-ülepedés átlagosan 23 kg/ha/év, míg a hat legnagyobb város területén 64 kg/ha/év (Mészáros, 1987). Szennyezetlen afrikai területeken 1 kg/ha/év.

Egyéb fontosabb elemek körforgalma

A kálium leggyakrabban földpátok, csillámok és agyagásványok rácsaiban fordul elő akár 2–3%-ban is. Ennek csak igen kis része (0,1%) hozzáférhető a növények számára, mert a növények csak a talajban adszorbeált és oldott formában jelenlevő káliumionokat képesek felvenni. Jól mobilizálható, fiatal szövetekben, kéregparenchímában felhalmozódhat. A növény képes az idősebb sejtjeiből, szöveteiből a fiatalabbakba transzportálni.

A magnézium a dolomitban, szilikátokban, szulfátokban és kloridokban található elsősorban. Oldott és adszorbeált állapotban van jelen a talajban. Erősen savanyú termőhelyeken Mg-hiány léphet fel. A növények Mg2+-ionként veszik fel, a klorofillban szerves kötésekben fordul elő. A levelekben halmozódik fel leginkább. A kálimhoz hasonlóan könnyen mobilizálható.

A kalcium a karbonátok, a gipsz, a foszfátok és a szilikátok (földpátok) mállástermékeként kerül a talajba, ahol oldott vagy adszorbeált formában van. A talajból köny-nyen kilúgozódik. A növények passzívan Ca2+-ionként veszik fel, és a levelekbe, kéregbe és idősebb részekbe raktározzák. Hazai erdőállományokban hiánya nem jelentős.

A talajban található egyéb fémek egy része kis mennyiségben szükséges a növények (pl. Cu, Co, Fe, Mn, Mo, Na, Zn) és az állatok (pl. As, Cu, Co, Fe, Mn, Mo, Na, Zn, Cr, Ni, Se, Sn, V) számára, más részét nem használják fel az élőlények. A talajokban a fémek általában a szilikátok rácsaiban, szulfidokban és a kolloidok felületén adszorbeálva fordulnak elő, illetve jó kötődésük miatt dúsulnak és halmozódnak fel. Felhalmozódásuk különösen veszélyes lehet, mivel az utóbbi évtizedekben a légkörből nagy mennyiségű fém ülepedett ki (Mészáros et al., 1993) és emiatt koncentrációjuk folyamatosan nőtt a talajban.

A növények a fémeket a talajból nem kötött, illetve adszorbeált formában, hanem oldott formában veszik fel. Ha a talaj kémhatása megváltozik, megnő az oldatban lévő fémkoncentráció, így pl. savanyodás miatt alumíniumtoxicitás léphet fel.

A fák az egyes fémekkel szemben eltérően viselkednek. Egyes elemeket, így az As-, a Cr-, a Hg-, a Pb- és a Sn-t csak kis mennyiségben veszik fel, másokat, így a Ni-, Cd-, és a Ti-t a talajhoz képest feldúsítanak. Ennek ellenére a talajban nagy felhalmozódás kell ahhoz, hogy a káros hatás a fákon is kimutatható legyen, ami arra utal, hogy a növények a legtöbb elemet képesek szelektív módon felvenni.

Az erdei ökoszisztéma elemkörforgalmába egyszer már bekerült fémek tartósan ott maradnak. Ennek oka az, hogy a növények elpusztulása után a fémek a talajban komplexek formájában lekötődnek a szerves anyaghoz, kimosódásuk csekély. Az erdei ökoszisztéma fokozott fémterhelésével kell számolnunk a szennyező források (utak, kohók, cementgyárak, erőművek stb.) közelében, mert a fémek csak kis távolságra kerülnek a szennyező forrástól.