Összefoglaló
– A talaj savasodása természetes folyamat a nagy csapadékmennyiségű környezetben, ahol a kimosódás idővel lassan savasítja a talajt.
– Az intenzív mezőgazdaság számos folyamat révén – növekvő kimosódás, műtrágyák hozzáadása, a termények eltávolítása és a talaj szerves anyagának felhalmozódása – felgyorsíthatja a talaj savasodását.
– A fő műtrágya-tápanyagok közül a nitrogén a talaj pH-értékét leginkább befolyásoló tápanyag, és a talajok a felhasznált nitrogéntrágya típusától függően savasabbá vagy lúgosabbá válhatnak.
– A nitrátalapú termékek a nitrogéntrágyák közül a legkevésbé savasítják a talajt, míg az ammóniumalapú termékek savasítják leginkább a talajt.
– A foszfortrágyák használatából eredő talajsavasodás a nitrogénnek tulajdonított talajsavasodáshoz képest csekély mértékű, ami a felhasznált tápanyag kisebb mennyiségének és az egy kg foszforra jutó kisebb savasodásnak tudható be. A foszforsav a leginkább savasító foszfortartalmú műtrágya.
– A káliumműtrágyáknak kevés vagy semmilyen hatása nincs a talaj pH-értékére.
Háttér
A talaj elsavasodása széles körben elterjedt természetes jelenség a közepes vagy nagy csapadékú régiókban, és a mezőgazdasági termelési rendszerek a talajban lévő nitrogén (N), foszfor (P) és kén (S) természetes körforgásának megzavarása, a mezőgazdasági termékeknek a földekről való eltávolítása, valamint a műtrágyák és talajjavítók hozzáadása révén, amelyek vagy savasítják, vagy lúgosabbá teszik a talajt (Kennedy 1986), felgyorsíthatják a talajsavasodási folyamatokat. A talaj pH-értékének változása a talaj kiindulási pH-értékétől, valamint a pH-változás irányától és sebességétől függően előnyös vagy hátrányos lehet – például a talaj pH-értékének csökkenése lúgos talajokban előnyös lehet a növénytermesztés szempontjából, mivel a P és a mikrotápanyagok, például a cink (Zn) hozzáférhetősége szempontjából előnyös (Mitchell et al. 1952). Másrészről viszont a talaj pH-értékének csökkenése egy erősen savas talaj esetében káros lehet, mivel a talaj pH-értékének csökkenésével az alumínium (Al) vagy a mangán (Mn) megnövekedett oldhatósága által kiváltott toxicitással szembeni fogékonyság növekedhet (Wright 1989).
A talaj pH-értékének a mezőgazdasági rendszerekben bekövetkező változásainak legfontosabb folyamatait és okait az alábbiakban ismertetjük.
Trágyázás
Az ásványi vagy szerves trágyák mezőgazdasági alkalmazása növeli a talajok tápanyagbevitelét, és a tápanyagok alkalmazási formája és a talaj-növény rendszerben való sorsa határozza meg a talaj pH-értékére gyakorolt általános hatásokat. A makrotápanyagok (N, P, kálium (K) és S) gyakorolják a legnagyobb hatást a pH-ra, mivel sokkal nagyobb mennyiségben kerülnek a talajba, mint a mikrotápanyagok.
Nitrogén
A nitrogén formája és sorsa a talaj-növény rendszerben valószínűleg a talaj pH-értékének változását a mezőgazdasági rendszerekben leginkább befolyásoló tényező.
A nitrogén számos formában adható a talajhoz, de a műtrágyaként használt N uralkodó formái a karbamid (CO(NH₂)₂), a monoammónium-foszfát (NH₄H₂PO₄), a diammónium-foszfát ((NH₄)₂HPO₄), ammónium-nitrát (NH₄NO₃), kalcium-ammónium-nitrát (CaCO₃+NH₄(NO₃)) ammónium-szulfát ((NH₄)₂SO₄), karbamid-ammónium-nitrát (karbamid és ammónium-nitrát keveréke) és ammónium-polifoszfát (n).
A talaj pH-értékének változása szempontjából kulcsfontosságú N-molekulák a töltés nélküli karbamidmolekula (0), a kation ammónium (NH₄+) és az anion nitrát (NO₃-). A N egyik formából a másikba történő átalakulása savasság keletkezésével vagy fogyasztásával jár, , és a karbamid, ammónium vagy nitrát növények általi felvétele is befolyásolja a talaj savasságát (1. ábra).
1. ábra. A talaj savassága és a nitrogénműtrágyák (módosítva (Davidson 1987) alapján). MAP = monoammónium-foszfát, DAP = diammónium-foszfát, SoA = ammóniaszulfát, CAN = kalciumammónium-nitrát, nátrium-nitrát
Az 1. ábrán látható, hogy az ammóniumalapú műtrágyák savasítják a talajt, mivel minden nitráttá nitrifikált ammónium-molekulára két H⁺-iont termelnek. A savasodás mértéke attól függ, hogy az ammóniumból előállított nitrát kimosódik-e, vagy a növények veszik fel. Ha a nitrátot a növények veszik fel, az ammónium molekulánkénti nettó savasodás a felére csökken ahhoz a forgatókönyvhöz képest, amikor a nitrát kioldódik. Ez annak köszönhető, hogy minden egyes felvett nitrátmolekulára egy H⁺-iont fogyasztanak (vagy OH–t választanak ki) – ez gyakran megfigyelhető a pH növekedésével a rizoszférában (Smiley és Cook 1973). A vízmentes ammónia és a karbamid savasodási potenciálja alacsonyabb az ammóniumalapú termékekhez képest, mivel az ammóniává való átalakulás során egy H⁺-ion fogy el. A nitrátalapú műtrágyáknak nincs savasodási potenciálja, sőt növelhetik a talaj pH-értékét, mivel a nitrát felvétele során egy H⁺-iont vesz fel a növény (vagy OH- kiválasztódik).
Foszfor
A talajba adott P-trágya formája befolyásolhatja a talaj savasságát, elsősorban a foszfátmolekula által a talaj pH-értékétől függően felszabadított vagy nyert H⁺-ionok révén (2. ábra). Ha foszforsavat (PA) adunk a talajhoz, a molekula mindig savasítja a talajt, mivel H⁺-ionok szabadulnak fel – egy H⁺-ion, ha a talaj pH-ja ~6,2 alatt van, és két H⁺-ion, ha a talaj pH-ja 8,2 felett van. A monoammónium-foszfát (MAP), az egyszeres szuperfoszfát (SSP) és a hármas szuperfoszfát (TSP) mind H₂PO₄-ion formájában adnak P-t a talajhoz, amely 7,2 pH-nál nagyobb pH-nál savasíthatja a talajt, de savanyú talajokban nincs hatása a talaj pH-jára. A diammónium-foszfátban (DAP) lévő P formája HPO₄²-, amely a savanyú talajokat (pH<7,2) lúgosabbá teheti, de nincs hatása a pH>7,2 pH-jú talajokra. Az ammónium-polifoszfát (APP) hidrolízise, ahol a P₂O₇⁴-molekulaként jelenlévő P HPO₄²-okká alakul át, pH-semleges, ezért a P hozzáadásából eredő savasodás a DAP-hoz hasonlónak tekinthető. Az SSP vagy TSP néha úgy nyilatkoznak, hogy a talaj savasodását okozza, mivel a reakciótermékek nagyon savasak;
Ca(H₂PO₄)₂+ ₂H₂O -> CaHPO₄ + H⁺ + H₂PO₄-
de a 7-nél kisebb pH-értékű talajokban.7 a következő reakció semlegesíti a keletkező savasságot, így nincs nettó savasodás;
CaHPO₄ + H₂O -> Ca₂+ + H₂PO₄- + OH-
A magas pH-jú talajokban (pH >7.2) a H+ ion disszociációja a H₂PO₄- molekulából némi savasságot eredményez.
A termesztett P felvétele kevéssé befolyásolja a talaj savasságát az egy évben felvett műtrágya P kis mennyisége miatt – ezért a műtrágya kémiája dominál a pH-változásokban, és a különböző ortofoszfátionok felvétele esetén nem figyeltek meg jelentős különbségeket a rizoszféra pH-jában.
2. ábra. A talaj savassága és a P műtrágyák. MAP = monoammónium-foszfát, DAP = diammónium-foszfát,
SSP = egyszeres szuperfoszfát, TSP = hármas szuperfoszfát, APP = ammónium-polifoszfát.
Kén
A talajba adott S-trágya formája befolyásolhatja a talaj savasságát, elsősorban az elemi S (S⁰) vagy tioszulfát (S₂O3²-, az ammónium-tioszulfátban – ATS – H⁺-ionok felszabadulása révén (3. ábra). A talajhoz hozzáadott és a növények által felvett S mennyisége azonban általában kicsi a N-hez képest.
3. ábra. A talaj savassága és a S műtrágyák. S⁰ = elemi S, ATS = ammónium-tioszulfát, SoA = ammóniaszulfát.
A talajba adott minden egyes S⁰-molekula után két H⁺-ion keletkezik, és ezeket a növények felvétele révén vagy a H⁺ felvételével (ami megegyezik az OH-ionok kiválasztásával), vagy a növényen belüli OH- (gyakorlatilag szerves anionok) keletkezésével lehet ellensúlyozni, így lúgos növényi anyag (“hamulúgosság”) keletkezik. Ahol a terményeket eltávolítják (ami gyakran előfordul a mezőgazdasági rendszerekben), ott a talaj nettó savasodása következik be, ha S⁰-t vagy ATS-t használnak.
Kálium
A K talajhoz adásának formája – akár káliummuriát (KCl), akár kálium-szulfát (K₂SO₄) – nincs hatással a talaj savasodására.
Savasodás mikroesszenciális termékekkel
.