FÖLDRAJZ BSC TALAJFÖLDRAJZ GYAKORLAT 1. laboratóriumi gyakorlat, 2015. 1. A talajminták előkészítése laboratóriumi vizsgálatokhoz Légszáraz talaj: az eltört nagyobb talajrög törési felületének színe megegyezik a talajrög külső felületének színével. A szárítás során a talajmintát 1-2 cm vastagságban tálcára terítjük ki. Egy-két rögöt meghagyunk a talaj száradásának ellenőrzésére. A növényi maradványokat kiszedjük a talajmintából. A szárítást száraz, huzatmentes helyiségben végezzük. Tűző napon, kályhán, szárítószekrényben és infralámpával a szárítás nem ajánlott. (A gyakorlatokon légszáraz mintákat adunk ki.) Finomföld: a 2 mm-nél kisebb talajfrakció. Ez a laboratóriumi vizsgálatok kiindulóanyaga. Finomföld készítése során a talajt dörzsmozsárban körkörös mozdulatokkal eldörzsöljük, majd 2 mm átmérőjű szitán átszitáljuk, így a nagyobb rögöktől, kavics- és kőzettörmelékektől mentes talajt kapunk. A vizsgálatokat az ily módon előkészített finomföldből végezzük. 2. Talajfizikai vizsgálatok 2.1. Arany-féle kötöttség Az Arany-féle kötöttségi szám (K A ) az a 100 g légszáraz talajra vonatkoztatott vízmennyiség, amelyet talajunk a képlékenység és hígfolyósság határán tartalmaz. Értéke elsősorban a talaj eliszapolható frakciójának (iszap- és agyagfrakció) mennyiségétől függ, ezért felhasználható a fizikai talajféleség (a talaj szövetének) meghatározására (1. táblázat). 1. táblázat: A talaj fizikai félesége és a talajfizikai vizsgálatok eredményei közötti kapcsolat Jelmagyarázat: A % - agyagfrakció aránya, (I+A) % - leiszapolható rész aránya, K A Arany-féle kötöttség, 5 h mm ötórás kapilláris vízemelés értéke mm-ben, hy % - Kuron-féle higroszkóposság %- ban. A táblázat összefüggései tájékoztató jellegűek. A fizikai talajféleséget 2-3 jellemző egyezése alapján határozzuk meg.
Szükséges eszközök: porcelántál, keverőkanál, büretta A vizsgálat menete: A finomföldből táramérlegen 50 g-t mérünk porcelántálba. Bürettából állandó keverés közben addig adagolunk desztillált vizet, amíg talajunk a képlékenység és hígfolyósság határáig jut. A talajpép ekkor teljesen átnedvesedett, egynemű, csomómentes, a talaj az ún. fonalpróbát adja. Ezt úgy érzékeljük, hogy a talajpépből hirtelen kirántott és vízszintesen tartott kanálon, illetve az edényben lévő talajpépen keletkező talajkúp hegye lehajlik. (1. ábra). 1. ábra: Az Arany-féle kötöttség fonalpróbája Az edény falára és a keverőre tapadt talajpépet időnként célszerű letisztogatni az edény aljára, hogy ezen talajrész is erőteljesen átnedvesedjen. A homokos és erősen humuszos talajok a fonalpróbát nem adják. Ezeknél addig adagoljuk a bürettából a vizet állandó eldolgozás mellett, míg a talajpép felülete nem csillog, vagy a talajpép az edény hirtelen megdöntésénél illetve ütésénél előre nem csúszik. Értékelés: K A = V x 2 [ml/100g] ahol V a fogyott víz térfogata ml-ben, A K A szám és a talaj szövete között ásványi talajok esetén jó összefüggés van (1. táblázat), így értékéből a talaj fizikai félesége meghatározható. A sok humuszt, Na-sót vagy Na-iont tartalmazó talajok K A értéke magas. A vas- és alumíniumhidroxidot tartamazó talajok és a lösz nagyobb K A értéket adnak. A vulkáni tufák málladékának K A -ja nem jellemző érték.
2.2. Higroszkóposság meghatározása A talaj azon tulajdonságát, hogy a levegőből nedvességet köt meg, a talaj higroszkóposságának nevezzük. Ez nem más, mint vízgőzadszorpció, tehát határfelületi jelenség, amely a talaj nagy fajlagos felületű agyagfrakciójának mennyiségétől és a környező légtér relatív nedvességtartalmától (R %) függ. Az azonos relatív páratartalom mellett a talaj higroszkóposságát befolyásolja még a szervesanyagtartalom, a Na-sók, a CaCO 3, a talaj podzolosodása és a talajkolloidok felületén lévő kationok. Attól függően, hogy milyen vízgőztenziójú térben határozzuk meg a talaj higroszkóposságát, beszélünk Mitscherlich-féle higroszkóposságról (Hy), ami a 10 %-os H 2 SO 4 által létrehozott 94,3 R %-al, a Kuron-féle higroszkóposságról (hy), ami az 50 %-os H 2 SO 4 által létrehozott 35,2 R %--al és a Sík-féle higroszkóposságról (hy 1 ), ami a CaCl 2 x6h 2 O által létrehozott 35 R %-al egyensúlyban lévő talajnedvesség. A Mitcherlich és a Kuron-féle higroszkóposság közötti összefüggés: Hy=2,45hy+0,66 A magyar talajtani gyakorlatban a Kuron-féle (hy) módszer terjedt el. A vizsgálat során zárt térben állítjuk elő az adott páratartalmú légteret, ahol a mintánkat 5 napig tartjuk, majd analitikai mérlegen lemérjük. A kapott értéket a 105 C-on kiszárított minta tömegéhez viszonyítva %-ban adjuk meg a higroszkóposságot. A gyakorlaton nincs időnk elvégezni a vizsgálatot, de megismerkedünk az eszközökkel, a vizsgálat menetével. 2.3. Kapilláris vízemelés Kapilláris vízemelésen azt a milliméterben mért vízoszlop-magasságot értjük, amelyre az üvegcsőben lévő légszáraz finomföld a vizet kapilláris és hidratációs úton adott idő alatt felemeli. A vízemelés magassága az átnedvesedett talaj sötétebb színéről jól érzékelhető. A különböző szemcseméretű talajok kapilláris vízemelésének görbéje egymástól nagymértékben eltér (2. ábra).
2. ábra: A különböző szemcsösszetételű talajok kapilláris vízemelésének görbéi A vízemelés magasságát a talaj szemcseösszetétele mellett befolyásolja még a kolloidok mennyisége, az adszorbeált kationok minősége, a talaj podzolosodása, a magas szervesanyag-és kalciumkarbonáttartalom és a finomföld morzsaösszetétele. A vízemelés értékét a Na + -ionok, valamint a szerves humuszkolloidok csökkentik leginkább. A kapilláris vízemelés értéke tehát nem kizárólag a talajban lévő agyagfrakció mennyiségének függvénye. Kifejezésre jut benne mindazoknak a talajalkotórészeknek a hatása, amelyek a vízzel érintkező talaj pórusterének jellegét és a kapilláris vízmozgás sebességét befolyásolják. Szükséges eszközök: 50-60 cm hosszú, 20-25 mm belső átmérőjű, vastagfalú, esetleg beosztással ellátott üvegcső; vászondarab, befőttes gumi, műanyagtölcsér, gumipárna, kapilláris vízemelő állvány, desztillált víz A vizsgálat menete: Az üvegcső egyik végét a befőttes gumi segítségével vászonnal vagy többrétegű gézzel lekötjük. A műanyag tölcséren át az üvegcsövet megtöltjük légszáraz finomfölddel, majd az üvegcsövet óvatosan gumipárnával óvatosan ütögetve tömörítjük az üvegcsőben a talajt. (A nem megfelelően tömörített talajoszlop az átnedvesedés hatására elválik a felette lévő száraz talajoszloptól.) A megtöltött üvegcsöveket a kapilláris állványba helyezzük, az aljába desztillált vizet töltünk úgy, hogy az üvegcsövek 2 mm-re vízben álljanak. A vízemelés magasságát félóránként leolvassuk. Mivel a vízemelés a talajoszlopban nem egyenletes, a nedvesített talajoszlop-magasságok középértékét adjuk meg. Értékelés: A kapott mm-értékeket az idő függényében grafikonon ábrázoljuk. Az 5 órás vízemelés értéke és a talaj fizikai félesége között ásványi talajok esetén jó összefüggés van (1. táblázat), így értékéből a talaj szövete meghatározható. Felvilágosítást ad a talaj szikes voltára, mivel az adszorbeált Na+-ionok és a vízoldható Na-sók nagymértékben csökkentik a vízemelés mértékét. Pl. homokos szövetű szikes talajok vízemelése 3. Talajkémiai vizsgálatok 3.1. A ph-érték A ph a talaj kémhatását jelző szám, a talajoldat hidrogénion-koncentrációjának negatív logaritmusa. A talaj természetes állapotában a ph ingadozik. Függ a talaj és a talajoldat mindenkori arányától, amelyet az éghajlat, időjárás, növényzet és más tényezők befolyásolnak. Eltérő ph-értéket találunk a talajszelvény különböző szintjeiben. (De ugyanabban a szintben is más a talaj kémhatása pl. egy CaCO 3 szemcse mikrokörnyezetében, mint egy gyökér felületének gyökérváladékok által befolyásolt környezetében.) A gyakorlati szakembert a talaj átlagos kémhatása érdekli időben és térben való változásoktól függetlenül. A kémiai talajvizsgálatok közül sorrendben első a ph meghatározása. A talaj ph-jának ismeretében jelöljük ki az elvégzendő vizsgálatokat. Pl CaCO 3 -tartalom, ha ph KCl > 6,8. Helyszíni talajvizsgálatnál a ph meghatározását vizuális kolorimetriával vagy indikátorpapírral végezzük. Az elérhető pontosság 0,2-0,3 ph egység, ami a gyakorlat terepi vizsgálatokkal szemben támasztott igényét kielégíti. Laboratóriumban vagy hordozható készülék birtokában a terepen is elektrometriás módszerrel határozzuk meg a ph-t. Az elérhető pontosság 0,1 ph-egység.
Elektrometriás ph-meghatározás Laboratóriumban elektrometriás módszerrel határozzuk meg a talaj kémhatását. Az elektrometriás módszernek a kolorimetriás módszerrel szemben előnye a nagyobb pontosság, továbbá az, hogy színes oldatokban is kivitelezhető és az eredményeket nem zavarják sóhibák. A talajmintát meghatározott arányban deszt. vízben vagy sóoldatban (KCl) szuszpendáljuk. Megállapodás szerint a talaj:oldat tömegarány 1:2,5. Vizes talajszuszpenzióban egyensúly alakul ki a kolloidok felületén adszorbeált ionok felületi koncentrációja és a vizes fázisban lévő koncentráció között. A rendszer különböző ionjai a többi ionokkal is bonyolult egyensúlyban osztoznak a kolloid felületének aktív helyein. KCl-oldat esetében ionkicserélődés és protolitikus folyamatok révén a hidrogénionok koncentrációja az oldatban megnő. A ph KCl általában kisebb, mint a ph H2O. A talaj kémhatásának jellemzésére mind a vizes, mind az 1 mol/dm 3 -es KCl-oldattal meghatározott ph-t megadjuk. A módszer elve, hogy a vizsgálandó oldatból, megfelelő mérőelektródból és egy állandó potenciálú összehasonlító elektródból összeállított galvánelem elektromotoros erejét mérjük. Mérőelektródként az egyszerű és könnyen kezelhető üvegelektródok terjedtek el. Az üvegfelület a vele érintkező vizes oldattal szemben jól definiált potenciált vesz fel, amely lineáris függvénye az oldat phjának. Összehasonlító elektródként általában kalomel-elektródot használunk. A kombinált üvegelektródoknál egy elektródtestbe építik a mérőelektródot és az összehasonlító elektródot, ami ez esetben Ag/AgCl elektród. Szükséges eszközök, vegyszerek: ismert ph-jú pufferoldatokkal kalibrált ph-mérő kombinált üvegelektróddal, 50 ml-es főzőpohár, vegyszerkanál, üvegbot, papírtörlő, 1 mol/dm 3 KCl-oldat, kiforralt deszt. víz, ismert ph-jú (7, 4, 10) puffreroldatok A vizsgálat menete: A talajmintából 5-5 g-ot két 25 ml-es főzőpohárba mérünk. Az elsőhöz 12,5 ml deszt. vizet, a másodikhoz 12,5 ml KCl-ot adunk. Üvegbottal alaposan felkeverjük és állni hagyjuk. A minimálisan 12 órás állástól eltekintünk, tájékoztató adatként megfelelő a néhány perces pihentetés. A leülepedett talajszuszpenziót üvegbottal felkeverjük, az műszer elektródját a szuszpenzióba merítjük. Vigyázzunk, hogy az elektródot csak annyira merítsük a szuszpenzióba, hogy az ne érhessen az időközben leülepedő talajréteghez! Az elektródot minden új oldatba merítés előtt lemossuk és leitatjuk róla a vizet. Értékelés A ph-t a műszer beállása után (néhány perc múlva) 0,1-es pontossággal leolvassuk a kijelzőről. A mintánként kapott kétféle ph-érték segítségével megállapítjuk, hogy az adott talajminta esetében milyen további talajkémiai vizsgálat elvégzése indokolt.
3.2. CaCO 3 -tartalom A CaCO 3 jelenléte vagy hiánya, kilúgzása és felhalmozódása, mennyisége és eloszlása a talajszelvényben a talajtípus egyik fontos ismertetője. Jelenléte kisebb mennyiségben kedvezően befolyásolja a talaj fizikai és kémiai tulajdonságait. A túlságosan nagy mennyiségű CaCO 3 fiziológiailag szárazzá teszi a talajt. CaCO 3 -tartalom meghatározása kalciméterrel A meghatározás elve, hogy erős savak hatására a kalciumkarbonátból szén-dioxid szabadul fel: CaCO 3 + 2 HCl = CaCl 2 + H 2 O + CO 2 A CaCO 3 -ot 10%-os HCl-val elbontjuk és a fejlődő CO 2 -gáz térfogatát mérjük. (A 10 %-os sósav csak a mésztartalmat roncsolja, míg a 20 %-os már a dolomitot is.) Ebből számítjuk ki a CaCO 3 mennyiségét, amit %-osan adunk meg. (A felszabaduló CO 2 részben más fémek karbonátjából és hidrokarbonátjából is származhat, ezeket szintén CaCO 3 -ként adjuk meg.) Szükséges eszközök, vegyszerek: Scheibler-féle kalciméter, dörzsmozsár, barométer (légnyomásmérő), hőmérő, vegyszerkanál, csipesz, 50 ml-es főzőpohár, műanyag tégely, 10%-os HCl-oldat, zárófolyadék (cc. NaCl + kénsav + metilnarancs) A vizsgálat menete: 3. ábra: A Scheibler-féle kalciméter A Scheibler-féle kalciméter (3. ábra) (U alakú csövét (1) a (7) szintező edényből a kénsavval savanyított, festett NaCl-oldattal feltöltjük: a kétfuratú csap (8) megnyitása után a folyadékszintet a szintező edény magasra tartásával addig emeljük, amíg az U csőben a zárófolyadék a skála 0 pontjáig ér. Ezután a csapot zárjuk. Azért használunk NaCl-oldatot, mert ez a vízzel ellentétben nem nyeli el a CO 2 -gázt. A (3) háromfuratú csapot olyan helyzetbe állítjuk, hogy a készülék légtere a külső légtérrel legyen összeköttetésben.
Táramérlegen 1g porított talajmintát mérünk be műanyag tégelybe. A savadagolóba (5) a nyílás alatti rész 4/5-éig 10%-os HCl-at öntünk. A talajmintát tartalmazó tégelyből a bemért talajmintát a reakcióedénybe (6) öntjük, majd a reakcióedényt a savadagolóval légmentesen lezárjuk. Vigyázzunk, hogy közben az edényt kezünkkel ne melegítsük fel! A háromfuratú csapot úgy fordítjuk, hogy a reakciótér (4) a készülék légterével legyen összeköttetésben. Ezután a reakcióedényt két ujjal megfogva megdöntjük és a 10%-os sósavoldatot a bemért talajra folyatjuk. A fejlődő CO 2 -gáz hatására a zárófolyadék egy része a jobb oldali csőből a balba mozdul el. Az U-csőben a folyadék szintjét úgy csökkenthetjük, hogy annak egy részét a mélyebbre helyezett szintező edénybe engedjük. A CO 2 -fejlődést a reakcióedény rázogatásával segítjük elő. A reakciót akkor tekintjük befejezettnek, ha rázás után 2 perc elteltével 1 cm 3 -nél kevesebb CO 2 -fejlődést észlelünk. A reakció befejezése után az U alakú üvegcső két szárában pontosan kiegyenlítjük a folyadékszintet és leolvassuk a fejlődött CO 2 -gáz térfogatát (V) 0,1 ml-es pontossággal. Egyidejűleg feljegyezzük a hőmérsékletet és a barométerállást. Értékelés Megfelelő táblázat birtokában a talajok karbonáttartalmát CaCO 3 (%)-ban kifejezve az alábbi összefüggés alapján számítjuk ki: ahol w (CaCO 3 ) = V * f * 100 / m, f az aktuális hőmérséklettől és nyomástól függő szorzószám (táblázatból), V a fejlődött CO 2 -gáz térfogata ml-ben m a bemért talaj tömege g-ban. 3.3. Humusztartalom A talaj szervesanyag-tartalmának legpontosabb meghatározása az volna, ha zárt rendszerben, O 2 - áramban elégetnénk a minta szerves anyagát, és a felfogott CO 2 -mennyisége alapján következtetnénk a C-tartalomra. A módszer talajtani laboratóriumban sorozatelemzésre kevésbé alkalmas. Nagy szervesanyag-tartalmú minták (avar, tőzeg) esetében az izzítási veszteség, ásványi talajoknál a szervesanyag meghatározott körülmények között végzett nedves oxidációjához fogyott oxidálószer mennyisége alapján következtetünk a humusztartalomra. A talaj szervesanyag-tartalmának meghatározása kálium-bikromátos oxidációval (Tyurin-módszer) A talajminta szervesanyag-tartalmát meghatározott körülmények között kénsavas kálium-bikromát oldattal oxidáljuk. A pontosan kimért oldatot feleslegben alkalmazzuk. Az oxidáció után a feleslegben alkalmazott kálium-bikromát maradékát vas (II)-diammónium-szulfát-oldattal (köznapi nevén Mohrsó, Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 * 6H 2 O) való titrálással határozzuk meg, redoxindikátor jelenlétében (a kromátot vassal redukáljuk). Az oxidáció alapja a következő egyenlettel leírható folyamat: A titrálási reakció: K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + 4 H 2 O + 3 O Cr 2 O 7 2- + 14 H + + 6 Fe 2+ = 6 Fe 3+ + 2 Cr 3+ + 7 H 2 O Szükséges eszközök: Erlenmeyer-lombik, üvegtölcsér, elektromos főzőlap, azbesztháló, pipetta, büretta, porcelán dörzsmozsár, nagyító, csipesz, 0,25 mm lyukbőségű szita
Szükséges vegyszerek: 0,4 n koncentrációjú kénsavas K 2 Cr 2 O 7 oldat, Ag 2 SO 4, 0,2 n Mohr-só-oldat, ferroin indikátor A vizsgálat menete: Légszáraz talajmintából néhány g-ot nagyító alatt csipesszel megtisztítunk a gyökérmaradványoktól, majd porcelán dörzsmozsárban eldörzsöljük és 0,25 mm lyukátmérőjű szitán átszitáljuk. Az így előkészített talajból 0,1-0,5 g-ot Erlenmeyer-lombikba mérünk az alábbiak szerint: 1-3% becsült humusztartalom esetén kb. 0,5 g-ot, 3-5% becsült humusztartalom esetén kb. 0,3 g-ot, > 5% becsült humusztartalom esetén kb. 0,1 g-ot. A becslést a talajminták színmélysége alapján végezzük. A bemért tömegeket minden esetben feljegyezzük. Pipetta segítségével hozzáadunk pontosan 10 ml 0,4 mol/dm 3 kénsavas K 2 Cr 2 O 7 oldatot. A lombik nyakába kis tölcsért illesztünk. Gyengén forraljuk úgy, hogy savgőzök ne távozhassanak el. Ha forralás közben az oldat zöldre változik, a meghatározást kevesebb talaj bemérésével meg kell ismételni! Forralás után a lombik tartalmát hűlni hagyjuk. Hozzáadunk néhány csepp ferroin indikátort, majd 0,2 mol/dm 3 Mohr-só-oldattal megtitráljuk. A titrálás végpontjában az oldat színe zöldből barnába csap át. A módszer bizonytalansága (forralás egyenetlensége, esetleges gyökérmaradványok stb.) miatt egy talajmintából mindig két párhuzamos mérést végzünk. A mérést két párhuzamos ún. vak mintán is elvégezzük. Ennek során hasonló mérési körülmények között, de talaj nélkül végezzük el a vizsgálatot, így meghatározva a teljes (10 ml) kálium-bikromátra vonatkozó Mohr-só-oldat fogyását. Értékelés A talaj széntartalma: C% = (V v - V t ) * f / m *0,0006 * 100, a talaj humusztartalma: H% = (V v - V t ) * f / m *0,00103 * 100, ahol V v a vakpróbára fogyott Mohr-só-oldat térfogata ml-ben, V t a talajra fogyott Mohr-só-oldat térfogata ml-ben, f a Mohr-só-oldat hatóértéke, m a bemért talaj tömeg g-ban. 1 ml 0,2 mol/dm 3 Mohr-só-oldattal egyenértékű K 2 Cr 2 O 7 0,0006 g szenet oxidál. Felhasznált irodalom: Bellér P.-Varjú P: Termőhelyismerettan gyakorlat I. Talajvizsgálati módszerek. Erdészeti és Faipari Egyetem Erdőmérnöki Kar Sopron 1986