A klímaváltozásban fontos szerepet játszik a szén levegőbeli koncentrációjának növekedése is – mondja Jakab Gergely, az MTA Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont Földrajztudományi Intézet tudományos főmunkatársa, akinek nemrégiben zárult le „Az erózió által mozgatott talaj szervesszén-összetételének térbeli változásai” című NKFI-projektje (PD 100929).

Hogyan kerül a szervesszén a talajba? Erre az a legegyszerűbb válasz, hogy a növények megkötik a levegőből a szén-dioxidot, felépítik a testüket, és amikor elpusztulnak, a szenet tartalmazó szerves anyag bekerül a talajba. Ez a folyamat évezredek óta lejátszódik a természetben, ezért a talajban viszonylag magas szervesszén-tartalom alakul ki. A szén egyrészt termékennyé teszi a talajt, másrészt olyan szerkezet kialakulását segíti elő, amely például felvértezi a talajt az erózió ellen és alkalmassá teszi a víztárolásra.

Az egészséges talajnak – a magas szervesszén-tartalom miatt – nagy a porozitása: az aggregátumai között nagy pórusterek vannak, melyekben elfér, illetve raktározódik a víz. Heves esőzéskor a jó szerkezetű talaj még akkor is elnyeli és megtartja a vizet a pórusaiban, ha nincs növényzet (mert például kivágták az erdőt). A talaj a befogadott víz miatt nehezebben szárad ki, keveset kell öntözni. A szén tehát ilyen módon is javítja a talajt.

A klímaváltozás miatt központi kérdés a légköri szén-dioxid mennyiségének csökkentése. Az előbb vázolt folyamat passzív: alig kell hozzá energiát befektetnünk. Ha hagyjuk nőni az erdőt vagy a füves sztyeppet, akkor az folyamatosan megköti a szén-dioxidot a levegőből, amikor pedig elpusztul a növény, a szén bekerül a talajba, és viszonylag hosszú ideg meg is őrződik ott. Ha a talaj eléri szénfelvevő képessége határát, egyensúly áll be – az ősi időkben éppen ez történt. Amikor azonban az ember elkezdte szántani a földet, akkor megforgatta, átlevegőztette a talajt. A bejutó többletoxigén aktiválta a mikrobákat, amelyek elsősorban a talajban levő szerves anyagot (a humuszt) bontják. A földművelés miatt a talajban felhalmozott szerves anyag egy része tehát lebomlik, és szén-dioxid formájában visszakerül a légkörbe. Ha például kivágják az erdőt, és a helyén legelőt létesítenek, a talaj szervesszén-tartalma évek alatt akár a felére csökkenhet. Ha a legelőt elkezdik nagyon intenzíven művelni, megint megfeleződhet a talajbeli szerves szén mennyisége, a levegőbe pedig szén-dioxid kerül. A légköri szén-dioxid-tartalom, persze, elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok elégetése miatt nő, de a növekedéséhez a mezőgazdaság is hozzájárul. Ha viszont ép a talaj és megfelelően kezelik, akkor még a légköri szén-dioxid további kivonására is alkalmas lehet.

A művelt talajok esetében nagy figyelmet kell fordítani a talajerózióra. A talaj többnyire morzsás szerkezetű, különböző aggregátumokból áll, de ha eső áztatja, az aggregátumok kis talajszemcsékre eshetnek szét. Ha a víz lefolyik a dombvidéken, magával ragadja a szemcsék jelentős részét, aztán lerakja őket valahol. Ez a talajerózió, ami „lehámozza” a termőföldről az értékes feltalajt, a tápanyagot – a gazdának kára keletkezik belőle –, ahol pedig felhalmozza a hordalékot, például az élővizekben, megint károkat okozhat: bejuttatja a vízbe a tápanyagot, ami előbb-utóbb eutrofizációhoz vezet.

Ismételt esők után kialakult, egymásra települt talajkérgek vékonycsiszolaton

Mi azt vizsgáltuk, milyen sors vár ebben a folyamatban a talaj szervesszén-tartalmára. A projekt címében szereplő „térbeliség” esetünkben azt jelenti, hogy a problémát például európai, országos, tábla- és négyzetméter-léptékben is megközelíthetjük.

Kezdjük a végén. Négyzetméter-léptékben azt találtuk, hogy a lehulló esőcseppek „szétbombázzák” a talaj felszínén található aggregátumokat, amelyek sokkal kisebb, elemi szemcsékre eshetnek szét. A talaj szerves anyaga nem homogén, hanem nagyon változatos kémiai összetételű anyagok összessége. Azt is vizsgáltuk, hogy egyes szervesanyag-típusok milyen ásványi szemcsékhez kötődnek.

De a szerves anyag még az elemi szemcsékhez sem egyformán kötődik. A nagyon pici elemi szemcséknek nagy a felületük (ezek kolloidok, például agyagásványok); hozzájuk szívesen kötődnek szerves anyagok. A legkisebb, elemi szemcséken inkább a kisebb molekulaméretű, reaktívabb szerves anyag tapad meg. Ez a szerves anyag nem játszik jelentős szerepet a hosszú távú tápanyagtárolásban, de élénken részt vesz a mikrobiológiai folyamatokban. A valamivel nagyobb szemcsékhez, például a homokhoz (kvarchoz), nem kötődik annyi anyag, mert ezeknek összességében kisebb a felületük.

A sok szemcséből összetapadó, nagyobb aggregátumok belsejében jellemzően nagyobb molekulatömegű, óriásmolekulákból álló szerves anyag van, amely arányaiban több nitrogént tartalmaz. Ez a kis molekuláknál kevésbé reaktív, inkább szénraktárnak tekinthetjük.

Ha az eső hatására felbomlik az aggregátum, kiszabadul a belső szerves anyag, miközben a szemcse felszínéhez kötődő kis molekulatömegű anyag ott marad a szemcséken. Az így kiszabaduló szerves anyag „elillanhat”: vagy lemosódik a talajjal együtt – esetleg bekerül az élővizek iszapjába vagy eltemetődik –, vagy vándorlás közben oxidálódik, „megeszik” a mikrobák és visszajut a légkörbe. Ha a légkörbe kerül, komolyan megnöveli a szén-dioxid-szintet. Ha eltemetődik, és további talajrétegek rakódnak rá a lejtő pusztulása közben, akkor hosszú évekre elraktározódik. Ilyenkor az erózió hosszabb távra kivonja a légkörből a szén-dioxidot.

A projektben csapadékeseményeket is modelleztünk: eső-szimulátorral vizsgáltuk a talajokat laborban és szántóföldeken. Megnéztük, milyenek voltak a felszíni aggregátumok az eső előtt és az eső után. Négyzetméteres léptékben azt találtuk, hogy ha felbomlanak az aggregátumok, akkor a nagy szervesanyag-tartalmú alkotók és az ásványi fázis akár néhány centiméteren belül is szétválhat.

Terepi eső-szimulátor működés közben

Ha egy átlagos talajt, amelynek minden aggregátuma ránézésre homogén – a szerves anyag feketére festi –, „megesőztetünk”, akkor az eső miatt a fekete aggregátumok alkotókra esnek szét. A felszínen lefolyó víz osztályozza az elemi részecskéket, a felszínre finom, szerves anyagtól letisztított, „világos” homokréteg rakódik, amit a talaj nagy ásványi szemcséi alkotnak. A kisebb szemcseméretű, nagy szervesanyag-tartalmú részeket magával ragadja a lefolyó víz. A talajfelszín mélyedéseiben az ott maradó vízzel együtt megreked az a nagyon finom agyag-szervesanyag komplex, ami az aggregátumokból szabadult ki, és lassan ráülepszik a kvarchomok tetejére.

Ebben a legkisebb méretben tehát azt látjuk, hogy az eredetileg homogén, egységes talaj szétválik. A nehéz homok többé-kevésbé helyben marad. De a kisebb méretű szerves anyag az agyaggal együtt elindul a vízben a lejtőn. Ez a megmozdított anyagmennyiség azonban mindig sokkal nagyobb, mint ami végül elérkezik a lejtő aljára.

Talajfelszín az instabil aggregátumok szétesése után. A mikrodomborzat legmagasabb pontjain a „só-virágzást” a légkörbe távozó talajnedvesség okozza

Lejtő-léptékben a felhalmozódást vizsgáltuk. Itt egyáltalán nem mindegy, hogy mennyire intenzív az eső. Ha „leszakad az ég”, az egész hegyoldal „jön lefelé”. Még a homok is elindul, tehát az ásványi és a szerves anyag együtt pusztul, és a lejtő alján a hordalékban ugyanazt a talajt találjuk, mint a lejtőn.

Ha nem olyan heves az eső, szép lassan indul meg a lejtőn a víz, és viszonylag kevés hordalékot visz le. A homok jelentős része ott marad, ahol kikerült az aggregátumból (a nagy molekulatömegű, polimerizált szerves anyaggal együtt), de a könnyen lebegő agyag és a kis molekulatömegű szerves anyag feldúsul a hordalékban. Vizsgálataink szerint a feldúsulási faktor – a lebegő anyag mennyisége a hordalékban az eredeti talajhoz képest – közvetlen, fordított összefüggést mutat a csapadék intenzitásával, az eső hevességével. Ezt az összefüggést függvénnyel is le tudtuk írni. Az összefüggés, persze, más, ha növényzet (gabona, lucerna) borítja a talajt, és más, ha frissen szántották, nincsenek rajta növények.

Ezek az eredmények a gazdálkodásban is hasznosíthatók. Ha a vetést, aratást, talajművelést összehangolnánk azzal, hogy milyen állapotúak a talaj aggregátumai, mennyi és milyen állapotú szenet tartalmaznak – milyen a szervesanyag-összetételük –, sokkal jobban védhetnénk a talajt az erózió ellen: viszonylag kis befektetéssel jelentős szénkészletet őrizhetnénk meg a talajban.

2016. október