ECOVOC 3. tesztképzés 2013.04.09. Komposztálás Tirczka Imre SZIE-MKK-KTI Talajtermékenység fenntartása ökológiai gazdálkodásban Minden lehetőséget ragadjunk meg, hogy minél több és minél jobb minőségű szerves trágyát termeljünk, s a cél az legyen, hogy egy szál szalma vagy egyéb szerves anyag se menjen veszendőbe, hanem minden szerves maradék belekerüljön az üzem szervesanyag-körfolyamatába. (Kemenesy Ernő A földművelés irányelvei, 1961). A fenti idézet ma is aktuális, különösen azok számára, akik ökológiai gazdálkodás vagy a fenntartható gazdálkodás gyakorlati megvalósításában gondolkoznak, illetve már azt folytatnak. Ebben az idézetben minden benne van, amit érdemes megszívlelni a talajtermékenység fenntartása során. Az ökológiai gazdálkodás Európai Uniós szabályozása -a Tanács 834/2007/EK rendelete-az alábbiakat írja, párhuzamba állítva Kemenesy idézetével: az ökológiai növénytermesztés során olyan földművelési és növénytermesztési gyakorlatot kell alkalmazni, amely fenntartja vagy növeli a talaj szervesanyag-tartalmát, fokozza a talajstabilitást és a talaj biodiverzitását, valamint megelőzi a talajtömörödést és a talajeróziót; a talaj termőképességét és biológiai aktivitását többéves vetésforgóval kell fenntartani és növelni, amely magában foglalja a pillangósokat és más zöldtrágyanövényeket, valamint az állati szerves trágya vagy az ökológiai termelésből származó mindkét esetben lehetőség szerint komposztáltszerves anyagok alkalmazásával (12. cikk (1) a), b)). Az ökológiai gazdálkodás során le kell mondani a szintetikus, könnyen oldódó műtrágyák használatáról. A gazdálkodás során nem közvetlenül a növényeket trágyázzuk, hanem a talajba dolgozott különböző szerves anyagokkal a talaj mikroorganizmusait látjuk el tápanyaggal és energiával, és azok szerves anyag átalakító tevékenysége révén felvehetővé váló tápanyagokat veszik fel a növények. Mi történik a talajba dolgozott szerves anyaggal? A talajba vagy a talaj felszínére kerülő szerves anyag (istállótrágya, komposzt, növényi maradványok, zöldtrágya) először fizikai degradáción megy keresztül, a makro- és mezofauna segítségével. Ez a szerves anyag aprítását, a felület nagyobbítását jelenti. A felaprított szerves struktúrát a baktériumok könnyebben megtámadhatják és ásványosíthatják. A szerves anyag felaprítása nélkül a kémiai degradáció nagyon lassan, vontatottan megy végbe. A következő lépésben a szerves anyag kémiai degradációja történik, amit mikroorganizmusok végeznek. Ebben a folyamatban legnagyobb szerepük azon mikroszervezeteknek van, melyek a szeres vegyületeket légköri oxigén jelenlétében bontják (pl. cellulózbontók, ligninbontók). Ezek az aerob légző mikroszervezetek fontos szerepet töltenek be a növényi tápelemeknek szerves kötésből ásványi kötésbe vitelében, a növények számára felvehetővé tételében, a talajok szerves anyag háztartásában. Amennyiben a talajunk vagy annak szintjei átmenetileg oxigénhiányossá válnak (pl. talajtömörödés, víznyomás miatt), szerephez jutnak azon mikroszervezetek, melyek a szerves anyagok lebontásához nem a légköri oxigént használják, hanem az oxidált szervetlen vegyületekben lévő oxigént, pl. a nitrát vagy szulfát légzők. Ezzel az anaerob légzéssel azonban nem lehet olyan sokféle szerves vegyületet hasznosítani, mint a légköri oxigénnel. Ezen mikroszervezetek jelentősége azonban az átlevegőzetlen talajokban nagy, mert ezekben még élénk ásványosítást végeznek anélkül, hogy a gyökerekre vagy a talajkörnyezetre káros melléktermékeket termelnének. A szerves anyagot aerob vagy anaerob légzéssel bontó mikroszervezeteknek így együttesen fontos szerepük van abban, hogy a szerves anyag a talajban a kívánatos korhadási folyamaton menjen keresztül. Akkor ugyanis, amikor a talajba került szerves anyag hosszú időre kerül levegőtlen (anaerob) körülmények közé, amikor a légköri oxigén mellett már elfogynak azok az oxidált szervetlen anyagok is, amelyek lehetővé tehetnék az anaerob légzést, a szerves anyag fermentációs, rothadási folyamatokon kezd átalakulni. Ebben a folyamatban keletkező végtermékek toxikusok, a 1
talajéletet mérgezik, a talajélőlények életfolyamatait súlyosan károsítják. A rövid ideig levegőtlenné váló talajokban a rothadás azonban nem bontakozik ki azonnal. A kémiai degradáció folyamata két szálon fut, mineralizáció és humifikáció történik. A mineralizáció (ásványiasodás) során az elemek szerves kötésből ásványi kötésbe kerülnek, a N mobilizálódik, a tápelemek a növények számára hasznosíthatóvá válnak. A szerves trágyák (pl. istállótrágya, pillangós növényi maradványok) nitrogén vegyületei a mikroszervezetek révén több folyamaton keresztül alakulnak át szervetlen formává, a növények által hasznosítható nitrát- (NO3-) és ammónium (NH4+) ionná. A meleg és a nedves időjárás elősegíti ezt a folyamatot, így tavasszal és ősszel nagyobb a nitrátképződés, a nyári és téli hónapokban kisebb. A növények tápanyagellátása szempontjából így a nyári szárazság kedvezőtlen hatású lehet. A kémiai degradáció során nem mineralizálódott szerves anyag humifikálódik. A humifikáció során a szén a többi elemhez (O, H, S, N) mérten feldúsul. A szénatomok fokozatos átrendeződése következtében aromás gyűrűs szerkezetű, egymással egyre bonyolultabb rendszerekké összekapcsolódó poliaromás vegyületek alakulnak ki. Minél jobban előrehalad az anyagok átalakulása a humifikáció során, biológiailag annál nehezebben támadható, bontható vegyületek alakulnak ki. A humifikáció eredménye a humusz, a talaj szerves anyaga, amely különböző kémiai összetételű és fizikai viselkedésű szerves anyag keveréke. Kémiai eljárással (oldékonyság alapján) különböző humuszfrakciók különíthetők el, a fulvosavak, huminsavak és a humin. A kialakuló humuszanyagoknak, humuszfrakcióknak jelentőségük a gyakorlatban abban van, hogy nehezen degradálhatók, így hosszú életűek, és emiatt fontos szerepük van a talaj szerkezeti tulajdonságainak a befolyásolásában, kondicionálásában. Milyen tulajdonságai vannak a humusznak és milyen a hatása a talajra? A talaj humusztartalma befolyásolja a talajok színét. A talajok sötétebb színét elsősorban a humuszanyagok adják. A szín a talaj felmelegedésének ütemét és mértékét is meghatározza, és ezzel pl. a tavaszi munkálatok megkezdhetőségének az idejét is. A humuszban gazdagabb talajnak jobb a vízgazdálkodása, mivel a humuszanyagok saját tömegük többszörösének megfelelő mennyiségű nedvességet köthetnek meg. Javítja a talajok szerkezeti stabilitását, mivel a humusz kötőanyagként működik a talaj ásványi részei között, ezzel hozzájárul a stabilabb mikroaggregátumok kialakulásához. Ez elősegíti, hogy a talaj szerkezete nem romlik le olyan gyorsan pl. intenzívebb talajművelés hatására, vagy jobban ellenáll az rá ható degradációs folyamatoknak (erózió, defláció). A kedvező kationmegkötő és kicserélő képességének köszönhetően javítja a talajok tápanyag megkötő képességét és azzal a tápanyag és mikroelem ellátottságot. A humusz vízben nem, vagy csak nagyon kis mértékben oldódik, ezáltal nem vagy csak csekély mértékben mosódik ki. Ez a tulajdonság a tápanyag megkötő képességgel párosulva csökkenti a tápanyagok kimosódását a talajból. Az általában 1-5% N-t tartalmazó humusz ugyanakkor a mineralizációnak is kiinduló anyaga, ezzel a talaj mikroszervezeteinek és a növényeknek energiát és tápanyagot szolgáltat. Itt érdemes megemlíteni, hogy az ásványi talajokon az összes N-tartalom 0,02-0,4% között ingadozik. A művelt talajrétegben azonban az összes nitrogénnek több mint 95%-a szerves kötésben van jelen és mennyisége a humusztartalommal arányos. Ez azt jelenti a gyakorlatban, hogyha nagyobb a talaj humusztartalma, akkor természetes nitrogénszolgáltató képessége is jobb. A talaj pufferkapacitását javítja, ezzel a talajt érő kedvezőtlen hatásokat tompítani tudja, pl. azokat, melyek a talaj kémhatását kedvezőtlenül befolyásolják, savanyítják. A talaj biológiai aktivitását serkenti, szerves molekulákkal történő kapcsolódása révén hormonokat és enzimeket aktivál. 2
Komposztálás A talajtermékenység javítás egyik lehetősége a komposztok alkalmazása. A komposzt földszerű, morzsalékos, sötétbarna színű, magas szerves anyag tartalmú (25 50%) anyag, amely különböző szerves hulladékokból aerob mikroorganizmusok tevékenységének hatására jön létre, állandó oxigén jelenlétében. Humifikált szerves anyagok, ásványi anyagok és mikrobiális termékek összessége. Stabil szerves anyag tartalma miatt a talajban jobban ellenáll a mikroorganizmusok lebontó tevékenységének. Nem kellemetlen szagú, nedvességtartalma 30 35%, kémhatása semleges (ph6 7). A komposztálás jelentősége, hogy a legkülönbözőbb szerves eredetű anyagok feldolgozhatók, ezzel a talaj termékenységének fenntartására alkalmas szerves anyag nyerhető. Komposztáláskor lejátszódó folyamatok A komposztálás irányított szerves anyag kezelési módszer, hasonlóan az istállótrágya kezeléséhez. A lejátszódó folyamatokat azáltal irányítjuk, hogy a lebomlási, átalakulási és felépítési folyamatokhoz megfelelő körülményeket biztosítunk és tartunk fent. A folyamat során aerob mikroorganizmusok tevékenysége révén, állandó levegőbiztosítása mellett, a különféle szerves anyagok egyszerűbb alkotóelemeikre esnek szét, a könnyen lebonthatók mineralizálódnak, míg a jobban ellenálló vegyületekből humuszanyagok keletkeznek. A folyamat exoterm, amely során nagymennyiségű hő keletkezik. A komposztálás talajbiológiai szempontból a korhadással azonosítható folyamat. A komposztálás során a természetes humuszképződési folyamatot próbáljuk meg mesterségesen előidézni. Időtartama függ a komposztálási eljárástól és a biztosított körülményektől. A komposztáláskor a lebomlási és átalakulási folyamatok állandó aerob körülmények között zajlanak le, így nem különböztethető meg oxidatív és reduktív szakasz. A szerves anyag átalakulása több lépcsőben megy végbe: Bevezető szakasz (1-2 nap): A könnyen bomló anyagok átalakulása megkezdődik, amely során termelődő hő a komposzthalom hőmérsékletét gyorsan megemeli (40 o C). Felmelegedési (termofil) szakasz (2-3 hét): A könnyen bontható szerves anyag lebontása fokozódik, melynek eredményeként a hőtermelés erőteljesebbé válik, a hőmérséklet tovább emelkedik 55-60 o C-ra. Jelentős mértékű az ammónia felszabadulása, mely részben megkötődik, részben távozik a rendszerből, amitől nitrogén veszteség lép fel. A kémhatás lúgossá válik (ph 8-8,5). Ebben a szakaszban történik a komposzt csírátlanítása, a gyommagvak és patogén szervezetek fertőzőképességüket elveszítik. Átalakulási (mezofil) szakasz (3-4 hét): A könnyen bontható anyagok lebontásának befejeződése után, a nehezebben bontható anyagok (lignin, cellulóz, hemicellulóz) átalakulása válik meghatározóvá. A folyamatok sebessége lassul, mely a hőmérséklet csökkenésével jár együtt (45 o C), és mérséklődik a nitrogén veszteség. Érési szakasz (1-2 hónap): A hőmérséklet tovább csökken. A szerves anyag humifikálódása megy végbe, kialakul a kész komposzt. Kiindulási alapanyagok A komposztálás kiinduló nyersanyaga bármilyen szerves eredetű hulladék, melléktermék lehet, amely ökológiai gazdaságban keletkezett, vagy onnan származik: háztartási hulladék: gyümölcs- és zöldséghéj, tojáshéj, növényi ételmaradék, kerti hulladék: levágott fű, gally, lomb, növényi részek, gyomok, mezőgazdasági melléktermék: szármaradvány, istállótrágya, hígtrágya, stb. Nem kívánatos a szennyező- vagy idegen anyagok jelenléte az alapanyagokban, mivel azok a komposzt minőségének rontásán túl szennyezőek, vagy mérgezőek lehetnek. Potenciális szennyező források a növényvédőszerek, fertőtlenítő és állatgyógyászati készítmények, a toxikus nehézfémek. Az idegen anyagok (pl. üveg, zsineg, vas, beton, kő) nem mérgezőek ugyan, de nem bomlanak le, és a komposztálást nehezítik. 3
Az alapanyagok jellegüket tekintve alapvetően kétfélék lehetnek: nedves, zöld, lédús, friss, nitrogénben gazdag anyagok, amik könnyen lebomlanak, így például konyhai hulladék, frissen levágott fű, zöld és leveles hulladék a kertből (zöld anyagok), száraz, rostos, fás, gazdag széntartalmú anyagok, amik önmaguktól nehezen bomlanak le, mint a szalma, faforgács, száraz széna, kukorica- vagy napraforgószár, régi növényszárak (pl. káposztatorzsa) (barna anyagok). A jó komposztálás kulcsa, hogy jól keverjük össze ezt a kétfajta (zöld és barna) anyagot, amikor komposzthalmot készítünk belőlük. A nyersanyagok megfelelő keverésével el kell érni, hogy a kiindulási komposzt C/N aránya 25-30/1 legyen. A lebontást végző mikroorganizmusok energiaforrása a lebontandó szerves anyag. A szerves anyag szén és nitrogén tartalmának egymáshoz viszonyított aránya a komposztálás során jelentkező tápanyagveszteségek nagyságát meghatározza. Abban az esetben, ha a C/N arány túl szűk (kevés a szén aránya a nitrogénhez képest), a képződő nitrogén egy része ammónia formájában eltávozik, ami az intenzív ammónia szagról is felismerhető. Tág C/N aránynál pedig (nagy a szén aránya a nitrogénhez képest), a lebontási folyamat csak nagyon lassan indul be a nitrogén forrás hiánya, illetve szűkös jelenléte miatt. Az alapanyagok keveréke ne legyen hajlamos a tömörödésre. A rossz szerkezetű anyag a komposzthalom könnyű tömörödését idézi elő összerakás vagy keverés után, aminek következtében a rendszerből hamar elfogy az oxigén, és kedvezőtlen anaerob folyamatok indulhatnak el. A laza szerkezet viszont megfelelő és folyamatos levegőellátást biztosít. Célszerű 5 cm-nél nem nagyobbra aprított alapanyagokat a komposztba tenni. A nyersanyagok aprításával a mikroorganizmusok nagyobb felületen tudják a lebontási tevékenységet végezni, ezzel az átalakulási folyamatoknak a sebességét gyorsítani és időtartamát rövidíteni lehet. A komposztálandó nyersanyagok kiegészíthetők különböző segédanyagokkal is, melyek a komposzt minőségét javítják, a komposztálás folyamatát befolyásolják, tápanyagot szolgáltatnak, illetve talaj általános kondícióját javítják (kerti föld, érett komposzt, istállótrágya, vizelet, vérliszt, szaruliszt, csontliszt, fahamu, CaCO 3, kőzetliszt, agyagőrlemény, mikroorganizmusok, gyógynövény készítmények). Komposzt levegőellátása Folyamatos levegőellátást kell biztosítani az aerob körülmények kialakítása és fenntartása érdekében, amely alapfeltétele a korhadási folyamat lejátszódásának, és a megfelelő hőmérsékleti értékek kialakulásának, mely a csírátlanítást végzi. Ezt a komposztálandó anyag lazán rakásával, a halmok rendszeres átforgatásával, keverésével, a komposztban mesterséges légjáratok kialakításával lehet biztosítani. A levegőáramlásnak folyamatosnak és akadálytalannak kell lennie a halom szélétől a belsejéig. Különösen a komposztálás kezdeti szakaszában magas az oxigén igény. Átlevegőztetéskor a komposztban keletkező felesleges hő, vízgőz és gázok is eltávoznak, a forgatáskor a komposzt anyaga keveredik, homogenizálódik. A komposztálás során a korhadás mellett rothadás is lejátszódhat, ha a komposztban levegőtlen gócok alakulnak ki. Erre legnagyobb esély a halom belsejében van. Arra kell ügyelni, hogy az anaerob viszonyok lehetőleg ne alakuljanak ki, illetve ne váljanak uralkodóvá, tartóssá. Amennyiben a szerves anyag levegőtlen körülmények között bomlik, anaerob baktériumok szaporodnak el, melyek az oxigént a szerves vegyületekből redukció útján szerzik. Ilyenkor rothadás zajlik le, amelyet bűzös szag kísér, és a folyamat során nem szabadul fel annyi hő, mint az oxidációkor. Komposzt nedvességtartalma A mikroorganizmusok tevékenységéhez 40-60% nedvességtartalmat kell biztosítani. Nem kedvező, ha az alapanyag túl száraz, vagy túl nedves. Vízhiány esetén a mikroorganizmusok tevékenysége leáll. Túl magas nedvességtartalomnál viszont az oxigén kiszorul a pórusokból és anaerob viszonyok keletkezhetnek. A megfelelő nedvességtartalmat szárazabb és nedvesebb kiindulási alapanyagok keverésével és nedvesítéssel lehet biztosítani. A nedvességtartalom ellenőrzése és a nedvesítés különösen a zárt tartályokban fontos, ahol a csapadék nedvesítő hatásával nem lehet számolni. A 4
megfelelő nedvességtartalom egyszerűen az ún. marokpróbával ellenőrizhető. Ennek lényege, hogy a kezünkben a komposztanyagot összenyomjuk, és megfigyeljük viselkedését: nedvességtartalom optimális: az ujjaink között nem jön ki víz, de a komposzt összeáll, túl száraz: tenyerünkben a komposzt szétesik, túl nedves: víz folyik ki ujjaink közül. Komposzt hőmérséklete Az aerob viszonyok hatására a komposzt hőmérséklete megemelkedik. A megfelelő hőmérsékleti folyamatok biztosítják a komposzt sterilizálását, hiszen a mezőgazdasági alapanyagok gyakran tartalmaznak fertőző anyagokat (mikroorganizmusok, gyomok). A hőmérséklet túl alacsony szinten maradása miatt a szerves anyag fertőzőképes maradhat. Nem csak a hőmérséklet nagysága, hanem az időtartama is fontos. Magasabb hőmérséklet rövidebb idő alatt ér el olyan hatást, mint az alacsonyabb. A felmelegedési szakaszban a hőmérsékletnek legalább 55 0 C-ot el kell érnie, kedvező az 55-60 0 C. A hőmérséklet alakulását állandóan nyomon kell követni. A halomban könnyen hőgócok alakulhatnak ki, ha a levegő áramlása nem megfelelő. A nagyon erős felmelegedés a mikroorganizmusok tevékenységének a megszűnését okozhatja (önsterilizálódás). 5