A környezet és a talaj savanyodása, savanyú talajok javítása. Dr. Blaskó Lajos

Átírás

1 A környezet és a talaj savanyodása, savanyú talajok javítása Dr. Blaskó Lajos

2 Kedvezıtlen adottságú területek Magyarországon (millió hektár) Forrás: Talajvédelem Magyarországon. FM Vízerózió által veszélyeztetett lejtıs terület Szélerózió által veszélyeztetett terület Savanyú talajok Szikes talajok Másodlagos szikesedéssel veszélyeztetett terület Kedvezıtlen altalajú tömıdött talajok Sekély termırétegő talajok 2,3 1,4 2,3 0,6 0,4 1,2 0,4

3 Savasodás Természetes folyamatok Mesterséges folyamatok

4 Természetes folyamat Humíd klímában természetes folyamat a talajsavanyodás Okai: - CO 2 képzıdés (pl. gyökérlégzés, mikróba tevékenység) nitrifikáció biomassza lebontás, humuszosodás (szerves savak) -> természetes talajfejlıdés > következménye -> talaj degradáció Podzol talajok keletkezése

5 A savasodás emberi eredető okai, Környezeti savas terhelés Légköri savas terhelés Okok forrásai Talajsavanyodás

6 Savanyodás ÉNY Európában Elıször 1950-es évek Skandináv országok A folyók és tavak vize mérhetıen savanyúbb lett. Az esıvíz ph-ja csökkent savas esı Erdı- és halpusztulás Az erdık és tavak meszezése gyakorlattá vált.

7 A környezetszennyezés típusai Légszennyezés Fı szennyezık: energiaipar, közlekedés, hulladékégetés Következmény: globális: klímaváltozás, ózonréteg vékonyodás Regionális: savas ülepedés, szmogok Londoni (1952)Téli, redukáló, széntüzelés SO 2, CO, korom Los-Angelesi, nyári, oxidáló, közlekedés, NO X + szénhidrogének + UV O 3.

8 Nitrogén, kén és széndioxid emisszió savanyító hatása A csapadékvízben a légköri SO 2, NO x -> kénsavvá, salétromsavvá alakul át -> savanyítja a csapadékvizet Közép-Európában a csapadékvíz ph-ja 4,3 (átlagosan) A savanyodás 70 %-a a levegıbıl származik (Németországi mérések alapján)

9 Nedves és száraz ülepedés Savasodás SO 2, NO, NO 2 (SOx, NOx) Forrásai: természetes, mesterséges Nedves ülepedés A tiszta esıvíz ph-ja 5,6 (CO2 miatt) Savas esı: ph: (2,25 3) 4 5,5 0,1-1µm közti aeroszol részecskéket kiülepíti Száraz ülepedés Porszemcsékre adszorbeált aeroszol és gázok ülepedése csapadék nélkül. Durva részecskék (d>10µm) gyors ülepedés. Ha d<0,1 µm, nem ülepszik, -- transzmisszió

10 Savas esık: Forrásai: Kéndioxid (hıerımővek, egyéb ipari üzemek, kommunális főtés) Nitrogénoxidok (közlekedés, üzemek, kommunális forrás) Szilárd szennyezı anyagok, por, korom (ipari üzemek, hıerımővek, lakosság) Ezek a légkörbe kerülve csapadékkal keveredve visszakerülnek a talajban, utakra, épületekre, szobrokra ezeket korrodálja, a talajt savanyítja. A talaj mésztartalma közömbösíteni tudja. A talaj ph értéke kb. 7-8 körül van. Savanyodás hatására lemegy 4-5-re. Így a növények nem tudják felvenni a szükséges tápanyagot, de az oldott mikro vegyületeket felveszik, így azok bekerülnek a táplálékba. Védekezési módszer: emisszió csökkentése, vagy a mésztartalom visszapótlása (úgy, mint a mőtrágyát).

11 A savterhelés forrásai (1) Mezıgazdaság Savas esık: Forrásai: Kéndioxid (hıerımővek, egyéb ipari üzemek, kommunális főtés) A kén- dioxid forrásai Hıerımő Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hıerımővek Egyéb hıtermelés Ipar, főtési eredető Ipar, technológiai Mezıgazdaság

12 A nitrogén oxid kibocsátás forrásai Mezıgazdaság A nitrgén-oxid forrásai Hıerımő Közlekedés Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hıerımővek Egyéb hıtermelés Ipar, főtési eredető Ipar, technológiai Mezıgazdaság Nitrogénoxidok (közlekedés, üzemek, kommunális forrás)

13 A kén és a nitrogén nedves ülepedése (g/m 2 ) Kén (kénegyenértékben) Nitrogén (nitrogénegyenértékben) Megnevez és K-puszta 0,591 0,869 0,466 0,570 0,563 0,935 0,488 0,428 Nyírjes 0,877 0,884 0,616 0,568 0,656 0,601 0,479 0,461 Farkasfa 0,638 0,744 0,545 0,385 0,708 0,825 0,711 0,591 Hortobágy 0,520 0,697 0,443 0,583 0,458 0,653 0,462 0,513 Forrás: Országos Meteorológiai Szolgálat

14 Nitrogén oxidok - Kialakulásuk és fontosságuk A nitrogén oxidok fontos szerepet játszanak a légköri folyamatokban. Hogyan alakulnak ki, miért fontosak?

15 Honnan származnak a nitrogén oxidok? Levegı összetétel nitrogén oxigén Szén-dioxid Argon Egyéb nemesgázok Térfogat % 78,09 20,93 0,031 0,93 0,002 A legfontosabb nitrogén oxid a nitrogén monoxid NO és a nitrogén dioxid NO 2. Kettıjüket együtt NO x -nek is nevezzük. A nitrogén molekula (N 2 ) a levegıben nagyon stabil, és nem könnyő oxidálni. Néhány baktérium kifejlesztett egy speciális eljárást, amivel felbontja a N-N hármas kötést és oxidált vegyületet alakít ki.

16 Ennél sokkal lényegesebb az a folyamat, ahol a kötés hı hatására szakad fel. Ez csak extrém körülmények között megy végbe. Egy példa: az üzemanyag elégése az autó motorjában. A legtöbb antropogén (= ember általi) NOx ebbıl a forrásból származik. Ez más nagyon forró reakcióban is elıfordulhat, például az égı biomassza legmelegebb lángjaiban. Végül a villámlás is egy fı forrás. A kisülési csatornában a hımérséklet eléri a 30,000 Celsiusfokot, és itt könnyen felbomlanak a nitrogén kötései

17 levegıszennyezettség Nitrogénoxidok: a gépkocsiközlekedés jelentıs mennyiségő és többféle nitrogén-oxiddal szennyezi a települések légterét. NO +O 3 NO 2 + O 2 2NO 2 + H 2 O HNO 2 + HNO 3 (salétromossav és salétromsav) NO 2 + OH * HNO 3 NO +NO 2 + H 2 O 2HNO 2 Élettani hatás: már nagyon kis koncentrációban szem-, tüdı- és hörgıbántalmakat okoz.

18 Az ammónia kibocsátás fıként az állati ürülékbıl, illetve annak szétterítésébıl származik.. Ha N 2 O 5 alakul ki a szennyezett levegıben, reakcióba lép a cseppekkel, vagy a nedves felszínnel és salétromsav HNO 3 alakul ki. A HNO 3 hozzájárul az esı savas jellegéhez. Dinitrogén oxid kialakulhat baktériumos lebontási folyamat során Az ammónia a legfontosabb alapvetı gáz a légkörben. Forrásai például az állattartó telepek és a trágya, de mikrobiológiai bomlásból (baktériumok révén) szintén keletkezik. A salétromsavval együtt ammóniumnitrátot NH 4 NO 3 alkothat

19 A SO 2 -terhelés trendje Németországban

20 A savterhelés trendje Magyarországon Savterhelést okozó emissziók Magyarországon 1200 ezer tonna Kéndioxid Nitrogén-oxid Lebegı szilárdanyag Kén-dioxid jelentısen csökken Nitrogén-oxid kevésbé

21 Talajsavanyodást okozó emissziók Nitrogén mőtrágya felhasználás, t/km 2 Kén-dioxid kg/fı Nitrogén-oxidok kg/fı Szén-dioxid t/fı 5,4 64,5 19,4 5,7 HUN 6,4 39,2 40,6 11,1 OECD*

22 A szén-dioxid kibocsátás forrásai Mezıgazdaság A szén -dioxid forrásai Ipar Hıerımő Lak. Közl. Lakosság Szolgáltatás Közlekedés Hıerımővek Egyéb hıtermelés Ipar Mezıgazdaság

23 A talaj savanyodás folyamata A talaj savanyodás folyamata lényegesen összetettebb, mint a légköré, mivel sokkal többféle savanyodást okozó anyag található a talajban, és a mennyiségük is nagyobb, egységnyi térfogatra számítva. A talajsavanyúság alakulásában nagy szerepük van a talajalkotóknak, illetve a talaj tompítóképességének is. Ezektıl függ a talajban lévı savas anyagok hatására kialakuló talajsavanyodás mértéke és minısége. E folyamatban szerepet játszanak a karbonátok, a szilikátok mállása és a kation-csere.

24 A talaj savassága * Hidrogén és aluminum kationok a talajsavanyúság fı okozói * A kicserélhetı H+ a savasság fı hordozója ph 6-nál és e fölött. * ph 6 alatt az alumínium savasság fı okozója. Ok: az Al oldódása az agyagásványok kristályrácsából.

25 A talaj savanyodása Savasodás= H + növekedés A savanyodás kémiai értelemben a savtermelı folyamatok összességét jelenti, és ennek eredıje a kémhatás csökkenésével mérhetı és jellemezhetı. Elektron + és - Proton H + Elektron

26 Kicserélhetı kationok Ca 2+, Mg 2+, Na +, és K + hatására nem keletkezik H + a talajban, ezért bázikus kationok- nak nevezzük. Al 3+ és Fe 3+ reakciói során H + ionok keletkeznek ezért ezeket savképzı kationok -nak hívjuk. A bázis telítettség a kicserélı kapacitás (CEC) azon része, amelyet bázikus kationok foglalnak el. Szoros összefüggésben van a talaj ph-val.

27 Miért savas az Al 3+? Al 3+ ionokat az oldatban vízmolekulák veszik körül (oktaéderes elrendezés). Az Al 3+ erısen pozitív töltése elektronokat von el a víz oxigénjébıl (H 2 O). Ez H 2 O-t erısebben savassá teszi. A jelenséget Al hidrolízisnek hívjuk A Fe 3+ hasonlóan viselkedik. Al 3+ + H > Al(OH) ++ + H + Al(OH) ++ + H 2 O ---> Al(OH) H + Al(OH) H > Al(OH) 3 + H +

28 A H + keletkezés legfontosabb folyamatai A környezet savavanyodásának fı okai S oxidáció kénsav N, NH 4 oxidáció NO X ülepedés salétromsav NH 4 -tartalmú trágyák Légköri N-kötık CO 2 szénsav Gyökér Kation---- H-ioncsere Betakarított, ill. lelegelt terméssel elvitt bázisalkotók Külsı környezeti okok Biológiai, mezıgazdasági okok

29 Kén oxidáció Bányászati-meddıhányok a pirit (FeS 2 ) oxidáci ciója révén r erısen elsavanyodhatnak: FeS 2 + H 2 O + 7/2O 2 FeSO 4 + H 2 SO 4

30 Növények kation-felvétele

31 1. A talajok kémhatásának ökológiai jelentısége

32 A kalcium és a magnézium kioldódása és kilúgozódása a feltalajból. - a nitrogén, majd a foszfor és a kálium kilúgozódásával felbomlik a tápanyagarány. -az alumínium és a vas, illetve toxikus elemek mozgékonyságának növekedése. - a humuszanyagok kedvezıtlen minıségi változása, a mikrobiológiai és a biológiai folyamatok feltételeinek leromlása. -a talajszerkezet leromlása, a talaj víz-, és levegıháztartásának kedvezıtlenné válása. a trágyázás hatékonyságának csökkenése.

33 Ca veszteségek A savanyú talajainkon a növényi elvonás: 40-80kg/ha/év, a savas esık hatása: kg/ ha/év, a kimosódás: kg/ ha/ év, a mőtrágyázás: kg/ha/év, Összesen: kg/ ha/ év, átlagosan mintegy 250kg/ha/év CaCO 3 veszteséggel számolhatunk

34 A talajok savas terheléssel szembeni érzékenysége Talajképzı kızet Szerves és ásványi kolloidok mennyisége, minısége

35 A talajok érzékenysége- Talajképzı kızetek Alaphelyzet Lösz Ca-ban gazdag Folyóvízi üledék Alpokból eredı: sok Ca Kárpátokból:kevés Ca Homok: Duna-Tisza köze:caos Nyírség: kevés Ca Az elárasztás, a folyók vándorlása változatos kombinációkat hozott létre. A Nagykunságban szigetszerő löszmaradványok, víz által szállított átmosott löszön és folyóvízi üledékeken indult meg a talajképzıdés.

36 Különbözı talajok puffergörbéi Összefüggés a ph és a bázistelítettség között Karbonát puffer Kicserélhetı kationok pufferhatása Alumínium vegyületek pufferhatása

37 Talajok puffer rendszere CaCO 3 puffer tartomány kicserélhetı kation puffer tartomány oxid/hidroxid puffer tartomány

38 Meszes talajok Gyenge bázisként viselkednek: CaCO 3 jelenléte Mindaddig, míg CaCO 3 van rendszerben, a ph érték savas terhelés hatására, nem csökken.

39 Talajaink mészállapota Magyarország területének %-án a talajok karbonátosak.. talajaink több mint a felén (55-75 %-án) a szántott réteg karbonátmentes, erısen vagy gyengén savanyú kémhatású. Az erısen savanyú kémhatású talajokon (13 %) az eredményes mezıgazdasági hasznosítást egyrészt a talajsavanyúság közvetlen hatása, másrészt az akadályozza, hogy ilyen körülmények között (elsısorban a közepes és nehéz mechanikai összetételő talajokon) az alumínium, mangán és vas nagyon aktívakká válnak és fiziológiailag károsítják a növényt, zavarják életfolyamatait.

40 A talajok érzékenysége savas terhelésekre Még nem érzékeny: karbonátos talajok Érzékeny: a karbonáttartalmát elvesztı, semleges kémhatású, kis T- és S-értékő talajok Már nem érzékeny: erısen elsavanyodott talajok

41 A magyarországi talajok savasodással szembeni érzékenysége

42 Hogyan változott talajaink kémhatása az utóbbi évtizedekben? Az elsı, egész országra kiterjedı, egy idıben végzett talajállapot felmérés 1977-ben a MÉM Növényvédelmi és Agrokémiai Központ szervezésében kezdıdött Az közötti változásokat BUZÁSNÉ - CSERNÁTONYNÉ HERCEG (1986) értékelte ki: hároméves ciklusban a 4,0 ph alatti talajok aránya 1,7 %-ról 3 %-ra nıtt, a 6,1 6,5 ph kategóriába tartozó talajok területi aránya 13,2 %-ról 11,9 %-ra csökkent, összességében a 6,0 ph (KCl) alatti kémhatású talajok részaránya 7 %- kal nıtt.

43 A mőtrágyázás környezeti hatásai Talajok savanyodása

44 Mőtrágyák savanyító hatása Kémiai savanyító hat pl. NH 4 Cl mőtrágya NH 4+ NH 3 + H + hatás: a mőtrágya kémiai tulajdonságából adódóan savanyít Technológiai savanyító hatás: a mőtrágya gyártás technológiájából adódóan savanyítja a talajt pl. szuperfoszfát gyártás szabadsav tartalom Fiziológiai savanyító hatás: NH 4 + növényi felvétel H + talajba NH 4 + nitrifikáció NO H + talajba KCl K + felvétel H + talajba

45 Mőtrágyák savanyító hatása Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ talaj kolloid Ca 2+ Ca Ca Ca 2+ H + H + H + H + talaj H + H H + + H + H + H + H + H+ H + H H + H Ca 2+ kolloid H + H + H + H + H + Mésztrágyázás szükséges! 100 kg/ha mőtrágya hatóanyagra: ammóniumnitrát esetén 0,16 t/ha CaCO 3 ammóniumszulfát esetében 0,54 t/ha CaCO 3 karbamid esetében 0,18 t/ha CaCO 3 kálisó esetében 0,16 t/ha CaCO 3

46 Talajsavanyodás az OMTK hálózat talajain 1.Felszíntıl karbonátos talajok: NH, IR, MO 2.Gyengén/ foltokban karbonátos talajok: KE, HB 3.Nem karbonátos, savanyú talajok: BI, KA, PU, KO Talajtipusok (FAO osztályozás szerint) KA: Karcag, Luvic Phaeosem KE: Keszthely, Eutric Cambisol KO: Kompolt, Haplic Phaeosem MO: Mosonmagyaróvár, Calcaric Fuvisol NH: Nagyhörcsök, Calcaric Phaeosem BI: Bicsérd, Haplic Phaeosem HB: Hajdúböszörmény, Luvic Phaeosem IR: Iregszemcse, Calcaric Phaeosem PU: Putnok, Ochrich Luvisol

47 N P K Karbonátos talajok ph(kcl)-értéke a 32.évben ISZ* ISZ* ISZ* MO* MO* NH* NH* kezelés A1732 B1732 C1732 A1732 B1732 A1732 B1732 N0P0K0 7,4 7,35 7,35 7,59 7,57 7,42 7,4 N1P0K0 7,41 7,39 7,38 7,61 7,58 7,38 7,39 N2P0K0 7,43 7,4 7,36 7,6 7,59 7,38 7,42 N3P0K0 7,41 7,41 7,33 7,62 7,54 7,42 7,36 N4P3K1 7,39 7,38 7,34 7,59 7,61 7,41 7,30 SzD5% 0,03 0,03 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 * Megjegyzés: ISZ Iregszemcse, MO Mosonmagyaróvár, NH -

48 Karbonát mentes talaj ph változása Mőtrágyázás nélküli talaj ph változása

49 Ca-tartalom csökkenés a felsı talajrétegben 2000kg/ha N 1meq/100g Ca csökkenés

50 Nitrogén és kálium mőtrágyázás hatása a kicserélhetı magnéziumra

51 Talajsavanyúság, mészállapot és a tápanyag-szolgáltatás néhány összefüggése

52

53 Meszezés hatására bekövetkezı nitrogén mobilizáció

54

55 Szervetlen foszfor formák a kémhatás függvényében

56 Víz-oldható és kicserélhetı foszfor

57 Alumínium és vasfoszfát arányának csökkenése

58 Kémhatás és a mikró-tápanyagok felvehetısége

59 ph,mészállapot mikroelem összefüggések A nagy változások a Ca-karbonát megjelenésekor tapasztalhatók.

60 ph,mészállapot mikroelem összefüggések

61 ph, mészállapot és néhány toxikus elem felvehetısége közötti összefüggések

62 ph, mészállapot toxikus elem összefüggések

63 Al toxicitás 5,5, ph érték alatt az Al 3+ olyan koncentrációban lehet a talajoldatban, hogy az már toxikus növények számára.. Erısen gátolja gyökér növekedését és a foszfor felvételét. Az Al toxicitás a savanyú talajok legfontosabb problemája. Mn és Fe szintén toxikus lehet, mert oldékonyságuk megnı savanyú körülmények között.

64 A meszezés alkalmazásának egyik legfontosabb indoka a nehézfémek felvételét mérséklı hatás a Te, Cd, Co, Li csökkenését mutatták ki meszezés hatására, a Cr mobilitását ugyanakkor nem befolyásolta, míg a Ti mozgékonyságát inkább növelte a meszezés

65 ph, mészállapot, nehézfém összefüggések

66 A jelentıs élettani hatású elemek felvehetıségének változása a talaj savanyodásával : Mőtrágya szint Cd (mg/kg) Sr (mg/kg) meszezetlen meszezett meszezetlen meszezett N0 P0 K ,5 254 N2 P0 K0 197,5 69, ,5 N2 P0 K ,5 213,5 N2 P2 K1 81,5 91,5 175,5 215,5 N4 P3 K1 70,5 69,5 212, ,5 67,5 251,9 235,1 Mőtr kez.átlag (SzD 5% )/Mért D (37) -33 (61,2) -16,8

67 A környezet savasodásának mérséklési lehetıségei 1. Alacsony kéntartalmú olaj és szén felhasználása. A nagy készletek szennyezettek, ezért felhasználás elıtti tisztítás. 2. Az égetéskor keletkezett emisszió csökkentése Nedves eljárás: - CaCO 3 : mészkıinjektálásos módszer eredmény: kéndioxid % nitrogénoxid - 50 % a keletkezı gipsz részben hasznosítható - CaCO 3, CaO: szuszpenzió permetezése a kémény gázkeverékéhez %-os hatékonyság

68 A környezet savasodásának mérséklési lehetıségei 3. A közlekedési eszközök kipufogógázainak csökkentése - katalizátorok A már elsavasodott környezet rehabilitációja - felszíni álló vizek meszezése? - talajmeszezés

69 Folyók és tavak átlagos ph-értéke 1998-ban Forrás: Adatok hazánk környezeti állapotáról. Környezetvédelmi Minisztérium 2000 Duna ( Nagytétény) Zala (Fenékpuszta) Dráva (Drávaszabolcs) Tisza (Tiszabecs) Tisza (Tiszasziget) 8,38 7,69 8,13 7,80 7,94 Balaton (Főzfıi öböl) Balaton (Zala torkolat) Velencei tó (Gárdony) 8,50 8,32 8,81

70 Levegıkörnyezet Egyezmény a nagy távolságra jutó, országhatárokon átterjedı levegıszennyezésrıl elfogadás Genf 1979 hatálybalépés 1983 Jegyzıkönyv a levegıszennyezı anyagok nagy távolságra való eljutásának meg-figyelésére és értékelésére kidolgozott európai együttmőködési program hosszú távú finanszírozásáról Genf 1984, hatálybalépés 1988 Jegyzıkönyv a kénkibocsátások vagy azok országhatárokon való átáramlásának legalább 30 %-kal történı csökkentésérıl (SO 2 :30% /1993) Helsinki 1985 hatálybalépés 1987 Jegyzıkönyv a nitrogén-oxidok kibocsátásának vagy azok országhatárokon való átáramlásának szabályozásáról (NO X :0%- 1987/1994) Szófia 1988 hatálybalépés 1991 Nemzetközi jogi eszközök

71 ELİADÁS/GYAKORLAT ELLENÖRZİ KÉRDÉSEI 1. Ismertesse a talaj kémhatásának környezetvédelmi jelentıségét, a talajsavanyodás fıbb okait és következményeit!

72 ELİADÁS/GYAKORLAT ÖSSZEFOGLALÁSA A talajok savanyodásának természeti és emberi okai vannak. A természetes savanyodás a különbözı természeti folyamatok (vulkánkitörésekbıl eredı kén, villámlás okozta nitrátosodás, stb.) eredményeként savassá váló csapadék kationokat kilúgzó hatására és a növények kationfelvételére vezethetı vissza. Az ember által okozott savasodás legfıbb összetevıi az emberi tevékenységgel összefüggı kén- és nitrogén-kibocsátás, a mezıgazdasági táblák talajából az évi átlagos kalcium kivonás 250 kg/ha CaCO 3. A talajsavanyúság formái: aktuális (ph), potenciális (y 1, y 2 ). A javítóanyag szükséglet meghatározás az y 1 érték alapján történik. A talajsavanyúság következményei: Ca-hiány, toxikus Alionok oldódása, kedvezıtlen tápanyag-gazdálkodás, rossz talajszerkezet.

73 ELİADÁS/GYAKORLAT Felhasznált forrásai Blaskó L.: A talajok savanyodásának okai és folyamatai. A környezet erısödı savasodása. Környezet- és természetvédelmi kutatások 7. Budapest, OKTH és MTA Blaskó L. Balogh I.: A talajsavanyúság és a meszezés-mőtrágyázás összefüggései a talaj tulajdonságai alapján. (In: Debreczeni B. Debreczeni Bné (szerk) Trágyázási kutatások Akadémiai Kiadó, Budapest Blaskó L. Zsigrai Gy.: Mőtrágyázás, talajsavanyodás és meszezés összefüggései az OMTK kísérlethálózat talajain.) Kompolt-Keszthely Kerényi A. (2001): Általános környezetvédelem. Globális gondok, lehetséges megoldások. Mozaik Kiadó, Szeged. Tamás J. Németh T. (szerk.) (2005): Agrárkörnyezetvédelmi indikátorok elmélete és gyakorlati alkalmazásai. Debrecen.