2.5.1 A talaj kémiája, műtrágyák és növényvédelem

A talaj több, mint porrá tört kőzet

A talaj ásványi és szerves szilárd anyagot, vizet, levegőt és élőlényeket tartalmaz. Kialakulásában a kőzet fizikai aprózódása, kémiai mállása és biológiai folyamatok egyaránt szerepelnek. Az apró szemcsék nagyobb fajlagos felületet adnak; az agyag és humusz kolloid sajátságai fontosak az ionok és víz megkötésében.

A humusz átalakult szerves anyagok összetett együttese, nem egyetlen tiszta vegyület. A talaj termékenységét a szerkezet, levegőzés, vízellátás, pH és hozzáférhető tápanyagok együtt határozzák meg.

A talaj három fázisa

Ábra szöveges leírása

Fázis	Jellemző
Szilárd fázis	Ásványi szemcsék és szerves anyag.
Folyadékfázis	Víz oldott ionokkal és más anyagokkal.
Gázfázis	A pórustér levegője; összetétele is változhat.

A szilárd ásványi és szerves szemcsék között pórusok vannak. A pórustér vizet és levegőt tartalmazhat: ugyanazon szilárd váz mellett a víz arányának növekedése csökkenti a levegő helyét. A kék szín folyékony vizet, a világos rész levegős pórusteret jelöl; a szemcsék nem atomok. A két panel azonos szemcsevázat szemléltet, nem két külön talajtípust. A víz valóban a felületeken és kisebb pórusokban is megmaradhat, ezért a vízszintes színhatár egyszerűsítés. A fázisarányok változnak, a rajz nem rögzített százalékos összetétel.

Mitől lesz más két talaj?

A kiinduló kőzet, az éghajlat, a domborzat, az élővilág és az eltelt idő együtt befolyásolja a talaj kialakulását. Jelentőségük helyenként eltér; azonos kőzetből sem feltétlenül azonos talaj keletkezik. A talajban élő mikroorganizmusok és gyökerek az anyagforgalom részei, nem egyszerűen a szilárd szemcsék közé kevert közömbös összetevők.

A növényi maradvány lebomlás és átalakulás során összetett szerves anyagok forrása lehet. A humusz nem változatlan cellulóz és nem egyetlen képlettel leírható anyag. A szerves anyag a szemcsék összetapadását és vízmegtartását is befolyásolhatja; mennyisége önmagában nem ad teljes képet a talaj termékenységéről. USDA: a szerves anyag szerepe.

Mállás és szerkezet

Folyamat	Mi változik?	Példa
Fizikai mállás	Aprózódás, az anyag kémiai azonossága megmaradhat.	Fagyás és hőingadozás hatása.
Kémiai mállás	Új kémiai formák keletkeznek.	Karbonátoldódás; ásványok hidrolízise.
Biológiai hatás	Gyökerek, mikroorganizmusok és szerves anyag átalakulása.	Szerves savak és humuszképződés.

Fizikai aprózódás vagy kémiai átalakulás?

Példa	Mérleg / magyarázat	Következtetés
Víz megfagyása a repedésben	A jég nagyobb térfogatot foglalhat el, feszíti a repedést.	A kőzet darabolódhat anélkül, hogy minden ásványa új vegyületté alakulna.
Karbonátos kőzet szénsavas oldódása	CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻	A szilárd anyag oldott ionos formába kerül; kapcsolódik a karsztvízhez.
Ásványok hidrolízise	Az ásvány és víz kölcsönhatása oldott és új szilárd termékekhez vezethet.	Nem minden málláshoz szükséges előzetesen erős sav a vízben.
Erózió	Víz vagy szél elszállítja a talaj részeit.	A szállítás fizikai folyamat; közben külön kémiai reakciók is történhetnek.

Miért fontos a szemcseméret?

Homokos talaj nagyobb hézagai gyorsabb vízáthaladást engedhetnek; agyagos talaj nagy felülete több vizet köthet meg, de rossz szerkezet és tömörödés mellett levegőtlen lehet. A vízmegkötés nem ugyanaz, mint a növény számára hozzáférhető vízmennyiség.

Hasonlat: a sok apró üreg és felület úgy növeli a visszatartást, mint egy szivacs szerkezete. A talajban azonban adszorpció, kapilláris hatás és ioncsere is történik; ezért nem egyszerű szivacsként működik.

A visszatartott víz nem mind egyformán hozzáférhető

A nagyobb pórusokból a víz könnyebben lefolyhat, a kisebb pórusok és szemcsefelületek erősebben tarthatják. Egy erősen kötött rész nehezebben vehető fel a gyökerek számára. A homokos és agyagos talaj közötti különbséget ezért nem lehet csupán a teljes víztartalommal leírni.

Tömörödéskor a pórusok mérete és összeköttetése megváltozhat: romolhat a levegőzés, beszivárgás és gyökérfejlődés. A folyadékfázisban oldott ionok vannak, a levegős pórusok pedig gázcserét tesznek lehetővé. A növényi és mikrobiális légzés O₂-t használhat és CO₂-t termelhet; a talajlevegő összetétele ezért eltérhet a felszíni levegőétől. USDA: talajvíz és pórusok.

A pH az oldhatóságot is változtatja

Savasodáskor karbonátok oldódhatnak, egyes fémionok mozgékonysága nőhet, és a tápanyagfelvétel megváltozik. Szikes talajban a nátriumionok és oldott sók feldúsulása a szerkezetet és vízháztartást is ronthatja. Sótartalom és lúgos kémhatás külön jellemző, bár együtt is előfordulhatnak. A kezeléshez az adott talaj mérései szükségesek.

A karbonát savat fogyaszt

CaCO₃ + 2 H₃O⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + 3 H₂O

A karbonát savval reagálva oldódhat; a Ca oxidációs száma +2 marad, ez nem fém–sav hidrogénfejlesztés. A savterhelés és a savat fogyasztó folyamatok együtt befolyásolják a pH-t.

Műtrágya: milyen iont ad?

Anyag	Képlet / összetétel	Tápanyagkapcsolat
Ammónium-nitrát	NH₄NO₃	Két külön nitrogéntartalmú ion.
Ammónium-szulfát	(NH₄)₂SO₄	N- és S-forrás.
Karbamid	CO(NH₂)₂	Nitrogéntartalmú molekuláris vegyület.
Kálium-klorid	KCl	K-forrás; a felhasználás a növény és talaj igényétől függ.
Szuperfoszfát	Oldhatóbb foszfátot tartalmazó termék.	P-forrás; nem egyetlen általános tiszta képlet.
Pétisó	Ammónium-nitrát és karbonáttartalmú kiegészítők keveréke.	N-tartalmú műtrágya; összetétele termékenként adott.

Az elem neve még nem mondja meg a kémiai formát

A növények tápanyagként nitrogént, foszfort, káliumot, kalciumot, magnéziumot és ként is igényelnek. A mikroelem kis szükséges mennyiséget jelent, nem azt, hogy az egész talajban feltétlenül kevés található belőle. A felvételhez az elem megfelelő kémiai formája és hozzáférhetősége is számít; fémes kálium helyett például oldott K⁺ vesz részt a talaj–növény anyagforgalmában.

Az NH₄NO₃ kétféle N-tartalmú iont adhat: az NH₄⁺-ban −3, a NO₃⁻-ban +5 a N oxidációs száma. Előállításának NH₃ + HNO₃ → NH₄NO₃ egyenlete protonátadás: e két oxidációs szám megmarad, ezért nem redoxireakció. A karbamid viszont molekuláris vegyület; képletének két N-atomját ugyanúgy mind számoljuk.

A pétisó ammónium-nitrát és karbonáttartalmú anyagok keveréke; nem tiszta NH₄NO₃. A szuperfoszfát is termékkeverék: a foszfát savas feltárása könnyebben hozzáférhető foszfátformákhoz vezethet, gipsz is jelen lehet. A foszforvegyületek jegyzete külön bemutatja ezt a reakciót. A termék elemtartalmát a tényleges összetételből kell meghatározni.

Elem tömegaránya képletből

w(N) = a · M(N) / M(vegyület)

Az a az egy képletegységben levő nitrogénatomok száma. A százalékhoz az arányt 100-zal szorozzuk.

Kidolgozott példa: ammónium-nitrát nitrogéntartalma

Feladat: Számítsd ki tiszta NH₄NO₃ N-tartalmát!
M(N)=14,0;
M(H)=1,0;
M(O)=16,0 gmol.

M=2·14+4·1+3·16=80 gmol;
ebből 28 gmol nitrogén.

w(N)=2880=0,35, azaz 35 tömeg%. 20,0 kg tiszta sóban 7,00 kg N van.
A termékkeverék értéke ettől különbözhet.

Kidolgozott példa: Karbamid és ammónium-nitrát összehasonlítása

Feladat: Hány tömegszázalék N-t tartalmaz a tiszta CO(NH₂)₂?
M(C)=12, M(O)=16, M(N)=14, M(H)=1 gmol.
Miért nem mondja meg ez önmagában egy termék hasznosulását?

M=12+16+2·14+4·1=60 gmol;
egy mólban 28 g nitrogén van.

w(N)=2860≈0,4667, azaz 46,7 tömeg%.
Ez nagyobb a tiszta NH₄NO₃ 35%-ánál, mert a két N-atomra kisebb teljes moláris tömeg jut.

A tényleges termék lehet keverék, és a talajban eltérő átalakulások történhetnek.
Az elemtartalom nem azonos a növény által végül felvett hányaddal;
a számítás nem alkalmazási dózis meghatározása.

A tápanyag útjai a talajból

Ábra szöveges leírása

Lehetséges út	Jelentés
Növényi felvétel	A növénybe jut.
Talajban maradás	Oldva vagy kötötten.
Veszteség	Víz vagy gáz útján.

A talajba jutó tápanyag egy része a növénybe kerülhet, más része a talajban maradhat oldott, felülethez kötött vagy más kémiai formában, illetve vízzel vagy gázként távozhat a vizsgált rendszerből. A három nyíl párhuzamos lehetőséget mutat, nem kötelező lépéssort: a kimosódás nem igényel előzetes növényi felvételt. A nitrát gyakran oldottan mozog; a foszfor részecskékkel is elszállítódhat. A megoszlás függ az összetételtől, vízmozgástól és talajfolyamatoktól; a nyilak vastagsága nem mért arány. Később a talajban maradó anyag is átalakulhat vagy másik útra kerülhet.

Kidolgozott példa: A három út anyagmérlege

Feladat: Egy kitalált modellben a vizsgált idő alatt bevitt 10,0 kg N-ből 6,0 kg kerül a növénybe, 3,0 kg marad a talajban.
A kiinduló N-készlet változását már leválasztottuk, más bevitel nincs.
Hány kg jutott a rendszeren kívülre?

Bevitt N = növénybe jutott N + talajban maradt N + távozott N.

10,0−6,0−3,0=1,0 kg N távozott.
A százalékok 60%, 30%, 10%;
ezek csak a megadott modell adatai, nem minden talajra érvényes arányok.

A kilogramm N elemi nitrogén tömegét jelenti, nem a teljes műtrágya vagy nitrát tömegét.
Ha az eredeti talajkészlet vagy más bevitel is változik, azt a valódi anyagmérlegbe külön be kell számítani.

A műtrágya és a növényvédő szer külön feladatot lát el

A műtrágya tápanyagot pótol. A peszticid a károsító szervezetek elleni szer: herbicid gyomok, inszekticid rovarok, fungicid gombák, rodenticid rágcsálók ellen. Integrált növényvédelemben megelőzés, termesztési, biológiai és kémiai módszerek kapcsolódnak.

A bordói lé réz(II)-szulfát és mésztej felhasználásával készült réztartalmú gombaölő keverék. A természetes eredet nem jelent automatikus ártalmatlanságot: az összetétel, adag és környezeti út számít. A jegyzet nem helyettesíti az adott készítmény kezelési előírását.

A célpont és a környezeti út külön kérdés

Fogalom	Mit jelent?	Mit nem igazol önmagában?
Herbicid / inszekticid / fungicid / rodenticid	Gyom / rovar / gomba / rágcsáló elleni szer.	A hatáscsoport neve nem adja meg minden más élőlényre gyakorolt hatását.
Tartósság és lebomlás	Az anyag különböző környezetekben eltérő sebességgel alakulhat át.	Nem minden szer azonos ideig marad fenn, és nem minden bomlástermék azonos tulajdonságú.
Felhalmozódás	Egyes anyagok ismételt bevitelkor vagy táplálkozási úton feldúsulhatnak.	Nem minden peszticid szükségképpen azonos módon halmozódik fel.
Bordói lé	Réztartalmú gombaölő keverék, CuSO₄ és mésztej felhasználásával.	Nem egyetlen tiszta vegyület és nem elemi réz kiválását bizonyító reakció.

Válaszolj a kérdésre, majd ellenőrizd a válaszod, és olvasd el a magyarázatot. Ebben a gyakorló nézetben a válaszokat nem mentjük.

Válassz egy választ

Kidolgozott példa: Három állítás indoklása · 6 pont

Feladat: Értékeld: (A) A talajban visszatartott összes víz egyformán hozzáférhető. (B) Az NH₃ és HNO₃ ammónium-nitrátot adó reakciója redoxi. (C) Egy NPK-felirat 27-es P₂O₅-egyenérték adata 27 tömeg% elemi P-t jelent.

A hamis (1 pont): a felületeken és kisebb pórusokban erősebben kötött víz nehezebben vehető fel (1 pont).

B hamis (1 pont): protonátadás történik, az NH₄⁺ N-je −3, a NO₃⁻ N-je +5 marad (1 pont).

C hamis (1 pont): a megadási alap oxid-egyenérték, az elemi P tömegaránya kisebb (1 pont).
Emelt kiegészítésként számold ki: 27·62/142≈11,8 tömeg% P.
Összesen 6 pont;
önálló gyakorlófeladat.

Érettségi kapcsolódás: ismerős reakciók a talajban

A talaj alkalmazási példái az oldatok, kolloidok, sav–bázis és redoxifolyamatok ismereteit kapcsolják össze. Az OH követelményrendszer az ammónia, salétromsav és foszforvegyületek műtrágyagyártási kapcsolatát is kéri. A nitrogén- és foszforcsoport jegyzeteit ezzel együtt tanuld. Az ioncsere részletes modellje, a nitrifikáció oxidációsszám-mérlege és az NPK-egyenérték átszámítása itt emelt kiegészítésként szerepel; nem minden talajtani részlet önálló név szerinti érettségi követelmény.

Források

Tankönyvi kapcsolódás

Oktatási Hivatal: Kémia 9–10., II. kötet, 174–175. nyomtatott oldal; 87. lecke. A PDF-ben a nyomtatott oldalszámhoz 1-et adj hozzá.
Oktatási Hivatal: Kémia 9–10., II. kötet, 210–213. nyomtatott oldal; 98. lecke. A PDF-ben a nyomtatott oldalszámhoz 1-et adj hozzá.

A magyarázatok, hasonlatok és feladatok önálló feldolgozások. A közép- és emelt szintű követelmények ellenőrzésének alapja az Oktatási Hivatal részletes követelményrendszere.