A TALAJOK PUFFERKÉPESSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK ÉS JELENTŐSÉGÜK A KERTÉSZETI TERMESZTÉSBEN. Doktori értekezés. Csoma Zoltán

Átírás

1 A TALAJOK PUFFERKÉPESSÉGÉT BEFOLYÁSOLÓ TÉNYEZŐK ÉS JELENTŐSÉGÜK A KERTÉSZETI TERMESZTÉSBEN Doktori értekezés Csom Zoltán Budpest 21

2 A doktori iskol megnevezése: tudományág: vezetője: Témvezető: Kertészettudományi Doktori Iskol Növénytermesztési és kertészeti tudományok Dr. Tóth Mgdoln egyetemi tnár, DSc Budpesti Corvinus Egyetem, Kertészettudományi Kr, Gyümölcstermő Növények Tnszék Dr. Forró Edit egyetemi docens, CSc Budpesti Corvinus Egyetem, Kertészettudományi Kr, Tljtn és Vízgzdálkodás Tnszék A jelölt Budpesti Corvinus Egyetem Doktori Szályztán előírt vlmennyi feltételnek eleget tett, z értekezés műhelyvitáján elhngzott észrevételeket és jvsltokt z értekezés átdolgozáskor figyeleme vette, zért z értekezés védési eljárásr ocsáthtó.

3 A Budpesti Corvinus Egyetem Élettudományi Területi Doktori Tnácsánk i htároztán nyilvános vit lefolyttásár z lái íráló Bizottságot jelölte ki: BÍRÁLÓ BIZOTTSÁG: Elnöke Blázs Sándor, MHAS, BCE Tgji Tere István, DSc, BCE Némethy Zoltánné, PhD, BCE Tolner László, CSc, SZIE Csthó Péter, DSc, MTA TAKI Opponensek Füleky György, DSc, SZIE Murányi Attil, DSc, MTA TAKI Titkár Némethy Zoltánné, PhD, BCE

4 TARTALOMJEGYZÉK A dolgoztn előforduló jelölések és rövidítések jegyzéke...4 Bevezető Irodlmi áttekintés A sv-ázis pufferképesség definíciój Rövid történelmi áttekintés A tlj, mint kémii folymtok szályozó rendszere Sv-ázis puffer rendszerek és puffer zónák tljn A tljlkotó nygok sv-ázis semlegesítő mechnizmus, htástrtomány és pufferkpcitás A desztillált víz A CO 2 víz rendszer A klcium-kronátos rendszer A klcium-kronátos rendszeren kilkuló egyensúlyok A klcium-kronát sv-ázis tompító képessége A víz hidrokronát trtlmánk sv-ázis pufferképessége A szilikátok oldódás és képződése Az ásványi kolloidok pufferoló htás Az lumínium-hidrokomplexek és z lumínium-hidroxid polimerek pufferoló htás A szerves nygok, mint puffer rendszerek A potenciometriás titrálás és titrálási görék kiértékelése A potenciometriás titrálás kivitelezése A titrálási görék kiértékelése Egyé módszerek pufferképesség értékelésére A svsemlegesítő kpcitás A tljok pufferképességének ecslése z ásványi rész ismeretéen A tljok pufferképességének számítás humusznygok mennyiségének és minőségének ismeretéen A tljok pufferképességének számítás z ásványi és szerves nygok ismeretéen A kertészeti termesztésen lklmzott nygok A szerves nygok Az ásványi nygok

5 3. Anyg és módszer A vizsgált nygok A természetes eredetű szerves nygok jellemzése Az ásványi nygok jellemzése A sv-ázis pufferképesség meghtározás és értékelése A sv-ázis titrálási görék felvételénél lklmzott eljárás A sv-ázis pufferképesség értékelése Sv pufferkpcitás és lúg pufferkpcitás Sv érzékenységi index és lúg érzékenységi index Sv puffer index és lúg puffer index A sv és ázis mennyisége, mely megdott érték eléréséhez szükséges Sv-ázis egyensúlyi index Az ásványi és szerves nygok fiziki-kémii tuljdonságink vizsgáltánál lklmzott módszerek Mtemtiki értékelés, sttisztiki vizsgáltok Eredmények és értékelés A szerves és ásványi nygok sv-ázis pufferképességének vizsgáltár dptált módszer A kertészeti termesztésen lklmzott szerves és ásványi nygok htárfelületi jelenségeivel kpcsoltos vizsgáltok sjátossági A szerves nygól készített vizes kivont és mint egészére meghtározott pufferkpcitás értékek egymáshoz viszonyított rány A szerves nygok, mesterséges tljok, gyökérrögzítő közegek sv-ázis pufferképességének vizsgáltár dptált módszer A nedvességtrtlomml vló korrekció htás titrálási görék lefutásár és puffer index értékekre A szerves nygok sv-ázis pufferképességének értékelése sv pufferkpcitás és lúg pufferkpcitás mérőszámok lpján Tőzegek A tőzegek fiziki-kémii tuljdonságink értékelése A tőzegek sv pufferkpcitásánk és lúg pufferkpcitásánk értékelése Komposztok, nyersnygok A komposztok fiziki-kémii tuljdonságink értékelése A komposztok sv pufferkpcitásánk és lúg pufferkpcitásánk értékelése Tljtkrók

6 A tljtkrók fiziki-kémii tuljdonságink értékelése A tljtkrók sv pufferkpcitásánk és lúg pufferkpcitásánk értékelése A szerves nygok sv-ázis titrálási göréit leíró függvények A szerves nygok titrálási göréire illeszthető függvények és vizsgáltuk A szerves nygok érzékenységi indexeinek és puffer indexeinek számszerű értékei Az ásványi nygok sv-ázis pufferképességének értékelése A homok sv-ázis pufferképességének értékelése A perlit sv-ázis pufferképességének értékelése Az égetett gygkvics sv-ázis pufferképességének értékelése A kőzetgypot sv-ázis pufferképességének értékelése A kolin sv-ázis pufferképességének értékelése A entonitok sv-ázis pufferképességének értékelése A vermikulit sv-ázis pufferképességének értékelése A zeolit sv-ázis pufferképességének értékelése Az lunit sv-ázis pufferképességének értékelése A szerves és ásványi nygok sv-ázis pufferképesség szerinti csoportosítás A titrálási görék gykorlti lklmzásánk lehetőségei A szerves nygok kémhtásánk szályozás puffer index lpján A tljtkró nygok sv és lúgtompító kpcitásánk ecslése A sv-ázis pufferképesség mérőszámink összehsonlító jellemzése A pufferképesség jelentősége kertészeti termesztésen Új tudományos eredmények...15 Következtetések, jvsltok...17 Összefogllás...19 Summry Mellékletek sz. melléklet Irodlomjegyzék sz. melléklet Árák jegyzéke sz. melléklet Táláztok jegyzéke melléklet A sv és lúg pufferkpcitás meghtározásánál lklmzott számítások melléklet A regressziós egyenesek sttisztiki értékelésének eredményei Köszönetnyilvánítás

7 A DOLGOZATBAN ELŐFORDULÓ JELÖLÉSEK ÉS RÖVIDÍTÉSEK JEGYZÉKE Rövidítés Teljes megnevezés Mértékegység [H + ] vizsgált mint egységnyi tömegére juttott svterhelés cmol(+) kg -1 [OH - ] vizsgált mint egységnyi tömegére juttott lúgterhelés cmol(-) kg -1 BC 12,5 BC 12,5 K sv pufferkpcitás 12,5 cmol kg -1 svterhelés mellett lúg pufferkpcitás 12,5 cmol kg -1 lúgterhelés mellett sv-ázis egyensúlyi index mértékegység nélküli, viszonyított mérőszám Sen Sen β β Sen Sen Sen Sen 1 β 1 β 3,5 β 1 β sv érzékenységi index lúg érzékenységi index 1 cmol kg -1 sv okozt változás kezdeti ( ) értékhez képest 1 cmol kg -1 lúg okozt változás kezdeti ( ) értékhez képest 25 cmol kg -1 sv okozt változás kezdeti értékhez képest 25 cmol kg -1 lúg okozt változás kezdeti értékhez képest sv puffer index lúg puffer index egyégnyi változást előidéző sv mennyiség kezdeti ( ) értékhez képest egyégnyi változást előidéző lúg mennyiség kezdeti ( ) értékhez képest 3,5 eléréséhez szükséges sv mennyisége kezdeti ( ) értékhez képest 1 eléréséhez szükséges lúg mennyisége kezdeti ( ) értékhez képest cmol -1 kg cmol -1 kg -1 4

8 BEVEZETŐ A kertészeti ágztokn sokféle növény eltérő igénye mitt rendkívül változtosk tljjl, termesztő közeggel szemen támsztott követelmények. A termesztés összetettségéől, sjátosságiól dódón fokozott z igény tljfolymtoknk növény vegetációs fázisivl összhngn történő szályozhtóság iránt. Az irányításhoz ismerni kell tlj, gyökérrögzítő közeg zon tuljdonságit, melyek jellemzik különöző htások előidézte állpotváltozását z érzékenységét és (érzéketlenségét =) pufferképességét. A kertészeti termesztésen lklmzott nygok pufferképességének megítélése és értékelése felhsználásuktól függően változó, olykor egymássl ellentétes kritériumok lpján szükséges. A mgs pufferkpcitássl író tljok, termesztő közegek izonyos szintig érzéketlenek svnyító és lúgosító htásokkl szemen, mi növény számár optimlizált kémhtás fenntrtás mitt előnyös. A kizárólg növényi gyökérzet támsztékául szolgáló közeggel szemen viszont kifejezett követelmény pufferképesség hiány, elvárás továá, hogy kijuttott tápoldt összetételét, kémhtását se módosíts. A mesterséges tljok, földkeverékek kilkításár, gyökérrögzítő közegként, tljtkróként különféle szerves és ásványi nygokt hsználnk. A szerves nygok sv-ázis pufferképessége tönyire mgs. Feltételezhetően éppen jelentős tompítóképesség z ok (miért vizsgálni, h tudjuk, hogy ngy?), hogy olyn elterjedten hsznált szerves nygokr vontkozón, mint tőzeg vgy komposzt ngyon kevés számszerű vizsgálti dt áll rendelkezésünkre. Viszonylg kevés figyelmet kp tljfelszínen visszmrdt, vgy tkrónygként célirányosn odjuttott, z átlkulás kezdeti stádiumán lévő szerves mrdványok elkülönítése és svs, illetve lúgos terhelésekkel szemeni viselkedésének vizsgált. A korái tudományos eredmények, vlmint legúj kuttások lehetőséget dnk kertészeti termesztésen különöző célokr felhsznált szerves nygok sv-ázis pufferképességének értelmezésére és értékelésére, z áltlánosn megfoglmzott tételek pontosításár. Az ásványi nygokr vontkozón sv-ázis pufferképesség vizsgáltok elsődleges célj környezeti elemek elsvnyodásávl összefüggő prolémák megoldás. Az ilyen irányú kuttások során feltárt törvényszerűségeken kívül, z ásványi nygok kertészeti célú felhsználáskor, svázis tompítóképesség elírálásához egyé szempontokt is figyeleme kell venni, melyekre vontkozón továi vizsgáltok szükségesek. A sv-ázis titrálási görék felvételénél lklmzott eljárás ásványi tljokr lett kidolgozv. Szerves és egyes ásványi nygok pufferképességének vizsgáltához szükségszerű módszer továfejlesztése. Igény vn továá olyn mérőszámokr, melyekkel szerves és ásványi nygok pufferkpcitás mennyiségileg jellemezhető és kertészek számár jól hsználhtók. 5

9 A mesterséges tljok, termesztési közegek kilkítás során z egyik legfontos feldt növény igényeinek megfelelő érték eállítás. A kertészeti gykorltn érték növelésének és csökkentésének szükségessége egyránt felmerülhet. Eltérő okok mitt, de z lcsony és ngy sv-ázis pufferképesség is megnehezíti kémhtás pontos szályozását. Továi prolémát jelent svnyító vgy lúgosító nygok szükséges mennyiségének megállpításár lklms, egyszerűen kivitelezhető, pontos módszer hiány, termesztő sokszor csk ecsült mennyiségekkel dolgozik. A szkirodlomn sv-ázis titrálási görék lpján vló számítást jánlják, ugynkkor megfelelő módszer, z dtok kiértékelésének és felhsználásánk szempontji hiányoznk. Kuttómunkám fő célkitűzése természetes eredetű szerves és ásványi nygok sv-ázis pufferképességének megismerése és értékelése, kémhtásukkl összefüggő szályozás lehetőségeinek feltárás, jelentőségének kertészeti szempontok szerinti elemzése. A megvlósításhoz következő célokt és kuttási feldtokt foglmztm meg: - tljtni kuttásokn lklmzott potenciometriás titrálás dptálás szerves és ásványi nygok, termesztési közegek, mesterséges tljok sv-ázis titrálási göréinek felvételére nygi sjátosságik és lklmzási körülményeik figyelemevételével; - szerves és ásványi nygok sv-ázis pufferkpcitásánk kvntittív értékelésére lklms egzkt prméterek kijelölése mértékegységük megnevezésével; - kertészeti termesztésen lklmzott szerves nygok titrálási göréinek felvétele, pufferkpcitásuk meghtározás, kiértékelése, összehsonlító jellemzése; - természetes eredetű ásványi nygok és kertészeti felhsználás céljir előlük gyártott termékek titrálási göréinek felvétele, pufferkpcitásuk meghtározás, kiértékelése, öszszehsonlító jellemzése; - titrálási görék és pufferkpcitást jellemző prméterek lklmzási lehetőségeinek kielemzése szerves és ásványi nygok kémhtás változásivl összefüggő kuttási és gykorlti feldtokn; - sv-ázis pufferképesség jelentőségének feltárás és elemzése kertészeti termesztési gykorltn. 6

10 2. IRODALMI ÁTTEKINTÉS A környezeti elemek funkcióképessége meghtározott intervllumon elül kiegyensúlyozott. A kémhtás gyors és átmenet nélküli változási zvrt okozhtnk működésüken. A természeten sv-ázis egyensúlyt puffer rendszerek szályozzák, iztosítv viszonylgos kiegyenlítettségét, lssítv, esetleg megkdályozv érték ngymértékű ingdozásit. A kertészeti termesztésen mesterséges tljok kilkításánál, gyökérrögzítő közegek kiválsztásánál z egyik legfontos szempont felhsznált nygok pufferképessége és nnk változás termesztés folymán. 2.1 A sv-ázis pufferképesség definíciój A tljnk zt tuljdonságát, hogy képes tompítni svs és lúgos htásokt sv-ázis pufferképességnek nevezzük (ORLOV, 1985). A ntív és mesterséges tljok pufferképessége egyránt szilárd, folyékony és gáz fázisok között lezjló folymtokn és kilkuló dinmikus egyensúlyokon keresztül érvényesül. A tlj sv-ázis pufferképességét kísérletileg szilárd résszel egyensúlyn (vgy kvázi egyensúlyn) lévő kivontnk (vgy szűrletnek), erős sv, illetve erős ázis hozzádás nyomán ekövetkező változás lpján htározzák meg. A tljtni tudomány először sv-ázis pufferképességet tudt mérhetővé tenni és értelmezni törvényszerűségeit. Vélhetően ez lehet z ok, hogy hosszú időn keresztül gykrn még m is előfordul tljok pufferképessége ltt elsősorn sv-ázis pufferképességet értették. Npjinkn ezt foglmt sokkl tágn értelmezzük. A Környezetvédelmi lexikon megfoglmzás szerint tlj pufferképessége tljt érő szennyező htásokt ellensúlyozó tljdinmiki folymtok összessége (LÁNG, 22). FILEP & FÜLEKY (1999) tlj pufferoló htásánk két legfontos területeként sv-ázis pufferképességet, vlmint tápelem és toxikus elem megkötő képességet emelik ki. TRUSKAVECKIJ (23) pufferképesség foglmához sorol minden olyn tuljdonságot, mely tlj tompító, tároló, átlkító vgy szűrő funkcióihoz kötődik. A már említett pufferoló htásokon kívül értelmezte tlj oxidációs-redukciós- és szód-pufferképességét, továá evezetett olyn foglmkt, mint hidro- és hőpufferképesség. 2.2 Rövid történelmi áttekintés A kémhtás és ezzel együtt puffer rendszerek ehtó tnulmányozásánk kezdete XIX. sz. végére, XX. sz. elejére tehető. Elsőként z orvosok és fiziológusok értették meg sv-ázis egyensúly szályozás jelentőségét. Az élő szervezetek működéséen ugynis hidrogén-ionok koncentrációjánk kis mértékű csökkenése vgy növekedése is különféle zvrokt váltht ki, z ugrásszerű változás kár végzetes is lehet z élőlényre nézve (MURRAY et l., 2). 7

11 A kezdeti kuttások sikeréen mgyr tudósoknk is jelentős szerepe volt. Bugrszky I. és Lieermnn L. fehérje jellegű nygok kémhtását vizsgálv megfigyelték, hogy zok svt és lúgot képesek lekötni (NAGY, 1997). SZABADVÁRY (1998) szerint két évvel késő, 19-n z ő munkájuk lpján két frnci kuttó hsznált először puffer kifejezést. A tlj zon tuljdonságár, hogy tompítni képes svs htásokt, mintegy húsz évvel korán már tlálhtó utlás szkirodlomn. Kppen Die Bodenzidität című művéen részletesen ismerteti A. Myer 1881-en pulikált, tápnyg kísérletének eredményeit elemző cikkét (KAPPEN, 1929). A szerző kálium sók, különöző tljtípusokon várhtó termés növelő htásánk elmrdását fejtegetve, rr következtetésre jutott, hogy htékonyságuk csökkenésének ok tljr gykorolt svnyító htásukn keresendő. Azokon tljokon ugynis, melyek szd meszet, zz sv semlegesítésére képes nygot trtlmztk, kálium sók svnyító htás nem volt tpsztlhtó. Myer tljoknk ezt tuljdonságát kedvező szályozó htás -nk ( günstige regultorische Wirkung ) nevezte el. A tljok sv-ázis pufferképességének megismerésére irányuló kuttások módszertni lpját potenciometriás titrálásnk tljtni kuttások történő evezetése teremtette meg (SOKOLOVA, 1991). Tö évtizeden keresztül tljok puffer tuljdonságink vizsgált elsősorn svnyúság okink részletes feltárásához nyújtott sokoldlú információt (CSERNOV, 1947, COLEMAN & THOMAS, 1967, BHUMBIA & MCLEAN, 1965, BOHN et l., 1985, KRUPENIKOV, 1981). A titrálási görék gykorlti lklmzásánk lehetőségét tljsvnyúság semlegesítéséhez szükséges mészdózisok megállpításán látták (GEDROJC, 1932, ASKINAZI, 1965, ORLOV, 1985). A kuttások múlt százd 6-s éveien vettek új irányt. A tljok sv-ázis pufferképessége iránt megnövekedett ngyfokú tudományos és gykorlti szempontú érdeklődés környezeti elemek fokozódó elsvnyodásánk felismerésével hozhtó összefüggése, melynek z ökoszisztémákr kifejtett kedvezőtlen htási erőteljesen muttkoztk, elsősorn z észki félteke sok országán (TAMM, 1986, THORWART, 1982, WISNIEWSKI 1983). Az utói évtizedeken kuttások fő célj svs terhelések modellezése különöző tljtípusokon, svnyodás prognosztizálhtóságár lehetőséget dó módszerek kidolgozás, továá z egyes tljösszetevők pufferkpcitásánk meghtározás és értékelése (ULRICH, 1981, BROWN, 1987, GRISINA, 199, KOPCIK et l., 1999,). Tö országn, pufferképességet jellemző prmétereket is felhsználv, elkészítették z ország tljink svs htásokkl szemeni érzékenységi térképét (VÁRALLYAI et l., 1986, GLAZOVSKAJA, 199, 1994, BATJES, 1991). 2.3 A tlj, mint kémii folymtok szályozó rendszere A tlj kémii elemek vegyületeinek természetes és rendkívül összetett rendszere. Az nygok sokféleségének és tuljdonságik változtosságánk tuljdoníthtón ORLOV (1996) szerint 8

12 tljn kár tö mint hrminc különféle kémii folymt is vége mehet. Az eltérő tuljdonságú vegyületek, zok ngy szám és közöttük fellépő lehetséges kémii kölcsönhtások széles skáláj tlj pufferképességének, szályozó képességének egyik legfontos feltétele és iztosíték, minek eredményeképpen természetes és ntropogén eredetű htásokr tlj tuljdonsági izonyos htárok között nem változnk lényegesen (STEFANOVITS, 25, TARGULJAN, 1996). A hsonló tuljdonságokkl rendelkező tljösszetevők megközelítőleg egyformán viselkednek, ugynkkor tö folymt is, mint pl. kálium megkötődése z illiten (STEFANOVITS, 1991), klcium, vs és lumínium vegyületeknek foszfor szolgálttó képességet efolyásoló htás (FÜLEKY & RAJKAINÉ, 1999), svnyodás (ORLOV & VOROBJEVA, 1982) és lúgosodás (VOROBJEVA & ZAMANA 1984) mértéke z egyes komponensek jellemző tuljdonságir vezethetők vissz. A különöző lkotóelemek funkcióink megértése legtö eseten csk úgy lehetséges, h ezt onyolult heterogén rendszert egyszerűsítjük, tljkomponenseket külön-külön vizsgáljuk (KÓNYA, 1991, GORBUNOV, 1973). A tlj pufferképessége egyszerű és/vgy onyolult vegyületek lkott elemi rendszerek pufferképességéől tevődik össze. Minden elemi rendszer egy kémii elem szerves és szervetlen vegyületeinek elméletileg elkülöníthető összessége szilárd, folyékony és gázfázisok összetételéen, melyeket összeköt z nygátrendeződés és energiármlás folymt (MOTUZOVA, 1994). A szerves és ásványi nygok, z ezekől kilkított mesterséges tljok, termesztő közegek sv-ázis pufferképességéről viszonylg kevés vizsgálti dt áll rendelkezésünkre. Az egyszerű és onyolult, szerves és szervetlen vegyületek lkott elemi rendszerek sv-ázis semlegesítő képességének z ásványi tljok vontkozásán feltárt törvényszerűségei, ugynkkor felhsználhtók szerves és ásványi nygok pufferképességének vizsgáltánál és z összefüggések elemzésénél. 2.4 Sv-ázis puffer rendszerek és puffer zónák tljn A tljn minden kémhtás trtománynk megvn domináns puffer rendszere, melyre -változást tompító folymtot vissz lehet vezetni. Az egyes puffer rendszerek htás trtományát funkciós csoport(ok) protonált formájánk disszociációs állndój htározz meg (FILEP, 1988). A svs htásokt semlegesítő tlj komponensek rekcióink mechnizmusát és intervllumát ULRICH (1983, 1986) fogllt rendszere. Az elméleti ismereteket (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL, 1976, BOLT & BRUGGENWERT, 1976, LINDSAY, 1979) és kísérleti eredményeket (ULRICH, 1981, ZÖTTL, 1979) felhsználv öt különöző tljösszetevőt és ezeknek megfelelően öt -trtományt, puffer zónát különített el: kronátos ( = 6,2 8,6), szilikátos ( = 5, 6,2), ioncsere tljkolloidok felületén ( = 4,2 5,), vlmint erősen svnyú kémhtású tljokn z lumínium ( = 2,8 4,2) és vs ( = 2,4 3,8) vegyületeinek oldódását kísérő proton elnyelő folymtokt. Az ULRICH (1983) áltl kidolgozott koncepció hsználhtó támpontnk izonyult 9

13 nnk kérdésnek megválszolásán, hogy egy dott trtományon elül milyen tljlkotó(k) felelős(ek) svs htások tompításáért vgy semlegesítéséért. A puffer tuljdonságú nygok és proton között végemenő rekció lpján, izonyos mértéken prognosztizálhtó folymt esetleges káros volt és tlj állpotán ekövetkező lehetséges változások. A tljlkotók menynyisége és sv pufferképesség mérőszámi lpján meg lehet htározni tlj pufferkpcitását, továá folymtok lefolyásánk időeni ecslését is el lehet végezni. ULRICH (1983) rendszerének gykorlti felhsználás során kiderült, hogy előnyei mellett tö vontkozásn is helyesítésre és kiegészítésre szorul. A puffer zónák koncepcióját és svs htások semlegesítésének mechnizmusát SCHWERTMANN et l. (1987) tová fejlesztették és tö részletéen pontosították. A legfontos kiegészítések z gygásványok és humusznygok változó töltéseihez kpcsolódó proton megkötésre/ledásr vontkoztk. A tová fejlesztett rendszeren önálló sv-ázis puffer rendszerként megjelenik szerves nyg. A tljokr jellemző intervllumon elül, sját méréseiket és mások munkáit is felhsználv, FILEP & RÉDLYNÉ (1987/88) dolgoztk ki egy jól áttekinthető rendszert tljlkotók és funkciós csoportok htástrtományánk jellemzésére. A szerzők egy ár segítségével különöző pufferrendszerek működésének -intervllumát jól összehsonlíthtóvá és követhetővé tették. Megállpításuk szerint tlj sv-ázis egyensúlyánk szályozásán következő tljlkotók és folymtok vesznek részt (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88): 1. A tljkolloidok (gygásványok, szerves kolloidok, fémhidroxidok, hidrtált fémoxidok, kovsv-gélek); 2. A szilikátos kőzetlkotó ásványok oldódás képződése; 3. Az lumíniumhidroxid polimerek és/vgy z lumínium-hidroxokomplexek átlkulás; 4. A szerves fémkomplexek képződése-omlás; 5. A CCO 3 C(HCO 3 ) 2 CO 2 rendszer. 2.5 A tljlkotó nygok sv-ázis semlegesítő mechnizmus, htástrtomány és pufferkpcitás A következőken, vontkozó szkirodlom lpján elemzem tljt lkotó egyszerű vegyületek és onyolult nygok viselkedését svs és lúgos htásokkl szemen. Ismertetem különöző komponensek sv-ázis semlegesítő mechnizmusát, lehetséges htástrtományát és pufferkpcitását. Az lái összefogllón forrásként hsznált szkirodlomn elfogdott terminológiát és mértékegységeket hsználtm, melyek olykor tö vontkozásn is eltérnek jelen dolgozt Anyg és módszer és Eredmények és értékelés c. fejezeteien hsznált kifejezésektől és mérőszámoktól. 1

14 2.5.1 A desztillált víz A tljok, termesztési közegek potenciometriás titrálás vizes közegen történik, ezért érdemes részleteseen megvizsgálni, hogyn lkul víz kémhtás sv és lúg hozzádás nyomán. Desztillált vízhez erős svt, illetve erős ázist dgolv, kezdeten ugrásszerűen változik. Egy mmol sósv egy liter víz értékét 7-ről 3-r csökkenti, egy mmol nátrium-hidroxid pedig 7- ről 11-re emeli (KRESKOV, 1976). Megjegyzendő, hogy tljok, termesztési közegek sv-ázis pufferképességének vizsgáltánál áltlán,5 25 mmol dm -3 koncentrációjú sv, illetve lúg oldtokt hsználunk. A továi sv illetve lúg dgok már lényegesen kise változásokt idéznek elő (1. ár). A vázolt összefüggés skál logritmusos voltáól ered. Fontos leszögezni, hogy értékelése és értelmezése során nem hidrogén-ionok koncentrációjávl, hnem zok logritmusos értékével számolunk, mert ennek nyilvánvló ténynek figyelmen kívül hgyás helytelen következtetések forrás lehet ,5, C /,3,2, [H + ] mmol dm -3 [OH - ] mmol dm -3, ár. A desztillált víz titrálási göréje 2. ár. A desztillált víz pufferkpcitásánk változás függvényéen A desztillált víz pufferkpcitás hidrogén- és hidroxid-ionok koncentrációjánk függvényéen BREEMEN & WIELEMAKER (1974) levezetése lpján következő összefüggésekkel fejezhető ki: + ( H ) + = 2,3[ H ] d d ( OH ) = 2,3[ OH ] d d (1) (2) 11

15 A titrálás kezdetén semleges, illetve enyhén svnyú és enyhén lúgos kémhtás mellett kiindulási értékként 7 feltételezve [H + ] = [OH - ] = mol dm -3 intervllumn, hidrogén- és hidroxid-ionok ngyon kis koncentrációi mitt, desztillált víz pufferkpcitás gykorltilg nullávl egyenlő. Az erős sv és erős ázis továi dgolásávl, titrálndó oldtn lévő és titrálás során hozzádott sv illetve lúg koncentrációk elő kiegyenlítődnek, mjd z oldtn lévő H + - illetve OH - -ionok koncentrációj meghldj hozzádott mennyiséget. A (1) és (2) képletek lpján hidrogén- és hidroxid-ionok koncentrációjánk ngyságrendekkel vló változás következtéen, mind lcsony (svs), mind mgs (lúgos) értékeknél 7 értékhez viszonyítv szimmetrikusn pufferkpcitás ugrásszerűen megnövekszik (2. ár). Sjnos még szkirodlomn is gykort előfordul, hogy z lcsony (<4) és mgs (>1) értékeknél ugrásszerűen megnövekvő pufferkpcitást kizárólg vizsgált nygnk tuljdonítják, holott elsősorn potenciometriás titrálás vázolt sjátosságit kellene figyeleme venni (HAMKALO, 25). A desztillált víz titrálásánk összefüggéseit és pufferkpcitásánk -tól függő, jellegzetes változásit feltáró képletek, vlmint digrmmok részletes tnulmányozás segít potenciometriás titrálás körülményeinek okszerű megválsztásán is (JANSON & PUTNIN, 198) A CO 2 víz rendszer A legegyszerű sv-ázis egyensúly szályozó rendszer két komponensől, minden tljn megtlálhtó vízől és széndioxidól áll (NOVOZAMSKY & BEEK,1978). A tljn z élőlények élettevékenységének és gyökérzet légzésének eredményeként széndioxid képződés folymtos. Mennyisége tlj iológii ktivitásától, vlmint tlj és légkör közötti gázcserétől függően tág htárok között változht és áltlán töszörösen meghldj külső légtér szén-dioxid koncentrációját (SMAGIN, 1999). A CO 2 vízen oldódv szénsvt hoz létre, mi két lépcsően disszociál. A rendszer következő egyensúlyokkl jellemezhető: H O + CO 2 H 2CO 3 H + HCO 3 2H CO 3 Az oldódási folymt, széndioxid prciális nyomásától függően, z egyensúlyi oldt kémhtásánk izonyos mértékű csökkenését eredményezi. A légköri levegőre jellemző prciális nyomás ( p co 4 = 3,4 1 r) mellett CO 2 víz rendszer számított =5,63 (LATIPOVA, 2). Tljok- 2 n CO 2 trtlom átlgosn,3% körüli. Ilyen prciális nyomás mellett széndioxid vízen oldott mennyisége 5,4 mg dm -3. Amennyien csk ezt két komponenst vesszük figyeleme, kkor z előivel megegyező hőmérsékletnél számítv közeg kémhtás 5,22. Mgs szerves nyg trtlmú, nedves, rosszul szellőző tljok mélye rétegeien CO 2 koncentrációj elérheti 1%-ot is, ilyenkor z egyensúlyi =4,45 (ORLOV, 1985). Mindezeket figyeleme véve megállpíthtó, 12

16 hogy szerves nyg omlás során keletkező széndioxid és tljn lévő víz között kilkuló egyensúly nyomán tljoldt -j 4,5 és 5, közötti értékekkel jellemezhető. A 5, 5,6 feletti értékek ázikus ktionok felhlmozódásár utlnk (lúgosodás), míg svtermelő nygok ( CO 2 -t kivéve) és folymtok jelenlétét tljoldt -jánk 4,5 5, értékek lá vló csökkenése jelzi. A rendszer pufferkpcitását lpvetően kronát-ionok mennyisége htározz meg (BREEMEN & WIELEMAKER, 1974): C 2 β = 2,3(HCO ) + 9,2(CO ) (3) p B CO A kronát-ionok ktivitásánk növekedése lúgos trtományr jellemző. Konstns pco 2 esetén ugynis szénsv koncentrációj független kémhtástól, ellenen egységnyi emelkedés HCO 3 -ionok ktivitásánk 1-szeres, 2- CO 3 -ionok ktivitásánk 1-szoros növekedését vonj mg után (FILEP, 1988). Az (3) kifejezés szerint vízen oldott széndioxid pufferkpcitás lúgos kémhtásnál számottevő. Ez zt jelenti, hogy széndioxid jelenlétéen, dott érték eléréséhez desztillált vízhez tö lúgot kell dgolni, mint CO 2 nélkül, zz rendszer lúgos htásokkl szemen tompítóképességgel ír. A svs htásokt rendszer nem semlegesíti, lcsony értékeknél desztillált vízre is jellemző pufferkpcitás érvényesül A klcium-kronátos rendszer A klcium-kronátos rendszeren kilkuló egyensúlyok A tljn szénsv főképpen ktionokhoz kpcsolódv, zok sóiként, kronátok és ikronátok formáján fordul elő (BOHN et l., 1985, SZENDREI, 1991). A kronátok közül legelterjedte klcit (CCO 3 ), rgonit és vterit csk ngyon ritkán fordul elő (STICHER & BACH, 1971, FEOFAROVA, 195). Viszonylg elterjedt kronátos képződmény rendezett szerkezetű dolomit CMg(CO 3 ) 2 (NEMECZ, 1991). Egyé kronátos ásványok tljn lényegesen kevese menynyiségen tlálhtók és előfordulásuk extrém tljviszonyok között figyelhető meg (DOBROVOLSKIJ, 1996). A klcium-kronátot trtlmzó tljok, tljrétegek sv-ázis tompító htás szilárd fázis klcium-kronátj, tljoldt C 2+, + CHCO 3 HCO 3, 2 CO 3 ionji, vlmint tljoldt és tljlevegő széndioxidj közötti kölcsönhtásokon keresztül érvényesül (3. ár). 13

17 3. ár. A CCO 3, CO 2 és H 2 O rendszeren fennálló egyensúlyok Forrás: ENDOVICKIJ & MINKIN (1986) A rendszer egyensúlyát meghtározó jellemzők CO 2 prciális nyomás, szénsv első és második disszociációs állndój, CCO 3 oldhtósági szorzt, z oldt ionerőssége (TURNER & CLARK,1956, PONNAMPERUMA, 1967), efolyásoló tényezők z ioncsere folymtok és ionpár képződés (ENDOVICKIJ & MINKIN, 1985; ADAMS, 1971). A klcium-kronátot trtlmzó tlj értéke CO 2 prciális nyomásáól kiindulv számíthtó z lái képlet szerint (FILEP, 1988): = 4,87 lg C lg PCO I (4) hol: P CO 2 - széndioxid prciális nyomás; I z oldt ionerőssége; A klcium-kronátot trtlmzó tljok kémhtás tehát széndioxid prciális nyomásától és tljoldt só koncentrációjától függ. A számítások lpján, h klcium-kronátot trtlmzó tljoldtot izoláljuk gázfázis széndioxidjától, kkor szuszpenzió értéke elérheti 9,8 1,. A széndioxid oldódását és tljokn előforduló lehetséges mennyiségeit ( P figyeleme véve 7,2 8,2 közötti értékeket vehet fel (ORLOV, 1985) A klcium-kronát sv-ázis tompító képessége A klcium-kronát, oldódás közen svs htásokt erőteljesen semlegesíti: CO 2 =,3 1 mr) CCO H + HCO 3 C(HCO 3 ) 2 14

18 A meszet trtlmzó tljokn ez fő proton elnyelő folymt, de eközen felszduló C 2+ kimosódht. A puffer htás gyors, mert zt kronátok oldódás htározz meg. A rekció seesség (s így puffer htás) csökkenése zokn tljokn figyelhető meg, melyeken kronátok eloszlás egyenlőtlen. Ilyenkor oldódásuk elsősorn diffúziós folymtok seességétől függ (SOKOLOVA et l. 1991). A mész lpvetően meghtározz tlj pufferképességét. Ennek elsősorn svnyító htások semlegesítéséen vn döntő szerepe, míg tljn mész (esetleg dolomit) tlálhtó, ddig értéke nem csökken. A klcium-kronát svsemlegesítő kpcitását ULRICH (1981) széndioxid htásár ekövetkező, vízen vló oldódás lpján htározz meg: CCO 3 HCO H 2O + CO 2(g) C Számítási szerint, tlj 1% CCO 3 trtlm, egy hektárr vetítve 15 kmol proton megkötésére képes. A titrálási görék lpján elvégzett számítások zt igzolják, hogy teljes semlegesítés nem következik e, s ezért szd meszet trtlmzó tljok klcium-kronát mennyiségével nem egyenértékű, hnem kevese protont tudnk semlegesíteni(murányi & RÉDLYNÉ, 1986). NILSSON & GRENNFELT (1988) mészkő kritikus svterhelését > 2 kmol H + h -1 év -1 állpították meg. A lúgos htások semlegesítése CO 2 közreműködésével történik z lái rekciók szerint: OH + CO 2 HCO 3 2OH + CO 2 CO 3 + H 2O Hidroxid-ion felesleg mellett, kilkuló ázikus körülmények között, z egyensúly CCO 3 felhlmozódásánk irányá tolódik el (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88) A víz hidrokronát trtlmánk sv-ázis pufferképessége A kertészeti termesztésen z öntözővíz és tápoldtozáshoz felhsznált víz pufferképességét ngymértéken hidrokronát koncentrációj htározz meg (HORINKA, 1997). ARGO & BIERNBAUM (1996) megállpítás szerint víz hidrokronát és kronát trtlm tápoldtozáshoz hsznált műtrágy svnyító vgy lúgosító htásától függően idézhet elő kémhtás csökkenést vgy növekedést. A változás mértéke függ z lklmzott vízdgtól, tápnyg kimosódástól, gyökérközeg térfogtától (BIERNBAUM, 1994). A vízkultúrás termesztésen hidrokronát pufferoló tuljdonságát felhsználják tápoldt kémhtásánk stilizálásár, kiküszöölve így nnk ingdozásit. RÁCZNÉ (27) kémhtás változásit vizsgálv uork kőzetgypotos termesztése során zt tpsztlt, hogy hol lcsony hidrokronát trtlmú vizet hsználtk, ott ngyo volt táloldt értékének ingdozás. 15

19 Jvslt szerint kémhtás viszonylg állndó szinten trtásához vízen 8 1 mg/l hidrokronát koncentráció szükséges (RÁCZNÉ, 28) A szilikátok oldódás és képződése A szilikátok mállási folymtin hidrogén-ion koncentráció meghtározó tényező. Oldódáskor proton elép z ásvány, miközen ázikus ktionokt (K +, N +, C 2+, Mg 2+ ) kristály szerkezetől kiszorítj. A folymt svs és ázikus kőzetek oldódásánál egyránt protonlekötéssel jár (NEMECZ, 1973): ép gránit+5,28h 2 O+H + 13, 82 =mállott gránit+n 4,3 +K 3,24 +C,99 +Mg,51 +Fe 3+, 92 +Ti,8 +25,47SiO 2 ép diáz + H + 7, 53 + Fe 1,32 = mállott diáz + 1,57SiO 2 + N,69 + K,29 + C 3, + Mg 1,15 + P,2 A folymt egyszerűsített egyenlete (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88): z M 2 + z+ z O + zh M + 2 z H 2 2 O hol: M fémion; z vegyérték. Az ásványok képződésekor hidrogén-ion szdul fel. A könnyen oldódó szilikátok áltl megköthető proton mennyiség, vgyis pufferkpcitásuk ázikus ktionok mennyiségét meghtározó ásványi összetételüktől függően változik. A muszkovitn és z olivinen pl. ázikus ktionok mennyisége 3, illetve 2 mg-eé g -1, z üledékes kőzeteken, pedig átlgosn 5 mg-eé g -1 (SOKOLOVA et l., 1991). Az oldódás során keletkező ionos formák, vlmint rekciók egyensúlyi állpotár vontkozó konstnsok lpján egész sor ásványi nyg pufferkpcitás lett meghtározv (VAN BREEMEN & WIELEMAKER, 1974). Az oldhtóságukkl összefüggésen z lcsony trtományn gisit pufferkpcitás ngyo, mint kolinité; z morf SiO 2 teljes trtományn jon pufferol, mint kvrc, z llofánok pedig jon, mint kolinit. A földpátok közül mximális pufferkpcitássl legjon oldódó nortit rendelkezik. SOKOLOVA et l. (1991) megítélése szerint szilikátok pufferkpcitás egy hektárnyi terület 1 cm-es rétegéen 1% ásvány trtlomr 75 kmol H +. Az ásványi tljok szilárd fázisánk túlnyomó részét szilikátásványok teszik ki, ezért pufferkpcitásukt elméletileg szinte kimeríthetetlennek lehet tekinteni. Oldódásuk zonn ngyon lssú folymt, melynek seességét z ásvány felépítése, szerkezete ngymértéken meghtározz (GORBUNOV, 1969). A szilikátok reális 16

20 pufferkpcitás kpcsán helytálló ezért semlegesítés seességéről eszélni, mely SOKOLOVA et l. (1991) megállpítás szerint tlj egy méteres rétegéen számítv,2 2 kmol h -1 év -1. NILSSON & GRENNFELT (1988) kémii összetételt és z idő tényezőt is figyeleme vették, mikor evezették kritikus svterhelés foglmát és különöző kőzetlkotó ásványokr vontkozón megállpították értékét. A számításoknál ól indultk ki, hogy éves szinten mennyi z legngyo terhelés, mit kőzetlkotó ásványok semlegesíteni tudnk, s így svs ülepedés z ökoszisztém szerkezetére és funkcióir hosszútávon nem jár káros következményekkel (1. tálázt). 1. tálázt. Kritikus svterhelés különöző ásványokr vontkozón (NILSSON & GRENNFELT (1988) nyomán) Ásvány Kritikus svterhelés kmol h -1 év -1 kvrc, kálium földpát <,2 muszkovit, plgioklász,2,5 mfiol, iotit,5 1 piroxén, olivin 1 2 A tljok és termesztési közegek pufferkpcitásánk növekedéséen erősen svs és erősen lúgos kémhtásnál z oldódási folymtoknk meghtározó szerepe vn. Gykorltilg minden ásványi tljösszetevő, továá néhány orgno-minerális komponens oldhtóság is megnövekszik mind lcsony, mind mgs értékeknél (ORLOV, 1985). Az oldódási folymtok felerősödése gykrn pufferkpcitás értékének ugrásszerű emelkedését eredményezi Az ásványi kolloidok pufferoló htás A tlj kolloid frkcióján áltlán z ásványi rész dominál, melyek közül kristályos szerkezetű gygásványok és fémhidroxidok, vlmint z morf hidrtált fémoxidok és kovsvgélek vehetnek részt protonfelvétellel és proton ledássl járó folymtokn. Sv-ázis semlegesítő képességük felületükön kilkult töltések függvénye. A puffer mechnizmus z állndó és változó töltések esetéen eltérő. Az urlkodón permnens töltésekkel rendelkező vermikulit és szmektitek csoportjihoz trtozó gygásványok gyenge elektroszttikus erőkkel, H 3 O + formán kötik meg hidrogén-iont. A kizárólg változó töltéseket hordozó fém-hidroxidok és hidrtált fémoxidok viszont képesek széles trtományn, erős kovlens kötéssel mgukhoz kpcsolni protont (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88). Vegyes töltésű kolloidok esetéen mind két folymt lehetséges. 17

21 Az ásványi kolloidok svs htásokkl szemeni puffer rekcióit SCHWERTMANN et l. (1987) fogllták össze. FILEP & RÉDLYNÉ (1987/88) megkötődés mechnizmus szerint csoportosították svs és lúgos htásokt semlegesítő folymtokt. A tljoldt elsvnyodáskor, 8 5 értékek között, hidrogén-ion kolloidok változó töltéseihez kpcsolódó ktionok egy részér lecseréli. A folymt eredményeképpen proton eépül kolloid felületée, melynek töltése ez áltl csökken, z oldt került ktionok pedig kimosódhtnk. Alcsony értékeknél ( 4,5 3,5) domináns puffer rekció felületen megkötött Al 3+ lecserélődése protonr (JAMES & RIHA, 1986, MURÁNYI, 1987, SÜSSER & SCHWERTMANN, 1991, HARTIKAINEN, 1996). A ázikus ktionok szerepe een trtományn nem számottevő. A 3,5 3, intervllumn változó töltéseket hordozó hidrtált lumínium- és vs-oxidok protonálódás megy vége (IVANOVA et l., 22). A lúgos htások nyomán z oldt jutó hidroxid-ionok ngy proton-ffinitásuk folytán képesek változó töltésekhez kpcsolódott hidrogén-iont leszkítni. A folymt eredményeképpen megnövekedett felületi töltést ktionok egyenlítik ki. Az ásványi kolloidok pufferkpcitását felületükön megkötött kicserélhető ázikus ktionok mennyisége htározz meg. SOKOLOVA et l. (1991) számítási szerint ez z érték átlgosn 7 kmol H + leiszpolhtó rész 1%-r vetítve ( szerves nyg nélkül). A kolloidok felületén lejátszódó ioncsere folymtok gyorsk. A tljoldtn megjelenő sv vgy lúg gykorltilg zonnl kölcsönhtás lép tljkolloidokkl (FILEP & CSUBÁK, 1997). Azokn tljokn, melyek nem trtlmznk klcium-kronátot, kolloidok felületén lejátszódó gyors ioncserék jelentik legfontos sv-ázis semlegesítő folymtot. A tljok pufferképessége tehát elsősorn kolloidok mennyiségével, zz mechniki összetételükkel vn összefüggésen. Minél ngyo leiszpolhtó rész rány, nnál tö svs, illetve lúgos nygot képes tlj semlegesíteni. Ezzel mgyrázhtó z gygtljok áltlán mgs pufferképessége. A homoktljok e tekinteten tiszt kvrchoz közelítenek, melynél tompítóképesség gykorltilg elhnygolhtó. A kolloidok meghtározó szerepére vontkozón sv-ázis pufferképesség lkulásán számos vizsgálti dttl rendelkezünk. A felület jelentőségét, vlmint változó és permnens töltések közötti eltérő protonmegkötő mechnizmusokt igzolják MURÁNYI (1987/88) különöző tlj típusokon elvégzett vizsgálti. A ngy ktioncsere-kpcitású tljoknál szuszpenzióhoz dott proton túlnyomórészt eépül hidroxidok és szerves nygok felületée, s ezért sem z oldtfázisn, sem kicserélhető felületi svnyúságként nem lehet kimuttni. A könnyű mechniki öszszetételű tljoknál, mikor z lklmzott svdg meghldj felületen megkötött ázikus ktionok mennyiségét, proton z oldtfázisn mrd, megnövelve nnk svnyúságát. 18

22 NADTOCHIJ (1993) olyn típusos csernozjom tljokt vizsgált, melyek csk z gygfrkció mennyiségéen tértek el egymástól. Terhelésként mximálisn 12,5 cmol kg -1 svt, illetve lúgot lklmzott. Módszere szerint tlj pufferkpcitását 1%-nk vette, h z képes lett voln z összes hozzádott svt vgy lúgot semlegesíteni. Egy ilyen skálán tö gygos részt trtlmzó csernozjom tlj (eredeti 7,2) pufferképessége 72% volt svs trtományn és 7% lúgosn. A kevese gygot trtlmzó tlj (eredeti 7,1) sv pufferkpcitás 5%, lúgsemlegesítő kpcitás pedig 54% volt. A sv-ázis pufferképesség megítéléséhez nem elegendő z ásványi kolloidok mennyiségi ismerete, sokkl fontos tudnunk zok minőségi összetételét. STEFANOVITS (199) tljok svnyodásánk okit elemezve hngsúlyozz, hogy viselkedésüket műtrágyák és légköri ülepedés svnyító htásávl szemen gygtrtlmukon kívül z gyg minősége szj meg. Első megközelítésen ngyo ktioncsere-kpcitás ngyo pufferképességet feltételez. FILEP (1988) megállpítás szerint z gygásványok pufferképessége z lái sorrenden csökken: szmektitek > illit > kolinit. DOMBÓVÁRINÉ & STEFANOVITS (1996) z ásványi kolloidok tompítóképességét következőképpen rngsorolj: morf rész > montmorillonit > illit > klorit > kolinit. STEFANOVITS (1989) modell kísérleteken megfigyelte, hogy áltlán z illites tljok zonos ionkoncentrációjú oldtok htásár jon svsodnk, mint túlnyomórészt szmektites gygásványokkl jellemezhető tljok, de ez nem áltlánosíthtó. Megállpított továá, hogy z illites tljok svsodás z mmónium-sók htásár fokozott, míg szmektites tljok esetéen kálium-só htásár nő erőteljeseen z oldhtó lumínium-trtlom. CHIZHIKOVA (1998) ntropogén htásr ekövetkező svnyodási folymtok htását vizsgálv, gyepes podzol tljokn megfigyelte duzzdó gygásványok, szmektit és szmektites közerétegződések csökkenését, illetve eltűnését ngydgú műtrágyázásnál Az lumínium-hidrokomplexek és z lumínium-hidroxid polimerek pufferoló htás Az lumínium vegyületek koncentrációját és összetételét elsősorn tljoldt értéke htározz meg (ORLOV, 1985). Erősen svnyú kémhtás mellett z Al 3+ -ionhoz ht víz ligndum kpcsolódik és z oldtn hexkv-lumínium [Al(H 2 O)] 3+ -ionként vn jelen (JACKSON, 1963). Az [Al(H 2 O)] 3+ könnyen hidrolizál, miközen értéktől függően különöző lumínium-hidrokomplex-ionok 2+ Al(OH), + Al(OH) 2, Al (OH) 3, Al (OH) 4 keletkeznek és proton szdul fel. Ezeken folymtokn tehát, kémhtás változásától függően proton keletkezik vgy kötődik meg. A 6,5 7,5 intervllumn semleges [Al(H 2 O) 3 (OH) 3 ] pufferoló htás érvényesül (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88). 19

23 A hidrokomplexek polimerizálódnk, keletkezett polimer vegyületek összetétele követke- (3x y) + ző képlettel fejezhető ki: [ Al ] x (OH) y, hol z x és y értékei különöző források szerint 1 x 54 és 1 y 144 intervllumokr tehető (SOKOLOVA et l., 27). Az lumínium-hidroxid polimerek sv és lúg semlegesítése z lái rekciók szerint megy vége (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88): [Al 6 (OH) 12 (H 2 O) 12 ] 6+ + H + [Al 6 (OH) 11 (H 2 O) 13 ] 7+ [Al 6 (OH) 12 (H 2 O) 12 ] 6+ + OH - [Al 6 (OH) 13 (H 2 O) 11 ] 5+ + H 2 O Az lumínium-hidrokomplex ionokól és vízől álló rendszer pufferkpcitás z lái kifejezés lpján számíthtó (VAN BREEMEN & WIELEMAKER, 1974, SOKOLOVA et l., 1991): [ Al ( OH ) + 9Al + 4Al( OH ) + Al( ] = 2, OH ) 4 β (5) Amennyien ismerjük z egyenleten szereplő ionok dott körülményekre vontkozttott mennyiségét, kkor meghtározhtó pufferkpcitás értéke. Az oldt jutó ionos formák közötti megoszlás erősen függ értéktől, ezért pufferkpcitás részletese vizsgált csk β=f() vgy logβ=f() függvények lpján lehetséges. SOKOLOVA et l. (1991) közepes lumínium trtlmukól kiindulv pufferkpcitást 1 15 kmol H + -r ecsüli 1% gygásványr vontkozttv A szerves nygok, mint puffer rendszerek A szerves nygok mgs pufferképességgel rendelkeznek, pufferkpcitásuk rendszerint ngyságrenddel meghldj z ásványi tljok esetéen mért értékeket. Jellemző különség továá tljok és szerves nygok között, hogy ez utóik egyránt jól tompítják mind svs, mind lúgos htásokt. JAMES & RIHA (1986) kísérleten,1 M slétromsv erdei vrr kifejtett htását vizsgálták 2 M kg -1 terhelések mellett. A kezelést követően, mit 22 ór ltt háromszor megismételtek, meghtározták szilárd rész és z egyensúlyi oldt kémii összetételét. Azt tlálták, hogy z vr kijuttott proton mennyiségének 7 96% elnyelte. A számított pufferképesség cmol kg -1-1 volt, mi egy ngyságrenddel ngyonk izonyult, mint z vr ltti ásványi tljrétegekre vontkozón mért értékek. A svterhelés növelésével folyékony fázis értéke csökkent. A terhelés ngyság és érték közötti összefüggés megközelítőleg leírhtó volt egy egyenessel, melynek meredeksége z vrtól függően változott. A szerves nygok svsemlegesítési mechnizmusát elsősorn z ioncsere rekciókr vezetik vissz. IVANOVA et l. (22) modell kísérleten podzol tlj omltln vrszintjének sv-ázis 2

24 pufferképességét vizsgálták potenciometriás titrálás módszerével. Azt tpsztlták, hogy proton elnyelődést ázikus ktionok oldteli megjelenése kíséri. A titrálás zéró pontján és titrálás folymán, dott értékek mellett, szilárd részre és z oldtr egyránt meghtározott ktionösszetételek egyevetése C 2+, Mn 2+ és Mg 2+ ionok ktív részvételét muttták z ioncsere folymtokn K +, Al 3+ és Fe 2+ ionokhoz viszonyítv. SAMRIKOVA et l. (23) kísérletei szerint glejes-podzolos tőzegtlj szerves szintjeinek vizes kivontán svs htások semlegesítése közel egyenértékű volt z oldtn kimuttott C 2+, Mg 2+ és K + ionok mennyiségével. KOPCIK & SILAJEVA (1995) svs titrálás során oldt jutó ktionok mennyiségére következő sorrendet állították fel: C > Mg > Al > K > Fe = Mn. Kísérleteik szerint áltlánosíthtó, hogy viszonylg sok Al 3+ jut oldt és kevés Fe 2+, illetve Mn 2+. A szerzők úgy tlálták, hogy terhelésként kijuttott H + -ionok 68 9%-ánk elnyelődése ázikus ktionokr vló kicserélődés során vlósul meg. Hsonló eredményeket kptk erdei tljok vr szintjének vizsgált során JAMES & RIHA (1989), NATSCHER & SCHWERTMANN (1991) és IVANOVA et l (22) is. Továi proton elnyelődés z erdei vrn megtlálhtó, különöző erősségű kismolekulájú szerves svk és ezeknek svknk C 2+, Mg 2+ és K + ionokkl lkotott sóiól álló puffer rendszereknek tuljdoníthtó. KAURICHEV et l. (1963) mérései lpján vízen oldódó, kismolekulájú szerves svk (sósksv, citromsv, hngysv, fumársv, egyé svk) mennyisége friss vrn, néhány fűféle és moh elhlt mrdványin, szárz nygr számítv eléri z 5 7 mg 1 g -1 mennyiséget, mi ngyságrendileg elegendő néhány mg-eé 1 g -1 pufferkpcitás iztosításához. Friss vr és humifikálódott növényi szövetek vizes kivontán kromtográfiás módszerrel sósksvt, orkősvt, citromsvt, lmsvt és egyé svkt is kimutttk (KAURICHEV et l., 1963, KAURICHEV et l., 1972,). KRZYSZOWSKA et l. (1996) vizsgáltik lpján rámutttk, hogy podzol tljok vr szintjének oldtin urlkodón citromsv tlálhtó mintegy,2 mmol dm -3 koncentrációig. CROMACK et l. (1979) közvetlen mérésekkel megállpították, hogy klciumoxlát mennyisége z vrn elérheti 8 g m -2 mennyiséget is. A kismolekulájú szerves svk rány z összes oldhtó szerves nyg trtlomn mintegy 5 1% (néh lecsökken,5%-ig) és szezonálisn változik (HEES et l., 2). A omlott vrszint svs titrálás során 4, 3,5 intervllumn z oldt Al 3+ koncentrációjánk növekedése figyelhető meg, mely IVANOVA et l. (22) mérései szerint z összktion mennyiségnek kár 3%-át is kiteheti. Az erdei tljok omlott vr és humusz szintjéen z lumínium koncentrációját H + és Al 3+ közötti csererekció htározz meg, mely függ z oldt értékétől és szerves nyg lumínium telitettségétől (BLOOM et l., 1979, WALKER et l., 199). Az lumínium oldt jutás 4 ltt részen szerves lumínium-komplexek oldódás mitt vn, mi protonelnyelő folymt (FILEP & RÉDLY, 1987/88). IVANOVA et l. (22) vizsgálti 21

25 4, 3,5 értéknél z lumínium komplexeken kívül, svs közegen kis stilitású szerves mngán-komplexek oldódásávl összefüggő proton elnyelést is igzoltk. Erősen svs közegen, <3 ltt fente vázolt puffer rekciókon kívül, IVANOVA et l. (22) svsemlegesítés lehetséges mechnizmusként értékeli, z erdei vrn töek között KAURICHEV et l. (1972) és BLASER et l. (1984) áltl kimuttott víz oldhtó minosvk α-kroxil csoportjink (pk = 2 3) protonálódási folymtát. Tö szerző véleménye szerint svs terhelés növekedésével nem oldódó szerves vegyületek nitrogént trtlmzó csoportjink ( NH és NH 2 ) protonálódás is vége mehet (HAY et l., 1985, JAMES & RIHA, 1986, FILEP & RÉDLY, 1987/88, KOPCIK & SILAJEVA, 1995). A szerves nygok lúgos titrálás során legfontos puffer rekciók humusznygok funkciós csoportjink, disszociációs állndó értékétől függő deprotonálódás. A humusznygok összciditását és ezen elül funkciós csoportok ciditását STEVENSON (1994) fogllt össze (2. tálázt). 2. tálázt. Különöző tljokól elkülönített huminsvk és fulvosvk összciditás és funkciós csoportjiknk z ciditás (STEVENSON (1994) nyomán) Huminsv Fulvosv Funkciós csoport közepes érték minimum mximum mol kg -1 közepes érték minimum mximum összciditás kroxil csoport fenolos-oh lkoholos-oh kronil csoport Az dtok szerint fulvosvk ciditás áltlán ngyo. A táláztól z is következik, hogy fulvosvkn kroxil és z lkoholos OH csoportok ngyo ciditássl írnk, míg huminsvkn funkciós csoportok közepes ciditás ngyjáól egyform. SOKOLOVA et l. (27) szerint humusznygok kroxil-csoportji 4-5 között titrálódnk, míg fenolos OH csoportok >9 fölött. A funkciós csoportok között legerőse svs jellege tehát kroxil csoportnk vn, míg leggyengé svs tuljdonság fenolos-oh csoportoknk tuljdoníthtók. RJAZANOV et l. (21) ugynkkor megállpították, hogy tljokól és természetes vizekől kinyert fulvosvk kroxil csoportjink egy része gyengé svs tuljdonságokkl rendelkezik és 8 értékig is titrálódik. 22

26 Az elhlt növényi mrdványok áltlán ngyo mennyiségen trtlmznk lignint. A humifikáció kezdeti stádiumán lignin kroxil-csoportjink mennyisége 8 1 mmol kg -1, mi z átlkulás során tová növekszik (ORLOV, 1985). Feltételezhető, hogy 8 értékig éppen lignin kroxil-csoportjink tuljdoníthtó lúgos htásokkl szemeni mgs pufferképesség (SAMRIKOVA et l., 23). A 8 1 intervllumn fenolos-oh csoportok titrálódnk. Mgs értékeknél szerves Al- és Fe-komplexek puffer htás érvényesül (HARGROVE & THOMAS, 1984, SAMRIKOVA et l., 23). A 8 és ettől ngyo értékeknél z minosvk mino-csoportjink deprotonálódás is vége mehet (STEVENSON, 1994). 2.6 A potenciometriás titrálás és titrálási görék kiértékelése A potenciometriás titrálás kivitelezése A sv-ázis pufferképesség meghtározásánk lpvető módszere potenciometriás titrálás. Az eljárás lényege, hogy tljhoz növekvő koncentráción svt, illetve lúgot dgolnk és z ennek htásár ekövetkezett változásokt regisztrálják. A módszernek tö változt is ismert, melyek szuszpenzió készítésének módján, vlmint tlj és hozzádott sv, illetve lúg közötti kölcsönhtás időtrtmán térnek el egymástól (PONIZOVSKIJ & PAMPURA, 1993). A potenciometriás titrálás különöző változtit, közöttük lévő összefüggéseket és különségeket 4. ár szemlélteti. A tljok sv-ázis pufferképességének vizsgáltához elterjedten két módszert hsználnk: z egyensúlyi és folymtos titrálást. Az egyensúlyi titrálás szerint, vizsgálndó tlj zonos tömegű mintsoroztához növekvő mennyiségű, de zonos térfogtú svt illetve lúgot dgolnk. Az így kpott szuszpenziót ráztás után hossz ideig (áltlán 24 ór) állni hgyják, mjd z egyensúlyi folydékfázis értékét mérik. A svs htások modellezéséhez tönyire sósvt hsználnk. A lúg megválsztás mérési eredmények felhsználásától függően változht. A kuttási célll végzett vizsgáltokhoz célszerű NOH vgy KOH oldtokt hsználni (NADTOCHIJ, 1993, BUZÁS, 1988). A puffer htás így erősen lúgos trtományn is vizsgálhtó, továá tlj és lúg között z egyensúly gyorsn eáll. A tljok elsősorn gykorlti szempontól fontos tuljdonságink megismeréséhez (pl. mészigény mgállpítás) C(OH) 2 oldtot hsználnk (COLEMAN & THOMAS, 1967, GYŐRI et l., 1998, TRUSKAVECKIJ, 1999). A titrálási görék felvétele során, z állndó ionerősség iztosításához 1 M KCl oldt hozzádását jvsolják tlj szuszpenzióhoz (FILEP & RÉDLYNÉ (1987/88). Figyeleme kell venni zonn, hogy zokn mintákn, melyeken kicserélhető ciditás vn, zt z 1M KCl oldt viszi, és olyn svnyúságként mérjük, melyet titrálási görék kiértékelése során kezelésként lklmzott sv htásától nem tudunk elkülöníteni. Ennek elsősorn z eltérő kicserélhető ciditássl rendelkező minták összehsonlításánál vn jelentősége. 23

27 4. ár. A tljok potenciometriás titrálásánk változti piros szggtott vonl titrálás tljjl együtt, kék szggtott vonl z oldtfázist titrálás előtt tljtól elválsztják. (sját ár) A folymtos titrálás során, meghtározott tlj:oldt rány mellett, desztillált vízzel vgy KCl oldttl tljkivontot készítenek. Az így kpott szuszpenziót, vgy z elkülönített szűrletet kis koncentrációjú svvl, illetve lúggl megtitrálják. A titrálás folymán svt és lúgot egyenlő dgokn, állndó keverés mellett jutttják tlj kivonthoz. Az egyensúly eállt után, mi áltlán néhány percet vehet igénye, regisztrálják sv, illetve lúg hozzádás nyomán kilkult értéket. A különöző módszerek lehetőségeinek értékeléséhez és felvett titrálási görék helyes interpretálásához ismerni kell közöttük fennálló különségeket és zokt folymtokt, melyek titráláskor vége mennek. Az egyensúlyi titrálás és szuszpenzióól történő folymtos titrálás között z lpvető eltérés tlj és hozzádott sv vgy ázis kölcsönhtásához iztosított időől dódik. Az egyensúlyi titrálás során sv és lúg viszonylg hossz időn keresztül fejti ki htását vizsgált mintár, míg folymtos titrálásnál ez z idő mindössze néhány perc. A sv-ázis titrálás folymán, intenzív keverés mellett leggyors ioncsere folymtok 1 1 sec ltt lejátszódnk (MALCOLM & KENNEDY, 1969). SCHALLER & FISCHER (1985) és ARINGHIERI & PARDINI (1985) is zt tpsztlták, hogy gyors és folymtos kevergetés mellett tljhoz dott H + mintegy 8 1%-n mindössze néhány perc ltt lekötődik. Az ezt követő 24

28 ,25-től 3 7 óráig vizsgált időtrtm ltt z oldt proton-ktivitás lssn csökkent z új svdgok hozzádás után. A gyors folymtokt hidrogén-ion, vlmint klcium, mgnézium és lumínium között végemenő ioncserére vezették vissz. FILEP & CSUBÁK (1997) tljkolloidok változó töltésű felületelemein lejátszódó protontrnszfer rekciók kinetiki törvényszerűségeit vizsgálv kísérletileg igzolták, hogy sv-ázis titrálás során terhelés növekedésével leglá két, seességi állndójukn ngyságrendileg eltérő, párhuzmos rekció zjlik. Megállpították, hogy kis sv, illetve lúg koncentrációknál kolloidok könnyen hozzáférhető töltéseinek gyors protonfelvétele, illetve ledás megy vége, folymtn résztvevő gyökök pufferkpcitás mintegy 5 1 percen elül kimerül. A lssú rekció idően kiegyenlítette, így még öt ór múlv is mértek proton felvételt, illetve ledást. Az gygásványok oldódás sokkl lssú folymt. GRINSVEN et l. (1986) kísérletéen z illit és gisit svs kezelésekor még 672 ór elteltével sem állt e z oldt szigorún véve állndó összetételével jellemezhető tényleges egyensúly. Az oldt C 2+ - és N + -ionok koncentrációi nem változtk, de K + - és Mg 2+ -ionok koncentrációi lssn növekedtek kísérlet egész ideje ltt. Tőzeg szuszpenzió értékének viszonylgos stilizálódásához lúgos oldtn folymtos keverés mellett is két npr volt szükség (BLOOM & MCBRIDE, 1979 ). A közeg értéke még ezután is lssn, de tová változott, minek ok szerzők feltételezése szerint szerves vs és lumínium komplexek oldódás. SCHALLER & FISCHER (1985), ARINGHIERI & PARDINI (1985) és FILEP & CSUBÁK (1997) egyehngzó megállpítás szerint sv-ázis titrálás során lssú folymt seességét diffúzió limitálj. A sv és lúgterhelés növelésével kevésé rektív és nehezeen hozzáférhető csoportok is rekció lépnek. A felület nehezeen megközelíthető helyeihez viszont proton lssn jut el, mi z egyensúly elérését is meghtározz. A kísérleti dtok lpján megállpíthtó, hogy tljnk, gygásványnk vgy tőzegnek svvl, illetve lúggl történő hossz időn keresztüli kezelése sem mindig elegendő tényleges egyensúly eléréséhez. Ezzel szemen BORGAARD (1974) tljól kivont huminsv oldtok vizsgált kpcsán megállpítj, hogy steril körülmények között és z oxigén kizárásávl elvégzett titrálás során, stil érték mindössze néhány perc ltt eállt és 28 npon keresztül gykorltilg nem is változott. A steril körülmények mellett, de levegőn, vgy levegő kizárásávl, de nem steril körülmények között trtott oldtok értéke viszont folymtosn változott és ez változás 28 np ltt 1 3 egységet is kitett. A szerző véleménye szerint ezek változások huminsvknk mikroorgnizmusok tevékenységéhez köthető átlkulásávl, vgy légköri levegő oxidtív htásávl hozhtók összefüggése. A huzmos időn keresztül történő titrálás tehát különöző, svs és lúgos htások megértésének és helyes értékelésének szempontjáól nem kívántos folymtokt indíthtnk el. 25

29 Mindkét titrálásnk vnnk tehát előnyei és hátrányi is. A vizsgált során z lklmzhtó titrálási módszer megválsztás ezért elsősorn feldt céljától függ. Az egyensúlyi titrálást kkor célszerű lklmzni, mikor lssú folymtokt is kívántos figyeleme venni, pl. tljok svs terhelhetőségének vizsgáltánál, vgy mészdózisok meghtározásánál (MURÁNYI & RÉDLYNÉ, 1986, FILEP & CSUBÁK, 199, NADTOCHIJ, 1996, TRUSKAVECKIJ, 23). Meg kell zonn jegyezni, hogy z egyensúlyi titrálási görék nem elég informtívk. Kiértékelésükkel pufferkpcitás számíthtó, de puffer mechnizmusokról és svs, vlmint lúgos htásokt semlegesítő komponensekről csk kevés információt nyújtnk. A folymtos titrálás jól hsználhtó tljok, különöző tljkomponensek, szerves nygok, gygásványok funkciós csoportjink vizsgáltánál (IVANOVA et l., 22, SAMRIKOVA et l., 23). A felvett titrálási görék lehetővé teszik z dott trtományr jellemző puffer mximumok regisztrálását, továá vizsgált mint és sv vgy lúg közötti kölcsönhtások lehetséges mechnizmusink értelmezését (SOKOLOVA et l., 1993). A folymtos titrálási görék interpretálásár z egyes tlj összetevők (huminsv és fulvosv preprátumok, kivontok, módosított gygásványok, st.) titrálás során kpott információk szolgálnk referenci pontként. A szűrletől végzett titrálás során kizárólg zoknk tljkomponenseknek sv-ázis pufferkpcitását tudjuk mérni, melyek vízzel, illetve 1 M KCl-l oldt vihetők. Ez utói eljárás tudományos értéke és gykorlti hszn nem nnyir önmgán, mint inká szuszpenzión elvégzett titrálássl történő összehsonlításn, továá mintár felvett vizes, illetve z 1 M KCl kivontú titrálási görék különözőségeinek megértéséen vn (SOKOLOVA et l., 1993) A titrálási görék kiértékelése A tljok pufferképességének számszerűsítésére tö lehetőség nyílik. Egyensúlyi titráláskor értéknek z dott sv illetve lúg térfogtánk függvényéen árázolt titrálási göre és kvrc homok titrálási göréje áltl ezárt terület ngyságávl lehet kifejezni, mit megdhtunk cm 2 -en, vlmint két göre áltl htárolt terület viszonyszámként, %-n is (ZUSEVICH, 198, MURÁNYI & RÉDLYNÉ, 1986, NADTOCHIJ, 1993, TRUSKAVECKIJ, 23). A pufferképesség lpvető mérőszámként szkirodlomn pufferkpcitást hsználják, mely z 1 -változást okozó sv illetve lúg cmol kg -1 -n vgy mmol kg -1 -n kifejezett mennyiségével egyenlő (FILEP & RÉDLYNÉ, 1987/88, SOKOLOVA et l., 1991, CONYERS et l., 2): ms m β = = (6) hol: m s és m sv, illetve ázis mennyisége. 26

30 A pufferkpcitáshoz hsonló prmétert hsznál pufferképesség jellemzésére FEDERER HORNBECK (1985), HARTIKAINEN (1986) és HODSON (1998) is. Az eltérés hsznált mértékegységeken, változás ngyságán, vizsgált mint viszonyítási lpként hsznált tömegéen vn. Ugynzon prméter sokféle megközelítése prolemtikussá teszi különöző szerzők áltl pulikált vizsgálti eredmények összehsonlíthtóságát. Szükségszerű tehát pufferképesség jellemzésére és értékelésére hsznált mérőszámok egységesítése. A pufferkpcitás értékeket z egyensúlyi, vgy gykrn folymtos titrálási görék differenciálásávl kphtjuk meg. Tö, eltérő sv-ázis semlegesítő képességgel rendelkező komponensől álló rendszer pufferkpcitását nem lehet egyetlen számml kifejezni. Hsznos ezt prmétert érték függvényéen vizsgálni: β=f(). Így olyn görét kpunk, melyiken mximumok ngyo pufferkpcitássl rendelkező komponenseket jelzik. A görén elül z β értékei között rendszerint ngyságrendeli különségek vnnk, ezért célszerű lgβ = f() összefüggéseket árázolni. A titrálási görék mtemtiki leírásár, vlmint pufferkpcitás értékének különöző sv- és lúgterhelés melletti számításár FILEP (1991) dolgozott ki módszert. A görék leírásár következő htványfüggvényeket jvsolj: svs titrálásr X = + k' (m s ) q (7) lúgos titrálásr X = + k (m ) p (8) hol: X szuszpenziók egyensúlyi -j meghtározott mennyiségű sv (m s ), illetve ázis (m ) hozzádás után; szuszpenzió kezdeti -j ( titrálás zéruspontj); k', k, q és p tljtuljdonságoktól függő prméterek; A k' és k prmétereket szerző z egységnyi tömegű sv, illetve ázis áltl előidézett kezdeti változásként definiálj. A q és p változás seességét jellemző konstns. A lpos és meredeke részekől álló titrálási görék (ilyen görék állhtnk elő folymtos titrálás során) értékelése szkszonként lehetséges. 27

31 FILEP (1991) pufferkpcitás reciprokját, vgyis z érzékenységet fentei összefüggések differenciálásávl kpj meg: d dm 1 ' q 1 = = k q (m s ) (9) s β d dm 1 p 1 = = k p (m ) (1) β A (7) és (8) egyenleteket felhsználv RÉKÁSI & FILEP (27) 17 tljmint titrálási göréire végezték el függvényillesztést. Megállpították, hogy htványfüggvényekkel titrálási görék svs és lúgos szárnyánk kezdeti szksz egyránt ngy pontossággl leírhtók (R 2 =,96,99). Az egyenletek lpján meghtározták vizsgált tljokr vontkozón k', k, q és p prméterek értékeit. 2.7 Egyé módszerek pufferképesség értékelésére A svsemlegesítő kpcitás A tljoknk svs ülepedésekkel szemeni pufferképességének számszerű értékelésére vezették e svsemlegesítő kpcitás Acid Neutrlizing Cpcity, rövidítve: ANC prmétert (VAN BREEMEN et l., 1984, 1987). A svsemlegesítő kpcitás zzl sv mennyiséggel egyenlő, melynek htásár tlj -j egy megdott értékig csökken. A definíció szerint z ANC hsonló pufferkpcitáshoz, meghtározásánk elve zonn teljesen eltérő. Áltlán külön értékelik tljoldt és szilárd rész svsemlegesítő kpcitását. A szilárd részre vontkozón z ANC számszerű értékét tlj teljes feltárás lpján meghtározott összetételéől számítják stil ktionok és stil nionok különségeként: ANC szilárd rész = 6[Al 2 O 3 ] + 6[Fel 2 O 3 ] + 2[FeO] + 2[CO] + 2[MgO] + 2[K 2 O] + 2[N 2 O] + 4[MnO 2 ] + 2[MnO] - 2[P 2 O 5 ] - 2[SO 3 ] - [HCl] (11) Az egyes komponensek részvétele sv közömösítéséen függ közeg értékétől. A ázikus ktionok semleges körülmények mellet htékonyk, z lumínium, vs és mngán vegyületeit, pedig csk svnyú kémhtás (<5) mellett kell számítás venni. A tljoldtr z ANC értékét következő összetevők mennyisége lpján számítják: ANC oldt = [HCO - 3 ] + 2[CO 2-3 ] + [OH - ] + [A - ] + [H + ] (12) hol: A - - viszonylg erőse szerves svk nionji. 28

32 A svsemlegesítő kpcitás változását integrált és ojektív kritériumként jvsolják hsználni tljok svnyodási folymtink értékelésénél (VAN BREEMEN et l., 1983). Az egyenletekől ugynkkor láthtó, hogy z ANC számítás viszonylg onyolult eljárást feltételez, mert jelentős számú komponens meghtározás szükségeltetik szilárd fázisn és z oldtn is. HARTIKAINEN (1986) ezért svsemlegesítő kpcitás egyszerűsített értékelését jvsolt. A potenciometriás titráláson lpuló eljárás szerint svnk zt mennyiségét htározzák meg, mely tljól készített szuszpenzió értékét 3,8-ig csökkenti. A 3,8 érték vélhetően ól megfontolásól dódik, hogy ettől lcsony kémhtásnál erősen megnövekszik z lumínium és vs hidroxidok oldhtóság. Az egyszerűsített eljárás eredményeinek interpretálásánál figyeleme kell venni, hogy így teljes svsemlegesítő kpcitásnk csk z része htározhtó meg, mely gyors lefolyású folymtokhoz, elsősorn z ioncseréhez és változó töltések protonálódásához köthető. A svsemlegesítő kpcitást mennyiségileg mg-eé kg -1 tljr vgy kmol h -1 egységen, dott tljrétegre fejezik ki. Finnországn 84 tljmintán elvégzett mérések zt muttták, hogy svsemlegesítő kpcitás értéke 12 és 184 mg-eé kg -1 között változik. A svsemlegesítő kpcitás vizsgált tljokn leiszpolhtó résszel, szerves szén mennyiségével és z oxlát-oldhtó lumínium mennyiségével volt összefüggésen (HARTIKAINEN, 1986) A tljok pufferképességének ecslése z ásványi rész ismeretéen DOMBÓVÁRINÉ & STEFANOVITS (1996) Mgyrország tlj-gygásvány térképének gykorlti felhsználását tgllv, rámuttnk környezeti tompítóképesség meghtározásánk lehetőségére. Jvsltuk szerint tlj röntgen diffrkciós vizsgált lpján meghtározott ásványok %-os menynyiségét kronátok esetéen 7-tel, z morf részét 6-tl, montmorillonitét 5-tel, csillám+illit értékét 4-gyel, plgioklászokét 3-ml, káliföldpátokét 2-vel, míg klorit és kolinit mennyiségét 1-gyel kell szorozni, mjd szorztokt összedni. A szerzők z ásványi összetétel ismeretéen összeállították tompítóképességet feltűntető országos térképet. Szerkesztéséhez ht térképezési egységet válsztottk. Amennyien feltljr vontkozó szorztok összege kise, mint 12, kkor tompítóképességet igen kicsinek, 12 és 149 közötti értéket kicsinek minősítettek, 15 és 179 között közepes, 18 és 29 között jó közepes, 21 és 229 között jó, 23-tól pedig igen jó minősítést kpott tlj A tljok pufferképességének számítás humusznygok mennyiségének és minőségének ismeretéen Ezekkel z összefüggésekkel HARGITAI (1983) fogllkozott. A környezetvédelmi kpcitás foglmt hsználv hngsúlyozt, hogy tljok terhelhetőségének mértékét humusznygok mennyisége mellett zok minősége is meghtározz (HARGITAI 1982). Erre lpozv tljok kör- 29

33 nyezetvédelmi kpcitását egy komplex humuszminőség értékelésen keresztül jvsolt meghtározni: EPC = D H 2 K (13) Q K = (14) H hol: EPC környezetvédelmi kpcitás (Environmentl Protection Cpcity); D tljréteg vstgság, cm; H tljok áltlánosn értelmezett szerves nyg, illetve humusz trtlm, %; K z áltlános humuszállpotot kifejező humuszstilitási koefficiens; Q tljok humuszminőségét jellemző, úgynevezett stilitási szám; Q>1 stilnk tekintett humusz-, illetve humuszszerű nygok; Q<1 instilnk tekintett, moilis humusz-, illetve humuszszerű nygok; A humusznygok stilitás ugyn kronátos tljokn jo, fenti eljárás hiányosság zonn mégis z, hogy tlj terhelhetőségét leszűkíti szerves kolloidokr, ugynkkor kronát és z gygtrtlmt figyelmen kívül hgyj A tljok pufferképességének számítás z ásványi és szerves nygok ismeretéen A kronátok mennyiségét, z gyg trtlmt és gygásvány-összetételt, vlmint humusztrtlmt és humusz minőséget is számítás veszi tljok svs htásokkl szemeni ellenálló képességét kifejező empirikus összefüggés (STEFANOVITS, 1989, FILEP & FÜLEKY, 1999): EBC S = EBC C + EBC H + EBC A (15) hol: EBC S tlj környezetvédelmi pufferkpcitás; EBCc kronátok környezetvédelmi pufferkpcitás; EBC H humusz környezetvédelmi pufferkpcitás; EBC A z gygfrkció környezetvédelmi pufferkpcitás. A kronátok környezetvédelmi pufferkpcitását kronát trtlom lpján lehet ecsülni: EBC C = ΣD ( 8,5 + C) (16) hol: D z egyes tljrétegek vstgság, cm; C CCO 3, %. 3

34 meg: A szerves nygok környezetvédelmi pufferkpcitás z lái kifejezés lpján htározhtó EBC H = ΣD (Hu) 2 R 1 (17) hol: Hu szerves nyg trtlom, %; R stilitási koefficiens, K és C:N rány hánydos; Az gygfrkció környezetvédelmi pufferkpcitás: EBC A =ΣD T S T m 1-2 (18) hol: T S gygtrtlom, %; IS T m = S + + V + 2 IV 2 (19) S, V, I szmektit, vermikulit, illit rány z gygfrkción, %. Az EBC A 4 2, z EBC H 1 4, z EBC C 1 3 értékek között változnk. 2.8 A kertészeti termesztésen lklmzott nygok A szerves nygok Tőzeg. A tőzeg földkeverékek egyik legfontos lpnyg. Sjátos fiziki és kémii tuljdonsági különösen lklmssá teszik ngy igényevételnek kitett mesterséges tljok kilkításár (FORRÓ, 199, 1999). Kertészeti termesztő közegként leginká felláptőzeget hsználják rostos szerkezete, jó víztrtó képessége mitt. A tőzeg virágföldkeverékek kilkításánál is z egyik leggykrn lklmzott komponens. Kedvezően ht dísznövények tápnygfelvételére, hiszen jelentős részük enyhén svs közegen érzi jól mgát (HARGITAI & NAGY, 1971). Az utói idően zonn tőzeg kitermelés megítélése nem egyértelmű, hsznosítás körül számos vit lkult ki, elsősorn zokn z országokn, melyek nem rendelkeznek megfelelő készlettekkel, de ugynkkor ngy mennyiségű tljkeveréket hsználnk fel évente (FORRÓ, 1997). A tőzeg kitermelés csökkentése mellett érvelők környezetvédelmi okokr hivtkoznk, mint ányásztot követő élővilág pusztulás, z üvegházhtás növekedése minerlizációj során keletkező széndioxid mitt, st.. A kertészek ugynkkor nem szívesen mondnk le tőzeg hsználtáról, mivel számukr sok tekinteten ideális közegről vn szó. Nem meglepő ezért, hogy kevés tőzeget hsználó vgy tőzegmentes keverékek népszerűsége ngyon lcsony. A tőzeg ngy mértékű csökkentése keverék összetételéen jelentősen rontj tuljdonságit, továá sok eseten drágítj 31

35 közeget. A tőzeg elhgyás vgy rányánk csökkentése technológii váltást is igényel, megváltozik tápoldtozás, vízellátás rendszere (MÁCSAI, 25). Kókuszrost. A kókuszrost tőzeg helyettesítésének egyik legígéretese lterntíváj. A kókuszdió héjáól állítják elő. Megújuló szerves nyg, kókuszdió feldolgozásávl foglkozó vállltoknál melléktermék. A dísznövénytermesztésen kókuszrost, elsősorn fiziki tuljdonsági mitt kedvezőnek izonyult, mint tőzeg és kőzetgypot (BORONKAY & FORRÓ, 26). A zöldségtermesztésen kísérletek folynk gyökérrögzítő közegként vló felhsználásár (ARENAS, 22, SLEZÁK et l., 25). Komposztok. A komposztálás irányított humuszgyártás, szerves nyg újrhsznosításánk htékony módszere (HARGITAI, 1985). Tö ezer éves eljárás, már z ókorn ismerték és gykorltn is lklmzták (ALEXA & DÉR, 1998). Npjinkn komposztálás célji között közismert, régeiek mellett újk is megfoglmzódtk. Kiterjedt területeket érint tljok humusztrtlmánk folymtos csökkenése, melynek negtív mérlegét cskis szerves nygnk tlj vló visszjutttásávl lehet ellensúlyozni (SOROKINA & KOGUT, 1992, BRIDGES & BATJES, 1996). A tljnk légköri gázok összetételét szályozó funkciój mostnáig meglehetősen kevés figyelmet kpott még szkirodlomn is (SMAGIN et l., 21). A szerves hulldék minél ngyo tömegen vló újrhsznosítás megsemmisítésével, elégetésével szemen minerlizációs folymtok időeni lssulását, szénnek szerves nygn történő hossz ideig trtó konzerválását és egyúttl környezeti széndioxid terhelés csökkentését is jelenti. Sokféle komposzt állíthtó elő, melyek tuljdonsági, összetétele felhsznált nygok, segédnygok és z érlelés módjától függően különözőek. A tljtkrók jelentősége. A felszínt időszkosn orító, od jutó vgy od juttott, z átlkulás különöző stádiumán lévő szerves nyg. A rendelkezésünkre álló kísérleti dtok egyértelműen zt izonyítják, hogy felszínen tlálhtó szerves nygnk izonyos védő szerepe vn tlj ásványi szintjeire nézve (SAMRIKOVA et l., 23, KOPCIK et l., 1999, REITER et l., 1986). SOKOLOVA et l. (1996) vegyes erdők ltt kilkult, eltérő tuljdonságú podzol tljokon állítottk e kísérletet, melynek során felszínt orító szerves nygr töévnyi protonterhelésnek megfelelő svdgot jutttk ki. A vizsgáltok eredményei zt muttták, hogy felszínre juttott svs terhelések túlnyomó részét omltln és omlott vr semlegesíteni tudt. Az vról proton terhelés nyomán kiszorított és cspdékkl lefelé vándorló C 2+ - és Mg 2+ -ionok tlj podzol szintjéen felületről kiszorították z lumíniumot és megnövelték telítettségi értéket. Az erdei vr szerepét svnyító htású nygok semlegesítéséen töen is tnulmányozták, elsősorn zon régiók országink kuttói, melyek htlms kiterjedésű erdőkkel rendelkez- 32

36 nek és fokozottn ki vnnk téve svs esők ártlmink (THACKER et l., 1987; HAUN et l., 1988; GRISINA & BARANOVA, 199). A művelés ltt álló tljokon is mrd vissz tö-kevese szerves nyg, de zt od célirányosn is kijuttthtják. A zöldség- és gyümölcstermesztésen terjedt el tkrónygok lklmzás, melyek igen változtosk lehetnek. Felhsználhtók mezőgzdságn melléktermékként keletkező nygok: szlm, lekszált fű, komposzt, préselt szőlőtörköly, kéregzúzlék vgy kár szerves trágy. Ezeket tlj felszínén szétterítik vgy nnk néhány centiméteres rétegével összekeverve hsznosítják. A kísérleti eredmények zt igzolták, hogy tljtkrás htásár jvul tápnyg ellátottság, megmrd nedvesség, növekszik iológii ktivitás, tlj hőmérséklete kiegyenlítetteé válik, továá gyommentesítő htás is vn (RACSKÓ, 24). A szántóföldi növénytermesztésen is hsználnk mulcsozást tljvédelmi célll (BIRKÁS, 25). Különösen z utói néhány év szélsőséges időjárási viszonyi kpcsán értékelődött fel tljtkrás jelentősége Az ásványi nygok Perlit. A perlit vulkáni eredetű kőzet. Számos olyn tuljdonsággl rendelkezik, mi kertészeti termesztésen előnyös: jvítj tlj szerkezetét, levegő gzdálkodását és víztrtó képességét (VERDONCK, 1983). Kis térfogttömege mitt kiválón lklmzhtó konténeres termesztésen. Az esetlegesen felhlmozódott sók perlitől könnyen kimoshtók. Az előállítás során lklmzott hőkezelésnek köszönhetően steril és gyommentes (WILSON, 1983). Kolin. A kolin olyn gyg, mely urlkodón kolinit ásványól áll, de összetételéen esetleg más gygásványok mint például illit és montmorillonit is előfordulhtnk. A tljn kolinit áltlán nem ngy mennyiségen tlálhtó, kivételt képeznek nedves trópusi és szutrópusi területeken kilkult ferrlsolok, nitisolok, crisolok, melyeken ez lehet z urlkodó ásvány (IUSS WORKING GROUP WRB, 26). A kolinitet trtlmzó tljok stil szerkezettel és ránylg kedvező fiziki tuljdonságokkl rendelkeznek. Az ásvány kémhtás z előfordulási helyétől függően 6,5 8,3 között változik, miközen vizes és KCl-os érték között közel egy egységnyi különség is dódik. Ktioncsere-kpcitás legkise z gygásványok között és z <,1 mm frkción mérve nem hldj meg 25 cmol kg -1 (GORBUNOV,1978). VASILEV ÉS USKOVA (1972) vizsgálti szerint hidrogénnel telített kolinit nem rendelkezik pufferkpcitássl. Az lumíniumml telített kolinit titrálási göréjén viszont ngyon gyenge svkéhoz hsonló kezdeti emelkedést regisztráltk, mi izonyos pufferképességet izonyít. Bentonit. A entonit üledékes képződmény, mely vulkáni piroplsztikus nyg hidrotermális metszomtózis és/vgy hlmirolitos mállás során keletkezett. A ngyo részét (>5%) kitevő montmorillonit gygásványr jellemző izomorf helyettesítés következményeként kilkuló jelentős permnens negtív felületi töltésfelesleget ktionok semlegesítik. Attól függően, hogy mi- 33

37 lyen domináns csere-ktion, megkülönöztetünk C-entonitot (ezek természeten jon elterjedtek) vgy N- entonitot (lúgos entonit). A töltéskiegyenlítő ktionokt könnyen le lehet cserélni. A entonitnk számos mezőgzdsági felhsználás ismert. Ngy vízmegkötő képességének és jelentős ktion-cserekpcitásánk köszönhetően elsősorn kolloidokn szegény, homokos tljok jvításár jánlják (LAZÁNYI, 23,). Kedvező htás érhető el, h entonitot istállótrágyávl együtt jutttják ki, vgy komposztálják (MAKÁDI et l., 23). TÁLLAI (27) kisprcellás kísérleteken zt tpsztlt, hogy entonittl komposztált istállótrágy htásár növekszik tlj mikroiológii ktivitás. A entonit előnyös tuljdonságit kertészeti termesztésen is hsznosítják. Slát plántákkl végzett kísérletek zt igzolták, hogy földkeverékhez 3%-n dgolt entonit kedvezően htott növények fejlődésére, zonn z ennél ngyo dgok depressziót okoztk (SCHNITZLER et l., 1994). Felláp tőzeg és entonit keveréke intenzív öntözés htásár sem iszpolódik el, megtrtj morzslékos szerkezetét, porózusságát, kémhtás nem csökken és serkenti gyökérképződést. Komposzt készítésnél, mint dléknyg 1 2 kg m -3 mennyiségen jvsolják z orgno-minerális komplexek kilkulásánk elősegítése céljáól (HEYNITZ, 26). Tljjvító nygként vló felhsználását z ökológii gzdálkodásn is lklmsnk trtják (SOLTI, 2). Zeolit. A természetes zeolitoknk számos hsznosítási módj létezik mezőgzdságn, környezeti prolémák megoldásán, egyé területeken (MÁTYÁS, 1984). Mezőgzdsági felhsználásuk lehetőségeit szám véve ZENTAY & VITÁLIS (1987) megemlítik lklmsságukt tlj kémhtásánk stilizálásár. A svnyú és lúgos tljok értékét egyránt semleges irány változttj meg, ezért mindkettő jvításár megfelelőnek trtják. Az irodlmi dtok lpján tehát zeolitok kedvező sv-ázis pufferképességgel kell, hogy rendelkezzenek. A zeolitot felhsználás előtt őrlik és osztályozzák. Tljkeverékekhez ngyo, 1 3 mm szemcseméretű frkció leglklms. Porított zeolitot, zz,14, vlmint,1 mm frkciót nehézfémekkel, rdionuklidokkl szennyezett tljok tisztításár, műtrágyák vivőnygként, st. lklmzzák. Alunit. Az lunit eredetét tekintve tipikus metszomtózisos képződmény, mely felszín közeli körülmények között, kénsvs oldtoknk vulkáni kőzeteken vló átszivárgás eredményeképpen jött létre (LEJE et l., 1971). A mezőgzdságn, elsősorn jelentős kéntrtlm mitt, tkrmány kiegészítőként került ez idáig felhsználásr, növénytermesztésen vló hsznosításár tett kísérletek nem ismertek. 34

38 3. ANYAG ÉS MÓDSZER 3.1 A vizsgált nygok Kuttásomhoz kertészeti ágztokn lklmzott természetes eredetű szerves és ásványi nygokt válsztottm. Vizsgáltm z önállón lklmzott gyökérrögzítő közegeket és mesterséges tljok, földkeverékek lkotónygit. Meghtároztm eltérő érlelésű szerves trágyák, komposztok, vlmint komposztálás során felhsználhtó nygok sv-ázis pufferképességét jellemző prmétereket. Kuttómunkám kiterjedt z időszkosn felszínre jutó vgy tljtkróként od jutttott növényi mrdványokr A természetes eredetű szerves nygok jellemzése A vizsgált természetes eredetű szerves nygok megnevezését és szármzási helyét 3. tálázt fogllj össze. Tőzegek. A litván fehér felláptőzeg hűvös, cspdékos éghjlti körülmények között keletkezett. Fő összetevője Sphgnum moh. Rostos szerkezetű, tápnygtrtlm lcsony, kémhtás erősen svnyú. A kertészeti termesztésen kiválón felhsználhtó különöző célokr. A vizsgált tőzeget Mgyrországon Novolt néven forglmzzák. A voloscsi tőzegek Glíciáól szármznk. A világosrn felláptőzeg rostos, hosszú szálú. Összetételéen növényi mrdványok jól felismerhetők, viszonylg ngyo dr, ép fás növényi részek is fellelhetők enne. Kémhtás erősen svnyú. A voloscsi sötétrn vegyes tőzeg közel egyform rányn trtlmz száls és szemcsés összetevőket. Kémhtás svnyú, értéke mgs, mint voloscsi világosrn felláptőzegé. Az ivno-frnkivszki sötétrn felláptőzeg lelőhelye Kárpátok keleti oldlán, z Ivno- Frnkivszki megyéen tlálhtó. Botniki összetételét tekintve mintegy 8 9%-n Sphgnum moháól áll. Kémhtás erősen svnyú. Kitűnően felhsználhtó hjttásn, lpnyg különféle földkeverékeknek (VAT IVANO-FRANKIVSKTORF TERMÉKISMERTETŐ). A hnsági és király-tói tőzegek Fertő-hnsági medence értékes síkláp képződményei. A felláptőzegekhez hsonló rostos szerkezettel rendelkeznek, mi kertészeti termesztés szempontjáól ngyon előnyös (HARGITAI, 1982). A növények számár kiegyenlített nitrogénszolgálttást tudnk iztosítni (FORRÓ, 1997, 1998). Mindkét tőzeg erősen svnyú kémhtású. A pötrétei tőzeget Zl-megyéen, Szévíz ptk völgyéen ányásszák. Sötét színű síkláp képződmény, mely finomszemcsés és száls összetevőket egyránt trtlmz. A szélmezői Mrcl-medencéen kitermelt, egészen sötét színű síkláptőzeg. A kémhtást tekintve mindkét tőzeg gyengén svnyú ktegóriá trtozik. 35

39 A hhóti szintén sötét színű síkláptőzeg rostos összetevőkkel, épen mrdt növényi szárkkl. Összetételéen kise csigházk is előfordulnk. Kémhtás gyengén lúgos. A fontos növényi tápnygok mindhárom sötét színű síkláptőzegen ngyo mennyiségen megtlálhtók. 3. tálázt. A szerves nygok megnevezése és szármzási helye Tőzegek A tőzeg típus fehér felláptőzeg világosrn felláptőzeg sötétrn felláptőzeg sötétrn vegyes tőzeg rostos síkláptőzeg rostos síkláptőzeg síkláptőzeg síkláptőzeg síkláptőzeg A tőzeg szármzási helye Rékyv, Litváni Voloscs, Lvov megye, Ukrjn Ivno-Frnkivszk, Ukrjn Voloscs, Lvov megye, Ukrjn Király-tó, Mgyrország Hnság, Mgyrország Pötréte, Mgyrország Szélmező, Mgyrország Hhót, Mgyrország Kókuszrost kókuszrost gzdoltn lett eszerezve Komposztok, nyersnygok Megnevezés istállótrágy komposztált mrhtrágy nyers szőlőtörköly komposztált szőlőtörköly komposztált szőlőtörköly+romfitrágy Megjegyzés spontán érlelődött szályozott körülmények között érlelt must kipréselése után visszmrdt nyg Biovin néven forglmzott készítmény Cofun néven forglmzott készítmény Tljtkrók A szerves nyg jellege omltln vr omltln vr omltln vr omltln vr zúzott szlm A mintvételezés helye őshonos ükkös erdő őshonos fenyőerdő tölgyes prkerdő gyümölcsös szántóföld 36

40 Kókuszrost. Sötét színű, mgs lignin és cellulóz trtlmú, nehezen omló nyg. Stil, rostos szerkezete hsonlóvá teszi felláp tőzegekhez. A vizsgált kókuszrost gzdoltn, préselt kiszerelésen lett eszerezve. A vontkozó szkirodlom szerint kókuszrost kémhtás tönyire közel semleges, de értéke tág htárok között ( 5,5 7,5) változht (BORONKAY & FORRÓ, 26). A vizsgált mint kémhtás gyengén svnyú ktegóriá trtozik. Komposztok, nyersnygok. A komposztált istállótrágy lpnyg krámtrágy, komposztálás szályozott és ellenőrzött körülmények között ment vége. Az istállótrágy megnevezés ltt krámól kihordott, felhlmozott, tö hónpon keresztül spontán érlelődött trágyát kell értenünk. A nyers szőlőtörköly must kipréselése után visszmrdt, semmilyen továi kezelést nem kpott szerves nyg. Kémhtás svnyú. A szőlőtörköly komposztálásávl állítják elő Biovin elnevezésű tljjvító nygot (NOVÁK). A termék sötét színű, szerkezete stil, vizet jól megtrtj. Kémhtás közel semleges, mgs nitrogén és kálium trtlm. Szőlőtörköly fő összetevője Cofun nevű készítménynek is, mely mgs iológii htékonyságú szerves trágy (SÁRY, 29). Irányított fermentációvl állítják elő, összetételéen 7 75% szőlőtörköly, 15 2% romfitrágy és 5% oltónyg vn. A készítményt Psteur Intézet fejlesztette ki. Színe sötétrn, mximum,5 cm méretű szemcséket trtlmzó nyg, konzisztenciáj nedves földhöz hsonló. Kémhtás semleges. Tljtkrók. A vizsgáltokhoz őshonos ffjokkl elegyes erdők, vlmint gyümölcsös omltln vr szintjét különítettem el és gyűjtöttem e lomhullást követő időszkn. Elhlt növényi mrdványok z átlkulás kezdeti stádiumán, növényi részek jól felismerhetők. Öszszetételük túlnyomó részét fák lehullott levelei teszik ki, melyet kiegészít z elhlt ljnövényzet és kise, letöredezett ágk. A felszínt változó, de áltlán mindössze néhány centiméter vstgságn orítják. A különöző mulcs nygok közül szlmát vizsgáltm, mint olyt, mely nem csk kertészeten, házi kerteken hsználtos, de szántóföldön is sokszor ngy tömegen visszmrd. A vizsgálthoz szlmszecskázó erendezéssel felszerelt gonkomájn áltl összezúzott, 4 5 cm hosszú szlmát gyűjtöttem e Az ásványi nygok jellemzése A kuttásn felhsznált ásványi nygok megnevezését és vizsgált mérettrtományát 4. tálázt fogllj össze. Az ásványi nygok egy részét Kárpátlj területén gyűjtöttem e. Változtos és sjátos geológii felépítésének köszönhetően vidék igen gzdg különféle ásványokn és kőzeteken. A 37

41 kitermelés ltt álló nyersnygok közül töet mezőgzdságn is lklmznk, illetve ilyen irányú hsznosításukr kuttások folynk. 4. tálázt. Az ásványi nygok megnevezése és szemcsemérete Az ásványi nygok megnevezése folymi homok kőzetgypot égetett gygkvics perlit duzzsztott perlit kolin entonit nátrium entonit humuszos entonit vermikulit zeolit (klinoptilolit) zeolit lunit A vizsgált mérettrtomány 2 mm-nél kise frkciót vizsgáltm vizsgált kivitelezhetőségének megfelelően felprítottm 3 8 mm, nem prítottm 2 mm-nél kise frkciót vizsgáltm 1,25 5 mm, nem prítottm 2 mm-nél kise méretűre prítottm 2 mm-nél kise méretűre prítottm továi prításr nem volt szükség 2 mm-nél kise méretűre prítottm,2 2 mm, nem prítottm 2 3 mm frkció,1,25 mm frkció 2 mm-nél kise méretűre prítottm A homok Tisz-folyó medréől vló. Elsősorn z építőipr hsznosítj, kertészeti felhsználás jóvl kise volumenű. Begyűjtés után folymi homokot kiszárítottm és 2 mm lyukőségű szitán átrostáltm. A vizsgáltokt szitán átment, zz 2 mm-nél kise méretű frkción végeztem el. A kőzetgypotot természetes nygok zlt, mészkő és koksz olvdékáól állítják elő, így közeg inert és steril (NELSON, 1998). VERWER (1976) vizsgálti lpján oxidokn kifejezett összetétele következő: 47% SiO 2, 14% Al 2 O 3, 16% CO, 1% MgO, 8% Fe 2 O 3, továá különkülön 1% N 2 O, K 2 O, MnO és TiO 2. Tö cég is gyárt kőzetgypot termékeket, melyek minőségüken hsonlók, szerkezeti kilkításukn, méretüken és lkjukn termesztés igényeihez igzodnk. Kuttásomhoz Grodn cég Mster típusú termesztő táláit hsználtm fel. Az égetett gygkvics 3 8 mm átmérőjű szemcsékől álló termék. Színe sötétrn. Porózus első szerkezettel rendelkezik, emitt könnyű, ugynkkor mechniki ellenálló képessége ngy. A vizsgált égetett gygkvics kémhtás gyengén lúgos. 38

42 A perlitet Fogs ányán gyűjtöttem e, mely Beregszásztól mintegy 7 km-re délkeletre, Ngymuzsly htárán terül el. A kőzet összetételéen 72,1% SiO 2, 12,9% Al 2 O 3,,9% CO, 1,5% FeO+Fe 2 O 3, 4,6% N 2 O+K 2 O tlálhtó. A kertészeti termesztésen hsznált duzzsztott perlit (kereskedelmi nevén Agroperlit) teljesen steril, szemcsengyság 1,25 5 mm között változik, hlmzsűrűsége 9 12 kg m -3. Kémhtását tekintve semleges. A növényi tápnygfelvételt nem efolyásolj (TOV PERLITE GROUP TERMÉKISMERTETŐ). A kolint Beregszásztól mintegy 4 km-re dél-keletre, Muzslyi-hegyen ányásszák. Ngyo, kissé tömör, de könnyen porló tömöken termelik ki. Fehér színű kőzet, fő összetevője (Mg,8 Al 3,83 )[Si 4,6 O 1 ](OH) 8 kristálykémii képlettel jellemezhető kolinit. Összetételéen 46,5% SiO 2, 37,7% Al 2 O 3, továá mintegy,9% TiO,,22% Fe 2 O 3,,2% MnO,,67% MgO,,4% K 2 O,,8% N 2 O tlálhtó (LAZARENKO, 1963). A entonit lelőhelye Rákosptk (Gorki) község mellett vn Ngyszőlősi járásn, Királyházától mintegy 4 km-re keletre. Fő összetevőjén, montmorilloniton kívül kise mennyiségen hlloysit, kolinit, illit, kvrc, földpátok is tlálhtók enne (GRABOVENSKIJ & KALACHNJUK, 1984). Elemi összetételét tekintve 53% Si 2 O, 2% Al 2 O 3 és 8% Fe 2 O 3 trtlmz. A rákosptki entonitól CO és egyé ázisok kimosódtk, mennyiségük nem számottevő, kémhtás így gyengén svnyú. A lignites entonit szintén Rákosptk közeléől vló. Ngyo mennyiségű szerves nygot trtlmz. Kémhtás gyengén svnyú. A nátriumos entonit nátrium-kronáttl ktivált, világos homok-szürke színű készítmény. Alpnyg mádi entonit. Kémhtás lúgos. Borászti szkoltn lett eszerezve. A vermikulit iotit és flogopit mállásávl létrejött ásványi nyg. Összetétele leginká (Mg 2+,Fe 2+,Fe 3+ ) 3 [(AlSi) 4 O 1 ](OH) 2 4H 2 O képlettel jellemezhető, Fe, Mg és Al változó mennyisége mellett. Szerkezete lemezes, melyek egymástól könnyen elválnk. A tö rétegű szemcsék ezüstszínűek, itt-ott sárgásrn foltokkl trkítv. A leválsztott lemezek teljesen átlátszók. A vermikulit szemcsék mérete,2 és 8 mm között vn, de előfordulnk 2 mm-es lemezek is. Kémhtás lúgos. A zeolit Szeklence (Szokirnicj) község melletti lelőhelyről szármzik, ány Huszt városától 9 km-re dél-keleti irányn tlálhtó. A kőzet 7%-n klinoptilolit. Ktioncsere-kpcitás 15 cmol kg -1. Összetételéen 71,5% SiO 2, 12,8% Al 2 O 3 tlálhtó, ezen kívül ngyo mennyiségen trtlmz CO (3,44%) és K 2 O (2,64%). A mgs szilícium-oxid trtlomól következik, hogy Si 4+ -ionok csk csekély mértéken helyettesítődtek Al 3+ -ionokkl. (GRABOVENSKIJ & KALACHNJUK, 1984). A kitermelést követően zeolitot megőrlik és méret szerint osztályozzák, ezáltl különöző frkciókt kpnk. Kuttómunkám,1,25 mm és 2 3 mm mérettrtományok sv-ázis pufferképességének vizsgáltár terjedt ki. A ányőrölt és osztályozott zeolitot vizsgált előtt 39

43 megfelelő lyukőségű szitákon még átengedtem, megtisztítv így z esetleg nem megfelelő méretű szemcséktől. Az lunit lelőhelye Ngyégány község mellett, Beregszásztól mintegy 7 km-re észknyugtr tlálhtó. Rétegszerű szerkezettel rendelkező ásvány, kémii képlete: KAl 3 [(OH) 6 (SO 4 ) 2 ]. A vizsgált kőzet lunit trtlm 36% (LEJE et l., 1971). Az luniton kívül 52%-n kvrc, 4,6%- n különöző gygásványok, 2,5%-n opál és klcedon, vlmint ngyon kis mennyiségen egyé ásványok is megtlálhtók kőzeten 3.2 A sv-ázis pufferképesség meghtározás és értékelése A sv-ázis titrálási görék felvételénél lklmzott eljárás A titrálási görék felvételéhez sósvól és nátrium-hidroxidól oldtsoroztot készítettem. A kezeléshez hsznált sv és lúg oldtok koncentrációit vizsgált nyg egységnyi tömegére kijutttni kívánt proton, illetve hidroxid-ion terhelés lpján állpítottm meg (5. tálázt). A vizsgált ásványi minták 2 g, szerves nygok 1 g tömegéhez növekvő koncentrációjú HCl illetve NOH oldtokt dgolv szuszpenzió soroztot készítettem. A mint kezdeti értékének meghtározásához sorozton elül emérésre került egy desztillált vizes szuszpenzió is. Az ásványi nygok vizsgáltánál 1:2,5 mint:oldt rány mellett, 12,5 cmol kg -1 volt mximális proton, illetve hidroxid-ion terhelés. A szerves nygok, vlmint ngy vízfelvevő és víztrtó képességgel rendelkező ásványi nygok titrálási göréinek felvétele 1:1 mint:oldt rány mellett történt. A szerves nygoknál mximálisn 25 cmol kg -1 proton, illetve hidroxid-ion terhelést lklmztm. Az ásványi nygoknál 1:1 mint:oldt rány mellett is 12,5 cmol kg -1 volt mximális proton, illetve hidroxid-ion terhelés. Egy óri körkörös rázógépen vló ráztás után mint soroztot 24 órán keresztül állni hgytm. A mérés megkezdése előtt felrázott és leülepedő szuszpenzió felülúszóján meghtároztm sorozt tgjink egyensúlyi értékét (ISO 139:1994). Lényeges körülmény, hogy minták áltlán olyn formán és szemcseméreten kerültek evizsgálásr, mint hogyn termesztésen is felhsználásr kerülnek. A levegő széndioxidj lúgfogysztást növeli, mi pufferkpcitás értékének látszólgos megnövekedését eredményezi (TOLNER et l., 26). Ez elsősorn gyenge pufferképességű mintáknál jelent prolémát, hol kezeléshez hsznált lúg ngyo koncentráción mrd vissz z egyensúlyi oldtn. A titrálási görék felvétele ezért levegő kizárásávl vlósult meg. A titrálási görék felvétele minden vizsgált nygr leglá három ismétlésen történt. A mérések kivitelezéséhez WTW InoL /Ion Level 2 mérőkészüléket és SenTix 61, teljes trtomány mérésére lklms kominált üvegelektródát hsználtm. 4

44 41 5. tálázt. A titrálási görék felvétele során lklmzott sv és lúg koncentrációk Szerves nygok Ásványi nygok A szerves nygok kezelésére hsznált sv (HCl), illetve lúg (NOH) oldtok koncentrációj A szerves nygok kezelésére hsznált sv és lúg oldtok számított értéke Egységnyi tömegű szerves nygr juttott proton [H + ], illetve hidroxid-ion [OH - ] terhelés Az ásványi nygok kezelésére hsznált sv (HCl), illetve lúg (NOH) oldtok koncentrációj Az ásványi nygok kezelésére hsznált sv és lúg oldtok számított értéke Egységnyi tömegű ásványi nygr juttott proton [H + ], illetve hidroxid-ion [OH - ] terhelés mmol dm -3 (HCl) (NOH) cmol kg -1 mmol dm -3 (HCl) (NOH) cmol kg -1, 7, 7,,, 7, 7,,,5 3,3 1,7,5 5, 2,3 11,7 1,25 1, 3, 11, 1, 1, 2, 12, 2,5 1,5 2,82 11,18 1,5 15, 1,82 12,18 3,75 2, 2,7 11,3 2, 2, 1,7 12,3 5, 2,5 2,6 11,4 2,5 25, 1,6 12,4 6,25 5, 2,3 11,7 5, 3, 1,52 12,48 7,5 7,5 2,12 11,88 7,5 35, 1,46 12,54 8,75 1, 2, 12, 1, 4, 1,4 12,6 1, 12,5 1,9 12,1 12,5 45, 1,35 12,65 11,25 15, 1,82 12,18 15, 5, 1,3 12,7 12,5 2, 1,7 12,3 2, 25, 1,6 12,4 25,

45 3.2.2 A sv-ázis pufferképesség értékelése + A mérések során meghtározott [ H ] és [ OH ] összefüggéseket digrmon árázolv vizsgált nyg titrálási göréjét kpjuk (5. ár). Az szcisszán zéró pont desztillált víznek felel meg, ettől lr vizsgált nyg egységnyi tömegére juttott sv, jor lúg mennyiségeit tüntettem fel. Az ordinátán z egyensúlyi értékeket árázoltm. A szerves és ásványi nygok sv-ázis puffer tuljdonságink kvntittív értékelésére felvett titrálási görék lpján meghtározott mérőszámokt hsználtm (6. tálázt). 6. tálázt. A sv-ázis pufferképesség értékelésére hsznált mérőszámok Megnevezés Jelölés Mértékegység sv pufferkpcitás lúg pufferkpcitás BC BC viszonyított értékszám viszonyított értékszám sv-ázis egyensúlyi index K viszonyított értékszám sv érzékenységi index lúg érzékenységi index 1 cmol kg -1 sv okozt változás kezdeti ( ) értékhez képest 1 cmol kg -1 lúg okozt változás kezdeti ( ) értékhez képest kísérlet során lklmzott mximális 25 cmol kg -1 svterhelés okozt változás kezdeti értékhez képest kísérlet során lklmzott mximális 25 cmol kg -1 lúgterhelés okozt változás kezdeti értékhez képest Sen Sen Sen Sen Sen Sen cmol -1 kg cmol -1 kg cmol -1 kg cmol -1 kg cmol -1 kg cmol -1 kg sv puffer index lúg puffer index egyégnyi változást előidéző sv mennyiség kezdeti ( ) értékhez képest egyégnyi változást előidéző lúg mennyiség kezdeti ( ) értékhez képest β cmol -1 kg -1 β cmol -1 kg -1 1 β cmol -1 kg -1 1 β cmol -1 kg -1 3,5 eléréséhez szükséges sv mennyisége 1 eléréséhez szükséges lúg mennyisége 3,5 β 1 β cmol -1 kg -1 cmol -1 kg -1 42

46 Sv pufferkpcitás és lúg pufferkpcitás A pufferkpcitás értékét titrálási göre áltl htárolt terület lpján htároztm meg. A számítások elvégzéséhez NADTOCHIJ (1993) áltl jvsolt módszer szerint digrmon vizsgált mint titrálási göréjén kívül továi kettőt szerkesztettem, melyek viszonyítási lpot képezték. A 6. árán HON etűkkel jelölt göre zéró pufferkpcitás értékkel rendelkező nyg titrálási göréjének felel meg. Ilyen tuljdonsággl tiszt kvrc homok rendelkezik. Megjegyzendő, hogy kvrc homok titrálási göréjét megegyezőnek vettem mintához dgolt erős sv és erős lúg titrálási göréivel. A 7 ponton keresztül menő és z szcisszávl párhuzmos egyenes egy olyn hipotetikus szolút puffer nyg titrálási göréje pontosn egyenese ( 6. árán KOL etűkkel jelölve) melyik z összes hozzádott svt, illetve lúgot képes semlegesíteni. Az szolút puffer nyg egyenese és kvrc homok titrálási göréje áltl htárolt terület ngyság z szolút puffer nyg pufferkpcitásánk felel meg, melynek értéke svs és lúgos trtományn egyránt mximális ,5 1, 7,5 5, 2,5 2,5 5, 7,5 1, 12,5 [H + ] cmol kg -1 [OH - ] cmol kg ár. A zeolit eredeti titrálási göréje tényleges értékekkel 6. ár. A pufferkpcitás számításhoz átlkított digrm zeolit titrálási göréjével: HON kvrc homok titrálási göréje; KOL z szolút puffer egyenese; EOF zeolit titrálási göréje A terület lpján vló számítás sjátosság, hogy z egyform mennyiségű sv vgy lúg htásár ugynolyn változássl regáló, de eltérő kezdeti értékű minták titrálási göréi áltl htárolt terület ngyság különöző lesz. Eől helytelenül z következne, hogy z zonos lefutású titrálási görével rendelkező mintáknk eltérő pufferkpcitás. A vázolt ellentmondást már KAPPEN (1929) is felismerte és feloldásához titrálási digrm módosítását jvsolt. A vizsgált mint titrálási göréjét z ordinát tengellyel párhuzmosn eltoljuk, míg kezdeti -j el nem éri 43