Talajásványok szerkezetének és formális K-Ar korának változása műtrágyázás hatására | Changes in the structure and formal K-Ar age of soil minerals in response to mineral fertilization

Balogh, Kadosa and Kádár, Imre (2013) Talajásványok szerkezetének és formális K-Ar korának változása műtrágyázás hatására | Changes in the structure and formal K-Ar age of soil minerals in response to mineral fertilization. Agrokémia és Talajtan, 62 (1). pp. 81-98. ISSN 0002-1873

Text agrokem.62.2013.1.6.pdf Restricted to Repository staff only until 30 June 2033. Download (1MB)

Abstract

Ismeretes, hogy trágyázás hatására a talaj agyagásványai megváltoztatják szerkezetüket. Továbbá az is, hogy az Alföld fiatal üledékein mérhető formális K-Ar „korok” legtöbbször mezozoosak. Azaz lényegében megőrizték képződésük korát, mely a lepusztulás, elszállítódás és lerakódás folyamán csak nagyon keveset változhatott. Következésképpen a talajműveléssel járó ásványátalakulás megváltoztatja a formális K-Ar korokat is. Ennek a valószínűsíthető effektusnak a kimutatására tettünk kísérletet annak reményében, hogy a K-Ar módszer alkalmassá tehető azoknak az elváltozásoknak az integrális mérésére, melyeket az agyagásványok képződésük óta elszenvedtek. E munka során biztató eredményeket értünk el, és sikerült körvonalaznunk a további megoldandó feladatokat. Kimutattuk, hogy:<list list-type="simple"> <label/>A soha nem trágyázott erdő talaj agyagásványainak K-Ar „kora” idősebb a szomszédos, trágyázott nagyüzemi szántó agyagásványainak „koránál”. Az ismert mennyiségű NPK-val trágyázott talajok agyagásványai közül a nagyobb mennyiségű K-műtrágyát kapott talaj agyagásványain mutatható ki fiatalodás, mintha az effektusnak küszöbértéke lenne. A K-műtrágyát nem kapott talajok közül azok kora az „idősebb”, amelyek NP-trágyázásban részesültek. Ez a növényzet K-felvételével lenne magyarázható: ha a NP-trágyázás hatására a növényzet több káliumot vesz fel úgy, hogy a felvett kálium részben a rétegszilikátokból származik. Ebben az esetben a K-Ar kor akkor növekedhet, ha a kálium a ⁴⁰Ar(rad)-nál nagyobb arányban távozik az agyagásványokból. Ez lehetséges, mivel a ⁴⁰Ar(rad) keletkezésekor a bomlás visszalökődési energiájának segítségével a ⁴⁰Ar(rad) átjuthat az oktaéderes rétegbe. <label/>A bemutatott 2. táblázat adatai szerint a K-Ar „kor” függ a szemcsemérettől, a kisebb szemcsék „fiatalabbak”. Ez a függés rendkívül hasonló a kisfokú metamorfitokon megfigyelthez. A fiatal üledékek nemcsak a kort, hanem annak a szemcsemérettől való függését is megőrizték a kisfokú metamorfózistól a talajképződésig eltelt idő alatt. A szemcseméret függés oka az illitesedés folyamatának elhúzódása az átalakuláshoz szükséges kálium lassú diffúziója miatt. Az üledékes kőzeten kialakult talaj szemcseméretét a szállítás és talajképződés során végbement aprózódás és mállás ugyanakkor tovább alakítják. Ha tehát a trágyázás hatására bekövetkezett változást kívánjuk vizsgálni, akkor alapvető követelmény, hogy a referenciának használt és a hozzá hasonlított talajból ugyanazt a szemcseméretet vizsgáljuk. Emiatt, a szemcsék összetapadását elkerülendő, kísérletet tettünk a szemcsék karbonátmentesítésére, továbbá a humuszsavak elroncsolására is. <label/>A 3. táblázatban együtt tanulmányozhatók a kezeletlen mintákból és a karbonát- és humuszmentesített mintákból elválasztott ásványokon mért K, ⁴⁰Ar(rad) és koradatok. A karbonát- és humuszmentesítés hatására minden mintában dúsult a Kkoncentráció, a formális K-Ar kor szintén emelkedett, ami azt mutatja, hogy a minták illittartalma nőtt. Emellett azonban a kontrollhoz képest „fiatalodott kort” csak a 4. és 7. minta esetén észleltünk, e két minta közös vonása a K-tartalom nagyobb növekedése és a műtrágyaként hozzáadott kálium magas értéke; ez az eddigiek fényében nem meglepő. Érdekes viszont, hogy a káliumban leggazdagabb 10. minta kora nem csökkent érdemben. Ennek oka vélhetően az, hogy ez a talaj volt a legnagyobb mennyiségű NP-műtrágyával kezelve, ami megnövelhette a növényzet Kfelvételét is (vagy az NH₄-ion K-iont szorított ki), így az agyagásványok átalakítására kevesebb kálium maradt. <label/>A módszer alkalmazása olyan referencia talaj használatát kívánja meg, ami eredetileg azonos volt a vizsgált talajjal, de trágyázásban nem részesült. Ezt a feltételt egy öreg erdő talaja teljesíti. Az öreg erdők ritkasága az Alföldön azonban korlátozza a módszer alkalmazhatóságát. Felvetődött a kérdés, hogy mivel a kálium nagyon gyorsan megkötődik, a mélyebb talajréteg nem használható-e referencia talajként? A formális K-Ar kor mélységfüggését a 4. táblázatban foglalt adatok egyértelműen mutatják, a mélységgel a formális kor nő. Ebben az esetben viszont nem különböztethető meg a K-műtrágya és az ősi növényzet feltalajban akkumulált K-hatása. A feltételezett effektus kimutatása után a mérési módszer kidolgozása további vizsgálatokat igényel, mindenekelőtt a mintaelőkészítés területén. A továbblépéshez nélkülözhetetlennek látszik az agyagásványminták XRD módszeres vizsgálata. Továbbá a szmektit, az I/S és az illit szétválasztásának, illetve dúsításának megkísérlése eltérő peptizálódásuk alapján, esetleg a kisebb méretű ásványok elválasztása centrifugálással. <label/>Az alkalmazási lehetőségek közül fontos lehet az ásványátalakulás mértékének tanulmányozása a talajtípus és a művelés történetének függvényben; a növényzet milyenségének hatása az ásványátalakulásra; továbbá az alföldi folyók gátjai között a folyószabályozás óta leülepedett, azonos fekün képződött talajon a kor mélységfüggésének tanulmányozása, ami ebben az esetben lehetővé tenné a növényzet által felszínre szállított kálium mennyiségének és ásványátalakító hatásának elkülönített tanulmányozását. | In response to fertilization the clay minerals in soil undergo structural changes, and the formal K-Ar “ages” of the young sediments on the Great Plain are mainly mesozoic. This means that they have basically retained the age in which they were formed. Consequently, the mineral transformation associated with soil cultivation leads to changes in the formal K-Ar ages. An experiment was set up to demonstrate the probable effect of this, hoping that the K-Ar method could be made suitable for the integral measurement of changes suffered by clay minerals since their formation. It was demonstrated that:<list list-type="simple"> <label/>The K-Ar “age” of the clay minerals in a never-fertilized forest soil was older than that of those in the ploughed, fertilized soil of a neighbouring farm. Among the clay minerals in soils given a known quantity of NPK fertilizers, those given the highest rates of K fertilizer exhibited rejuvenation, as if the effect had a threshold value. Among the soils that received no K fertilizer, the “oldest” were those given NP fertilization. This could be explained by the K uptake of the vegetation, if the extra K taken up in response to NP fertilization is extracted in part from the layer silicates. In this case the K-Ar age would increase if K was removed from the clay minerals in a proportion greater than ⁴⁰Ar(rad). This is a possibility, as ⁴⁰Ar(rad) may migrate into the octahedral layer when it is generated, with the help of the recoil energy of decomposition. <label/>The K-Ar “age” depends on the particle size. This dependence is extremely similar to that observed in low-grade metamorphites. The young sediments have retained not only their age, but also the dependence of age on particle size during the period from low-grade metamorphites to soil formation. The reason for this dependence on particle size is the protraction of the illite formation process due to the slow diffusion of the K required for transformation. At the same time, the particle size of the soil formed on sedimentary rocks is altered by the fragmentation and weathering involved in transportation and soil formation. This means that if the changes occurring in response to fertilization are to be investigated, it is essential to examine the same particle size in the reference soil. For this reason, in order to avoid the adhesion of the particles, an attempt was made to eliminate carbonate from the particles and to digest the humic acids. <label/>A study was also made of the K, ⁴⁰Ar(rad) and age data measured for minerals separated from untreated samples and from carbonate- and humus-free samples. As a result of carbonate and humus removal, the K concentration rose in all samples and the formal K-Ar age was also greater, showing that the samples’ illite content had increased. Nevertheless, compared to the control, a “younger age” was only detected in samples 4 and 7, which resembled each other in that they exhibited a greater increase in K content and were given a high K fertilizer rate. It was interesting to note, however, that the age of sample 10 (having the highest K content) changed very little. This could be due to the fact that this soil received the highest NP fertilizer rate, which may have enhanced the K uptake of the vegetation (or the NH₄ ions supplanted the K ions), leaving less K for the conversion of clay minerals. <label/>The application of the method requires the use of a reference soil that was originally identical to the tested soil, but was not treated with fertilizers. This condition is met by the soil of an ancient forest. The scarcity of old forests on the Hungarian Great Plain, however, limits the applicability of the method. This raises the question of whether, as K is very rapidly bound, the deeper soil layers could be used as reference soils. Data on the dependence of formal K-Ar ages on depth (Table 4) clearly reveal that the formal age increases with depth. In this case, however, it is impossible to distinguish between the effect of K fertilizer and that of the K accumulated in the topsoil from the ancient vegetation. After demonstrating the hypothetical effect, the processing of the measurement method will require further analysis, particularly in the field of sample preparation. The analysis of clay mineral samples using the XRD method is essential if further progress is to be achieved. The separation and concentration of smectite, I/S and illite on the basis of their different levels of peptisation will also be necessary, and perhaps the separation of smaller sized minerals by means of centrifugation. <label/>Important fields of application could be the investigation of the extent of mineral transformation as a function of soil type and soil cultivation history; the effect of the type of vegetation on mineral transformation; and investigations on the depth dependence of the age of soils formed on the same substratum due to sedimentation between the dikes raised to regulate the rivers on the Great Plain. The latter would facilitate a separate study of the quantity of potassium transported to the surface by the vegetation and its effect on mineral transformation.

Actions (login required)

Edit Item