Ahhoz, hogy a megfelelő szemlélettel tudjuk a talajainkat, illetve az azokban lezajló folyamatokat vizsgálni, elengedhetetlen, hogy az alapoktól induljunk el. Elsőként ismerjük meg a talaj humusz felépítését.
Fontos megjegyezni, hogy humuszvegyületek precíz összetétele, strukturális felépítése a mai napig nem tisztázott teljes pontossággal. A jelenleg elérhető vizsgálati módszerekkel ugyanis nem egy konkrét listát kapunk, vagy szerkezeti képleteket, mindössze a molekulák kötéstípusaira, a bennük lévő szén és nitrogén arányra és elemcsoportok, vegyületek jelenlétére tudunk következtetni. Emellett pedig a vizsgálatra való előkészítés, a talajból oldatba vitel során is roncsolódnak a vizsgálni kívánt molekulák. Érthető hát, hogy miért ekkora „mumus” a humusz és annak felépülése a talajokban. Amellett, hogy nehezen láthatunk a szerkezetükbe, számos ismert és ismeretlen tényező befolyásolja a felépülésüket, lebomlásukat. Lássuk hát.
A humusz felépítése
Legelőször, néhány fontos fogalom, amit a tapasztalatok alapján sokan kevernek. A talaj-szervesanyag a legtágabb fogalom, magába foglalja mindazokat a szerves vegyületeket, amelyek a talajba bekerülnek, ott idővel lebomlanak, majd átalakulnak. A talaj szerves anyagában benne foglalt az összes élettelen növényi és állati maradvány, valamint az élő szervezetek által kiválasztott és kibocsátott anyagok. Ezzel összehasonlítva a humusz már ennek az átalakulási folyamatnak a későbbi szakasza, végeredménye.
A humusz a talajban lévő változatos és összetett, már többé-kevésbé átalakult és ásványi részhez kapcsolt szerves vegyületek összessége. Ezen belül két csoportot különböztetünk meg. A nem valódi humuszanyagok olyan szerves vegyületek, amelyek a holt szerves anyagokból (szármaradvány, trágya, gyökérmaradvány, állati biomassza) szabadultak fel, de még nem humifikálódtak. A nem valódi humuszanyagok igen változatos szerkezetűek lehetnek, és közvetve (átalakulással) vagy közvetlenül a humusz alapanyagai:
- szénhidrátok: cellulóz, hemicellulóz, pektin, kitin, cukrok, keményítő;
- peptidek, fehérjék, aminosavak;
- szerves savak;
- lignin (legnehezebben bontható le);
- zsírok, viaszok, gyanták.
A másik csoport, a valódi humuszanyagok a humuszt felépítő főbb molekulacsoportok – a fulvosavak, a huminsavak és a huminanyagok –, amelyekről később lesz még szó. Tulajdonképpen a legfontosabb különbség a három csoport között a molekula méretében van. Számos pozitív fizikai és kémiai tulajdonságuk köszönhető kémiai összetételüknek és kis tömegre vonatkoztatott nagy relatív felületüknek. Egyszerűen: minél nagyobb és összetettebb a humuszvegyület, annál nagyobb a pozitív hatása, valamint annál stabilabb és ellenállóbb a talajban működő folyamatokkal szemben. A legkisebb molekulatömegű humuszanyagok a fulvosavak, a legnagyobbak a huminanyagok. A bővebb leírásukra később visszatérünk.
A humuszosodás folyamata
A talajba nyers formában bekerülő szerves anyaggal megkezdődnek a lebontó folyamatok. Első folyamatnak tekinthető a darabolás, aprítás – így nő meg a szerves maradványok felülete. A megnövekedett felület hozzáférhetővé és gyorsabbá teszi a további aprítást és bontást a kisebb élőlények, rovarok, baktériumok és gombák számára is. Az aprítást és a maradványok mikroorganizmusokkal való elegyítését ugyan magasabb rendű élőlények végzik, a végső molekuláris szintű bontás a gombák, baktériumok és a kémia feladata. Bár az aprítás, a biokémiai (oxidáció és hidrolízis) degradáció és az enzimes bontás egyidejűleg történik, a felületnövelés elsődlegesen szükséges az említett folyamatok gyorsabb végbemeneteléhez.
Mindeközben CO2, valamint a növények számára felvehető anyagok is szabadulnak fel (makro-, mezo- és mikroelemek egyaránt). A lebontás során az aprító/lebontó szervezetek is hasznosíthatják energiaforrásként vagy alkotóelemként ezen anyagokat, vagy a bélcsatornán keresztülhaladva és átalakulva további átalakulásig visszakerülnek a táplálék-körforgásba. A könnyen lebontható anyagok gyorsabban, a bonyolultabb szerkezetű, vagy nehezen hozzáférhető molekulák érthető módon lassabban, akár több lépcsőn keresztül bomlanak le. A bekerült szerves anyag így a talajlakó élő szervezetek alkotóelemeiként, vagy energiaforrásaként szolgálnak.
Ahogy ezek a mikroorganizmusok elpusztulnak, a feltáruló átalakult molekulák az alapvető, egyszerű humuszanyagok kiváló alkotóelemei. Az így generált folyamatos humuszosodás, a humuszmolekulák felépülése állandó folyamat a talajban.
Ahogy a humuszmolekulák is stabilitásuktól függően nem állnak ellen örökké a talaj hatásainak, idővel lebomlanak, ez az ásványosodás. Minél aktívabb a talaj biológiai élete, ez a folyamat annál gyorsabban zajlik le. A talajba bekerült C mennyiség 60-80%-a CO2-ként távozik a talajból 1 éven belül. A készen hozzáférhető, vízoldható anyagok, mint a cukrok, aminosavak néhány órán, napon belül metabolizálva CO2-ként távoznak a rendszerből. További 5-15% C a mikroorganizmusok szervezetébe beépülve marad a talajban és csak a maradék hányad stabilizálódik a talajban a humuszosodás révén. A talaj biológiai életének serkentése nem feltétlenül jelenti a humusztartalom egyértelmű növekedését, mindössze azt, hogy a talaj gyorsabban képes eljutni az ásványosodás és humuszosodás közötti egyensúlyi állapotra.
Így a humuszosodás és ásványosodás közötti egyensúlyt alapjában véve határozza meg a gazdálkodás jellege és milyensége, ugyanis a degradáció és felépülés sebessége függ a pH-tól, hőmérséklettől, nedvesség- és levegőviszonyoktól, valamint a szerves maradványok kémiai összetételétől. Ha kényszerből, vagy saját akaratból rossz döntést hozunk (pl. nyári szántás hőségnapok idején, durva példát említve), akkor az ásványosodás folyamata fog lezajlani, a kedvezőtlen körülmények miatt. A korábban megkötött szerves molekulák kötései felszakadnak és az addig stabil szén CO2 formájában a légkörbe távozik.
Na de vajon mi is az a sokat emlegetett humuszosodás?
A korábbi feltételezés szerint a humuszra felépítését tekintve önmagukban álló igen változatos makromolekulákként (nagyméretű molekulák) tekintettek. A humuszanyagok – egyszerűen leírva –egy hosszú vázmolekulából állnak, amelyre oldalláncok és funkciós csoportok csatlakoznak, így végtelenül változatos kombinációkat alkothatnak. Ezek a csatlakozó csoportok adják a humuszanyagok pozitív kémiai tulajdonságait. Tulajdonképpen az elképzelésükhöz, értelmezésükhöz ilyen szintű magyarázat is elég lehet. Kicsit pontosabban a gerincük, vázuk egymáshoz hosszan, izociklikusan, vagy heterociklikusan összekapcsolódó aromás gyűrűkből áll.
Erre kapcsolódhatnak oldalláncok (szénhidrát-, peptid- vagy aminosav-jellegűek) és reaktív csoportok (savas, bázikus). Ez volt sokáig az elmélet, idővel azonban be kellett látnia a kutatóknak, hogy az ilyen típusú makromolekulák csupasz módon való előfordulása kevéssé valószínű. Ekkor jutottak el arra a következtetésre, hogy a humuszanyagok nem önmagukban léteznek a talajban. A humuszanyagok és a talaj ásványi alkotóelemei (agyagásványok) közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz. Máshogy megfogalmazva: a talaj agyagásványainak kémiailag aktív kötőhelyeire megérkeznek a humuszanyagok korábban már tárgyalt alkotóelemei és ezeken a helyeken hozzájuk kötődnek. Az így stabilizált molekulákra újabb és újabb építőelemek épülnek fel, válnak le, vagy cserélődnek ki.
Minél több a rendelkezésre álló építőkocka és a kötődéshez alkalmas időszak és környezet, annál nagyobbra épülnek ezek a stabilizálódott molekulák. Ennek a folyamatnak révén kötődik meg a talaj rendszerében a szén, ez tulajdonképpen a humuszosodás folyamata. Minden egyes ilyen megkötött és stabilizált oldallánc, funkciós és egyéb csoport hozzáad a talaj tulajdonságaihoz. Magától értetődő innentől, hogy mennyiségének növekedésével, illetve a molekulák bonyolódásával hogyan kölcsönöznek ezek a humuszanyagok a talajnak pozitív kémiai és fizikai tulajdonságokat.
Az Emberi Erőforrások Minisztériuma ÚNKP-17- 3 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának támogatásával készült
