Biológiai talajerő-gazda(g)ság cikksorozat – 24. rész

A talajok alapvető fizikai féleségétől függ a biológiai tulajdonságok alakulása az intenzív talajművelés hatására

Mottó: A természeti és a termesztési körülményekhez egyaránt igazodó művelés lehetővé teszi, hogy a talaj fizikai (kémiai és biológiai) állapota a kultúrnövény igényének és a talaj védelmének egyaránt megfeleljen (Rátonyi, 2007).

A talajok művelésbe vonása, az állandó és folyamatos bolygatása idővel a fizikai talajszerkezet széteséséhez, porosodáshoz, a mélyebb rétegek tömörödéséhez, a növények számára hozzáférhető tápanyagok és a szerves anyagok fokozatos csökkenéséhez vezet. A talajok fizikai és kémiai tulajdonságainak a rosszabbodása oda-vissza hatásként befolyásolja a talajok élettevékenységét is. A dolgozat összehasonlította, hogy vajon a homok-, a vályog- és az agyagtalajok művelésénél a talajbiológiai tulajdonságok hogyan alakulnak, és tavasszal vagy ősszel van-e nagyobb bioaktivitás?

A talaj egy önálló, élő és összetett organikus rendszer

A talaj olyan életet adó közeg, amely az élőlények mennyiségének és faji összetételének fokozatos kialakulásával és az így létrejött biológiai sokféleség, a biodiverzitás jobbuló és jobbító erejével képes élelmiszereinket előállítani, és az emberi életet is táplálni, ellátni. Az egyes alrendszereinek a tulajdonsága hasonlóan az emberi test egészének a működéséhez, összeadódik, és így nyilvánul meg a talaj összetett, tényleges működése.

Ez túlmutat a bio massza-, azaz az élelmiszer-termelő képességen, de számos egyéb ökoszisztéma-szolgáltatáshoz is kapcsolható. Az egyes alegységek a teljes egésznek a részei, és így tekinthető csak egészségesnek ez a szuperorganizmus, amelynek talajereje képes befolyásolni vizeink mennyiségét és minőségét, a tápelemek körforgását, de még az ember által okozott kémiai hatásokat, a szennyezőanyagok lebonthatóságát is.

A talajok élőlényei összefoglalóan a növényekhez (flóra) és az állati lényekhez (fauna) sorolhatók, azok alapvető genetikai tulajdonságai szerint. Mindkét csoport változatos típusú élőlényeket (organizmusokat) jelent (1. táblázat). A talajalkotó kőzetek a talajosodás során az időjárási körülmények (hőmérsékleti ingadozások, napfény, csapadék-szárazodás stb.) hatására aprózódnak, és ez elvezet a fizikai-kémiai mállásig. A köveken, kavicsokon, megjelenő elsődleges (pionír) élőlények azok a zöld- és a kékalgák (cianobaktériumok), amelyek képesek a szervetlen, élettelen vízből és a levegő szén-dioxidjából, a víz által oldott egyéb elemekből a saját testüket létrehozó szerves, élőlényeket önállóan (autotróf módon) létrehozni.

A talaj tulajdonságait és minden szerepét az életünkben annak biológiai összetétele alapvetően meghatározza. A biológiához a „talajon élő” ember is hozzáértendő, aki képes lenne ezeket a számára is lételemnek számító kedvező talajadottságokat valóban „fenntartható” módon megbecsülni.

Kezdetben csak ezek a napfény energiáját felhasználó (fotoszintetizáló) szervezetek tudnak létrejönni akár a sziklák felszínén is. A további élőlénycsoportok az algák elpusztult testi anyagain alakulnak ki. A baktériumok és a mikroszkopikusgombák (a heterotróf táplálkozásúak) más élőlények által létrehozott szerves anyagokkal tudnak csak megélni. Ha ez rendelkezésre áll (mint élő vagy holt tápanyag), akkor képesek akár 20 percenként is osztódni, duplázódni, különösen, amikor a víz, a levegő oxigénje és a kedvező hőmérséklet is megvan hozzá.

A gyorsan felszaporodó mikrobatömeg táplálékot jelent az őket fogyasztó ragadozó- (predátor) szervezeteknek, mint a papucsállatkák, amőbák és az egyéb protozoák. A kisebbeket a nagyobbak tudják csapdába ejteni, és így épül fel a talajban leginkább a méret és az erő szerint a talaj táplálékhálózata. A jól elhatárolódó táplálkozási szerveződési (trofikus) szintekben alulról fölfelé (a kicsitől a nagyig) talál megélhetést ezáltal ebben a táplálékhálózatban mindegyik élőlénycsoport.

A talajművelés mint „zavaró” tényező?

A jól kialakult, stabil talaj-táplálékhálózati rendszert a bolygatás és a (fel)forgatás többféle módon is érintheti. A megbízhatóság mindent olajazottá, jól működővé tesz. A zavarás azonban olyan bizonytalansági helyzetet teremt, ami a tápanyagokhoz korábban kialakult igazodást, a stabil és megbízható megélhetést „fenekestül felforgatja”. Egyes élőlények rögtön elpusztulnak a fizikai sérülések miatt (pl. a földigiliszták egy része), megfulladnak az éltető oxigén megszűnése, hiánya miatt (pl. az aerob, oxigénigényes mikrobák), „családi” kötelékek szakadnak szét (pl. a mikorrhizahálózatok), így a növény is védelem nélkül maradhat (1. kép).

Mindezeken túl a totális genocídium mellett migrációra, vándorlásra is kényszerülhetnek pl. a talajállatocskák (a mezofauna tagjai). Az új működőképes állapothoz pedig időre van szükség, de a létrejött új helyzet sem olyan lesz, mint a korábbi. A mezőgazdasági gyakorlat ehhez az általa létrehozott helyzethez a „talaj fekete dobozában” csak vakon lövöldözve okozhat akár még nagyobb károkat. A művelt és a nem művelt területek közötti szabad szemmel nem láthatótalaj(mikro)biológiai különbségeket vizsgáltuk három tipikus főbb típushoz tartozó talajféleségen. Vajon mit „művel” a szántás ezek víztartalmában, és a talajbiológia ezt hogyan tolerálja?

A talajmintákat Borsod-AbaújZemplén vármegyéből, egy bodrogközi településről, Cigánd határából vettük. A cigándi külterületek 50%-án folyik intenzív mezőgazdasági tevékenység 30% erdő, és 20% műveletlen. Alapvetően háromféle talaj alakult ki a térségben: a homokosabb talajok kis mennyisége mellett az agyag- és a vályogfrakciók keveredése a jellemző. A területen magas kötöttségi (Af = 50 körüli) számmal jellemezhető nehéz agyag dominál. A kötött agyagos talaj visszatartja az esővíz nagy részét, kiterjedt vízállásos területeket kialakítva (2. kép).

A gazdálkodók 90%-a konvencionális gazdálkodást folytat, ami az így is nehezen kezelhető talajon nagyon sok energia befektetésével jár. Nagy erőgépekre és munkagépekre van szükség, hogy bírják a műveletek elvégzését, ami további másodlagos károkat okoz, jelentősen növeli a taposást és a talajtömörödését is a szántott réteg alatt. A gazdálkodók csak több menetben tudják elérni a kívánt talajtextúrát és a szerintük megfelelő talajbiológiai állapotot. Nyáron általában a betakarítás, ősszel pedig a talajmunkálatok végzése nehézkes a csapadék hiánya vagy túlsúlya miatt. Tavasszal a cserepesedés és rögösödés nehezíti meg a talaj-előkészítési munkálatokat. Mindezek így a talajbiológiai helyzetre is kihatással vannak.

Összességében az élőlények egymás közötti kapcsolatrendszerével alakul ki a talaj-táplálékhálózat, ahol meghatározható mindegyik élőlénycsoport tevékenysége és kapcsolata is a talajok biomassza-termelő képességével, termékenységével.

Az előírt fizikai-kémiai és a „láthatatlan biológia” vizsgálatai

Talajmintavétel 2018 tavaszán történt az általános és jogszabályban is előírt vizsgálatok céljára, mintavevő bottal a talaj felső 40 cm-es mélységéig mintázva, majd az SGS Hungariának beküldve. A biológiai vizsgálatok céljából kompozit mintavétel történt 2019. május 25-én (tavasszal) és november 2-án (ősszel), amit a SZIE (MATE) Talajtani (ma Agrárkörnyezettani) Tanszékén végeztünk el. A talaj nedvességtartalmát tömeg%-ban határoztuk meg, szárítószekrényben, 105 °C-on, tömegállandóságig történő szárítással.

Az MPN (Most Probable Number = legvalószínűbb élősejtszám) módszer szerint a talajokat és így a mikroorganizmusokat is folyékony táptalajban hígítjuk fel. A mikrobák számát a hígítási sor pozitív csövei alapján statisztikai Cochran-tábla mutatja. Ez a módszer a táptalajtól függő módon az oxigént és 26 ^oC fok hőmérsékletet igénylő (aerob mezofil) mikrobák, baktériumok és mikroszkopikus gombák élő csíraszámát határozza meg.

A talajok-enzimaktivitása jelzi a talajok élettevékenységének a mértékét, erősségét. Az enzimekkel a talajokban a lebontó (katabolikus) és a felépítő (anabolikus) folyamatokról tájékozódhatunk. Ezekkel kapcsolatosan a dehidrogenázenzim (DHA) olyan szabványosított módszer, amely arányban van a könnyen hozzáférhető szerves anyagokat, cukrokat, egyszerű szénhidrátokat felhasználó mikrobák számával. A kiválasztott háromféle tipikus talaj kémiai talajvizsgálati eredményeit a 2. táblázat mutatja be.

Legfontosabb tényező a talajokban a szerves anyagok mennyisége, amit a mérhető humusztartalom alakulása mutat. A homoktalajban az agyagosabb és az agyagos talajhoz viszonyítva csak feleannyi szerves anyag található. A nitrogén, a foszfor és a kálium makroelemek ezzel a szervesanyag-tartalommal általában egyenes arányban vannak, de az intenzív művelési körülmények jelen esetben ezt erősen befolyásolják.

Megállapítható, hogy a nitrogén és a foszfor kétszer-háromszor több, a kálium pedig közel azonos nagyságban fordult elő a káliumszegény homoktalajban is, mivel annak mértékét a felhasznált műtrágyaadagokkal növelni tudták. Agyagtartalmú talajokban a kálium nagyobb mennyiségben fordul elő, a foszfor felvehetőségét pedig rendre a kötöttség és a nagymértékű agyag-szervesanyag összekapcsolódás (az organominerális komplexek) akadályozzák. Az agyagosabb két talajban így harmadannyi felvehető foszfort lehetett kimutatni; mivel vélhetően hiányzott a foszforoldásra és/vagy mobilizálásra is képes mikrobahadsereg is.

A talaj nedvességi állapota

Az alapvető fizikai féleségtől erősen függ, hogy az adott talaj milyen mértékben képes befogadni és megőrizni az éltető vizet. A művelés ezt megváltoztatja. Az agyagos vályog és az agyagtalajon a művelés javítja a talaj vízmegtartó képességét, ami fordítva alakul a homoktalajnál, ahol éppen azzal őrizhető meg a talajban a víz, ha minél kevesebbszer van bolygatva, művelve. Ezt mutatja az 1. grafikon.

A vizsgált három talaj kimutatható tulajdonságait annak főbb típusa alapvetően meghatározta. A leginkább hasonló jellegeket az agyagos vályog és az agyagtalaj mutatta. Számos mért tulajdonságban ezektől jól elkülönülő módon eltért a homokosabb talaj.

Főbb mikrobatípusok talajtól függő alakulása

A talajokban a legnagyobb számban azok a szabad szemmel nem látható élőlények fordulnak elő, amelyek elsődlegesen képesek a talajok szervesanyag-tartalmát hasznosítani a lebontó (dekompozíciós) folyamatok során. Ez a tevékenység biztosítja a biogén elemek biokémiai körforgalmát is az élő-élettelen folyamatok során. Egy kanálnyi mezőgazdasági termékeny talajban a bontható szerves anyagok jelenléte miatt több organizmus található, mint ahány ember él a Földön.

A baktériumok és gombák kitenyészhető mennyisége is milliós, billiós számokat ad. Ezek azonban az összesnek csak az 1–5%-át jelentik, mivel átlagosan 100 élő mikroba közül a talajból legfeljebb csak 1, maximum 5 darabot tudunk kicsalogatni, és így megszámolni. A mikroorganizmusok (baktériumok, gombák) legvalószínűbb kitenyészthető száma (MPN) mégis egy olyan talajokra jellemző érték, amit befolyásolhat a talaj fizikai-kémiai jellege mellett annak a művelése is.

A baktériumok száma a mezőgazdasági talajokban általában lényegesen több, mint a mikroszkopikus gombáké. Ha jól odafigyelnek a növényi maradványok és egyéb bontható szerves anyagoknak a talajba kerülésére, még akkor is általában a mezőgazdaságilag művelt talajokban kétszer több baktériumot találhatunk. A művelés hatására a baktériumszám általában nő, a talaj levegőzöttebb állapota miatt; a gombaszám pedig erősen csökkenhet. Ennek oka az is, hogy a baktériumok egyúttal megváltoztatják a talajok pHját a savasból a semlegesebb irányba, a gombák száma pedig éppen ellenkező trend szerint, a talajok savanyúbbá válásával növekszik meg.

A talajélőlények, a talajbiota mennyiségének és összetételének alakulását a talaj fizikai tulajdonságai alapvetően meghatározzák.

A talajművelésre, -bolygatásra a talaj élőlényei érzékenyen reagálnak. A szántás a gombák számát erősebben, a baktériumokét kevésbé befolyásolja.

A talajművelés hatására a mikroorganizmusok legvalószínűbb (MPN) száma mindegyik vizsgált talajnál csökken. A legnagyobb mértékben a gombák érzékenyek a talajművelésre, számukban a szántásos intenzív zavarás tízszeres mértékű csíraszámcsökkenést jelentett, a baktériumoknál ez csak fele, harmada a szántás nélküli állapotnak. Ha figyelembe vesszük, hogy a talajok önműködő és önálló termékenységét a növekvő gombaszám okozza, akkor el kell gondolkoznunk azon, hogy miért is bolygatjuk (szántjuk) fel az adott talajt.

Az agyagtalajok (amiket perctalajokként is jellemezhetünk) egyébként is igen érzékenyek a talajművelésre, hiszen a víztartalmuktól függően rétegezetten csúszós, ragadós, kiszáradva pedig nehezen művelhető, kemény állapotúak lesznek. A szerves anyagok, a szármaradványok csak javítani tudják ezeknek a talajoknak mind a művelhetőségét, mind pedig az élettulajdonságait.

Van-e különbség a mikrobiális aktivitásban a vegetációs év során?

A mikrobiológiai vizsgálatoknál a legkritikusabb tényező az, hogy mikor is történjen a mintavétel? A talajok biológiai tulajdonságai dinamikusan és a leggyorsabban képesek követni az adott időszakra jellemző környezeti és az ember által is módosított körülményeket. Más-más értéket kaphatunk egy esőzés után, vagy akár a kora tavaszi hidegebb, a nyári hőség miatt kiszáradt, vagy az őszi „nyugalomra készülő” talajban.

Ennek jó bizonyítékát szolgáltatja a mikrobiális aktivitásnak a mérése a tavaszi és az őszi időszakban is a három általunk tesztelt talajban. A 3. ábra a mikrobákat tartalmazó talaj dehidrogenáz- (DHA) enzim-aktivitását mutatja a tavaszi (május végi) és az őszi (november eleji) mintavételkor, a szabványosított módszerrel megállapítva (MSZ08-1721/3-86).

Látható, hogy az őszi aktivitás lényegesen magasabb, akár 10-szer vagy 50-szer is több lehet a tavaszi értékeknél. A művelés hatására a gyengébb humusztartalmú homoktalajnál az értékek alig változnak a két mintavételkor, az erősen agyagos talajon azonban a művelés elhagyása jelenthetné szinte kizárólagosan az enzimaktivitás tartós erősödését. A legnagyobb mikrobiológiai enzimtevékenység az agyagos vályogtalajoknál mutatható ki. A művelés (vélhetően az oxigénnel való dúsítás, a tömörödött rétegek fellazítása) a mikrobás aktivitást annyira képes felfokozni, hogy az agyagos vályogtalaj őszi értéke, a 14,1 (TPF μg/g) rá sem fért.

Az enzimaktivitást leginkább a talajok víztartalma befolyásolja, és az aggregátum-összetétel és -stabilitás értékei is. Az éves vegetációs időszak során a nyári forróságot rendre egy csapadékosabb időszak követi, ami kiugró értékeket hoz létre, és együtt jár a baktériumok és gombák számának a növekedésével is. A gombaszám és az enzimaktivitás az a vizsgálandó tulajdonság, amely meghatározhatja a talaj további kezelési irányait is.

Mit tanultunk a vizsgálatokból, és mit kellene tudnunk a saját talajunk „műveléséről”?

A talajok alapállapota alapvetően befolyásolja minden további kimutatható tulajdonság értékét. A homoktalaj erős levegőzöttsége miatt a szerves anyag gyorsan fogy, és emiatt a hiányzó tápanyag miatt a talajélőlények száma is limitált. Az erősen homokos fizikai féleségű talajok természetes aktivitása kizárólag az élő növényi anyagokkal és a feldolgozott biomasszával (állati trágyákkal, komposztokkal, humuszanyagokkal és fermentumokkal) növelhető. A nagy agyagtartalmú talajok erősen kötöttek, az éltető oxigén nem, vagy csak nehezebben áll rendelkezésre.

A víznek a „hektikus” hozzáférhetősége tovább befolyásolja a talajélőlények számát és összetételét. A nagyobb kimutatható gomba- és baktériumszám összefüggésben van a duzzadó agyagásványoknak a biztos élőhelyet adó és mikrobiális védő szerepével. Az agyagtalajoknál a hőmérsékleti kilengéseket is stabilizálni kell takarónövényekkel és állandó gyökerekkel a talajban. Forgatás helyett csak a mélységi lazítás jelenthet megoldást.

A vályogtalajok ideális mértékben tartalmazzák az éltető oxigént, ami a sok víz hatására sem szorul ki, ha ideális művelés során a fizikai szerkezetre, az aggregátumstabilitási értékekre is figyelemmel vagyunk. A szántás pozitív (vagy negatív) hatását a mikroszkopikus gombák számával, illetve a gomba : baktérium aránnyal mutathatjuk ki. Ezzel kapcsoltan további talajbiológiai mérőszámokból (a DHA-enzimaktivitásból), az itt be nem mutatott és a művelés elhagyásával javuló gilisztaszámból is következtethetünk a talaj aktuális helyzetére, állapotára.

A talaj életútja, korosodása (szukcessziója) során más-más élethelyzet és ezzel kapcsolatos talajerő alakul ki (dinamikusan változik, igazodik). Hogy éppen melyik állapotban, életkorban tartózkodik az adott talaj a sok éve tartó „művelés” hatására, az bizonyos (részben az itt bemutatott) „mutatók” alapján is megállapítható. Vizsgáljuk és tudjuk meg, hogy melyek azok a tényezők, amelyek jobbításával az önálló életét, éredettségét és felnövését javítani, elősegíteni és főleg nem rontani, rombolni tudjuk.

Hány éves a Te talajod, milyen a biológiai életkora, és van-e önálló „termőereje”? Ne akarjuk csecsemőkorban tartani, engedjük, hogy biológiája szerint felnőjön, korosodjon. Tekintsük ezt a feladatot olyannak, mint ahogy a gyermekünkről is gondoskodunk az önállóvá válása felé vivő úton. Ha ezt jól végezzük, csak akkor számíthatunk arra, hogy az így felnőtt talaj és életereje szolgál tovább minket, és jó esetben még az unokáinkat, a további nemzedékeket is. Az itt bemutatott vizsgálatok erre is figyelmeztetnek.

További információk, talajmonitoring-vizsgálati igények, szolgáltatások és biológiai alapokon is nyugvó szaktanácsadás a MATE Budai Campus Agrárkörnyezettani Tanszékén a http://bio-detecht.com Kft.-vel együttműködésben a [email protected] címen kérhetők. A cikksorozatban bemutatott szakdolgozatok a hetedik éve, a Biró Borbála vezetésével indult és a MATE Környezettudományi Intézetének Agrár-környezettani Tanszékén jelenleg is folyó biológiai talajerő-gazdálkodó szakirányú továbbképzés (BI^®O-Teg) keretében készülnek. A képzésről és a jelentkezésről a https://uni-mate.hu/képzés/content/biológiai-talaj erőgazdálkodási-szakmérnök-szakemberszakirányú-továbbképzés linken tájékozódhatnak.

SOROZATSZERKESZTŐ: BIRÓ BORBÁLA, A BIOLÓGIAI TALAJERŐ-GAZDÁLKODÓ SZAKIRÁNYÚ TOVÁBBKÉPZÉS SZAK INDÍTÓJA (SZIE-MATE, BUDAPEST)

SZERZŐ: BIRÓ BORBÁLA, NÉMETH DÁNIEL 2019-BEN MEGVÉDETT SZAKDOLGOZATA ALAPJÁN (TANSZÉKI KONZULENS: KOTROCZÓ ZSOLT)