I. A trágyázás hatása a talajokra, ill. a környezetre A tápanyagellátás, a trágyázás és a termés kapcsolatát számos kutató vizsgálta. Úttörő szerepe volt LIEBIG-nek, aki a múlt század közepén rámutatott az ásványi táplálkozás szükségességére, és megfogalmazta a minimumtörvényt. E szerint a termés nagyságát (ill. a növények által felvenni képes tápelemet) a minimumban lévő tápanyag szintje határozza meg. A termés mennyiségét a N- ellátás határozza meg legnagyobb mértékben, ezért a talajok N- tartalma a termékenységük fontos tényezője. Kimutatták, hogy a nitrát N-nel táplált növények több Mg-ot vesznek fel, mint az ammónium N-nel tápláltak. A Mg (és a Ca) felvételét a savanyú kémhatás gátolja. A rendszeres nagyadagú hígtrágyaöntözés viszont a nitrát N mennyiségének megnövekedésével, a Ca- ionok gyors és nagymértékű kimosódásával elősegíti a talaj savasodását. A megfelelő színvonalú termés eléréséhez és a magas minőségű termékek előállításához gondoskodni kell a felvett-kimosódott tápanyagok pótlásáról. Ennek legismertebb formája a trágyázás. Trágyázással általában csak a nitrogént, a foszfort , a káliumot, a kalciumot, kivételesen pedig a magnéziumot kell pótolni. A trágyázás hatását a növényekre ill. a talajokra a különböző fajtájú trágyák eltérő adagolása is nagymértékben befolyásolja, ezen okok könnyebb megértése érdekében elengedhetetlen ezek rövid ismertetése. A trágyák csoportosítása tágabb értelemben: a) közvetlen trágyák: amelyek a növények tápanyagszükségletét elégíti ki b) közvetett trágyák: a talaj fizikai, szerkezeti és kolloidikai tulajdonságát javítják; inkább talajjavítás szűkebb értelemben: a) szervestrágyák: mezőgazdasági területekből kerülnek ki (csak 1% ipari és városi üzemekből). Ide tartoznak az istállótrágya, hígtrágya, zöldtrágya, szalmatrágya, kukoricaszár, a pillangósok tarló- és gyökérmaradványai, a komposzt , a városi szemét, fekália, tőzeg, baromfitrágya, ipari szerves hulladékok. b) műtrágyák: ipari termékek, szervetlen vegyületek. Ezek lehetnek egyszerű műtrágyák, melyek csak egy tápelemet tartalmaznak ( vagy csak N, vagy csak P, vagy csak K), és lehetnek összetett és kevert műtrágyák, melyek legalább két, vagy több tápelemet is tartalmaznak. Az összetett (komplex) műtrágyák kémiai szintézissel készülnek, a kevert műtrágyákat a műtrágyák összekeverésével állítják elő. Halmazállapot szerint megkülönböztetünk: szilárd és folyékony szerves, ill. műtrágyákat. A szilárd szervestrágyák közül a legértékesebb a szarvasmarha istállótrágya. Ennek tárolása során nagy szárazanyag- és nitrogénveszteség lép fel. A tárolástól függően ez 3060%-os is lehet. Az istállótrágya víztartalma 75 %. A szervesanyag-veszteség szintén Nveszteséggel jár. Az istállótrágyában lévő N-tartalom nagy része oldható N-vegyületekből áll. A folyékony szervestrágyák közül, ill. azok talajra gyakorolt hatása révén a legnagyobb jelentőséggel a trágyalé ill. hígtrágya bír. A vizelet több, mint 90%-a víz. A friss vizelet csak kevés szerves anyagot tartalmaz, ennek nagy része N-tartalmú vegyület, ezért nitrogéntartalma jelentős. A vizeletben a legfontosabb növénytápelem a nitrogén, melynek legnagyobb része, kb. 80%-a gyorsan lebomló karbamid és hugysav vegyületek formájában van jelen, melyek igen könnyen elbomlanak, ammóniára és széndioxidra, így ezek távozásával nagy N-veszteség jöhet létre. A nitrogénveszteség 50-70%-os is lehet. Ezért célszerű a trágyalevet rövid ideig tárolni és minél előbb felhasználni.
A vizsgálatok szerint az állatok a feletetett takarmány száraz anyagának 40-50%-át, a nitrogénnek 70-80%-át kiürítik. A hígtrágya kedvező beltartalommal, de veszélyes kórokozókkal rendelkezik. Így igen eltérő hatással van az élővizekre, levegőre, talajra, élővilágra, ill. az emberre. A hígtrágyával túlterhelt talajokban a kolloidális alkotórészek eltömik a kapilláris járatokat, és ezáltal a talajok kötöttebbé, nehezen művelhetőkké válnak. Magas talajvízállásnál a hígtrágya nagy Na-tartalma szikesedést okozhat. Rendszeres és nagymértékű hígtrágyaterhelés során a talajban káros mértékben felhalmozódnak a takarmánykiegészítőkben lévő nehézfémek (pl. Cu, Zn, stb.), amelyek a növények, mint producensek közvetítésével az ember és állati szervezetbe jutnak. A talaj hígtrágyával való túlöntözése annak elmocsarasodását, elvizenyősödését okozza. Ez kisebb vagy nagyobb mértékben minden sertéstelep környékén megtörtént. A rendszeres nagyadagú hígtrágyaöntözés a nitrát-N mennyiségének megnövekedésével, a Ca-ionok gyors és nagymértékű kimosódásával elősegíti a talaj savasodását. Ugyancsak a túlöntözés levegőtlen körülményeket alakít ki a talajban (pangóvíz), ami a reduktív folyamatok kialakulásának kedvez, és ez a növények számára mérgező anyagok felhalmozódását eredményezi. A levegőhiány az anaerob mikroszervezeteknek kedvező. Ekkor az anaerob mikroorganizmusok először a nagy redoxpotenciálú rendszerek oxidált alakjait a NO3- iont és a MnO2-t használják elektronakceptorként. Ilyenkor a talaj redoxpotenciálja egyre jobban csökken, majd mangánionok, és vas-2-ionok jönnek létre. Ez a folyamat a glejesedés, mely oxidok kékes színűre színezik a talajt, majd a szulfátionok redukciója során keletkezett H2S-ből képződött vas-szulfid és vas-diszulfid miatt a talaj szürkétől a sötét szürkés-feketéig változik és kellemetlen büdös szagúvá válik, melyekben a növények gyökerei elpusztulnak. A redukciós viszonyok a rosszul levegőzött vízzel telített talajokra a jellemzőek és így a redoxpotenciál értéke kicsi. Ezzel szemben a jól levegőzött talajokra az élénk oxidációs folyamat a jellemző, aminek következtében a redoxpotenciál értéke nagy, ami a talajtermékenységre kedvező hatású. Tehát minél nagyobb az oxidált alkotórészek mennyisége a talajban, annál nagyobb a redoxpotenciálja. A talajban a talajoldat redoxpotenciálját a redukáló- és oxidáló anyagok döntik el: Redukáló anyagok (akceptor): ammóniumion, vas-2-ion (toxikus), mangánion, H2S és bizonyos szerves anyagok, Oxidáló anyagok (donor): talajoldat oxigéntartalma, vas-3-ion (nem mérgező), nittrátion, mangán-oxid 1. Egy kis történelem A földművelés legrégibb és egyik legértékesebb tevékenysége a szervestrágyázás. A szervestrágyák univerzális trágyák, mert teljes értékű talaj- és növénytrágyák. Az 1960-as évekig a szervestrágya megtartotta elsőbbségét a műtrágyával szemben. A további évtizedekben a növényi tápanyagok pótlása nagyobb arányban műtrágyázás formájában történt. Az 1950- 1960-as években még azonos volt a nitrogén és foszforfelhasználás, amely később eltolódott a nitrogénműtrágyák javára. Fokozatosan növekedett, majd stabilizálódott a káliumműtrágya felhasználása is. A nagyobb arányú nitrogénfelhasználás világtendencia. Ennek több oka is van, melyek az alábbiak: • a növények általában nagyobb mértékben igénylik a nitrogént, mint a foszfort, • a nitrogénműtrágya-adagok és a termés mennyisége között szoros kapcsolat van, • a nitrogénműtrágyák gyártását kevésbé korlátozzák a nyersanyag-problémák, mint a többi műtrágya előállítását.
A műtrágya felhasználás 1975-ig erőteljesen növekedett, majd 1985-ig alig változott. A kialakult műtrágyázási szint a szántóföldi és gyümölcstermesztésben megközelítette, ill. elérte a nagy műtrágyázási múlttal rendelkező fejlett országok (Hollandia, Dánia, Németország) szintjét, csak a rét-és legelőterületeken volt lényegesen kisebb a felhasználásunk. A század első felében műtrágyázás gyakorlatilag nem folyt és a terméseink stagnáltak. Talajaink tápelemekben folyamatosan szegényedtek a rablógazdálkodás eredményeképpen. A terméssel felvett, ill. eltávozó N, P és K fő tápelemek mintegy 1/3-át volt képes az akkori szervestrágyázás gyakorlata pótolni. A ’60-as évekkel kezdődően a műtrágyázás szerepe egyre inkább meghatározóvá válik a tápelemhiány megszüntetésében és ezzel együtt a termésszint növelésében. A P hiánya az országos mérlegben megszűnik a ’60-as, a N és K hiánya pedig a ’70-es évek elején. A rablógazdálkodást felváltja a talajjavító trágyázás, s ennek következményeként a hazai talajok tápanyag-ellátottsága javul. 2. A műtrágyák helyes megválasztása A nem megfelelően adagolt műtrágya káros hatással van a talajéletre, és nagymértékben megnő annak kockázata, hogy nem a növény tápelempótlására használódik fel. A rendszeresen és nagy mennyiségben adott ammóniumszulfát, ammóniumklorid savanyítják a talajokat. A nátriumnitrát lúgos irányban tolja el a talaj kémhatását. Ha a műtrágya anionja és kationja is tápelem, a savanyító és lugosító hatás nagyjából kiegyenlítődik. A kémhatásváltozások mérlegelésekora talaj tompítóképességén kívül- a műtrágyák adalékanyagainak szerepét is figyelembe kell venni. Így például a pétisó CaCO3-tartalma (~1:1 arányú keveréke) csökkenti a savanyító hatást. A savanyító hatású műtrágyák rendszeres nagy adagú alkalmazásával tehát a talajok telítetlensége nő, s kémhatásuk a savanyú tartomány felé tolódik el, ill. az eleve savanyú talajoknál további elsavanyodás következik be. A savanyodás megelőzése, vagy csökkentése céljából kisebb mennyiségű (1-2 t/ha) meszezőanyagokat kell időnként (4-5 évente) a talajba juttatni (mésztrágyázás). Erre a célra a jól szórható, olcsó műtrágyagyári mésziszapokat (pl. péti mész) tartják legalkalmasabbnak. Az ammóniumsókat tartalmazó N-műtrágyákat különböző szervetlen savakból állítják elő. Az előállításhoz felhasznált sav nagymértékben meghatározza a műtrágya tulajdonságait és felhasználási területét. Az ammóniumsók savanyítják a talajt, nitrifikációjuk során H+-ionok képződnek a talajban. Az ammónium-szulfát és ammóniumklorid fiziológiás kémhatása is savanyú. Az ammónium-szulfátot csak lúgos kémhatású talajokon használjuk alaptrágyaként. Az ammónium-nitrát használata előnyösebb lenne, ugyanis a N-t fele-fele arányban tartalmazza ammónium-, ill. nitrátion formájában és a növény mindkét iont hasznosítja, a talajban nem marad kedvezőtlen hatású kísérő ion.
A mészammon-salétrom mérsékli a műtrágya savanyító hatását. A makro-és mikrotápanyagok többségének felvehetőségét a talaj kémhatása jelentősen befolyásolja. Látható az ábráról, hogy a makrotápanyagok: N, P, K; mezotápanyagok: Ca, Mg és a S felvehetősége a savanyú talajokon csökken, ellentétben a mikrotápanyagokkal. A foszfor és a bór két optimumot mutat. Az egyik kissé savanyú pH-nál, a másikat lúgos körülmények között. A pH növekedése nem befolyásolja a K és a S felvehetőségét. Savanyú tartományban növekszik a mikroelem felvétel a Mo kivételével. Lúgos vagy meszes talajokban viszont erősen csökken a mikrotápelemek felvétele, ami alól csak a Mo és a Bo a kivétel. Mindebből az következik a gyakorlat számára, hogy a talajjavító meszezéssel is vigyázni kell. Drasztikus túladagolás lúgosabb kémhatást idéz elő, ami mikroelemhiányt indukálhat. II. A nitrátosodás okai A növekvő nitrogénadagok egyre kisebb termésnövekedést hoznak létre. Éppen ezért a műtrágyaadagok növelése csak bizonyos határokon belül ésszerű és gazdaságos. A talaj tápanyagkészletét gazdagítja a mikroszervezetek N-kötése és a csapadékkal a talajba jutó tápanyag. A felső talajréteg tápelemtartalmát növelhetik ezenkívül a talajvízből kapillárisan felemelkedő tápelemek. A tápanyagok kimosódásának mértéke függ a talajon átszivárgó víz mennyiségétől, a talaj tápanyagtartalmától és ennek oldhatóságától, az adszorbeált kationok kötéserősségétől, a mikrobiológiai folyamatok intenzitásától, a talaj kötöttségétől és egyéb tényezőktől.
A N kimosódása elsősorban a csapadékos évszakokban következik be, elsősorban nitrát formában. A nitrátok kimosódása erősen függ a nitrifikáció ütemétől, a trágyázás mértékétől és a talaj mechanikai összetételétől. A kimosódás homokon elérheti az 50 kg/ha értéket, kötöttebb talajokon kisebb, mintegy 20-25 kg/ha. Lejtős területeken jelentős tápanyagveszteség léphet fel az erózió következtében. A tápanyagban gazdag talaj, ill. az oldható tápanyagok a magasabban fekvő részekről a mélyebb részekre mosódnak le. Az ásványi talajokon az összes N-tartalom 0,02-0,04%. A művelt rétegben a N- nek több mint 95%-a szerves kötésben van jelen, és mennyisége a humusztartalommal arányos. Ez a N- mennyiség a csapadék által kimoshatatlan. A növények a talaj összes Ntartalmának csupán az 5%-os szervetlen formáját tudják hasznosítani NO3- -és NH4+ ionként. A talaj szerves N- vegyületei az ammonifikáció és a nitrifikáció során alakulnak át hasznosítható N- formákká. Az NH4+ kisebb része könnyen kicserélhető formában a talajkolloidokon abszorbeálva, nagyobb része pedig a háromrétegű agyagásványok rétegrácsai között fixált állapotban található. A nitrogén-körforgalom egyes szakaszai a talajt N-ben gazdagítják, míg más folyamatok során a talajt N- veszteség éri. A talajt gazdagító folyamatok: műtrágyázás, szervestrágyázás és a mikroszervezetek Nkötése. A veszteségforrások: a növények N- felvétele, a denitrifikáció, a N kimosódás. Az ország tápanyagmérlege az 1970-es években pozitívvá vált, vagyis az országos átlagban több tápanyagot juttattunk a talajba, mint amennyit a terméssel elvontunk. A ’80as években közel 1/3-ával több hatóanyagot használtunk, mint amennyit a terméssel elvittünk, míg a ’90-es években 1/3-ával kevesebbet. Részben ezzel magyarázható, hogy a búza és a kukorica termése akkor is tovább növekedett, amikor már nem nőtt a felhasználás. A jó termőhelyi és gazdasági adottságú üzemekben általában sokkal több műtrágyát használtak, mint a gyenge termőképességű talajokon, ami további differenciálódáshoz vezetett. Sok üzemben nem használtak műtrágyát, vagy csak N- műtrágyát adtak, bízva abban, hogy a talajban az előző években akkumulálódott P- és K- készletek elegendőek a termésképzéshez. Az egyoldalú N-ellátás rendkívül veszélyes, fokozza a N-trágyázás környezetkárosító hatását, ezenkívül rövid időn belül a talajok termékenységének csökkenéséhez vezet (A növekvő N-adagok egyre kisebb mértékben növelik a termésmennyiséget). A gyepek növelik a talaj szervesanyag-készletét és ezzel N-tartalmát. A gyepek feltörésekor már az első évben a füvekben tárolt N 20-30%-a mobilizálódhat. Különösen nagy nitrátterhelés léphet fel a szántóként használt mély lápokon, ahol 1-2 cm tőzegrétegcsökkenéssel akár 1500-3000 kg/ha N is felszabadulhat. A humuszképződés ugyanakkor mérsékelt marad. A takarmányok N-tartalmának átlagosan 15-20%-a kerül a tejbe, húsba, stb. A maradék 80-85% 2/3-a a takarmány fogyasztó állat vizeletébe jut, melyből közel 2/3 elvész ammónia formájában és a denitrifikáció során. A bevitt összes N mintegy 40%-a tehát átlagos körülmények között gáz alakú veszteséget szenvedhet. A veszteség másik forrása a nitrát formájában történő kilúgzás, amely a művelt területeken jelentős lehet. A nitrát könnyen redukálódik, hisz erős oxidálószerként ismert. Bizonyos talajokban ez a redukció végbemegy, és nincs nitrát probléma. Az altalajban végbemenő denitrifikációt követően is romolhat a talajvíz minősége. Redukáló vegyületként a pirit, szerves szén, lignit maradványai játszanak szerepet. A reakció eredményeképpen szulfátok, vasvegyületek, hidrogén-karbonátok szaporodhatnak fel a talajvízben.
A nitrát a talajban nem képez nehezen oldható sókat, és nem adszorbeálódik a talajkolloidok pozitív töltésein. Ezért a nitrát- N a talaj nedvességével együtt a víztartalom mennyiségétől és irányától függően mozog. Esetenként a talajvízig is lehatolhat. Homokon elérheti az 50, kötöttebb talajokon a 20-25 kgN/ha/év értéket. A nitrátterhelés forrása a szennyvizekből elszivárgó nitrát (ipari, kommunális, hígtrágya) és a hulladéklerakó-helyekből elszivárgó nitrát (pontszerű forrás). A talajban a lefelé történő vízmozgás eredményezi a nitrát kimosódását. A talajok felső szántott rétegében – ahol a legtöbb szerves anyag van és a mineralizáció is intenzívképződik a legtöbb nitrát, továbbá a műtrágyákat is a szántott rétegbe viszik be. Legnagyobb mértékű a nitrátkimosódás homoktalajokon és jó szerkezetű vályogtalajokon. Késő ősszel, vagy télen (kivéve , ha a felső talajrétegek megfagynak), valamint kora tavasszal a talajban intenzív a vízmozgás, ezért a nitrátkimosódás ilyenkor a legnagyobb, míg a növények nitrátfelvétele nem játszik szerepet. A vízmozgás a talajban a fizikai talajféleségtől függően néhány cm-től nem egészen 1m-ig terjed évente (agyagtól a homokig). Így a talaj mélyebb (1 m alatti) rétegeinek nitráttartalma az előző év kimosódási folyamatait tükrözi. Ha az egyéb tényezők azonosak, akkor nagyobb csapadékmennyiség nagyobb nitrátkimosódást eredményez. A nitrát végül a talajokból bekerül az altalajvízbe, és a víz fogyasztásakor toxikus hatást okozhat, amelyről a következőket ismerjük: maga a nitrát alig mérgező, mivel a felnőtteknél a vizelettel elég gyorsan szinte teljesen kiürül a szervezetből, anélkül, hogy az anyagcsere-folyamatokat megzavarná. Nyugtalanságra a nitrit adhat okot, amely a nitrátból keletkezik bakteriális redukcióval a szájban, a gyomorban, és a vastagbélben. III. Mikroszervezetek A nitrifikációt baktériumok végzik, amelyet a folyamatot energiatermelésre használják fel, és a felszabaduló energia segítségével a széndioxid szenét építik be saját testük anyagába. A denitrifikáció a nitrifikációval ellentétes folyamat, ez is baktériumok segítségével megy végbe. A nitrogén csaknem teljes mennyisége szerves vegyületek formájában van a talajban, ami csak mineralizáció után válik felvehetővé. A lebontási folyamatok igen jelentős részét pedig a baktériumok végzik, amelyek részére a savanyú közeg kedvezőtlen. Az egyes nitrogénformák oxidálása, vagyis a nitrogén ásványosodási folyamata is proton keletkezésével jár, ami szintén savanyítja a talajt. A talaj szerves-N tartalma ugyanis a mikroorganizmusok tevékenysége révén szervetlen nitrogénné alakul át, az alábbi folyamatok szerint: szerves –N (amin)aminizációR-NH2 (amino)ammonifikációNH4+ (ammónia)nitrifikáció (enzimes oxidáció)NO2(nitrit)NO3- (nitrát). A nitrifikáció első szakaszában a Nitrosomonas fajok: Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosicystis, Nitrosoglea fajták végzik a lebontást: 2NH4+ + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 2H+ A második szakaszban a Nitrobacter fajok: Nitrocystis autotrof baktériumok vesznek részt: 2HNO2 + O2 = 2HNO3 A növények N-ellátásában a légkör képezi a tartalékforrást. A levegő nitrogénjét a növények nem tudják közvetlenül hasznosítani, csak egyes mikroszervezetek közreműködésével. A szabadon élő aerob mikroszervezetekhez tartoznak az Azotobacter és az Azotomonas fajok. Szabadon élő anaerob szervezetek a különböző Clostridium fajok, melyek elsősorban savanyú erdőtalajokban fordulnak elő. A növények N-ellátásában igen fontos szerepet játszanak a pillangós növényekkel szimbiózisban élő N-kötő szervezetek. E szervezetek a különböző Rhisobium fajok,
melyek a pillangósok gyökerén ún. gümőkben élnek, gyökérgümő- baktériumoknak is nevezik őket. Versengés folyik a talajban a táplálékok megszerzéséért. Ha friss szerves anyag jut a talajba, akkor a rendkívül erős heterotróf szervezetek (baktériumok, gombák sugárgombák) kiszorítják a kis létszámú autotróf baktériumokat a táplálkozásból. Csak miután a heterotróf mikroszervezetek „jóllaktak” akkor jutnak táplálkozáshoz az autotróf baktériumok. A mikroszervezetek olykor veszélyeztetik a magasabb rendű növények tápanyagellátását is, amennyiben a testükbe beépülő anyagok egy időre hozzáférhetetlenné válnak a növények számára. Ez a folyamat azonban bizonyos szempontból kedvezőnek is tekinthető, mivel a tápanyagok a mikroszervezetekbe épülve megőrződnek, nem mosódnak ki a talajból. Ezt a folyamatot biológiai nitrátkötésnek, vagy más néven pentozán hatásnak nevezzük. A mikróbák elpusztulásakor N-felszabadulás történik a talajban. A pentozán hatást N-adagolással ellensúlyozzuk, ugyanis ha hiány van N-ből a szervesanyag-lebontás lassul. Minél szűkebb a C:N arány annál gyorsabb a lebontás. A mineralizálódást és a növények tápanyagellátását egy bizonyos N-adaggal elő kell segíteni. IV. Vizek nitrátszennyeződése A víz a bioszféra egyik eleme, amely semmivel sem pótolható, mással nem helyettesíthető. Az élőlények, köztük az ember számára is létfontosságú anyag. Az emberi környezetben a kémiai tisztaságú víz sohasem fordul elő. A víz átlátszó, színtelenvastagabb rétegek esetén a fénytörés következtében kékes-, szagtalan vegyület. A víz átlátszósága fontos tulajdonság, ez teszi lehetővé a vízi növények asszimilációjához szükséges fényenergia áthatolását és így közvetve az oxigén termelését. A víz tisztaságának megóvása az emberiség életében nagy jelentőséggel bír, ezért elengedhetetlen, a könnyebb megértés érdekében, néhány alapfogalmat tisztázni: A felszíni vizek állapota és minősége: A víz a természetben állandó mozgásban körforgásban van (vertikális változás). A természeti körforgás során nemcsak helyét, halmazállapotát, hanem minőségét is változtatja. A föld vízkészletének csak elenyésző hányada vesz részt a természeti körforgásban. Ez a dinamikus vagy megújuló vízkészlet. A másik hányad, amely nem része a körfolyamatnak, az állandó vagy statikus vízkészlet. A víz természeti körforgása alapján előforduló vízféleségek felosztása: felszíni víz: csapadékvíz, folyóvíz, állóvíz (tó, tározó, tengervíz); felszín alatti víz: parti szűrésű víz, talajvíz, rétegvíz, karsztvíz. Beszélhetünk nagy természeti körforgásról: bioszféra, és kis természeti körforgásról: az állatok és növények szervezetében anyagszállító szerepet tölt be (testnedvek vizes oldata). A víz nemcsak a természetben, hanem a társadalomban is állandó mozgásban van (horizontális változás). Az ember teljesen, vagy részben, rövidebb-hosszabb időre kivon a körforgásból készleteket. A készletek minőségét tevékenységével megváltoztatja. A csapadék és párolgásadatok az 1980-as években egyre közelebb kerültek egymáshoz a száraz periódusokban. Az is tapasztalható, hogy a párolgás meghaladja a csapadék mennyiségét. A csapadékvizeknek közös tulajdonságuk, hogy a feloldott széndioxid mellett hidrogén-karbonátokat nem tartalmaznak, ezért a csapadékvizek a német keménységi fokkal mérve lágy vizek.
A felszíni vizeinkről elmondható, hogy medencejellegéből következően, az ország világviszonylatban is páratlan vízkészletekkel rendelkezik. A vízminőség a víz fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságainak összessége. A víz minősége a fent említett társadalmi és természeti körforgásoktól függ. A víz természeti körforgása során a levegőben lévő gázokat nem egyformán oldja. Legjobban a széndioxid, legkevésbé a nitrogén oldódik. A természeti körforgás során megjelenő szerves anyagok lebontását mikroorganizmusok végzik. Attól függően, hogy a lebontási folyamat oxigén jelenlétében vagy oxigén nélkül megy végbe megkülönböztetünk aerob, és anaerob lebomlási ciklust. Mindkét folyamat sajátos baktériumflórával rendelkezik. A víz szennyező anyagait két nagy csoportra oszthatjuk, a biológiai úton bontható és nem bontható anyagokra. A biológiai úton bontható anyagok a háztartási és a mezőgazdasági szennyvizek, másrészt a természetes anyagokat feldolgozó iparok szennyvizei. Ezek energiaszegény vegyületekké bomlanak, aerob, ritkábban anaerob úton. A biológiai úton nem bontható anyagok első csoportját az ásványi anyagok, másik csoportját a szerves anyagok képezik (szintetikus termékek). Nincs „jó víz” vagy „rossz víz”, csak valamilyen célra alkalmas víz. Az MSZ 12749 szabvány szerint a vízminőségi osztályok jellemzése a következő: kiváló víz, jó víz, tűrhető víz, szennyezett víz, erősen szennyezett víz. Most nézzük meg a két végletet, és a bennük szereplő nitrogénháztartás jellemzőit: I. Kiváló
V. Erősen szennyezett
miligramm/liter
miligramm/liter
Ammónium
0,2
>2,0
Nitrit
0,01
0,3
Nitrát
1
>25
Szerves nitrogén
-
-
Nitrogénfajták
A felszín alatti vizek állapota és minősége: A felszíni vizekhez hasonlóan a Kárpát-medence a felszín alatti vízkészletek mennyiségét és minőségét tekintve a gazdag területek közé tartozik. A felszín alatti vizek jelentőségét növeli, hogy az ivóvizek csaknem 90%-át a föld mélyéből nyerjük. Ebből a szempontból különösen fontos a legtisztább ivóvízbázisok közé tartozó parti szűrésű vízkészletek megóvása. A parti szűrésű kutakból csak kisebb mértékben csökkent a vízkivétel, nőtt viszont az utóbbi időben a talajvizek öntözési célú felhasználása. A talajvízszint-süllyedés az ország síkvidéki területein az utóbbi egy-két évtizedben átlagosan 0,1 m évente. Ennél magasabb, évi 0,3 m-t mértek a Duna-Tisza közén, ezen a területen helyenként már 5 m-t is süllyedt a talajvíz szintje. A Duna elterelése óta hasonló folyamatok jelentkeznek a Szigetközben is. Az ország medenceterületein általában évente 0,1-0,4 m apadás figyelhető meg a rétegvizekben is.
Nátriumos vizek elsősorban az Alföldön, a nitritesek a hálózati másodlagos szennyezés termékeként a bakteorológiailag szennyezett hálózatokban fordulhatnak elő. A fővárosban 1997-ben a minták 2,1%-ban el nem fogadhatónak, míg 91%-ban megfelelőnek bizonyultak. A nagyobb városokban általában hasonló a helyzet. Ma már minden városunkban egészségügyi kockázat nélkül fogyasztható a vezetékes ivóvíz. Gondot jelent viszont, hogy a nagy regionális vízellátó rendszerekben, ahol a vizet hosszú időn át nagy távolságra szállítják, megnő a másodlagos szennyezések lehetősége. Ezek a problémák egyenlőre a kisebb településeken, ill. vízműveknél jelentkeznek. Néhány településen, az ország bizonyos régióiban (Békés, Hajdú, Baranya megyék) az utóbbi időben romlott a vízminőség, ugyanakkor az ország nagyobb felében javulás is tapasztalható. Óriási beruházásokat igényel viszont az elmaradott szennyvízelvezetés és –tisztítás pótlása. A csatornázott lakások aránya ugyanis csak 45%, és a hálózaton elvezetett szennyvizeknek csupán 46%-át tisztítják biológiai módszerrel. A mezőgazdasági tevékenység kapcsán a technológiai előírások megsértése is vízszennyezéssel jár. Ez adódhat a helytelen műtrágyázásból (nitrátszennyezés), a rossz hígtrágyakezelésből (nitrátszennyezés), a szabálytalan peszticid-felhasználásból. A vizekben a szerves nitrogén és az ammónia friss szennyeződésre, a nitrát jelenléte korábbi szennyeződésre utal. A fehérjenitrogén ill. a szerves nitrogén oxigénelvonó hatásával okoz problémát vizeinkben. Az ammóniumion a vízhasznosítás két fajtájánál is kárt okoz, zavarja a vízelőkészítést, klórozás során szag és ízrontó klóraminok keletkeznek. Káros az ammónia a halgazdaságokban is, ugyanis magasabb pH-értéknél a szabad ammónia halpusztulást okoz. 0,2-2,0 mg/l ammóniatartalom a halakra már halálos. A nitráttartalom határértéke 40mg/l, az EU határérték 50 mg/l. Korábban a nitrifikáció végterméke, a nitrát nem minősült a felszíni vizeinkre károsnak és a szennyvíztisztítási eljárások végcélját képezte. Ma már tudjuk, hogy a víztérben a nitrát dúsulása eutrofizálódáshoz vezet. Hosszú ideig csak a víz ortofoszfát-ion tartalmát tekintették a víz minőségét meghatározó tényezőnek, az eutrofizálódás problémájának előtérbe kerülésével foglalkozunk a különböző foszforformákkal is. A vizek eutrofizációjánál limitáló tényező a foszfor, mert egyes algafajok a levegő nitrogénjét is felhasználják testük felépítésében. Megkülönböztetünk természetes (lehullott lomb erdei tavakban, nagy vadmadár népesség trágyázó hatása) és mesterséges eutrofizálódást. Az előbbit az emberi tevékenység képes gyorsítani, elsősorban tápanyagoknak a vízbe juttatásával; utóbbi pl. a mezőgazdasági tevékenységből származó szervetlen tápanyagok hatására alakulhat ki. Jó N-ellátottságú talajokon a nagy adagú istállótrágyázás, potenciálisan a talajvizet is károsíthatja. Hollandiában, Belgiumban éppen ezen okok miatt korlátozzák az istállótrágya kijuttatható mennyiségét, és meghatározzák a kijuttatás idejét. Hazai vizsgálatok szerint 10t istállótrágyában lévő 50 kg N-ből csak 30 kg N érvényesülésére számíthatunk. A talajvíz-szennyeződésen túl, a hígtrágya talajvízszint emelkedést is eredményez. A talajvízbe szivárgó trágya olyan mértékben megnövelheti a talajvíz nitráttartalmát, hogy a talajvízre telepített kutak vize ihatatlanná válik, illetve elfogyasztása súlyos betegségeket, methaemoglobinémiát okoz, elsősorban csecsemőknél. A nitrátnak nagy a mobilitása a talajban, ezért bemosódhat a mélyebb rétegekbe, így a vizet is szennyezi. A talajvízben lévő nitrát horizontális terjedése a talaj vegyhatásától és struktúrájától függően többszáz méter is lehet, így a legkülönbözőbb vízgyűjtőkbe juthat el redukálódásáig. Az ivóvíz nitráttartalma nem lépheti túl az 50 mg/l értéket.
V. A nitrátos víz hatása az emberi szervezetre A műtrágyák előállításához használt savak és mérgező elemek, természetidegen anyagok. Ilyen pl.: a kadmium, stroncium, higany, ólom, urán, arzén, stb. Ezek egy része nemcsak a talajban halmozódhat fel, hanem a takarmány-élelem láncon keresztül az emberre is veszélyt jelent. A pontszerű vagy helyi források csak korlátozott jelentőségűek, ugyanakkor könnyen ellenőrizhetőek. Erre jó példa a falusi kutak, melyekben gyakran 200-500 mg/liter nitráttartalmat mérnek. Az ivóvízben ezzel szemben 40-50 mg/liter nitrát a megengedett. Az erdők nagy része alatt a talajoldat, ill. az átszivárgó víz nitráttartalma alacsony 3-4 mg/liter. Esetenként azonban az erdő sem lát el „vízvédelmi” funkciót, mert 50-100 mg nitrát/liter érték is előfordul némely égerállományban, mely N-fixációra képes. A szervezetbe kerülő nitrát és nitrit a gyomorból gyorsan felszívódik. A felszívott nitrit reakcióba lép a haemoglobinnal és methaaemoglobin keletkezik, amely csecsemőkorban halálos kimenetelű methaaemoglobinémiához vezethet. Egy-egy állatpopulációban, ahol az állatok a takarmánnyal és az ivóvízzel nagy mennyiségű (10004000 mg/kg) nitrátot vesznek fel, gyakori lehet a szubklinikai methaemoglobinémia. Ilyen állapotban különösen a nagy terhelésű állatokban, állományokban gyakori a magzatelhalás, a vetélés, a kora ellés, malacok között pedig a halva születés. Súlyosabb a kérdés humán-egészségügyi vonatkozása. Felnőtt, egészséges emberekben, a felvett nitrát és a nitrit hatására keletkező methaemoglobin egy redukáló enzim hatására gyorsan oxihaemoglobinná alakul át. Csecsemőkben három-hat hónapos korig ez az enzimrendszer még nem fejlődött ki teljesen. Ennek következtében a szervezetben keletkezett methaemoglobinszint a vérben megnövekszik, és kialakul methaemoglobinémia klinikai képe. A methaemoglobinémia bejelentési kötelezettség alá tartozó betegség. A bejelentési kötelezettség bevezetése óta 1600-nál több, számos esetben elhalálozással járó methaemoglobinémiás megbetegedést jelentettek be. Nagyobb mennyiségű nitrát folyamatos felvétele esetén a szervezetben nő a nitrozaminok keletkezésének a lehetősége is, melyek több képviselője karcinogén, teratogén és mutagén hatással rendelkezik. Egyes megyékben az emésztőszervi rosszindulatú daganatos betegek mintegy 70%-a fogyasztott magas (150-200 mg/l) nitrátot tartalmazó ivóvizet. A nyugat-európai ipari országok felnőtt lakossága a zöldségfélékkel naponta átlagosan 70mg nitrátot fogyaszt, a vegetáriánusok pedig ennek az értéknek a háromszorosát. Általánosságban az a vélemény, hogy napi 30-60 mg nitrát bevitele még normális anyagcserét jelent. Nagyobb mennyiségű nitrát bevitele különböző veszélyekkel járhat, amelyek a következők: gyermekeknél 50 mg/l-nél nagyobb nitráttartalmú ivóvíz fogyasztása esetén- a már korábban említett - ún. methaemoglobinémia lép fel, a csecsemő bőre elkékül és légzési zavarok jelentkeznek. Egészségre ártalmas anyagok a különböző szabványok szerint: Egészségre ártalmas anyagok, szervetlen komponensek
Határérték (mg/l) WHO
EU
MSZ 450/1
Nitrát
50
25-50
20-40
Nitrit
3
0,1
0,1-1
VI. Növényekre gyakorolt hatása, felhalmozódása Nem mindegy a növény számára, hogy a nitrát N, vagy az ammónia N, milyen mélyen található a talajban. Ha 30 cm-nél mélyebben van, nem biztos, hogy a növény fel tudja venni, mivel gyökereivel nem éri el. Általánosan elmondható, hogy homoktalajon a nitrátés ammónia N tartalom a 30-100 cm-es talajrétegben található nagy mennyiségben, a kimosódás korábban említett okai miatt, míg kötöttebb (pl. agyagtalajon) inkább a 0-30 cm-es rétegben található, és az évek során nő a mennyisége. A talajban a nitrát (negatív töltése miatt, a hazai talajaink kation abszorbeáló képessége következtében) fizikai úton nem kötődik meg, így a talajszelvényen áthaladó vízzel a talaj mélyebb rétegeibe kerülhet. Főként a gumós és gyökértermésben, különösen a zöldségfélék zöld levéltermésében halmozódhat fel a nitrát nagy mennyiségben. A maximális értékek a fényszegény téli hónapokban gyakoriak. Növényfaj, szervek
Ppm NO3
Burgonya
10-150
Sárgarépa
30-800
Retek
261-2300
Karalábé gumója
205-1685
Fejessaláta
382-3520
Spenót
349-3890
Káposzta
60-3000
A N túlkínálata során a nemkívánatos nitrátfelhalmozás úgy következik be, hogy sem a növényen nem látható károsodás, sem terméscsökkenés nem figyelhető meg. A téli hónapok alacsony fényintenzitása miatt a hajtatott zöldségfélék nitráttartalma meghaladhatja az egészségügyileg elfogadható határkoncentrációkat. Eltérő az egyes növényfajok és fajták nitrátakkumulációs képessége is, így a „nitrátszegény” fajták szelekciója is megindult. A magas nitrogéntartalmú trágyák gyakori adása esetén a növény nem képes minden felvett nitrogént a saját fehérjéjébe beépíteni, ezért annak egy része ionos formában, nitrátként marad a növényzetben. Különösen a fóliasátras termelésben ezzel magyarázható az egyes zöldségfélék növekvő, és a megengedhető határértéket meghaladó nitráttartalma. A talaj, a víz és a zöldségfélék nitráttartalma- azonos terhelési feltételek mellett- a talajok savanyodásával nő, ami a nitrátredukció csökkenésével magyarázható. A nitrát elsősorban a fiatal hajtásban akkumulálódik és a N-ellátás függvényében 6-8-szorosára is megnő. Az intenzív megnyúlás és a szárazanyag-gyarapodás idején a koncentráció a felére csökken. A nitrogénellátás hatása a generatív szemtermésben már alig észlelhető és a nitrát koncentrációja a bokrosodáskorinak 1/10-ére csökken. A szalma több nitrátot tárolhat mint a szem. A növény fejlődési kora is meghatározza a N-tartalmat. Jelesül a fiatalabb növényekben több N található, mint az idősebb fajtáknál. A borsó, mint fehérjenövény kitűnik alacsony nitrátkészletével az egész fejlődése folyamán, tehát energikusan hasznosította és beépítette a felvett nitrátot. Összefoglalva megállapítható, hogy a legtöbb nitrát a fiatal hajtásban és a levelekben található. Különösen veszélyesek a zöldségfélék.
VII. A vizek nitrátszennyeződésének megakadályozása, a prevenció lehetőségei • •
Növelni kellene a műtrágyák hatóanyagtartalmát, ezzel csökkenthető a nagy mennyiségű melléktermékek talajba juttatása. Növelni kell a lassan, fokozatosan lebomló műtrágyák mennyiségét, ezzel elősegítenénk , hogy csak akkor álljanak rendelkezésre oldható formában a talajban, amikor a növény számára szükségessé válik. A lassan ható N-műtrágyák három fő csoportba oszthatók: karbamid-aldehid kondenzátumok, bevonatos műtrágyák, és inhibitoros műtrágyák. Elsősorban a hazánknál csapadékosabb országokban használatosak, ahol a N-kimosódás veszélye nagy. Ezek hatásmechanizmusában jelentős szerepe van a nitrifikáció csökkentésének.
A műtrágya-felhasználás 1985-től fokozatosan csökkent. Ennek több oka volt: az egyik, hogy az állami támogatások fokozatos megvonásával nőttek a műtrágyaárak, másik oka, hogy a mezőgazdasági termékek alacsony felvásárlási ára nem nyújtott kellő fedezetet. A műtrágyázás környezetkárosító hatását mai tudásunk szerint három úton fejti ki: a talajok elsavanyítása, a talajvizek nitrátosodása, valamint a felszíni természetes vizek eutrofizációja. Mindhárom káros folyamat elhárítására hatásos módszereket ismerünk, és ehhez nem az egyetlen és nem is a legcélravezetőbb mód a műtrágyázás csökkentése: • A N- műtrágya savanyító hatása meszezéssel ellensúlyozható; • a nitrátosodás a lassan ható műtrágyák bevezetésével, ill. a szakszerű, osztott adagolással elkerülhető; • a felszíni vizeink főként foszfor által indukált eutrofizációja az eróziós folyamatok megakadályozásával kiküszöbölhető. • A hazai műtrágyák fele-kétharmada vivőanyag. A kálisóban pl. 40-50%-ban fordulhat elő a klorid, melyet nem tekintünk szükséges tápelemnek. A gazdálkodás jelenlegi módja olyan tápelembőséget feltételez, mely a túltrágyázásra alapozódik. Ebből adódóan sok olyan vegyületet juttatunk természetellenes formában, arányban és mennyiségben a talajba, melyet az csak részben vagy egyáltalán nem köt meg. A talajok megkötő ill. visszatartó képessége véges. A környezeti terhelést csak egy bizonyos határig képesek pufferolni, utána „áteresztővé” válnak. Megnőhet a nitrát, a klorid, a szulfátionok mennyisége, az oldható sók koncentrációja stb. A szennyező anyagok idővel a vízbe jutnak és ily módon is veszélyeztetik egészségünket. A gyakran természetellenes módon kialakított nagy táblákon a monokultúrás termesztés gép, vegyszer és energia éhsége szinte kielégíthetetlennek mutatkozott. A gyakran hosszú hónapokon át fedetlen talajokon felgyorsult az erózió, az öntözött területeken előrehaladt a szikesedés és a láposodás. Erősödött az ellenálló gyomflóra, kifejezőbbé vált a monokultúrák hatványozott műtrágyaigénye és betegségérzékenysége. • A zöldségfogyasztással okozott nitrátterhelés ismert és részben egyszerű eljárásokkal csökkenthető: „konyhai módszer”: o a nitrátdús és szennyezett növényi részek eltávolítása, o a saláta és a káposztafélék burkolóleveleinek eldobása, o a cékla és a sárgarépa felső részének eltávolítása, o a tök felső és alsó csúcsi részeinek kivágása, o a sárgarépa központi hengerszerű belsejének eldobása (?), o a nitrát kilúgzása a zöldségből vízzel való átmosással, o a saláták levének kinyomása és a lé eltávolítása.
•
A nitrátterhelés csökkentésének üzemen belüli módszerei: o a betakarítás hosszú napsütést követően, a késő délutáni órákban történjen; o a nitrátszegény fajták termesztését előnyben kell részesíteni; o a szerves trágyázás megfelelő idejének és módjának megválasztása; o a műtrágyákat talaj- és növényvizsgálatok alapján, tényleges igény szerint kell alkalmazni. (pl. szőlőtermesztésben használatos tápanyagmeghat.); o a humuszban szegény terméketlenebb talajok előnyben részesítése (különösen a gyermektápszer alapanyagot termelő, alacsony nitráttartalmú zöldségfélék előállítása folyamán); o a talajok alacsony nitrátkészletének biztosítása a talajnitrogén biológiai megkötésével (szalma és más tág C/N arányú melléktermék leszántása), valamint a talaj fedettségének állandó biztosításával (köztes növények termesztése, a növényi „kivonás” folytonossága révén).
A nitrát főleg egyes sérülékeny vízbázisoknál, talajvizet használó területeken, így elsősorban Borsod, Veszprém és Pest megye bizonyos részein jelenhet meg. Az elmúlt évtizedekben különféle prevenciós módszerekkel (felvilágosítás, palackos ellátás, mosogató alá szerelhető ivóvíztisztító készülékek) sikerrel védekeztek ellene. Ezt jelzi, hogy a nitrát okozta csecsemőkori megbetegedések száma 1977-től 1995-ig 300 körüliről 20 alá csökkent. Készítette:
Kisvakond Kertépítő és Öntözéstechnikai Kft. Süle Krisztián ügyvezető ig.
