A TALAJOK PUFFERKAPACITÁSÁNAK ÉS NEHÉZFÉMTARTALMÁNAK VIZSGÁLATA. Szabó Szilárd Szabó György 1. Bevezetés

Átírás

1 A TALAJOK PUFFERKAPACITÁSÁNAK ÉS NEHÉZFÉMTARTALMÁNAK VIZSGÁLATA Szabó Szilárd Szabó György 1 Bevezetés A talaj a mezőgazdasági termelés egyik meghatározó tényezője. Különböző antropogén hatások következtében Magyarországon is sok helyen megfigyelhető a talajok degradálódása, termőképességének csökkenése. Ennek oka lehet többek között a gyorsuló erózió, a talajszennyezés, a talajok savanyodása, szervesanyag-tartalmának és pufferkapacitásának csökkenése. Gazdag termés azonban csak jó minőségű, magas termékenységű talajokról takarítható be. Tanulmányunkban egy döntően mezőgazdaságilag hasznosított mintaterületen vizsgáltuk meg a talajok pufferkapacitásának, kémhatásának és nehézfémtartalmának alakulását, mely tényezők jelentős hatással vannak a talajok termőképességére. Anyag és módszer Három mintasorozatot vizsgáltunk meg, melyek különböző időszakokból származnak. Az első sorozat az közötti időszakból származik, mely az Alkalmazott Tájföldrajzi Tanszék tájökológiai vizsgálatai során kerültek begyűjtésre. A sorozat 110 felszíni talajminta laboratóriumi mérési adatait (vizes ph, KCl-os ph, mészállapot, szervesanyag-tartalom, mechanikai összetétel) foglalja magában. A meglévő eredményeket valamennyi minta esetében speciális, a savanyúságot befolyásoló paraméterek meghatározásával egészítettük ki, mint pl. a potenciális savanyúság formái, pufferkapacitás (mint egységnyi savterhelésre bekövetkező ph-változás), Hargitai-féle, a talajok humusztartalmának pufferképességét megadó környezetvédelmi kapacitás. A fent említett paraméterek közül a pufferkapacitást szeretnénk egy kicsit megmagyarázni, mivel nem mindenki érti ugyanazt az elnevezés alatt. A vizsgálathoz 5 g talajt mértünk be és különböző mennyiségű 0,1 mólos savval, (külön 0,25-0,5-1-1,5-2-2,5-5 ml HCl) kezeltük, ezt desztillált vízzel 50 ml-re kiegészítve szuszpenziót készítettünk, majd 24 órás állás után megmértük ph-jukat. A kapott eredményekből megszerkesztettük titrálási görbéiket, majd a görbék segítségével a pufferkapacitást a következőképpen számoltuk ki: meghatároztuk a talaj nélküli oldatok ph eredményeiből megszerkesztett titrálási görbe (összehasonlító görbe) alatti és a talaj titrálási görbéje alatti területet; a kettő különbsége adta meg a pufferkapacitást. A két görbe alatti terület különbségét elosztottuk az összehasonlító görbe alatti területtel. Így egy olyan 0 és 1 közé eső értékhez jutottunk, amely annál kedvezőbb minél közelebb van az 1-hez. A második mintasorozat az közötti időszakból származik. Az ekkor begyűjtött 220 minta alapján többek között feltérképeztük a talajok nehézfémtartalmának területi eloszlását. 1 Szabó Szilárd PhD hallgató Debreceni Egyetem Alkalmazott Tájföldrajzi Tanszék 4010 Debrecen, Egyetem tér 1.,Pf.: 9. Szabó György egyetemi tanársegéd Debreceni Egyetem, TTK, Alkalmazott Tájföldrajzi Tanszék A tanulmány az F sz. OTKA Pályázat támogatásával készült 1

2 Szabó Sz. Szabó Gy.: A talajok pufferkapacitásának Az és a időszakból származó minták közül 4 minta esetében lehetőségünk volt megvizsgálni a savanyodási mutatókat közvetlenül is, mivel ezek ugyanarról a mintavételi helyről származtak ben 63 talajminta begyűjtésére került sor a mintaterületnek egy viszonylag kis kiterjedésű, körülbelül 1 km 2 -es részéről (1. ábra). A mintavétel célja egy későbbi nehézfémextrakciós vizsgálatokhoz való mintagyűjtés. Ezeket a mintákat felhasználva lehetőségünk nyílt a ph-változást részletesen is megvizsgálni. 1. ábra. A mintaterületről származó kontroll-minták helye (+: az ból és ből ugyanarról a helyről származó minták helye; a zöld vonal: a 2000-ből származó minták). A talajok pufferkapacitásának vizsgálatát az mintasorozat esetében végeztük el a fentebb ismertetett módon. A mintaterület talajainak nehézfémtartalmát (Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) az között begyűjtött 220 minta segítségével vizsgáltuk meg. A tömény salétromsavas roncsolás után a méréseket PERKIN ELMER 3110-es atomabszorpciós spektrométerrel, illetve Spectroflame ICP-AES készülékkel végeztük. A fentiek mellett, a talaj ph-ját is mértük 1:2,5 arányú talaj-folyadék szuszpenzióban. A hidrolitos aciditás (y 1 ) meghatározása az MSZ / szerint történt. A talaj szervesanyag-tartalmát Tyurin módszerével, CaCO 3 - tartalmát Scheibler-féle kalciméterrel, szemcseösszetételét pedig a 0,2 mm-nél durvább frakció esetében szitálással, 0,2 mm alatt pedig iszapolással határoztuk meg. 2

3 A laboratóriumi mérési eredmények térképi ábrázolását és a térképi műveleteket Surfer for Windows és Idrisi for Windows szoftverek segítségével végeztük. Az eredményekből térbeli interpolációval tematikus térképeket készítettünk, majd a térbeli adatok analízisét Idrisi és SPSS felhasználásával végeztük el. Matematikai statisztikai módszerekkel meghatároztuk, hogy azok a talajtulajdonságok, melyek minden időszakból rendelkezésre állnak milyen mértékben határozzák meg a pufferkapacitást. Korreláció analízisnek vetettük alá az összes ilyen talajtulajdonságot a pufferkapacitással, és amelyekkel szignifikáns kapcsolatot találtunk többváltozós lineáris regressziónak vetettük alá. Így egyrészt a determinációs együttható megmutatta azt, hogy a vizsgálatba bevont paraméterek, mint független változók együtt mennyire határozzák meg a függő változót (pufferkapacitás), másrészt a parciális regressziós együtthatók, és a konstans segítségével felírható a többszörös lineáris regressziós egyenlet. Azt, hogy az egyes független változók milyen mértékben hatnak a vizsgált függő változóra, a standardizált parciális regressziós koefficiens mutatja meg. A parciális regressziós együttható erre a célra azért nem alkalmas, mert értéke nagymértékben függ a mértékegységtől és az egyes változókat nem azonos skálán mértük. Az eredmény megbízhatóságát az egyenlet szignifikancia tesztjével állapítottuk meg. Mindezeket a lépéseket az SPSS 8.0 for Windows szoftverrel végeztük. Eredmények A korreláció-analízis eredményeire támaszkodva, a rendelkezésre álló adatokból azt állapítottuk meg, hogy a ph-t az agyagtartalom, a CaCO 3 tartalom, és a humuszminőség, míg a pufferkapacitást a ph, a CaCO 3 tartalom, az agyagtartalom, a humuszos réteg vastagsága, és a humuszminőség határozza meg legnagyobb mértékben. A regresszió-analízis eredménye a következőkképpen alakult (1. táblázat): 1. táblázat. A pufferkapacitás többváltozós lineáris regressziós analízisének eredménye (függő változó: pufferkapacitás; független változók: ph, agyagtartalom, CaCO 3 tartalom, humuszminőség[k], humuszos réteg vastagsága[dx]). Parciális regressziós koefficiens Standardizált regressziós koefficiens t-próba Szignifikancia. Konstans Agyag 7.415E CaCO E K E Dx 1.641E PH 8.482E R=0,919; p>0,001 Az ezekből az értékekből felírható regressziós egyenlet eszerint a következőképpen alakul: BC= -0,144+0, *agyag + 0,02256*CaCO 3 0,00132*K + 0, *Dx + 0,08482*pH Az együttes determinációs együttható 0,919-es értékéből látszik, hogy az összefüggés vizsgálatba bevont független változókkal igen szoros 99,9%-os szignifikancia szinten. A standardizált regressziós koefficiensekből pedig kiderül, hogy a talaj ph-jának igen meghatározó szerepe van a pufferkapacitás alakulásában, utána közvetlenül a CaCO 3 - tartalom, agyagtartalom következik. Az összefüggésből az is kiderül, hogy nem az 3

4 Szabó Sz. Szabó Gy.: A talajok pufferkapacitásának agyagásványos összetétel, hanem az agyagtartalom a meghatározó e tulajdonság kialakításában. A humuszminőség negatív előjele pedig valószínűleg a humuszsavak hatásának tudható be. Joggal merülhet fel a kérdés, hogy miért van szükség a pufferkapacitás meghatározására. A szakirodalom azokon a területeken javasol javítást, ahol a hidrolitos aciditás (y 1 ) 8 feletti (Filep Gy. 1999), így viszont kimaradnak azok a részek, ahol a savanyodás veszélye fennáll, de még nem nagy a veszély, mert ezek és a már elsavanyodott területek nem teljesen ugyanott találhatók. A 2. ábra azon területeket mutatja, ahol a savanyodás folyamata potenciálisan bekövetkezhet, károkat okozhat, míg a már teljesen elsavanyodott területek esetleg meg sem jelennek rajta, mivel azok már nem savanyodnak tovább nagymértékben. A kétféle savanyúsági mutatót (a pufferkapacitást és a hidrolitos aciditást) együtt ábrázolva képet kaphatunk a terület javítóanyag igényéről (3. ábra). 2. ábra. A mintaterlet pufferkapacitás kartogramja (1=mintaterületen kívül eső rész; 2=alacsony (>0,22); 3= közepes (0,22-0,44); 4=kedvező (0,44<). 3. ábra. A Mintaterület javítóanyag igénye. Ahol feltétlenül szükséges a talajjavítás, általában szántóterületek, vagy kordonos szőlőkultúrák vannak. Itt valószínűleg a nem megfelelő műtrágyázási gyakorlat és a savanyú talajképző kőzet okozza a problémát. Az alacsony pufferkapacitású területeken pedig a kis savközömbösítő képességű talajjal lehet probléma a közeljövőben. A gyengébb talajtulajdonságok miatt ezek a talajok nem viselik el a savanyító hatású terheléseket, ezért javasolt a megelőző meszezés, melynek pozitív hatásait több szerző is leírta (Kadlicskó B. 1995, Kádár I. 1998). A talajok elsavanyodása napjainkban Magyarországon is egyre több helyen kimutatható, ezért mivel több, mint 20 évet átfogó mintasorozat állt rendelkezésünkre, megvizsgáltuk, hogy mintaterületünkön ez a folyamat tetten érhető-e. 4

5 Kiválasztottunk 4 mintát az első és a második mintasorozatból, amelyek azonos mintavételi helyről származtak. A mérések valamennyi minta esetében egyértelmű phcsökkenést jeleztek, melynek értéke 0,12-0,8 között változott. Az y 1 megjelent azokon a helyeken is, ahol az előző mintavételezés során még nem volt és 3,74-7,89-el növekedett, ezenkívül egy esetben megjelent az y 2 (4. ábra). 4. ábra. Az egy mintavételi pontról származó talajminták savanyúsági mutatói (felül az ből, alul az ból származó minták adatai). Az ban és a 2000-ben begyűjtött minták vizsgálati eredményeiből megszerkesztettük a ph-térképeket (5. és 6. ábra), melyeken szemmel láthatóan csökkent a 6 fölötti ph-jú területek aránya, leginkább az 5 és 6 közötti ph jellemző a területre. 5. ábra. Az ból származó 6. ábra. A 2000-ből származó talajminták ph-ja talajminták ph-ja 1:pH<5; 2: ph 5-6; 3 ph>6 A 2. táblázatból pedig már egyértelműen kiderül, hogy igen nagymértékű savanyodás következett be: az 5 alatti ph-jú területek arány 0,3%-ról 5%-ra növekedett, míg a 6 fölötti területek arány a tizedére csökkent. 5

6 Szabó Sz. Szabó Gy.: A talajok pufferkapacitásának 2. táblázat. A ph területi megoszlása a ból és a 2000-ből származó minták esetében. A ph-tartományok területi aránya (%) PH > 0, ,39 87,18 6< 75,31 7,82 A talajban található nehézfémek viselkedését a pufferkapacitás és a talajok kémhatása is jelentősen befolyásolja. Az olyan talajok esetében, ahol egyes nehézfémek mennyisége megközelíti, vagy meg is haladja az egészségügyi határértéket, a tényleges veszély mértéke nagymértékben függ a pufferkapacitástól. A nagy pufferkapacitással rendelkező talajok jobban meg tudják kötni a nehézfémeket, így azok nehezebben kerülnek az oldott fázisba, tehát kisebb veszélyt jelentenek a növényekre és a tápláléklánc további tagjaira. Ugyanakkor a talaj ph-jának csökkenése a legtöbb nehézfém mobilitásának növekedését eredményezi, ami egyre nagyobb környezeti veszélyt jelent, hiszen a talajok elsavanyodása nemcsak itt a mintaterületen, hanem az országban nagyon sok helyen kimutatható (Farsang, 1996; Szalai, 1998), és globális szinten is egyre súlyosabb problémát jelent (Kerényi, 1995). Gyakran lehet hallani az úgynevezett kémiai időzített bomba effektusról, mely szerint a talajok savanyodása elérhet egy olyan szintet, amikor a korábban kötött állapotban lévő toxikus vegyületek hirtelen oldhatóvá ezáltal mozgékonnyá válnak és nagy mennyiségben kerülhetnek be a növényekbe, majd a tápláléklánc további szintjeibe. Emellett az is problémát jelent, hogy az oldatba kerülő toxikus vegyületek elszennyezhetik a talajvizet, majd ennek közvetítésével a felszíni vizeket is. Mintaterületünkön a vizsgált nehézfémek mennyisége messze elmarad az egészségügyi határértékektől, így ezen nyomelemek toxikus hatásától itt nem kell tartani. Ritkábban esik róla szó, de az is problémát jelenthet, ha bizonyos esszenciális nyomelemekből a talajban nincs meg a növények számára szükséges mennyiség felvehető formában. Ilyenkor különböző hiánybetegségek léphetnek fel. Magyarországon például gyakran a cinkhiány okoz problémát, az ország talajainak cinktartalma 23%-ban csak közepes, 13%-ban pedig kifejezetten gyenge (Elek et al. 1985). Az ilyen területeken az alacsonyabb ph értéket a cinkfelvétel szempontjából akár kedvezőnek is nevezhetjük. Korrelációs- és térképi összehasonlító vizsgálatok segítségével megvizsgáltuk, hogy milyen tényezők befolyásolják leginkább a talajok nehézfémtartalmának területi eloszlását. Megállapítottuk, hogy a vizsgált tényezők közül a legjelentősebb hatást a talaj szemcseösszetétele jelenti. A legszorosabb kapcsolatot a vas esetében találtuk, de a nikkel és a kobalt eloszlását is a szemcseösszetétel befolyásolta leginkább. A domborzat hatása az ólom és a cink eloszlására volt a legnagyobb. Az ólom és a cink is erősen kötődik a szerves anyagokhoz, melyek a talaj felső rétegében dúsulnak fel. Az areális eróziós folyamatok a talajnak elsősorban a legfelső, humuszban leggazdagabb részét érintik, ezért a legmagasabb ólom- és cinktartalmat a völgyek alján mutattuk ki, hiszen itt akkumulálódott a lejtőkről lepusztult magasabb fémtartalmú üledék. A vas esetében ugyancsak domborzati okokra tudtuk visszavezetni a feltalaj alacsony vastartalmát. A völgytalpak túlmélyülő részein gyakran találunk időszakosan vízzel borított foltokat, ahol a reduktív körülmények miatt jól oldódó vasvegyületek keletkeznek, melyek a feltalajból a mélyebb rétegek felé távoznak. Egyes fémek eloszlásában a vas- és a mangán-oxidok szintén fontos szerepet játszanak. Ezek az oxidok a legerősebb hatást a kobalt eloszlására gyakorolták, de kimutatható volt a szerepük a nikkel, a cink és az ólom esetében is. 6

7 A talaj kémhatásának szerepét a fémek területi eloszlásában több esetben is sikerült kimutatni. A réz esetében a legalacsonyabb ph-jú területeken kivétel nélkül alacsony réztartalmat mértünk, mert a réz mobilitása ezeken a helyeken megnőtt, ezért a feltalajból könnyen távozott a mélyebb rétegek felé. A magas ph-jú területeken viszont réz- és vasakkumulációt mutattunk ki. A talajképző kőzet közvetlen hatását csak a mangán esetében tudtuk kimutatni. Megállapítottuk, hogy a legjelentősebb területi különbség a talaj réztartalmában mutatkozott, mely antropogén hatásra vezethető vissza. Ugyancsak antropogén hatás következménye a hulladéklerakó környezetében mért magas cinktartalom is. A pufferkapacitás és a talaj nehézfémtartalma közötti kapcsolatról a következő megállapításokat tehetjük: A legalacsonyabb pufferkapacitással rendelkező területen Cserépfalutól délre a Hór- és a Cseresznyés patak közös allúviumán már kisebb savas hatásra is jelentősebb ph csökkenéssel kell számolnunk, ami a nehézfémek mobilitásának növekedését fogja eredményezni. Ennek következtében meg fog nőni a növények által felvető formában jelenlévő nehézfémek aránya és várhatóan megindul majd a felszíni rétegekből a mélyebb talajszintek felé történő nehézfém-áthelyeződés is, hiszen az éghajlati viszonyok alapján a talajok vízgazdálkodása az átmosásos típusba tartozik. Amennyiben tehát a talajok savanyodása tovább tart, a legalacsonyabb pufferkapacitással rendelkező területeken feltehetőleg csökkenni fog a feltalaj az átlagosnál jelenleg magasabb nikkel-, kobalt-, cink- és vastartalma (7., 8., 9. és 10. ábra). 7. ábra. A talaj nikkeltartalma a mintaterületen (mg/kg). Nyomó-hegy Kerek-hegy Őr-hegy Cserépfalu Csereszny s-patak 34 Gy r-hegy Hór-patak Tardi-hegy km 7

8 Szabó Sz. Szabó Gy.: A talajok pufferkapacitásának 8. ábra. A talaj kobalttartalma a mintaterületen (mg/kg). Nyomó-hegy Kerek-hegy Gy r-hegy Őr-hegy Csereszny s-patak Cserépfalu Hór-patak Tardi-hegy km 9. ábra. A talaj cinktartalma a mintaterületen (mg/kg). Nyomó-hegy Kerek-hegy Őr-hegy Cserépfalu Csereszny s-patak 65 Gy r-hegy Hór-patak Tardi-hegy km 8

9 10. ábra. A talaj vastartalma a mintaterületen (mg/kg). Nyomó-hegy Kerek-hegy Őr-hegy Cserépfalu Csereszny s-patak Gy r-hegy Hór-patak Tardi-hegy km A kedvező pufferkapacitású területeken, mint például a mintaterület északnyugati része (lásd 2. ábra), ilyen csökkenéssel nem kell számolni, hiszen az itt található talajok kevésbé érzékenyek a savas hatásokra, így a nehézfémek mobilitásának növekedésével nem kell számolni. Irodalom Elek É., Patócs B., Gertnär, Á. (1985): Manganese, zink and copper supply of the soil in Hungary and relations to crop production. in: Proc. CIEC 9 th World Fertilizer Congress. Vol3: (Eds.: Welte, E. and Szabolcs, I.). Goettingen-Budapest. - in: Csató P. - A környezet nehézfém szennyezettsége és az agrártermelés - MTA TAKI, Budapest, p Farsang A. (1996): Talaj nehézfémtartalmának térbeli eloszlása mátrai mintaterületen, különös tekintettel az antropogén terhelésre - PhD értekezés, JATE, Szeged, p Filep Gy Talajtani alapismeretek II., DATE Mezőgazdaságtudományi Kar, Debrecen, 214 p. Kadlicskó B A barna erdőtalajok krónikus elsavanyodásának megakadályozása, a talajjavítás hatása mezőgazdasági területeken, Agrokémia és Talajtan, 44.,No pp Kádár I A mezőgazdaság és környezetvédelem, Szaktanácsadási Füzetek V., GATE MFK, Gyöngyös, 90 p. Kerényi A. (1995): Ált. Környezetvédelem Globális gondok - lehetséges megoldások p MSZ / A talaj egyes kémiai tulajdonságainak vizsgálata. Laboratóriumi vizsgálatok (ph-érték, szódában kifejezett fenolftalein lúgosság, vízben oldható összes só, hidrolitos és kicserélődési aciditás), Mezőgazdasági és Élelmezésügyi Ágazati Szabvány, 12 p. Szalai Z. (1998): Nyomelem-eloszlási típusok természeteshez közeli állapotú ártéri területek talajaiban és üledékeiben - Földrajzi értesítő XLVII. évf. 1. füzet, pp