Earth and Environmental Sciences

Abstract

Porosity and water absorption of different binder/aggregate ratios of repair mortar and porous limestone were studied that were used in many Hungarian monuments. Different types of mortars were analyzed by using mercury intrusion porosimetry (MIP) and the water saturation method (WSM). Test results showed that there was a strong correlation between the absorption mechanism and the porosimetric characteristics. Mechanical properties of the tested mortars were observed earlier. Pore size distribution confirms that the total porosity increases with increasing aggregate content. Natural stones mainly have medium and large pore radii (1–100 μm) while repair mortars, even with increased aggregate ratio, have smaller pore radii (0.01–0.1 μm). The comparison of different data allows us to state that pore characteristics such as pore volume, pore geometry, pore size distribution and network connectivity are the key control factors of stone and mortar deterioration.

Borsó és napraforgó jelzőnövényekkel, 1 kg talajt tartalmazó edényekben végeztünk tenyészedény-kísérletet az 1970-es évek elején, az intenzív műtrágyahasználat kezdetén vett és tárolt talajmintákkal, valamint 30 év elteltével ugyanazokról a helyekről gyűjtött párjukkal. A minták karbonátos talajok (csernozjomok) esetén 6, nem karbonátos talajok (savanyú barna erdőtalajok) esetén pedig 13 mintavételi körzetet reprezentáltak. A virágzásig nevelt növények mintáit elhamvasztottuk és megmértük a P-, K-, Ca-, Mg-, Na- és B-tartalmukat. Korábbi talajvizsgálati adatainkkal egyezően, a savanyú talajokon termesztett növényminták szárazanyagában igen jelentős B-tartalom csökkenés volt mérhető. A mostanra kialakult és vélhetően állandósult helyzetben a savanyú talajokon termesztett növények B-tartalma most már lényegesen kisebb, mint a karbonátos talajokon termesztetteké. Az ebből adódó estleges egészségügyi hatások vizsgálata indokolt lenne. A növények P-tartalma is növekedett, követve a talaj oldható P-tartalmának változását. Ez felveti annak a nagy valószínűségét, hogy jelenleg és még sokáig a növények Zn és más P-antagonista mikroelem-tartalma tartósan alacsony marad. A K-műtrágyázás olyan módon csökkentette a növényi szárazanyag Mg-, Ca- és Na-tartalmát, hogy emellett a növények K-koncentrációja nem minden esetben követte a talajok nagyobb K-ellátottságát. Vizsgálataink szerint tehát a tartós intenzív műtrágyázás hatására lényegesen megváltozott a termesztett növények elemösszetétele, ami a hosszú utóhatás időszakra is állandósult. A változásoknak táplálkozás-egészségügyi hatásai is lehetnek.

Mészlepedékes csernozjom vályogtalajon, az MTA TAKI Nagyhörcsök Kísérleti Telepén (Mezőföldön) vizsgáltuk a kálium, bór és stroncium elemek közötti kölcsönhatásokat 1991 és 1994 között lucernában. A lucerna telepítése előtt 400 kg P₂O₅·ha^-1 alaptrágyát adtunk szuperfoszfát formájában. A K-szinteket megismételt 0, 1000 és 2000 K₂O-, a B-szinteket megismételt 0, 20, 40 és 60 kg·ha^-1 B-, a Sr-szinteket 67 kg·ha^-1 Sr-adaggal állítottuk be. Műtrágyaként 60%-os kálisót, 11%-os bóraxot és 33%-os SrCl₂×6H₂O sót alkalmaztunk. Főparcellánként 3 K-kezelés, alparcellánként 4 B-kezelés, al-alparcellánként 2 Sr-kezelés szolgált: 24 kezelés×3 ismétlés = 72 parcellával osztott parcellás elrendezésben. A kísérlet beállításakor 1987 őszén a szántott réteg 5% CaCO₃-ot, 3% humuszt, 20% agyagot tartalmazott. A pH(H₂O) 7,8; a pH(KCl) 7,3; az AL-K₂O 180–200, az AL-P₂O₅ 100–120, a KCl-oldható Mg 110–150, a KCl+EDTA-oldható Mn 60–80, a Cu és Zn 1–2, valamint a B 0,7 mg·kg^-1 értékkel volt jellemezhető. A termőhely kielégítő K-, Ca- és Mg-; közepes N- és P-; valamint gyenge Zn- és Cu-ellátottságú. A talajvíz szintje 13–15 m mélyen található, a terület aszályérzékeny. Az átlagos középhőmérséklet 11 °C, az éves csapadékösszeg 400–600 mm közötti egyenetlen eloszlással. A főbb megállapítások, levonható tanulságok: – Ezen a káliummal és bórral egyaránt kielégítően ellátott karbonátos vályogtalajon trágyahatások a termésben nem jelentkeztek. Az extrémen nagy, ismételt 2000 kg·ha^-1 K₂O-, illetve 60 kg·ha^-1 B-adagok sem okoztak terméscsökkenést. A talaj AL-K₂O tartalma a kontrollon mért 191 mg·kg^-1-ról 515 mg·kg^-1-ra, a forróvíz oldható B-tartalma 0,7 mg·kg^-1-ról 5,1 mg·kg^-1-ra nőtt a maximális adagokkal. – A lucerna B-tartalma 30–50 mg·kg^-1-ról ugyanitt 50–120 mg·kg^-1-ra nőtt. A Ktrágyázással emelkedett a széna K-, valamint visszaesett Na-, Mg-, Ca- és Cu-koncentrációja. A széna Cu-tartalmát a B-trágyázás is igazolhatóan mérsékelte, növelve a lucerna látens Cu-hiányát, 3 mg·kg^-1 körüli Cu-tartalmat eredményezve a szénában. – A 2. éves lucerna volt a leggazdagabb a N, K, Ca, Mg, S és P makroelemekben és a legnagyobb szénatermést adta. Ebből adódóan a maximális elemfelvételt mutatta 319 kg N, 176 kg K (211 kg K₂O), 184 kg Ca, 31 kg S, 28 kg Mg és 22 kg P (50 kg P₂O₅) hektáronkénti mennyiséggel. – A 4 év alatt 26,4 t·ha^-1 széna termett, melybe 756 kg N, 654 kg K₂O és 158 kg P₂O₅ épült be. A lucernatermesztés gyorsan elszegényítheti a talajt, főként káliumban. Mészben szegény talajokat kalciumban is, mivel a Ca-felvétel hasonló mértékű lehet. A felvett nitrogén nagyobb része viszont a levegőből származik. A visszamaradó, nitrogénben gazdag gyökérmaradványok a talaj N-szolgáltatását növelik, a következő növény N-trágyaszükségletét mérséklik. – Az 1 t széna képződéséhez szükséges átlagos fajlagos elemigény 1991 és 1994 között ezen a talajon 20–40 kg N, 18–22 kg K és Ca, 3–4 kg Mg és S, 2–3 kg P (5– 7 kg P₂O₅) volt. Adataink iránymutatóul szolgálhatnak a tervezett termés K-, Ca-, Mg-, P- és S-igényének számításakor. A fajlagos mikroelem-tartalmak szórása az alábbinak adódott: 400–500 g Na, 80–120 g Fe és Sr, 40–60 g Mn, 20–50 g Al és B, 12–16 g Zn, 8–10 g Ba, 5–20 g Cu és 0,3–1,4 g Ni. A fajlagos Zn és Cu mutatók tükrözik a termőhely gyenge ellátottságát, optimum alattiak.

Az AB 17 Országos Műtrágyázási Tartamkísérletek (OMTK) 27. évében a 0– 50–100–150 kg P₂O₅·ha^-1 szinteken vett talajmintákon környezetvédelmi célú talaj P-vizsgálatokat végeztünk. Vizsgálataink során a világon elterjedt környezetvédelmi célú talajvizsgálati módszereket alkalmaztuk: vas-oxi-hidroxiddal impregnált szűrőpapír (Fe-oxidos papír, vagy P_i-papír), valamint anioncserélő gyantával impregnált membrán (AERM). P-trágyázás hatására a P_i-P mintegy 3,5-szörös, az AERM-P mintegy 4-szeres növekedést mutatott. Kísérleti eredményeink alapján úgy tűnik, hogy az ún. Pelnyelő közeget (P „sink”) használó P-vizsgálati módszerek (AERM-, P_i-) mind az agronómiai, mind a környezetvédelmi szempontú P-vizsgálatokban jól használhatóak. Előnyük, hogy a talaj kémhatás- és mészállapotától kevésbé függenek. Ugyanakkor az AERM-P és a P_i-P értékeket a diagnosztikai célú P növényvizsgálati eredményekkel is szükséges összehasonlítani agronómiai célokra való felhasználható volta tesztelése céljából. A P-tartamtrágyázás hatására a kísérleti helyek átlagában mintegy 20%-kal csökkent a P-szorpciós index (PSI), jelezve a P-szorpciós helyek növekvő Ptelítettségét. A savanyú talajokon beállított OMTK kísérletek növekvő P-szintjein az oxalátos módszerrel meghatározott P-elítettségi index (PSD%) a kísérleti helyek átlagában mintegy 50%-os növekedést mutatott. Bicsérden a P₁-, P₂- és P₃-szinten, Karcagon a P₂- és P₃-szinten kaptunk 25% feletti PSD értékeket. A kritikus értéket (a 25%-os P-telítettséget) ugyanakkor erősen megközelítette a P₃-szinten Hajdúböszörmény, Kompolt és Putnok PSD%-a. A Mehlich-3 kivonószerrel meghatározott PSD% értékek a kísérleti helyek átlagában több mint 3,5-szörös növekedést mutattak a legnagyobb P-szinten. Ezzel a módszerrel ugyanakkor átlagosan kevesebb, mint fele akkora volt az PSD%, mint az oxalátos kivonószer használata mellett. Mindenképpen további vizsgálatok szükségesek a környezetvédelmi P-vizsgálati módszerek hazai adaptációjára. Vizsgálataink megerősítették az AL-módszer mésztartalom-függőségét: a Mehlich3-, ill. az anioncserélő gyantás (AERM) módszerrel való összefüggésben a savanyú és a karbonátos talajok csoportja erőteljesen elkülönült egymástól. Az ALP korrekció elvégzése, azaz az AL-P értékeknek egy standard talajtulajdonság-sorra való konvertálása (K_A: 36; pHKCl: 6.8; CaCO₃: 0,1%) látványosan megszüntette az AL-módszernek a talaj CaCO₃-tartalmától való függőségét: a korábban erősen elkülönülő savanyú és karbonátos talajok csoportja az AL-P korrekció elvégzése után egy közös csoportban volt megtalálható. A környezetvédelmi célú P-vizsgálatok hasznos információval szolgálhatnak talajaink P-állapota környezeti kockázatának mértékéről.

A foszfor a növények nélkülözhetetlen tápeleme, strukturális elem, és nélkülözhetetlen az energiatranszformációban. A foszfatáz enzimek szerepe a P-anyagcseréhez köthetően az élettani folyamatokban széleskörű. A növények foszfátfelvételében kiemelkedő jelentőségű a növényi gyökér felületén kiválasztott foszfatáz enzim, melynek aktivitása számos tényezőtől függ, így a növény környezeti tényezőkre adott válaszreakcióitól, a növény fajától, fajtájától, korától. A repce P-tartalmának alakulását és a gyökérfelszíni foszfatáz-aktivitását vizsgáltuk Nagyhöcsökön, mészlepedékes csernozjom talajon beállított kísérletben, melyben a kontrollal együtt hat trágyakezelést alkalmaztunk. A vizsgált N- és P-adagok a következők voltak: N: 0 és 100 kg·ha^-1, P₂O₅: 0, 100 és 200 kg·ha^-1. A mintázást a virágzás kezdetén végeztük, a gyökér és a hajtás nedvesség- és P-tartalmának meghatározásán túl mértük a gyökérfelszín savas foszfatáz-aktivitását, valamint a talaj AL-P₂O₅-tartalmát. Az eredmények egyértelműen igazolták a hajtások gyökérnél nagyobb P-tartalmát, a P-trágyák növényi P-tartalmat, elsődlegesen a gyökér P-tartalmát növelő hatását. A N-trágyázás minden esetben a hajtás P-tartalom csökkenését eredményezte, a 0 és 100 kg·ha^-1 P₂O₅-adagnál megbízható különbséggel. Vizsgálataink alapján kimutattuk, hogy a gyökér nedvességtartalma a foszfatáz-aktivitással szoros pozitív lineáris korrelációt mutat, s az összefüggés nemcsak a száraz, hanem a friss gyökértömegre vetített foszfatáz-aktivitásnál is megállapítható. A foszfatáz-aktivitás a trágyázás hatására másodfokú polinommal közelíthetően a 250–260 mg P₂O₅·kg^-1 szintig nőtt, azaz a növények jobb foszfátfelvételi lehető-sége stimuláló hatású volt, s csak a legnagyobb P-adag járt enyhe enzimaktivitáscsökkenéssel. Eredményeink alapján tehát, az irodalmi adatokkal ellentétesen, a foszforadagolás gyökérfoszfatáz-aktivitást serkentő hatását tudtuk kimutatni. A N-adagolás növelte a repcegyökér foszfatáz-aktivitását, azonban hatása egymagában nem volt szignifikáns, s ugyancsak korlátozottan, csak egyetlen kezelésben okozott a gyökérvastagság megbízható enzimaktivitás-külöbséget. Vizsgálataink alapján a hajtástömeg P-mennyisége egyértelműen pozitív korrelációt mutatott a gyökér foszfatáz-aktivitásával, tehát a foszfatáz-aktivitás a virágzás kezdetén levő repce foszforfelvételét jól jellemezte. Eredményünk cáfolni látszik azt a feltételezést, mely szerint jó P-ellátásnál a gyökér foszfatáz-aktivitása és a növényi P-felvétel kapcsolata a szerves foszforformák jelentőségének csökkenése miatt nem igazolható.

Munkánkban elsősorban az alapvizsgálatok körébe tartozó talajvizsgálati módszerek (Arany-féle kötöttség, kémhatás, hidrolitos aciditás, karbonát-, vízben oldható összes só-, és humusztartalom) Kreybig térképezés idején alkalmazott, illetve a mai gyakorlatnak megfelelő, módszerkönyvek alapján történő összehasonlító értékelését céloztuk meg, hogy ezzel bemutassuk a Digitális Kreybig Talajinformációs Rendszerben (DKTIR) tárolt archív adatok alkalmazhatóságát és megbízhatóságát, illetve ez utóbbit a lehetőségekhez képest számszerűsítsük. A módszertani összevetéseken túl részletesen vizsgáltuk a humusztartalom mérésére korábban alkalmazott permanganátos, ill. a később elterjedt Tyurin-féle módszer egyes teljesítményjellemzőit. A két módszerrel kapott eredményeket összehasonlítottuk egy tíz mintából álló, Bodrogközből származó talajminta-sorozaton. Röviden összefoglaltuk a szemcseösszetétel és a kicserélhető kationok meghatározására korábban alkalmazott módszerek maitól való eltérését. Megállapításainkat a következőkben foglaljuk össze. A leírások alapján egyértelmű, hogy a mintavételezés és a talajminták előkészítése a maival azonos módon történt. Az Arany-féle kötöttségi szám meghatározása kézi keveréses módszerrel történt, amely kisebb mintaszámnál ma is használatos, míg sorozatméréseknél a gépi keverés eljárás a ma elterjedt, mely kötött talajok esetében a kézi keverésesnél általában kisebb értéket ad. A pH-értéket korábban is elektrometriás módszerrel határozták meg, a szénsavas mész, illetve hidrolitos aciditás mérése is a maival azonos elven és technikával történt. Ezek eredményei tehát a korábbiakkal teljes mértékben összehasonlíthatók. Az eddigi mérési eredmények alapján megállapítható, hogy a humusztartalomra vonatkozó permanganátos és Tyurin-féle módszerek eredményeinek konverziójához nem lehet egy egységes „váltószámot” rendelni, a mérési eredmények nem függetlenek a talajminták mechanikai összetételétől. Agyag- és vályogminták esetében a bikromátos roncsolás 1–10%-kal nagyobb humuszeredményt adott, míg a homokminták esetén ez csaknem 15%, a permanganátos eredmény „javára”. A szemcseösszetételre, illetve kicserélhető kationok meghatározására szolgáló módszerek változása miatt a korábbi eredmények tájékoztató adatként vehetők figyelembe.

Karbonátos Duna–Tisza közi homoktalajon vizsgáltuk a 0, 30, 90 és 270 kg·ha^-1 mikroelem-terhelés hatását a mustárra. A mikroelemek sóit egy ízben a kísérlet indulásakor, 1995 tavaszán szórtuk ki Cr₂(SO₄)₃, K₂Cr₂O₇, CuSO₄, Pb(NO₃)₂, Na₂SeO₃ és ZnSO₄ formájában. A 6 elem×4 terhelés = 24 kezelés×3 ismétlés = 72 parcellát jelentett, 7×5 = 35 m²-es parcellákkal. A termőhely a homoktalajokra jel-lemzően rossz vízgazdálkodású, aszályérzékeny és az NPK főbb tápelemekkel gyengén ellátott. A szántott réteg 0,7–1,0% humuszt, 2–3% CaCO₃-ot tartalmaz, a talajvíz 5–10 m mélyen található. Alaptrágyaként 100–100–100 kg·ha^-1 N, P₂O₅ és K₂O hatóanyagot alkalmazunk évente az egész kísérletben. A főbb eredmények: – A száraz tavasz és az aszályos nyári időjárás eredményeképpen kis termések képződtek. A magtermés 0,8 t·ha^-1, a szár + becő melléktermés 4,5 t·ha^-1 légszáraz tömeget ért el. A kísérlet 9. évében főként a Se-, és részben a 90, illetve 270 kg·ha^-1 Zn-kezelés utóhatása bizonyult toxikusnak. A Se-toxicitás döntően a generatív fázisban jelentkezett, a kontrollon mért szemtermés 85%-kal csökkent, az átlagos növénymagasság 96 cm-ről 53 cm-re mérséklődött, a melléktermés/főtermés aránya 5-ről 12-re tágult. A Na₂SeO₃ formában adott szelén nagyobb része Ca-szelenátként már az altalajba mosódott. – Az ólom szennyezett talajon sem volt kimutatható a mustár szerveiben. A króm 2–3 mg·kg^-1 koncentrációt ért el a melléktermésben és 0,5 mg·kg^-1 mennyiséget a magban a Cr(VI)-kezelésben. A réz 2–3 mg·kg^-1 értékkel nőtt a nagyobb Cu-terheléssel, a cink maximálisan 20, ill. 33 mg·kg^-1 értékkel a magban, ill. a szárban. A szelén hiperakkumulációt mutatott 3-nagyságrendbeli dúsulással a kontrollhoz viszonyítva. A mustár magja élelmezési, hajtása/szára takarmányozási célokra alkalmatlanná vált az extrém Se-szennyezés eredményeképpen. – A felvett Cr 8 g [(CrIII)-kezelés)], 16 g [(CrVI)-kezelés)], Cu 33 g, Zn 197 g, Se 949 g mennyiséget tett ki hektáronként aratáskor a föld feletti biomasszában. Az Pb az 1 g·ha^-1 méréshatár alatt maradt. A 270 kg·ha^-1 Cr felvételéhez – hasonló körülmények között – 16675 évre [(CrVI)-kezelés)], a Cu kivonásához 8182 évre, a Zn esetén 1370 és a Se esetében 285 évre volna szükség. A fitoremediáció módszere nem tűnik hatékonynak erősen szennyezett talajok tisztításában. – Az 1 t szem + a hozzátartozó melléktermés ún. fajlagos elemtartalma extrém nagy értékeket mutatott: a P- és a K- 2–3-szor, a N- közel 4-szer, a Ca- és Mg-készlet 8-szorosan haladta meg a hazai szaktanácsadásban elfogadott tartalmakat részben az igen tág melléktermés/főtermés aránya, illetve az aszály miatt betöményedő ásványi elemkoncentrációk miatt. Nem ajánlhatók tehát a mustár elemigényének becsléséhez, félrevezetőek lehetnek. Valójában a száraz évben fel nem vett tápelemeket a következő évi növény hasznosíthatja, a trágyaigény csökkenhet. Kombájn aratásnál a felvett elemek zöme egyébként is a táblán marad, leszántják. Karbonátos termőhelyeken a Ca és Mg pótlása, kötöttebb talajokon a K-trágyázás válik feleslegessé.

Duna–Tisza közi karbonátos homoktalajon, az MTA TAKI Őrbottyáni Kísérleti Telepén vizsgáltuk az eltérő minőségű komposztok és a húsliszt hatását a kukorica, mustár és tritikále termésére. A heterogén talaj 0–8% közötti CaCO₃- és 1,0–1,5% humuszkészlettel rendelkezett. A humuszos szint vastagsága 60–80 cm, a pH(H₂O) 6,8–7,5, a pH(KCl) 6,3–7,3 közötti értékeket mutatott. Az agyagfrakció mennyisége 10–15%-ot tett ki. A termőhely felvehető foszforral közepesen, nitrogénnel és káliummal gyengén ellátott volt. A véletlen blokk elrendezésű kísérleteket 2002-ben és 2003-ban állítottuk be egyenként 5 kezeléssel és 4 ismétléssel, azaz 20-20 parcellával. Az egyes parcellák területe 5×8 = 40 m² volt. A kísérlet beállításakor egyszeri terhelésként 0, 25, 50, 100 és 200 t·ha^-1 friss komposztot, vagy 0, 2,5, 5, 10, 20 t·ha^-1 húslisztet alkalmaztunk. A további években a komposztok és a húsliszt trágyaszerek utóhatásait figyeltük meg. Kísérleti növényként 2002-ben kukoricát, 2003-ban mustárt, majd 2004 és 2010 között tritikálét vetettünk monokultúrában. Igazolható hatásokat a növények összetételére csak 2004-ig kaptunk, ezért a további évek eredményeinek bemutatásától eltekintünk. Az aszályos 2002 évben a tápelemek a trágyázatlan talajon is feldúsultak a kukoricában, érvényesült a „töményedési” effektus. Az érett vágóhídi hulladékkomposzt-terhelés hatására tovább nőtt a kukorica vegetatív részeinek N-, K-, S-, NO₃-N-, Zn-, Mo- és Cd-koncentrációja, míg a Mg-, Mn- és Ba-tartalma mérséklődött. A 2. évben termett mustár melléktermésében a S- és Na-mennyiség emelkedett. A 3. évben a tritikále szalma- és szemtermésében a Na- csökkenésével párhuzamosan a Mo-tartalom emelkedett. Az éretlen komposzt a N-, K-, S-, NO₃-N-, Na- és Zn-felvételt serkentette, míg a Mg és Mo akkumulációját gátolta a kukoricában. A mustár magjában is igazolható volt a Sr és Na serkentő, illetve a Mo és Cd gátló hatása. A tritikáleban a Ca-, Mg-, Na- és Sr-beépülés mérséklődött, a Cu-felvétel viszont nőtt a terheléssel. Összességében hasonló hatást gyakorolt a félérett komposzt is a mustárra. A tritikáléban a N, K, S, Zn és Fe serkentő hatása, ill. a Mg esetén gátló befolyás volt megfigyelhető. A húslisztterhelés hatására kimutathatóan dúsult a N, S és Na, valamint visszaesett a P, Fe, Ni, Cr, Pb és Mo mennyisége a mustár melléktermésében. Úgy tűnik a csont kalcium-foszfát összetevője kevéssé tárult fel a húslisztben, ami gátolhatta a P és néhány nehézfém felvehetőségét a trágyaszerből, illetve a talajból. A magtermésben a S és Na beépülése nőtt, illetve a Mo elemé csökkent a terheléssel. A tritikále szalmában a N- és K-, a szemben a N- és S-tartalom nőtt igazolhatóan. A húsliszt gyors mineralizációjával akár 1 t·ha^-1 N-veszteség (kilúgzás NO₃-N formában, illetve légköri elillanás NH₃-N formában) léphetett fel a 3 év alatt. A liszt 13% körüli zsírtartalma nem gátolta az ásványosodást ezen a talajon. A maximális zsírterhelés elérhette a 2,6 t·ha^-1 értéket. A termesztett növények átlagos összetételében több nagyságrendbeli különbség is előfordult. A mustár magja halmozta fel a legtöbb N, P, S és Zn elemet. Az As-, Hg-, Se- és Pb-koncentráció minden növényi részben a kimutatási határ alatt maradt. Összefoglalva, javasolható a sterilizált vágóhídi érett komposztok minél kiterjedtebb felhasználása termőföldön. Összetételük és hatékonyságuk alapján kifejezetten növelhetik főként a savanyú homoktalajok termékenységét.