Talajjavítási stratégiák a 21. században, avagy biodiverzitás + kolloidok = talajszerkezet

Ismerjük a jéghegy csúcsát

A Magyarországon kötelező talajvizsgálatok elsősorban a laboratóriumi körülmények között felvehetőnek ítélt tápelemek mennyiségére, ill. az ezek értelmezéséhez szükséges egy-két fizikai és kémiai talajtulajdonságra fókuszálnak. Ez a szemlélet a talajt élettelen közegnek tekinti, és a benne rejlő kapacitásokra kevésbé támaszkodik.

A talajok termékenysége azonban nem írható le önmagában a kémiai módszerekkel meghatározott oldható tápelemek mennyiségével. Erre hívja fel a figyelmünket az a sok-sok megfigyelés is, hogy a levélanalízissel kimutatott tényleges tápelemfelvétel nincs összefüggésben a talajok kémiai módszerekkel mért tápanyag-ellátottsági szintjével. Például bőséges kálium- és kalcium-ellátottság mellett is előfordul a növényekben hiány, vagy megfelelő felvehető Zn-tartalom mellett is a cink lesz a kukoricatermést limitáló elem. De az ellenkező esetre is van példa, amikor hiány mutatkozik valamilyen elemből a talajvizsgálatok alapján, a növényeink mégis jól tápláltak az adott csapadékviszonyok mellett.

A talajok fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságainak komplex összefüggéseit kell megismerni ahhoz, hogy szintet léphessünk a talajerő-gazdálkodás hatékonyabbá tétele felé. Ha nem tudjuk megérteni a talajok működését, a tápanyag- és vízfelvételt befolyásoló tényezőket, talajtulajdonságokat, akkor képtelenek leszünk fenntarthatóbbá és gazdaságosabbá tenni a termesztéstechnológiát.

A talaj valódi ereje

Számos külföldi kutató kimutatta, hogy a termésmennyiség és -minőség nagymértékben függ a talaj biológiai tulajdonságaitól, a benne élő mikrobák tápanyag-mobilizáló képességétől. A kötelező talajvizsgálatokból nem derül ki, de a talajokban megtalálható összes tartalék tápelem mennyisége több tonnányit tesz ki hektáronként. A nitrogén esetében 1–16 tonna N, foszfor esetében 0,2–13 t P2O5, kálium esetében pedig 10–160 t K2O mennyiséget jelent hektáronként csak a felső művelt talajrétegre számolva. A mezo- és mikroelem esetében is hasonló nagyságrendekről van szó. Természetesen ennek a tápanyagmennyiségnek csak kis része hozzáférhető közvetlenül a növények számára. De miért is?

A természetes ökoszisztémák, amelyek mindenféle trágyázás nélkül is óriási biomasszát tudnak produkálni, a talajok tartalék táp­anyagkészleteit messzemenőkig ki tudják használni. Ebben nagy szerepet játszik a talajban élő élőlények komplex rendszere, tápláléklánca, amely a tartalék tápanyagokat közvetlenül vagy közvetetten aktiválják, gyors körforgásban tartva azokat. A talaj-táplálékháló akkor teljes, ha a lebontóktól (gombák, baktériumok) a talajszerkezet kialakításáért, fenntartásáért felelős megafaunáig (pl. giliszták) minden táplálkozási szint (a ragadozó mezofaunát is beleértve) megtalálható, és stabil életközösséget alkot. A talajok természetes táp­anyag-szolgáltató képességét tehát a szerves és ásványi tartalékok, a mikrobiológiai aktivitás és a talaj-táplálékháló működőképessége határozzák meg.

A talajok biológiai aktivitásának egyik legjobb indikátora maga a növény gyökere, annak fejlettsége. Szántóföldön a gyökerek mélységi eloszlása mutatja a legpontosabban (és nem a humuszos réteg vastagsága), hogy mekkora a talaj biológiailag aktív, levegőzött rétege. A tápanyag- és vízfelvétel zöme erre az aktív rétegre korlátozódik, így egyáltalán nem mindegy, hogy ennek vastagságát és mikrobiológiai összetételét hogyan befolyásoljuk a talajműveléssel és a szervesanyag-gazdálkodással. A gyökerek azt is elárulják, hogy képes-e a növény valamiféle szimbionta kapcsolat kialakítására, a talaj-mikroba-növény kölcsönhatások kialakulnak-e. Ennek hiányában a termesztett kultúrák csupán a talajban lejátszódó fizikai-kémiai tápanyag-mobilizáló folyamatokra támaszkodhatnak, ami jóval kisebb hatékonyságú tápanyagfelvételt tesz lehetővé.

A szervesanyag-gazdálkodás és talajművelés jelentősége

A talaj-táplálékhálót úgy lehet részben regenerálni, ha nemcsak a növények közvetlen ásványi táplálására koncentrálunk, hanem a talajt is tápláljuk. Ennek a „talajbiológiai programnak” a legfőbb eszközei a csökkentett, minél kisebb bolygatással járó talajművelés, a szármaradványok minél nagyobb arányú visszaforgatása, takarónövények alkalmazása, és egyéb szerves anyagok (szervestrágyák, szerves melléktermékek) használata a tápanyag-visszapótlásban.

A szerves anyag pótlása és a talajművelés módja a humuszképződés miatt kiemelt figyelmet igényel. A humusz szerepe ugyanis nagyon sokrétű. Részt vesz a vízálló, morzsás talajszerkezet kialakításában, tápanyagmegőrző funkciója révén a kimosódási veszteségeket csökkenti. A sötétebb színű, humuszosabb talaj gyorsabban felmelegszik, így jobb a hőkapacitása, vizet képes megtartani, csökkentve a termőhely aszályérzékenységét. A javuló hő- és vízgazdálkodás, és a szerves széntartalom hozzájárul a mikrobiológiai aktivitás és a tápanyag-szolgáltató folyamatok serkentéséhez.

A talajok természetes szervesanyag-tartalma a művelésbe vonásuk óta nagyságrendileg a felére csökkent. A talaj rendszeres forgatásával ugyanis fokozódik a szerves anyag oxidációja, a humifikáció és mineralizáció folyamatai új egyensúlyi állapotot hoznak létre, amely csökkenő humuszfelhalmozódást eredményez. Kelet-európai kutatások szerint hagyományos forgatásos talajművelési technológiát folytatva legalább évi 8–12 t/ha almos istállótrágya kijuttatására lenne szükség, hogy fenntartsuk a talajok szerves C-tartalmát (de ezzel még nem növeltük!). Ezt hatékonyan ellensúlyozni csak csökkentett műveléssel, a melléktermés visszaforgatásával, vagy a takarónövények alkalmazásával lehet, ha nem áll rendelkezésre elegendő almos istállótrágya.

A talajművelés és a szervesanyag-gazdálkodás átalakítása nem könnyű, sok kísérletezést igényel, és nem is azonnal hozza az eredményeket. Amit azonban el tudunk érni ezzel, az semmi mással nem lenne lehetséges. 3–5 év átállás után elsőként a giliszták aktivitása és a talajszerkezet javulása jelenti az első szemmel látható változásokat. Pillangósokat is tartalmazó takarónövények alkalmazásával tovább gyorsítható a talaj-táplálékháló regenerálása. A nagyobb szártömeg talajba kerülése kezdetben pentozán hatást okoz, azonban 3–5 év után ebben is jelentős változások várhatók. A több szén ugyanis több légköri nitrogén megkötését is hozza magával (akár több 10 kg/ha/év), továbbá a takarónövények mélyre hatoló gyökereik révén a főnövény által fel nem vett, mélybe mosódott nitrátot a felszínre hozzák, szerves formában stabilizálják. Összességében a talajok tápanyagtartalma így növekszik, de a legfontosabb, hogy a tartalék tápanyagok felvehetősége is ugrásszerűen növekszik. A táp­anyagfelvétel különösen a hasznos gombák, a mikorrhiza megjelenésével válik igazán hatékonnyá.

Manapság nagy figyelem kíséri az ún. baktériumtrágyákat, vagy talajoltó anyagokat. Konvencionális, intenzív növénytermesztésben számottevő szerepe lehet ezeknek a mikrobiológiai készítményeknek a tápanyagok mobilizálásában és a szármaradványok lebontásában. Ugyan a baktériumtrágyákkal önmagában nem építhetjük fel a teljes talaj-táplálékhálót, de adott esetben növelhetjük velük a műtrágyák hasznosulását. Hasonló a tapasztalat a mikorrhiza készítményekkel is: amennyiben nem teremtjük meg ezen mikrobák életfeltételeit a talajban, nem fognak megfelelőképpen szaporodni és működni. A talaj táplálása és a szükséges kémiai feltételek nélkül újra és újra, minden évben ki kell juttatnunk őket a talajba, hogy számottevő hatásuk legyen a tápelemfelvételben.

Kémiai egyensúlyok és talajkolloidok

A talajbiológiai aktivitás mellett a talaj szerkezetét, víz- és levegőgazdálkodási tulajdonságait, de a kémhatását is jelentősen meghatározza a talaj ásványi kolloidjai (agyagásványok), és a felületükön lekötődő elemek aránya. Mivel a talajban minden mindennel összefügg, a kémiai egyensúlyok kialakítása is nagy figyelmet igényel.

Az ún. kationcsere-kapacitás vizsgálata mutatja meg, hogy a Ca, Mg, Na, K és a kicserélhető savanyúság (H, Al) milyen arányban van a talajkolloidok felületén. A nem megfelelő arányok egyrészt a növényekben tápelem-felvételi zavarokat okoznak (K-Mg-Ca antagonizmus), másrészt a talajszerkezet és a kémiai tulajdonságok leromlását eredményezhetik. A kalciumnak például fontos szerepe van a vízálló, porózus talajmorzsák és a stabil humuszanyagok kialakításában. A magnézium és a nátrium bizonyos mennyiség fölött a talajok szerkezetének leromlását okozza, ami az alföldi szikes talajainkon nagyon gyakran megfigyelhető.Az alumínium- és hidrogén-ionok nagy aránya pedig a talaj pH-csökkenését eredményezi. Bizonyos határok között ezeket az ionarányokat tudjuk alakítani, különösen az erősen savas kémhatású talajok esetében. A H- és Al-ionok nagy arányát Ca-tartalmú anyagokkal történő telítéssel lehet kezelni, melynek következtében a talaj kémhatása növekszik és javul a szerkezete. A Mg-K-Ca-Na arányokat is befolyásolhatjuk a műtrágyák és egyéb talajjavító ásványi nyersanyagok alkalmazásával, de tudnunk kell, hogy a kationcsere kolloidkémiai törvényszerűségei miatt nem mindig lehetséges a tetszőleges arány beállítása. A környezeti tényezők, úgy, mint a talaj ásványi összetétele vagy a talajvíz kémiai hatásai gyakran felülírják a szándékainkat, vagyis az alkalmazkodás és az észszerű talajjavítás együtt lehet eredményes és gazdaságos.

A kationcsere-kapacitás nagysága tehát azt mutatja meg, hogy a talajban mennyi ásványi és szerves kolloid van, és azok felületén mennyi pozitív töltésű ion képes kicserélhető formában lekötődni. Ez lényegében az előbb felsorolt ionok összegével egyezik meg. Mit is jelent ez a gyakorlatban? Minél nagyobb a talaj kationcsere-kapacitása, annál nagyobb a víz- és tápanyagmegőrző képessége. A legkisebb kationcsere-kapacitással a homoktalajok rendelkeznek, amelyekről ismert, hogy igen gyenge a víztartó képességük, valamit a tápanyagok is gyorsan kimosódnak belőlük. A másik végletet az agyagtalajok sokszoros kationcsere-kapacitása jelenti, ami elsősorban az erős víztartó és gyenge vízvezető képességben, valamit a gyakran levegőtlen talajszerkezetben nyilvánul meg. A magasabb kationcsere-kapacitás kisebb kimosódási veszteséget és lassabb K- és Mg-műtrágyareakciókat is jelent, hiszen a talajoldatban nem jelenik meg egyszerre minden ion. A kis kationcsere-kapacitású homok és homokos vályog talajok számos természetes ásványi nyersanyaggal (pl. riolittufa, alginit, bentonit, agyag, bazalt, zeolit) javíthatók, amelyek a növények tápanyagellátása mellett a talaj vízgazdálkodásának javítását is szolgálják. Ezek az ásványi talajjavítók kolloidtartalmuk révén képesek a növények számára még felvehető formában megkötni a tápelemeket, csökkentve így a kimosódási veszteségeket.

A talajsavanyodás veszélye

A talajok kémhatására számos technológiai elemnek van negatív hatása. A műtrágyák kationtartalma például (ammónium, kálium) jelentős fiziológiai savanyító hatással bír mind a növényi tápelemfelvétel, mind pedig a lekötődés vagy a nitrifikáció révén. A műtrágyák akár hasznosulnak, akár nem, végül mindig H+ ionok keletkeznek. A talaj elsavanyodását az is elősegíti, hogy gyakran teljesen hibásan gondolkodunk a tábla tápelem-forgalmáról. A növénytermesztéssel nem csupán a nitrogént, foszfort és káliumot visszük el a termőterületről, hanem jelentős mennyiségű bázisokat (kalcium, magnézium) is, ami a talajok kémhatását a savanyodás irányába befolyásolja. Az erős savasság (5,5 pH-KCl érték alatt) következtében több tápelem, különösen a foszfor és molibdén oldhatósága csökken, más tápelemek felvételében pedig a mikrobiológiai aktivitás csökkenése és a szerkezetromlás révén keletkezhetnek zavarok. Egyes becslések szerint az 5,5 pH alatti savanyúság a nitrogén és foszfor műtrágyák hatékonyságát 30–70%-kal csökkenti. A szénsavas meszet tartalmazó talajok sokáig képesek pufferelni a savanyító hatásokat, és stabilan gyengén-közepesen lúgos kémhatást garantálnak.

A savasság lúgos hatású talajjavító ásványi nyersanyagokkal és melléktermékekkel közömbösíthető, ilyenek pl. a puha- és keménymészkő-őrlemények, a cukorgyári mésziszap (Kaposvár), és a dolomit őrlemények, amelyek hatóanyag-tartalma CaCO3 (mészkő) és CaMg(CO3)2 (dolomit). Egyes talajjavítóknak a hatóanyaga CaO (égetett mész), amely sokkal gyorsabban reagál a vízzel, gyorsabb hatást fejt ki a talajra, azonban a kezdeti gyors pH-növekedés később visszább esik, és egy alacsonyabb szinten stabilizálódik. Vannak olyan műtrágyák, amelyek tartalmaznak meszet, de ezek mésztartalma a savanyító hatásnak csak egy részét tudja közömbösíteni. Az erős talajsavanyúság megszüntetése és a felvehető Ca és Mg önmagában is lehet termésnövelő hatású, még akkor is, ha azt gazdasági okok miatt az egyéb műtrágya-felhasználás rovására tesszük. Savanyú talajok meszezésével a nehezen felvehető tartalék foszfátkészletek is oldhatóbbá válnak, így a talajjavító meszezést is tápelem-visszapótlásnak kellene tekintenünk, ami nem mellesleg a talajbiológiai aktivitásra is jótékony hatással van. A kémiai talajjavításhoz szükséges meszezőanyag dózisát ki lehet számítani a talaj kationcsere-kapacitásából, vagy az Arany-féle kötöttségi szám és az ún. potenciális savanyúság (y1) alapján.

Hogyan tovább?

A jelenlegi műtrágya- és vegyszerárak tükrében egyre relevánsabb a kérdés, hogy nem érné-e meg inkább 3–5 éves talajjavítási projektre fordítani az erőforrások egy részét? Amíg döntő részben a műtrágyákkal akarjuk a növényeinket táplálni, addig a növények nem is kénytelenek aktív kapcsolatrendszert kiépíteni a talajjal, a talaj élőlényeivel. A műtrágyázás hatékonyságát egyébként is csökkenti a korlátozott csapadékmennyiség, valamint az, hogy hatóanyagok egy része oldhatatlan vegyületekké alakul a talajban. Így lehetséges, hogy lényegesen több nyereség érhető el a talajbiológiai aktivitás és talajszerkezet vízbefogadó képességének javulásával, mint a műtrágyadózisok emelésével.

Látható tehát, hogy a növénytermesztés sikerét már nem a kemikáliák felhasználásának növelése vagy bővülése fogja a jövőben meghatározni. Sokkal inkább a minőségen, az élet- és talajtani folyamatok okos szabályozásán lesz a hangsúly. A talajra úgy kellene tekintenünk, mint egy élő rendszerre, amelyben a növénytáplálást segítő komplex folyamatokat is biztosítanunk kell. A talajok bizonyos tulajdonságai meghatározott keretek között javíthatók, amennyiben megismerjük működésüket, folyamataikat.

A cikk szerzője: Dr. Juhos Katalin