Nitrogén a talajban
A növénytermesztés során a termés mennyiségét elsősorban a növények számára felvehető nitrogén mennyisége határozza meg. A talajokban található különböző nitrogénformák összes mennyisége 0,02 – 0,4 tömegszázalék között változik, tehát 1 kg talajban 0,2 – 4 g N van jelen. A művelt talajrétegben az összes mennyiség 95 százaléka szerves kötésben fordul elő, amelynek a növények által hasznosítható hányada nem tisztázott. A növények számára felvehető szervetlen formák, az ammónium (NH4+) és a nitrátion (NO3–) az összes nitrogéntartalom töredékét képezik.
Mindkét forma rendelkezésre áll a különböző talajokban, de egymáshoz viszonyított arányuk változó. Az ammónium kisebb részben könnyen elérhető formában a talajrészecskék felületén, nagyobb részben pedig az agyagásványok rétegei között található, a nitrátion pedig ammóniumból képződik a mikroszervezetek nitrifikációs tevékenységének köszönhetően. Mindkét nitrogénforma elhelyezkedését és átalakulásait részletesebben olvashatják a következő fejezetekben.
A nitrogén körforgalom
A növénytermesztés nitrogén körforgalmában a talaj nitrogén tartalmát növelő folyamatok a szerves- és műtrágyázás, a mikroszervezetek N-kötése, a növényi maradványok visszakerülése, illetve a légköri nitrogén különböző mennyiségben való megjelenése a csapadékvízben.
Az ellentétesen ható folyamatok a növények N-felvétele, a denitrifikáció, a nitrát kimosódása, a talajerózió, az ammónium-fixáció és a gáz halmazállapotú ammónia (NH3) elillanása. A nitrogénszint csökkenését okozó folyamatok mérsékelhetők okszerű talajműveléssel és műtrágyázással, illetve takarónövények vetésével. A nitrogén körforgalmát a 1. ábra szemlélteti.
1. ábra: A nitrogén körfogalma (Füleky 1999)
Trágyázás
A talajt nitrogénben gazdagító folyamatok a szerves- és műtrágyázás. Napjainkban a nitrogénpótlás jellemzően műtrágyákkal történik, a megfelelő típus kiválasztásához szükséges tudnivalókat cikkünk következő fejezeteiben részletesen tárgyaljuk.
Mikroszervezetek N-kötése
Jól ismert a pillangós növényekkel hasznosan együtt – szimbiózisban – élő nitrogénkötő baktériumok létezése. A nitrogénkötők a légkörben jelen lévő nitrogén molekula ammóniává alakítását végzik, melyből a talaj kémhatásának függvényében a növények számára felvehető ammónium képződik. A nitrogénkötő baktériumok a növények gyökerén lévő gümőkben élnek, a működésükhöz szükséges energiát a növény szolgáltatja. Ezek a szervezetek 20-200 kg/ha N megkötésére képesek. Működésükhöz semleges pH és pillangós növények vetése szükséges.
A szabadon élő mikroszervezetek, amelyek nem szorulnak a növényekkel való együttműködésre, egy része a jól levegőzött, oxigéndús, gyengén savanyú és semleges kémhatású talajokban a növényi maradványok lebontásában résztvevő baktériumokkal együtt kötik meg a levegő nitrogénjét (78 térfogat %). Ezek a szervezetek a működésükhöz szükséges energiát a talajba került szerves anyagokból nyerik. Másik csoportjuk oxigénmentes környezetben, többnyire savanyú talajokban végzik a nitrogénkötést. Az általuk évente megkötött N mennyisége 2-20 kg/ha.
Növényi maradványok visszakerülése
A növényi maradványok visszakerülését követően az ammonifikáció enzimatikus folyamatai során ammónia, illetve ammónium képződik. Az ammonifikációs folyamatban oxigéndús és oxigénszegény környezetben egyaránt működő mikroorganizmusok vesznek részt, tehát ez a folyamat a talaj levegőzöttségétől függetlenül végbemegy. A talajban az ammóniából (NH3) keletkező nitrátot (NO3–) nitrifikáló baktériumok (Nitrosomonas, Nitrobacter) állítják elő, amelyek csak oxingéndús közegben működnek.
A jó levegőgazdálkodású, megfelelő szerkezetű talajokban az ammónium mennyisége a gyors nitrifikáció miatt alacsony, a nitrát mennyisége magas. Savanyú, tömődött, vízállásos területeken a nitrogén többnyire ammónium formában van jelen. A nitrátot és ammóniumiont egyaránt szolgáltató talajokból a növények elsősorban az ammóniumot veszik fel, mert ez a nitrogénforma könnyebben beépül a növényi szervezetbe. Ugyanakkor a növények alkalmazkodni képesek a változó körülményekhez, tehát mindkét formát hasznosítják. A reakciók 6–8 pH-érték között mennek végbe leggyorsabban, azonban erősen savanyú talajokban is lejátszódik a nitrátképződés.
Denitrifikáció
A denitrifikáció a nitrát ammóniummá és molekuláris nitrogénné (N2) történő visszaalakulását jelenti. Kedvező talajállapot esetén a műtrágyázás denitrifikációs vesztesége maximum ~15%. Tömődött, rossz vízgazdálkodású, savanyú talajokon pedig 30%-ot meghaladó érték is előfordulhat. Ebből következően érdemes figyelmet fordítanunk a talaj tömörödését okozó talajművelési hibák kiküszöbölésére, a vízállásos területek megszüntetésére és a talaj kémhatásának 6-8-as pH érték között tartására, mert a jó talajállapot csökkenti a műtrágyázás denitrifikációs veszteségét.
Nitrátkimosódás
Nitrátkimosódás akkor lép fel, ha sok nitrát van a talajoldatban, és elegendő víz áramlik lefelé ahhoz, hogy magával vigye a gyökérzóna alá. Homoktalajokon 50 kg/ha/év, kötöttebb talajokon ~20 kg/ha/év lehet a kimosódásból adódó veszteség mértéke. A növénytermesztési gyakorlatban a kimosódás ellen a műtrágyaadagok megosztásával és helyes időzítésével tehetünk, amelynek részleteit Tudásbázisunk következő cikkében tárgyaljuk. Emellett kutatási eredmények bizonyítják, hogy fedetlen talajfelszín esetén a kimosódásból adódó veszteség nagyságrendekkel több, mint a növényborítással rendelkező területeken, ezért a takarónövények használata indokolt. Az alábbi ábra a kukorica és a szója nitrát felvételét szemlélteti (2. ábra). Látható, hogy a talajban lévő nitrát mennyisége és a kultúrnövény igénye nem pontosan esik egybe. Abban az időszakban, amikor nem fedi növényzet a területet, a nitrátot kimosódásra ítéljük. A takarónövények nitrogénfelvételével évről évre megőrizhetjük ezeket a készleteket.
2. ábra: A takarónövények nitrogén felvétele
Eróziós veszteségek
Eróziónak nevezzük a szél vagy a csapadékvíz felszíni pusztító tevékenységét. A víz által elhordott talaj egyben nitrogén elhordást is jelent. Ha például 1 tonna talaj erodálódik, az 4% szerves anyagot feltételezve, melynek körülbelül 1/20 része nitrogén, 2 kg veszteséget eredményez. Az erózió következtében fellépő talajveszteség esetenként 10–20 t/ha is lehet, ami 20–40 kg/ha nitrogénveszteséget jelent. Az eróziós veszteségek megelőzése a fedetlen talajfelszínek takarónövényekkel való borításával lehetséges.
Ammóniumion-fixáció az agyagásványrácsban
A talajoldatból az agyagásványok rácsai közé beépülő ammónium energetikailag olyan helyzetbe kerül, hogy más ionokkal nem cserélhetők ki, ez az ammónium-fixáció. A talajokban és az ásványokban 60–900 mg/kg mennyiségben fordul elő fixált ammónium. A kis értékek homoktalajokra, a legnagyobbak pedig agyagtalajokra jellemzők. A növények számára csak az agyagásványok rétegeinek szélén megkötött (frissen fixált) ammónium felvehető (3. ábra).
3. ábra: Nitrogén az agyagásványok környezetében
Ha a növények a talajoldatból felveszik az ammóniumot, vagy nitrifikáció útján csökken az oldatban a mennyisége, a fixált állapotból egy rész szabaddá válhat az alábbi összefüggés szerint.
NH4+(kötött)⇄ NH4+ (részlegesen elérhető)⇄ NH4+4(oldatban elérhető)
Az ammónia elillanása
A talajban lévő pozitív töltésű ammónium, a negatív töltésű agyagásványok és szervesanyagok felületén, az úgynevezett kationkicserélő helyeken kötődhetnek meg. Ha a talajnak elegendően nagy a kationkicserélő kapacitása, megfelelő a nedvességtartalma és a pH nem lúgos, ez esetben a gáz alakú ammónia vesztesége minimális. Nagymértékű ammónia elillanásból adódó veszteségek léphetnek fel, növénytakaró nélküli, lúgos kémhatású talajoknál, többnyire azokban az esetekben ha a növénykultúra igényeihez képest több nitrogént juttatunk a területre.
Cikkünk következő fejezetében a gazdálkodási körülményeinkhez leginkább megfelelő nitrogén műtrágya kiválasztásához nyújtunk segítséget. A tápanyag-gazdálkodás során figyelemmel kell lennünk a nitrátérzékeny területekre, ahol a vonatkozó rendelet előírásai szerinti nitrogén hatóanyag kijuttatása lehetséges a tenyészidőszakban.