A klímaváltozás kivédésének egyik eszköze a szénmegkötés fokozása a talajban. Milyen lehetőségek állnak rendelkezésre?

Tudjuk-e úgy befolyásolni a talajművelést és a talajhasználatot, hogy a kockázatok kivédhetők és/vagy odafigyelve csökkenthetők legyenek? „Egészséges talaj és élelmiszer”, ez az EU aktuális missziója, mindez úgy, hogy nem csak a talajerőre, de a környezetminőségre is vigyáznunk kell. Az új szemléletre és az új ismeretek fontosságára hívjuk fel a figyelmet.

A talaj termékenységének növelésével csak rosszabbodik a helyzet?

A talaj szerepe az „Üvegház-Hatású Gázok” (ÜHG) kibocsátásában mára már intenzíven kutatott téma. A tendenciák és a különböző hatások azonban egy adott talaj-növény rendszerben lehetnek pozitívak és negatívak is, így nehéz eligazodni, hogy milyen utat is kövessünk? Egyrészt a talajtermékenység maximális növelésére törekszik mindenki, ami pedig azzal, hogy javul a talajbiológiai aktivitás, egyértelműen fokozódik az ÜHG-kibocsátás is; másrészt pedig éppen a környezetvédelmi célok elérése, azaz a kibocsátott gázok mérséklése érdekében művelésváltásra is kényszerülhetünk, ami pedig az élelmiszer-termelési lehetőségeket rontja a növekvő népesedés ellenére is. Ahogy mondani szokták, „ha az egyik ujjamat vágom az is fáj, ha a másikat, akkor az is”. De akkor hogyan is gondoljunk a talaj szerepére?

 A nyilvánvaló ellentmondások feloldása akkor lehetséges, ha a sokféle szempontot, mármint a talajok minőségét és potenciális állapotát, valamint az elérhető kapacitásait próbáljuk megítélni és az alapján a legoptimálisabb talajhasználatot kialakítani.

Ha a talajt, mint legfontosabb termelőeszközünket tekintjük, akkor a talaj termékenységét, biológiai életerejét maximálisan szeretnénk kialakítani, felturbózni. Ennek konvencionális eszközeiként a szerves trágyázást, illetve ennek hiányában vagy ezek mellett az intenzív műtrágyázás jól ismert gyakorlatát valósítjuk meg. Mindezeket kiegészíti még a termésnövelő mikrobiális készítmények egyre nagyobb mértékű alkalmazása is, különösen, ha a nehezen bontható, nagy cellulóztartalmú szármaradványok dekompozícióját kell gyorsítani. A szerves anyagoknak a talajélőlények közreműködésével történő folyamatos lebontása, átalakítása biztosítja azt az ökológiai rendszerekben, hogy a növény számára feltárt és felvehető makro-, mezo- és mikroelemek legyenek jelen a talajban. Mindeközben a mikrobiális túlélés is javul, ami végül is az ÜHG-kibocsátást fokozza.

Irodalmi adatok szerint a talajok légzése 10-szer több szenet (C) juttat a levegőbe, mint ami a foszilis tüzelőanyagok elégetéséből származik (Post et al. 1990 szerint). A mezőgazdasági gyakorlatban az állattenyésztést is felelőssé teszik a klímaváltozásért. A kérődző állatok által kibocsátott metángázok ráadásul többszörös hatásúak, négyszer károsabbak az üvegházhatás kialakulásában, mint a szén-dioxid. A műtrágyák felhasználásával a felszabaduló nitrogén-dioxidok is tovább növelik a felmelegedést.

A földi talajok ugyanakkor a legnagyobb széntárolók is, becsült értékként 1500 billió tonna szenet tartalmaznak. Ez a mennyiség 2-3-szor nagyobb a föld felszíne feletti növényi vegetáció széntartalmánál (Schlesinger 1990). Ezt a szenet nemhogy megőrizni, de inkább gyarapítani szükséges a talajokban. Az ÜHG-kibocsátás miatt azonban a levegőben évente 4,3 billió tonnával emelkedik a gázként kijutott szén mennyisége. De ha a talajból származó szén mennyiségét mindössze csak 0,4%-kal tudnánk csökkenteni évente, akkor ezt a légköri emelkedést meg lehetne állítani. A tényt és a lehetőséget egy Franciaországi kezdeményezés hozta nyilvánosságra (www.4p1000.org) és a mozgalomhoz világméretekben csatlakoztak.

De vegyük sorra, hogy akkor milyen lehetőségek vannak és milyen tanácsok adhatók a légkörbe kibocsátott üvegházhatású gázok (ÜHG) mérséklésére és a talajban a szén megtartására, ezzel párhuzamosan a termékenység és a talajfunkciók megőrzésére?

A talaj felszíne soha ne legyen csupasz és a lehető legkevesebbszer legyen bolygatva

A talajt fedni, takarni kell. Ekkor megőrizhető a kritikus víztartalom a talajban, különösen ha a nyári szárazság idején nem élő, vagy csak gyökerében élő, lekaszált mulcsot használunk. A takarónövények gyökereinek előnye, hogy azok különböző mélységekben lazítják a talajt. A gyökerek rhizoszférájában kibocsátott növényi szén- és nitrogénforrások pedig tápanyagokkal látják el a gyökérrégióban található élőlényeket. A talajt fedő mulcsnak számos másodlagos hatása is van. Javul a talaj hőháztartása, ami a tavaszi kritikus hőmérséklet-ingadozásoknál előny. Javul a talajélőlények tömege és összetétele, teljessé válik a „talaj-táplálékháló”. Egy stabil, jó tápanyag-ellátottsággal rendelkező rendszer jön létre, ahol a szerves anyagokat igénylő baktériumok, az azokra is épülő további élőlények és a szervetlen anyagot igénylő növény is megtalálja az életfeltételeket. A talajtakaró azzal, hogy temperál, egyúttal mentesít a durva klimatikus szélsőségektől is.

Bolygatás nélkül a talajélőlények nem, vagy kevésbé használják el a talaj szerves anyagait, nem kerül „feleslegesen”, vagy a növénytermesztés céljából sokszor „haszontalanul” elhasznált szén a légkörbe. A tápanyagok nem vagy kevésbé mosódnak ki, nem lesznek veszteségek. A növények tápanyaghoz jutása az adott időben, a növényi igényeket pontosabban követi. A pazarló „gazdálkodás” és a talaj tápanyagfogyása helyett egy takarékos növénynövekedés és -fejlődés valósulhat meg, nem lazulnak fel a növényi szövetek, a termés masszívabb, ellenállóbb lesz a kórokozók támadásával szemben is. Minden mindennel összefügg. Ezáltal pedig lényegesen kevesebb növényvédő szerre lesz szükség a konvencionális alkalmazásokkal összehasonlítva. A jobb minőségű talajban a kisebb mennyiségű mezőgazdasági kemikália lebontása is gyorsabb és teljesebben végbemegy.

Minél többféle takarónövényre, sorköznövényre és füves szegélyekre van szükség

A sokféle növény előnye, hogy sok és változatos az a felkínált táp­anyag a gyökérrendszerben, ami ezáltal az élőlények sokféleségére is kihat. Ennek a változatosságnak, azaz a „biodiverzitás” fontosságának a felismerése napjainkban szintén kulcsfontosságú. A sokféle élőlény többféle élettevékenységet is folytatni fog. Növekszik ezzel a föld alatti működőképesség, a „funkcionális csoportok” száma. Ezekre pedig azért van szükség, hogy még jobban igazodni lehessen a környezeti kihívásokhoz. A különböző funkciók számát a táblázat mutatja be, a földfelszíni borítottság, a növényi vegetáció függvényében.

A biodiverzitás vizsgálatánál kiderült (de magunk életéből is tudhatjuk), hogy minden élőlénynek vannak, lehetnek kedvenc tápanyagai. Már a mikrobiológiában is megfigyeltük, hogy melyik mikroorganizmus-csoportot milyen csalianyagokkal (szelektív táp­anyagokkal) lehet szaporodásra bírni, azaz tenyészteni (és így azokat a talajban megszámolni). Az Azospirillum baktériumoknak pl. almasavat szoktunk kínálni, a Rhizobium baktériumoknak pedig mannitot, de a gombák ugyanígy az egyszerű cukrokon szaporodnak jól. A növények kapacitása sem egységes abban, hogy milyen szén- és nitrogénforrásokat (cukrokat, aminósavakat) tudnak kínálni. A kukorica főleg oxálsavat és malátot választ ki és foszfatáz enzimet termel, azért, hogy a nehezen hozzáférhető foszforhoz hozzájusson. A búza glükóz cukrot, leucin aminósavat választ ki és főleg a proteáz (fehérjebontó) enzim termelésével tűnik ki. Nyilvánvaló tehát, hogy ha többféle a növény egy adott talajban, akkor többféle és változatos lesz a talajélet és az élőlények hálózata (flóra és fauna) is. Az optimális takarónövény-összetételnek éppen ezért javasolják, hogy az legalább 7-féle növényfajból álljon. Többféle növény, egészségesebb talaj, változatos talajbiota és egészséges(ebb) élelmiszer.

Változatosabb növényi sorrend és vetésforgó rendszer kialakítása

 A növényi gyökérrendszer szelektíven hat a talajok biológiai tulajdonságaira. Minél változatosabb a növénytakaró, annál több és többféle a talajéletben közreműködő szervezet. Az egyféle növények monokultúrás gyakorlatában a talajeredetű kórokozók felszaporodhatnak, ezért a művelés során a korábbinál is több peszticidre, mezőgazdasági kemikáliára van szükség, ami tovább rontja a talaj természetes ellenállóképességét, a biológiai összetételt és működést. A jelenlegi mezőgazdasági gyakorlatban leginkább a búza-kukorica-napraforgó és repcetermesztés valósul meg. A pillangós növények beiktatásával a talaj természetes nitrogéntartalma növekszik, aminek még a termesztésüket követő 3. évben is kimutatható a pozitív utóhatása. Az egyféle növény tápanyagainál felszaporodó talajeredetű kórokozók a következő növénynél, ha az nem ad tápanyagot, már természetes úton sem tudnak tovább szaporodni. A vetésforgó így egyenletesebbé teszi a talaj tápanyag-hasznosulását, a potenciális patogének ökológiai kontrolljával pedig javul a talaj egészségi állapota, és közvetve a saját emberi tápanyagaink minősége (vegyszermentessége) is.

Növénytápláló és műtrágyakiváltásra alkalmas szimbionta mikroorganizmusok bevonása

Szimbiózisnak nevezzük azt a növény és számos jótékony hatású mikroorganizmus közötti együttműködést, amiből optimális esetben mindkét résztvevő partner előnyökhöz jut. A szimbionták képesek biológiai úton nitrogénhez juttatni gazdanövényüket és a nehezen feltárható foszfort is oldhatóvá és így felvehetővé tudják tenni. Mi ez, ha nem a jelenleg, költséges úton előállított műtrágyák pótlása, kiváltása és a természeti, ökológiai törvényszerűségek alkalmazása? Kevesen veszik figyelembe, hogy nitrogénkötésre nem csak a pillangósokkal együttműködő Rhizobium baktériumok képesek, de az egyszikű növényeknek is megvan az ilyen, nitrogénszolgáltató szimbionta partnere. A braziliai cukornád ültetvényeket nitrogén műtrágyák nélkül is termeszthetik ezekkel az úgynevezett Azospirillum nitrogénkötő baktériumokkal. Ha jelen vannak az egyszikűek, így a búza, kukorica, rozs gyökérrendszerében, akkor sűrűbb, bojtosabb lesz a gyökér, tehát közvetve is több vizet és tápanyagokat tud felvenni. Nem véletlen, hogy hazánkban a termésnövelőkhöz sorolt mikrobiális oltóanyagok egyik leggyakoribb komponenseként alkalmazzák ezeket az úgynevezett asszociatív szimbionta nitrogénkötő baktériumokat.

Az intenzív mezőgazdasági gyakorlat során pedig éppen a szimbionta mikroorganizmusok pusztulásával, vagy eltűnésével számolhatunk. Ha a növényt mesterséges, kívülről bevitt tápanyagokkal látjuk el, akkor nem lesz érdeke abban, hogy a kölcsönös előnyt kihasználja és az energiaigényes szimbiózist létrehozza. Korábbi vizsgálatok során már a 90 kg/ha nitrogén műtrágyaadagoknál megszűnt az „ingyen” biológiai nitrogénszolgáltatás a tarka koronafűrt, Rhizobium loti kapcsolatban. A növény okszerű anyagcserét folytat. Ha az ember mindent megad neki, akkor „elfelejti” a saját megoldásait. De tényleg ezt szeretnénk? A mikroorganizmusok által nyújtott változatos szolgáltatásokat a növényi tápanyagellátásban az ábra mutatja be.

A szimbionták számának és aktivitásának a jobbítása a talajban lehetséges, ha a gazdanövény kezdeti növekedése elsődlegesen támogatva van, hogy az erősödjön a szimbionta kapcsolat kialakításához. Ehhez legfeljebb csak kis adagú (úgynevezett starter) (mű)trágyamennyiségre van szükség, ökológiai rendszerekben pedig kis mennyiségű szerves tápanyagokra a talajban. Ezzel a növény megerősödve képes lesz az energiaigényes szimbiózis kialakítására. Ezt követően már a kevés felvehető tápanyaghoz is biológiai segítséggel jut hozzá a növekedésével és a nagyobb tápanyagigénnyel párhuzamosan.

Az agroerdészeti módszerek hasznossága

Az agrár-ökoszisztémák egyik jól kialakított gyakorlata az agroerdészet. Ennek során a hagyományos művelésű területeket fákból álló sorok választják el egymástól, aminek az előnyei igen sokrétűek:

A gyenge termőképességű talajok fizikai-kémiai tulajdonságainak a „melioratív” javítása

A degradált, lepusztult termőrétegű vagy az egyébként is gyenge termőképességű talajok javításával is csökkenthető az üvegházhatású gázok kibocsátása. Ehhez a talajba elsősorban a szerves humusz anyagok visszajuttatására van szükség. A feljavított, szerves humusz anyagokban gazdag talaj könnyebben ellenáll a szél és a víz szerkezetromboló hatásának (defláció, erózió) és így a talajok fizikai-kémiai pusztulása sem fokozódik. A talaj élete stabilizálódik, szélsőségektől mentes lesz és a termelést jobban szolgálhatja. Az átalakult humusz anyagok és azoknak az agyagos szemcsékkel alkotott „organo-minerális komplexei” úgy viselkednek a talajban, mint egy szivacs, megtartják a kulcsfontosságú vizet és a benne oldott tápanyagokat is a növény számára, de a környezeti tényezők kivédése, temperálása is így érhető el. A rossz mélységi talajszerkezet miatt is csökkenhet a humusz anyagok mennyisége, ami további talajvesztéssel járhat. A korábbiakban folytatott meliorációs talajvédő, helyrehozó módszerek közé tartozott például a talajtípusfüggő ásványi anyagokkal történő talajjavítás is, éppen a talajdegradáció megelőzése érdekében. Ilyen talajjavító anyagok lehetnek például a homoktalajoknál a nagy agyagásvány-tartalmú és akár 60 féle mikroelemet is tartalmazó alginit és a bentonit is. Szikes talajoknál a savanyító jellegű foszfátokkal lehet javítást elérni. Az intenzív műtrágyahasználat miatt (is) savanyúvá váló talajok meliorációja Ca-tartalmú ásványokkal történik. A Ca hozzájárul a talaj másodlagos szerkezetének a kialakításához, a morzsalékonyság, illetve a morzsaállékonyság (szakszerűen az aggreagátum-stabilitás) javulásához. Ezzel a talaj ismét csak kivédheti a környezeti romboló, természeti hatásokat.

Művelésmódváltás

Amennyiben a talaj annyira leromlott minőségű, hogy a mezőgazdasági jellegű növénytermesztés már nehezen kifizetődő, illetve ha esetleg bizonyos szennyezőanyagok is veszélyeztetik az élelmiszer-jellegű termesztést, akkor is lehet klímacsökkentő megoldásokat találni. Ezeknél a lepusztult és/vagy szennyezett talajoknál, ahol az engedélyezett határértékek elérik a „C” beavatkozási szintet, egyéb gazdasági hasznosítás is szóba jöhet. Ilyen például az energetikai céllal létrehozott ültetvények kialakítása, vagy ipari, rost anyagok termelésére alkalmas növénytakaró telepítése. Így nem élelmiszer-jellegű hasznosítás, egy másféle talajhasználat valósulhat meg. A „szarvasi energiafű” (Agropyron elongatum) gazdasági haszonnövényt például nehézfémekkel szennyezett és gyenge termőképességű homok talajban is meg lehetett telepíteni, fémtoleráns mikorrhiza gombákkal történő növényoltás segítségével. Az energiafű igen rossz termőképességű talajokon is megterem és a mélyre hatoló gyökere által gyors biomassza-termő képességgel rendelkezik (Czakó-Vér és Biró, 2008). Hasonló okokból az erdészeti betelepítés is megoldást nyújt, a hazai erdők borítottsága klímavédelmi okokból meg fogja haladni az előre tervezett 20%-ot is.

Bioszén, mint a direkt szenet tároló megoldás

A klímaváltozással kapcsolatban a talaj szénmegőrző képességének a fokozására törekszünk. További célként megfogalmazódik még az úgynevezett „körforgásos gazdaság” előírása is. Ha a mezőgazdasági művelés során feleslegessé váló, vagy korábban hulladéknak tartott anyagokat levegőtlen körülmények között ipari úton hevítjük (átlagosan 500–600 oC hőmérsékleten, akkor a lebontásnak hosszú ideig ellenálló (rekalcitarant anyagot) „bioszenet” kapunk. A bioszén évtizedekig tárolja a szenet, felbomlása leghamarabb 30 év után indult meg, de akár 80 év múlva erősödhetett fel csak, a hazai „Boksa kemencék” helyszínein, így a levegőbe sem kerültek ÜHG-gázok (Kocsis et al. 2018). A bioszén ezen túl képes javítani a talajok minőségét, a mikrobiális túlélő képességet segítheti, jótékony mikrobák kombinálásával a növénytápláláshoz is pozitívan járul hozzá. A megfelelő mennyiségű vízre ehhez szükség van, de ugyanakkor csökken, illetve mérséklődik a nitrátok kimosódása az ivóvizeinkbe. Felhasználását ezzel szemben akadályozhatják a bioszénbe az előállítás során bekerülő szennyezőanyagok (szénhidrogén-vegyületek), amelyekre toxikusságuk miatt figyelemmel kell lenni.

Összefoglalás:

Az üvegházhatású gázok (ÜHG) kibocsátása a talajok bevonásával csökkenthető. A talajoktól elvárt termékenység és a további ökoszisztéma-szolgáltatások az ÜHG-kibocsátás mérséklését célzó technológiáknak a betartásával sem kell, hogy rosszabbodjanak. Érdemes azonban a talajok termékenységének a javításánál az ökológiai törvényszerűségekre fokozottabban figyelni. Az ÜHG-csökkentési terveket a talajhasználati lehetőségekhez is igazítani szükséges és figyelni kell a szennyező anyagok engedélyezett határértékeire is, hogy az EU Horizon 2020 új, missziós céljait elérhessük (Egészséges talajok, egészséges földi élet és egészséges emberek).

A cikk szerzője: Prof. Dr. Biró Borbála