Talajok fizikai tulajdonságai és mérésük

Stefanovics: Talajtan

D. Hillel, Introduction of Environmental Soil PhysiscsJánosi Tibor: geo@geothink.net

Lévai Kálmán Talajtan

www.fa.gau.hu/ta/ "magyarorszag talajai.htm"

Talajvédelmi alapítvány

Talaj összetétele

• Szilárd fázis kb. 50%– 35% ásványi rész– 15% szerves anyag

• Víz (optimális esetben kb.40%)

• Levegő (opt.kb.10%)

A talaj átlagos fajsúlya 2,6-2,7 g/cm3

Talaj hőmérséklet mérése

Talajfelszíni hőmérséklet : 2, 5, 10, 20 cm-ig mér. Mélységi hőmérők: 0,5, 1, 1,5, 2 m.

TALAJHŐMÉRSÉKLET

• Talaj hőkapacitása:

1 cm³ talaj 1 ºC-os hőmérséklet növekedéséhez szükséges érték

(nedves talaj > száraz talajok, mert a víz fajhője nagyobb)

Talaj hőmérséklete:

napi változás: kb. 1 méterig

évszakos változás: 7,5 méter mélységig figyelhető meg.

Talaj hőmérsékletének napi változása különböző mélységekben

Talaj hőmérsékletetének és széndioxid termelésének összefüggése

Talaj szerkezetének kifejezései

• Talaj szövete (textura): mechanikai összetétele

kavics: 10-2 mm

homok: 2- 0,02mm

iszap: 0,02- 0,002 mm= 2 mikron

agyag: < 0,002 mm

Talaj szerkezete (kötöttség, részecskék kapcsolódása): morzsás, rögös, szemcsés, oszlopos, lemezes

TALAJSZERKEZET

• Makrostruktúra: 0,25 mm-nél nagyobb átmérőjű részek mennyisége

• Mikrostruktúra: 0,25 – 0,001 mm átmérőjű részecskék aránya

• Szerkezettől függ a talaj pórusterének kialakulása, a durva és kapilláris pórusok aránya

Pl.: agyag talaj egységnyi felületén egységnyi idő alatt 0,087 liter levegő megy át, homoktalajon 2,0 liter.

Különbözőméretű szemcsék elrendeződése

TALAJ MECHANIKAI ÖSSZETÉTELE (Atterberg skála)

• 2,0-0,2 mm durva homokfrakció

Vizet jól átereszti, de nem tartja vissza, adszorpciós képessége nincs

• 0,2 – 0,02 mm finom homokfrakció

A vizet jól átereszti, de elég jól meg is tartja. Vízgőzadszopciós képessége gyenge.

• 0,02 – 0,002 mm porfrakció

Vízáteresztőképesség rossz, víztartóképesség jó. Kismértékű vízadszorpció, gyenge ionmegkötés

• 0,002 mm alatt agyagfrakció

Áteresztés nincs, vízmegtartás jó, vízgőz- és ion adszorpció nagy.

A talaj szemcsefrakcióinak összehaonlítása

Talajok szemcseeloszlási görbéi

Talajok egyszerű vizsgálataHomok a talaj fizikai félesége, ha két ujjunk között morzsolgatva csak éles

felületeket érzünk szárazon és nedvesen egyaránt. Ha a homokból diónyi mennyiséget tenyerünkbe téve azt vízzel tésztaszerűre gyúrjuk és megpróbálunk a masszából golyót formálni, az nem sikerül, mert a talaj szétesik, széttöredezik.

Homokos vályog a talaj fizikai félesége, ha ujjunk között morzsolgatva az apró szemcséjű homok mellett finom, porszerű, vizesen sima felületű alkatrészek is találhatók. Az ilyen talajból diónyi mennyiséget vízzel keverve golyót lehet formálni, de ha azt hengerré akarjuk két tenyerünk között kisodorni, kisebb darabokra töredezik szét.

Vályog a talaj fizikai félesége, ha ujjunk között eldörzsölve csak finom, porszerű részeket érzünk, amelyeknek vizesen nem érdes, de nem is csúszós a felülete. Ha a vályogtalajt golyóvá, majd hengerré formálás után gyűrű alakúra próbáljuk hajlítani, ez nem sikerül, a talaj széttöredezik.

Iszap a vizsgált talaj fizikai félesége, ha ujjunk között dörzsölve a talajrészecskét, kezünk foltos marad a rátapadó finom iszaptól. Egymagában ritkán fordul elő, inkább a többi fizikai féleséggel együtt adhat a fentebb jelzettektől eltérő tulajdonságokat. Főleg öntés-területeken található, s jól felismerhető szürke színéről, valamint a csak nagyítóval látható finom kvarc szemcsék jelenlétéről is.

Agyag a talaj fizikai félesége, ha a talaj szárazon nehezen nyomható szét, nedvesen síkos, csúszós, vízzel összekeverve golyót, hengert, majd gyűrűt formálhatunk belőle összetöredezés nélkül.

Talajok egyszerű vizsgálata

Különleges talajok leírása• A lösz elkülönítése ugyancsak fontos, s azt egyrészt sárga színéről, porózus szerkezetéről,

általában meszes voltáról könnyen fel lehet ismerni. Két ujjunk között eldörzsölve fehér foltot hagy ujjunkon. Mechanikai összetételét illetően rendszerint tulajdonképpen vályog, azonban különleges eredeténél fogva célszerű attól megkülönböztetni

• A fenti alapvető kategóriákon kívül finomabb megközelítéssel is meghatározzuk, ha az egyes alkotórészek keverednek egymással. Ennek megfelelően beszélünk nehéz agyagról, vályogos agyagról, agyagos vályogról, homokos vályogról, finom és durva homokról, iszapos homokról, lösziszapról, iszapos löszről, homokos löszről, löszös finom homokról stb.

• A kavicsot ugyancsak a fizikai féleségnél jelölik. Meghatározzák a kavics közelítőleges %-os arányát, talajszelvénybeli eloszlását (a kavicsos rétegek vastagságát és megjelenésének mélységét).

• Tőzeg lápos területeken található a talajszelvényben, ahol régi növényi maradványok elhalt, korhadásnak indult részei halmozódnak fel.

• Ha a tőzeg ásványi talajjal keveredik lápföldnek nevezzük. Ilyen lápföld található régebben lecsapolt mocsaras területeken és az Alföld mélyfekvésű rétjein, kaszálóin.

• Kotut találunk olyan lápos területeken, ahol a tőzeg korhadása, illetve a szervesanyag bomlása előrehaladottabb állapotban van és a korábbi növényi alkotórészek felismerhetetlenné válnak. A kotu elhumifikálódott szervesanyag, amely nagy nedvszívóképességgel rendelkezik. Rendszerint az ásványi talajrész felett található különböző vastagságban. Sötét színéről, igen kis fajsúlyáról jól felismerhető. Ez adja láptalajon a művelhető réteget.

Talajszerkezeti egységek

Talaj aggregátumok kinézete

Szerkezeti egységek méretei

Aggregátumok felosztása

Aggregátumok felépítése és kötőanyagai

Talajporozitás

f = (Va + VW)/(Ws + Va + VW )ahol Ws: szilárd anyag térfogata a talajban Va: légnemű anyag térfogata a talajban VW : folyadék (víz) térfogata a talajban

A porozitás értéke általában 30-61%-ig terjed.

Pórusméret és a szemcseméret viszonya

Talajpórusok méretei

Talaj nedvesség tartalma

w = Mw/Ms

aholw: a talaj nedvesség tartalmaMw: a víz tömegeMs: a szilárd anyag tömege

A száraz talajnak tekintjük a 24 órán keresztül 105° C-on tarott talajt.

Vízzel telítettség mértéke

s = Vw/Vf

s: Vízzel telítettség fokaVw: Vízzel telített pórusok térfogataVf: Levegővel telített pórusok térfogata

Talajszemcsék nedvesedése

Levegőbuborékok maradnak a részben telített talaj szemcséi között

Levegő kiszabadulása a finom pórusokból

TALAJ VíZGAZDÁLKODÁSA

• Talaj vízgazdálkodása (víztartalom:0,5%-20-40%):

-Erősen kötött higroszkópos víz= kötőerők által visszatartott víz- (500-1000 kg/cm² nyomással sajtolható ki)-holt víz (hevítéssel kinyerhető, növény nem tudja felvenni) = minimális vízkapacitás

(homok < vályog talaj< csernozjom)

Kapilláris víz= pórus térfogat (20-500 kg/cm² nyomással nyerhető ki, durva kapilláris: 20-50, kis kapillárisokból 50-500) = teljes (max.) vízkapacitás

-

Talajok felosztása nedvességtartalmuk szerintSzáraz a talaj, ha szemmel láthatóan nem tartalmaz nedvességet, fogása

száraz, vízzel leöntve színe nagymértékben változik Friss a talaj, ha színe alapján is mutat nedvességben eltérést a

száraztól, vízzel leöntve azonban csak kis mértékben sötétül a szín. Ez a nedvességi állapot jelentkezik általában a szántott réteg alatt, hacsak nincs hónapokig tartó szárazság.

Nyirkos a talaj, ha összenyomva kissé tapad, bár vizet nem lehet még kipréselni belőle. Vízzel leöntve a talaj színe nem, vagy csak igen kis mértékben változik. Fogása nyirkos, nyomot hagy a kézen.

Nedves a talaj, ha összenyomva erősen tapad, de vizet még csak igen nehezen lehet kipréselni belőle. Vízzel leöntve a talaj színe nem változik. A kézen nedves foltot hagy.

Sáros a talaj, ha maximális vízkapacitásig telítve van vízzel, összenyomva vizet lehet kipréselni belőle. Ez a nedvességi állapot rendszerint csak a talajvíz feletti talajzónában található.

A víz felfelé áramlásának oka a kapilláris vízszintemelkedés

Vízvisszatartási (pF) görbék

A talaj átnedvesedési sebessége

Száraz talaj átnedvesedési folyamata talajvízből

Kevert talajok átnedvesedése

Nedvesség párolgása különböző talajokból

Víz elpárolgásának mértéke különböző talajokból

Az oldatok diffúz terjedése a talajban

A talajok adszorpciójának oka

Réteges agyagásványok adszorptív felülete

Víz áramlása a talajban

Minél nagyobbak a szemcsék annál kisebb az ellenállás. Egyenlőtlen szemcseeloszlás egyenlőtlen áramlás t eredményez.

A vízpárolgás sebessége függ a talaj nedvességétől

TALAJOK ADSZORBEÁLT KATIONOK ALAPJÁN

• Kation adszorpció kapacitás:– T érték= mg egyenérték/100 g talaj

• Kicserélhető kationok: Ca, Mg, K, Na– Összegük a talaj S értéke= mg/100g talaj

mértékegységben– A hidrogén már kis mennyiségben is

megváltoztatja a talaj kémiai tulajdonságait, ezért nem számít S értékbe

– Telített talaj (CaCO3, Na sók) nincs kicserélhető hidrogén, ezért T=S értékkel.

TALAJTELÍTETTSÉG

• S/Tx100- százalékban fejezi ki T és S különbségét

• Hidrogén talajok savanyú talajok kedvezőtlenek, mert toxikus elemek (ólom, kadmium, higany) ionjait oldatban tartja, így azok bekerülhetnek a növényekbe.

• Kalcium talajok: S érték %-ában kifejezve a kalciumtartalom 80%-nál több

A TALAJ SZERVES ANYAGAI

• Nem specifikus szerves anyagok: fehérjék, szénhidrátok, zsírok, lignin, gyanták, szerves savak

• Specifikus szerves anyagok- humusz– 0,5%-os NaOH kezeléssel nem oldódik:

humin anyagok vagy humusz szén– 0,5%-os NaOH- ra oldódik: Fulvósavak és

huminsavak

Humusztartalom meghatározása

• Összes-szervesanyag = humusz mennyiség meghatározása karbónium tartalom alapján:

karbónium mennyiség x 1,72

Jelentősége:

Kedvezőtlen káros hatások (nehézfémek, növény-védőszerek, vanillin, benzoesav, egyes aldehidek) csökkentése, a toxin anyagok adszorbeálása által

HUMUSZ és KÖRNYEZETVÉDELMI

KAPACITÁS

• EPC (Environment Protection Capacity)EPC = H² x D x K

H= talajhumusz %-ban,

D = humuszréteg vastagsága %-ban

K = humuszstabilitási koefficiens

EPC = H² x D x R (R=K )

C/N

C/N = karbónium/nitrogén arány

HUMUSZMÉRLEG• Bevétel:

– Növénymaradványok a t/ha– Szerves trágyák b t/ha

• Kiadás:– Humusz mineralizáció c t/ha a nitrogén

tartalom felhasználásával állapítható meg (pl. 1 tonna szemterméshez – búza, kukorica – 30 kg nitrogén szükséges)

• Mérleg:– a+b > c POZITÍV

TALAJOLDAT

• Talajoldat = talaj folyadék fázisa– VÍZ + ásványi (sók), szerves és gázalakú

vegyületek

Csapadékkal bekerülhet: nitrát, klorid és karbonát ion

Műtrágyázással nitrát, kálium

Gázok- CO2 és oxigén

Optimális: Ca, SO4 és HCO3 ionok megfelelő koncentrációja

SZIKESEDÉS

• A talajképződés során a felső szintekben só-felhalmozódás (Ca-Na-Mg-kloridok, szulfátok és karbonátok, pl: Na2CO3 szóda) következik be.

• Oka:1. Klimatikus: a párolgás jóval meghaladja a

csapadék mennyiségét (száraz égh). Felfelé irányuló vízmozgás miatti só-felhalm.

2. Lokálisan a felszínközeli talajvíz okozza, főleg nyári száraz periódusban

SZIKEK TÍPUSAI

• Szoloncsák:– Talaj felső szintjében (1 m-nél közelebb)

jellemző– NaCo3 túlsúlya mellett, NaCl, Na2SO4– Erősen lúgos pH

• Szolonyec:– Só felhalmozódás mélyebben van,

humuszos szint jellemző

A különböző aránya pórusok a talajokban