KÖRNYEZETi KÖRNYEZETi MIKROBIOLÓGIA ÉS MIKROBIOLÓGIA ÉS ÖKOTOXIKOLÓGIAÖKOTOXIKOLÓGIA

Vegyi anyagok hatása az Vegyi anyagok hatása az ökoszisztémáraökoszisztémára

Gruiz Katalin

A környezetirányítás eszköztára

KÖRNYEZETPOLITIKAGAZDASÁG POLITIKA

KOCKÁZATMENDZSMENTJOG MONITORING

KOCKÁZAT FELMÉRÉSE KOCKÁZAT CSÖKKENTÉSE

1. VESZÉLY AZONOSÍTÁSA

2. KOCKÁZAT FELMÉRÉSE

Általános / helyspecifikus

Kvalitatív/ kvantitatív

Ökológiai / humán egészségi

1. MEGELŐZÉS

2 . KORLÁTOZÁSOK

3. REMEDIÁCIÓ

Fizikai-kémiai technológiák

Bioremediáció

Ökológiai technológiák

Az ökoszisztéma

Az ökoszisztémák az élő és az élettelen koordinált együttműködését különböző fejlettségű és hatékonyságú rendszerekben oldják meg. Mikroméretű ökológiai rendszernek tekinthetőek néhány mikro-organizmus közösségét jelentő élőhelyek, például egy mikrobiológiai úton korrodeálódó vasfelület, a biológiai szennyvíztisztító biofilmje. Nagyobb léptékű ökoszisztémák a felszíni vízek és azok üledéke, vagy a szárazföldi ökoszisztémák, melyek középpontjában a talaj organominerális komplexumában élő biota jelenti az ökológiai rendszert. Legnagyobb léptékű ökológiai rendszer a „földi ökoszisztéma”, mely alatt a Föld teljes bioszféráját értjük és annak minden kölcsönhatását a litoszféra, a hidroszféra és az atmoszféra abiotikus elemeivel. A legmagasabb szintű szervezettség a közösségek együttműködése, kölcsönhatásai, homeosztázisa, anyag- és energiahasznosítása.

Az ökológia

Az ökológia tudománya a legkülönbözőbb méretű ökoszisztémák működését törvényszerűségeit és jellemzőit, elsősorban az anyag- és energiaforgalmat, például a biogeokémiai ciklusokat tanulmányozza.

A környezeti mikrobiológia

A környezeti mikrobiológia kiemelten tárgyalja a mikro-organizmusok szerepét a földi ökológiai rendszerekben, különös tekintettel a bio-geokémiai ciklusokban és a tápklálékláncokban betöltött szerepére.

Ennek a megközelítésnek a hátterében a biomérnök illetve az ökomérnök azon célja áll, hogy a mikro-organizmusokat és végtelen genetikai és biokémiai potenciáljukat technológiák szolgálatába állítsa.

Hogy a mérnök a földi ökoszisztémával harmoníában tehesse ezt, ahhoz részletes ismereteket kell szereznie a földi ökológiai rendszerekről, erről a mai napig ismeretelen fekete dobozról.

Az önszabályzó ökológiai rendszerek

ÖKOSZISZTÉMA = BIOLÓGIAI + ABIOTIKUS

Az ökoszisztémák többet jelentenek, mint egy biológiai rendszer. Az ökoszisztéma több, mint a közösségek összes genetikai információja által meghatározott biokémiai potenciálon alapuló, evolúcióra képes rendszer, mert a biológiaihoz hozzáadódik az abiotikus rendszer, a fizikai-kémiai folyamatok és a termodinamikai háttér és a kettő elválaszthatatlan egységet képez.

Az ökológiai rendszerek önmagukat szabályozzák. A földi ökoszisztémák nyílt rendszerek. Ha nagyobb az anyagfelvétel, mint az anyagleadás, akkor anyagfelhalmozódás jellemzi a rendszert. Folyamatos anyagveszteség elsivatagosodáshoz vezethet. Ezek a folyamatos veszteségek vagy felhalmozódások addig növekszenek, amíg be nem áll a bevételek és kiadások egyensúlya.

Az önszabályzó ökológiai rendszerek

A teljes földi ökoszisztéma legfőbb bevételei a napenergia és a litoszférából szabaddá váló elemek. Ezek a bevételek a földi ökoszisztéma különféle alrendszereiben hasznosulnak, míg végül hő és anyagcseretermékek formájában kerülnek leadásra (kiadás).

Negatív visszacsatolásról beszélünk, ha egy kiadás ellenőrzést gyakorol egy lehetséges bevétel felett, vagyis megállítja az ideális állapottól eltérő tendenciát.

Pozitív visszacsatoló rendszerek is működnek az ökoszisztémákban, amelyek az ideális állapottól való eltávolodáson fáradoznak. Ilyen folyamat például az hogy az ökológiai rendszerek növelik a produkciójukat (nem áll meg egy szinten), az elemek körforgásának sebességét, az energiahassznosulás hatékonyságát.

A visszacsatolással való szabályozás tehát nem egy stabil állapotot, hanem egy stabil trendet hoz létre, hiszen a pozitív visszacsatolás eredménye, az evolúció egy bizonyos irányba állandóan tolja az egyensúlyi helyzetet. A homeosztatikus plató az az egyensúlyi állapot, amelyen belül a rendszer negatív visszacsato-lásokkal stabilizálja magát.

Az ép ökoszisztéma

A NAP

30% visszaverődés a felhőkről

Világűrből l00%

14 % abszorpció a légkörben

7% diffúz szóródás

26 %

földfelszín

égboltról érkező sugárzás 25 %

51 %

Az ép ökoszisztéma

A biológiai produktivitás

A napenergia transzformálódása biokémiai energiává: 0,1-1,6 %

Termesztett növények energiahasznosítása: EH

Természetes ökoszisztéma energiahasznosítása: 2-7x EH

Fototróf élőlények

Kemotróf élőlények: fogyasztók

lebontók

Az ép ökoszisztéma

redukált szubsztrát oxidált termék

fototrófok

kemotrófok

Produktivitás

ÖkoszisztémaÖkoszisztéma TerületTerület

110066 km km22

ProdukcióProdukció

11001616 kJ/év kJ/év

Nyílt óceánNyílt óceán 326326 136136

Parti övezetekParti övezetek 3434 2828

Sivatag és tundraSivatag és tundra 4400 3,33,3

PrériPréri 4242 4444

Tűlevelű erdőkTűlevelű erdők 110,00,0 12,512,5

Száraz erdőkSzáraz erdők 9,49,4 110,0 0,0

Nedves mérsékelt Nedves mérsékelt erdőkerdők

4,94,9 16,316,3

Nedves trópusi erdőkNedves trópusi erdők 14,714,7 123123

Nem gépesített művelt Nem gépesített művelt ter.ter.

110,00,0 12,512,5

Gépesített művelt Gépesített művelt területterület

4, 4, 00 2200, , 00

Baktériumok napenergia hasznosításaBaktériumok napenergia hasznosítása

Thiobacillus ferrooxidanst vas(II)-n tenyésztve:

2 FeCl2 + 2 HCl + ½ O2 2 FeCl3 + H2O

Szoláris termálmódszerrel:

Fe (III) Fe (II)

Táplálkozási láncokTáplálkozási láncok

lebontók

autotrófok növényevők húsevők I húsevők II

napfény

tápanyagfelvétellégzési veszteség

anyagcsere soránhulladékanyagok

Ökológiai piramisokÖkológiai piramisok

Egyedszám/m2 biomassza g/ m2 produktivitás mg/ m2d

15

0,66100

0,10,1

28017,7

26,81,251,5x104

1,2

7,2x1010

10 % szabály

Táplálkozási láncokTáplálkozási láncok

Táplálkozási láncok hossza

Holt szerves anyagokat fogyasztók: detritusz

A mikroorganizmusok elterjedtségeA mikroorganizmusok elterjedtségeKörülményKörülmény Extrém környezeti paraméterekExtrém környezeti paraméterek MikroorganizmusMikroorganizmus

HőmérsékleHőmérséklett

Tengermélyi kitörések (110-115 Tengermélyi kitörések (110-115 ooC)C)Forróvízű források (85 Forróvízű források (85 ooC)C)Forró kénes források (75 Forró kénes források (75 ooC)C)

Methanopyrus Methanopyrus kandlerikandleriPyrodictium abyssiPyrodictium abyssiThermusThermus, , SulfolobusSulfolobusThermotrix thioparaThermotrix thiopara

OzmózisOzmózis--nyomásnyomás

14-15 % NaCl14-15 % NaCl25 % NaCl25 % NaCl

ClamydomonasClamydomonasHalobacteriumHalobacteriumHalococcusHalococcus

Savas pHSavas pH pH 3,0 alattpH 3,0 alattpH 1,0 körül pH 1,0 körül

SaccharomycesSaccharomycesThiobacillusThiobacillus

Lúgos pHLúgos pH ppH 10,0 és felettH 10,0 és felettee Bacillus sp.Bacillus sp.

Kis Kis vízaktivitásvízaktivitás

aaww= 0,6–0,65= 0,6–0,65 Torulopsis sp.Torulopsis sp.Candida sp.Candida sp.

Magas hőMagas hő--mérséklet + mérséklet + alacsony pHalacsony pH

85 85 ooC, pH 1,0C, pH 1,0 CyanidiumCyanidiumSulfolobus Sulfolobus acidocaldarumacidocaldarum

A biológiai evolúció általános trendjeiA biológiai evolúció általános trendjei

1. A bioszféra teljes biomasszája fokozatosan nő.

A növekedés fokozatos vagy ugrásszerű volt a Föld története során. A szárazföld nagy része néptelen volt és a benépesedett részek denzitása kicsi volt. A denzitás melett a genetikai diverzitás is alacsony szintű volt, egészen a prekambriumig.

2. A genetikai diverzitás állandóan nő.

3. A holt szerves anyagok felhalmozódásának üteme állandóan csökken.

A mikrobiológiai degradáció egyre hatékonyabbá válik, a humuszképződési és a szénülési (fosszilizációs) folymatokba egyre kevesebb szerves anyag kerül.

4. Egyre hatékonyabb a mikrobiológiai degradáció.

A mikroorganizmus változékonysága, genetikai és biokémiai flexibilitása gyors és hatákony adaptációt eredményez. A xenobiotikumok biodegradációja vagy kometabolizmusa még igen toxikus és a kémiai szerkezetből következően nehezen hozzáférhető szerves vegyületeke esetében is megtörténik.

5. A humifikáció folyamata visszaszorul.

A biodegradáció tökéletesedésével párhuzamosan a holt szerves anyagok egyre kisebb része marad bontatlanul, felhasználatlanul. A mineralizáció a talajban egyre fokozódik. A jura korszakig a modertalajok voltak jellemzőek, később mulltalajok, vagyis kisebb humusztartalmú talajok. A mai trópusok talajában gyakorlatilag nincs humuszanyag.

6. A körforgalomba vont elemek mennyisége nő.

A növekvő biomasszába egyre több biogén elem épül be. A földfelszín anorganikus elemkészlete csökken, abszolút értékben is, de a beépült, élőlényekben immobilizált hányadhoz képest még inkább.

7. A biológiailag immobilizált anyagmennyiség és anyaghányad egyre nő.

Ez azt jelenti, hogy élőlényekbe épülve, vagyis biológiai kontroll alatt áll.

8. Az elemek körforgásának sebessége egyre nő.

A termelés és a lebontás egyre tökéletesebb összehangolása azt eredményezi, hogy a holt szerves anyagok ásványosítása egyre gyorsul, az elemeknek váltakozva szerves (élő) kötésből szervetlenbe való átkerülése és újbóli beépülése egyre rövidebb időt vesz igénybe.

9. Az életközösségekben az energiaáramlás és az entró-piagerjesztés egyre nő.

A biogén elemek szervetlenből szervesbe beépülése egyben a napenergia beépülését, redukciót is jelent, a mineralizáció pedig energiafelszabadítást. A ciklizáció meggyorsulásával tehát az energiaáramlás is felgyorsul, vagyis a napenergia felfogása és kémiai ill. hőenergiává alakítása egyre gyorsabb.

10. A napenergia felfogása és konvertálása egyre nagyobb mérvű.

A bioszféra entrópiapumpává válik.

11. Nő a produktivitás.

A produktivitás növekedése nem csak az elemforgalom megnövekedett üteme miatt lehetséges, hanem a fajok genetikailag megszabott produk-tivitásának fokozódása miatt is. A napenergiát jobb hatásfokkal hasz-nosító fajok a természetes kiválogatódás során előnyt élveznek, az evolúció olyan társulások kialakulásához vezet, amelyek mélyebb vizekben és korábban produkcióra nem alkalmas helyeken is működő-képes. Nemcsak az abszolút, de az időegységre jutó produkció is nő. 

12. Az energiakanalizáció egyre bonyolultabbá válik.

A termelők által befogott napenergia a közösségi anyagcsereutakon és a táplálékláncokon keresztül egyre bonyolultabb és hosszabb úton, mind nagyobb számú faj és változat bevonásával alakul és vész el végül hő formájában. Az energiakanalizáció bonyolultabbá válása az energia közösségi szintű felhasználását és biológiai ellenőrzöttségét is jelenti.

13. A biológiai energiahasznosítás hatásfoka egyre nő.

Az evolúció során egyre hatékonyabb eenergiahasznosítású fajok szelektálódnak. Például az ATP szintézis szempontjából az aerob légzés biztosítja a legjobb energiahasznosulást. Az egyes szerves vegyületek „elégetése” a legkülönfélébb, eltérő hasznosulást jelentő anyagcsere-utakon mehetnek végbe. Az aerob élőhelyek mennyisége egyre nő, pl. talaj átszellőzöttsége, talajlazító állatok.

14. A faji diverzitás egyre nő.

A modern bioszférában a recens fajok száma kétmillió. Ennyi faj egyszerre még sohasem élt a földön, annak ellenére, hogy ennek sokszorosa kihalt már. Az együtt élő fajok mennyisége és sokfélesége működési biztonságot, funkcionális stabilitást eredményez. A nagy fajszám és a diverzitás az energiakanalizáció finomodásán kívül az energiakihasználás hatékonyságának növekedését is jelenti.

15. A biogén elemek vándorlásának biológiai ellenőrzött-sége egyre nagyobb.

A biogeokémiai ciklusok során az elemek anorganikus kötésben történő vándorlása lerövidül és a biológiailag ellenőrzött szakasz hossza megnő. Példaként a trópusi talajok felgyorsult mineralizációját lehet említeni, ahol szervesanyag felhalmozódásra, abiotikus folyamatokra, humuszkép-ződésre nincs mód.

16. A mikroorganizmusok biokémiai differenciálódása és közösségeik biokémiai kapacitása, mineralizációs képes-sége egyre nagyobb.

A földtörténeti korokat vizsgálva követhető a mikroorganizmusok morfológiai differenciálódása, diverzitásuk növekedése. A mikroorga-nizmusok biokémiai evolúciója a mai napig folyamatos, a szennyeződé-sek hirtelen elterjedésével pedig felgyorsult. A mikroorganizmusok új génjeinek kialakulását és elterjedését olyan flexibilis mechanizmusok biztosítják, mint a plazmidok vándorlása, az ugráló gének, stb.

17. Az abiogén és a biológiai folyamatok koordinációja egyre közvetlenebb.

Az abiogén egyre inkább a biológiai ellenőrzése alá kerül. Az abiotikus alrendszerek utánpótlása a kőzetek tartalékaiból képes kiegészülni. A szén a karbonátos kőzetekből, a kén a szulfid ásványokból, a nitrogén a levegőből, stb.

18. A környezeti hatásokkal szembeni rezisztencia nő.

A fajok diverzitása, a közösségeken belüli redundancia biztosítja, hogy az ökoszisztémák a környezeti tényezők egyre nagyobb kilengéseit is képesek tolerálni. A bioszféra, a Föld teljes ökoszisztémájára vonat-kozóan is, egyre rezisztensebb lesz.

19. A közösségek tehát egyre nagyobb környezeti kilengéseket is képesek tolerálni.

20. A biológiai szabályozás egyre sokrétűbb és bonyolultabb.

A fajszám növekedésével a kapcsolatok típusai egyre változatosabbak.

21. Az ökológiai rendszerek geográfiai expanziója.

Az ökoszisztémák meghódítják a pólusokat, a tundrákat. Az egyenlítő környezete a legrégebben elfoglalt terület, ennek abszolút kora és relatív kora is a legnagyobb. A relatív kor a fejlettségi szintet is jelenti, az ökoszisztémák fejlődésében, így a legnagyobb produktivitást, a leg-tökéletesebb együttműködést, a legjobb energiahasznosulást, a legnagyobb entrópiát.

22. A biológiailag szintetizált szerves vegyületek száma egyre nő.

A mikroorganizmusok (és más élőlények) által szintetizált szerves vegyületek száma napjainkban minden korábbinál nagyobb. Ezzel párhuzamosan a biodegradációs potenciál is egyre növekszik.

23. A biokémiai potenciál egyre nő.

Mind a szintetizáló, mind a biodegradatív.

24. A biológiai funkciókért felelős genetikai információ összmennyisége és diszpergáltsági foka egyre nő.

A bioszféra összessége, mint egyetlen közösség működéséhez az egyes fajok génjeiben kódolt össz-információ működésére van szükség. Ez az információmennyiség egyre nő, és diszpergáltsági foka is.

Ökológiai folyamatok tér-idő diagramja

Környezetszennyezés-típusok tér-idő diagramja

Elemek körforgalma: biogeokémiai ciklusok Elemek körforgalma: biogeokémiai ciklusok kulcsszavaikulcsszavai

Gázfázisú / üledékes

Biotikus / abiotikus fázisok, biológiai ellenőrzöttség

Ásványosítás / ásványbemosódás / ásványszétesés

Immobilizáció / mobilizáció

Oxidáció / Redukció: Oxidáció: kemolitotrófok és heterotrófok energiatermelése valamint közvetett (ammó-nium, nitrit, kén, kénhidrogén, fémszulfidok, ferrovas, hidrogén oxidációjából nyerik az energiát)

Redukció: C, N, P, S, Fe, Mn, Cl: terminális elektronakceptor (terminális elektronakcep-torként: oxigén, nitrát, ferrivas, szulfát, kén, piroszőlősav, stb.)

Párologtatás (C, N, S, H, O, Se) / megkötés (C, N, H, O)

Geológiai üledékképződés: kén és szulfid, kőolaj, szén, kelátok, bioakkumuláció, izotópfrakcionálás, stb.

Szárazföldi ökoszisztémák tápanyagforgalmaSzárazföldi ökoszisztémák tápanyagforgalma

légkör

Talaj és kőzet tápelemkészlet

növény ragadozódetritusz

avar

rendszeren belüli ciklus

szervesanyag készlet

aeroszol üledékképz

mállás

ásványképz

biol. felvétel ásványosítás

biol. felvétel

biol. leadás

Mikroorganizmusok a környezetbenMikroorganizmusok a környezetben

•Közösség, populáció

•Autochton: bennszülött és allochton: idegen

•Pionír mikroorganizmusok, szukcesszió (autogén, allogén)

•Klimaxközösség: állandósult mikrobatársulás

•Pozíció a közösségben

•Fajok közötti kölcsönhatások: neutralizmus, kommenzalizmus, protokooperáció, szimbiózis, kompetíció, amenzalizmus, parazitizmus, predáció

Mikroorganizmusok szerepeMikroorganizmusok szerepe a szénkörforgalomban a szénkörforgalomban

légzésSzerves anyag

erjedés

CH4 CO2

AEROB

ANAEROB

fotoszintézis

Erjedési termék és H2Nitrátredukció

szulfátredukciómetanogenézis és acetogenézis

Szénkörforgalom a földi ökoszisztémábanSzénkörforgalom a földi ökoszisztémábanATMOSZFÉRA

725

SZÁRAZFÖLDholt szag, humusz: 2 000szén, kőolaj, földgáz: 5-10 000karbonát: 20 000 000

TENGERoldott szag: 1 000 0,5

üledék

C tartalom ill. tartalék * 109 t C áram nyilakon: * 109 t/év

Növény: 550 CO2

38 000

105120

fitoplankton

5

6060

5

102

MM

M

SzénkörforgalomSzénkörforgalom

Légzés: 6 O2 + C6H12O6 6 CO2 + 6 H2O

Fotoszintézis: 6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Aerob lebontás: holt szerves anyag, cellulóz, lignin, kőolaj, szerves szennyezőanyagok, xenobiotikumok lebontása

Anaerob lebontás: anaerob légzés, erjedés

Aerob és anaerob biodegradációAerob és anaerob biodegradáció

Aerob biodegradáció: cukrok, keményítő, cellulóz, lignin

Anaerob biodegradáció: erjedés, fakultatív és obligát anaerobok

Obligát anaeroboknál hiányzik a kataláz:

2O2- + 2H3 szuperoxid dismutáz H2O2 + O2

H2O2 kataláz H2O + ½ O2

Az erjedés az anaerob táplálékláncok bevezető lépése

Másodlagos erjesztés: acetogenézis, metanogenézis

Az erjesztő baktériumok az etanolt, a vajsavat vagy a propionsavat acetáttá és hidrogénné erjesztik. Szoros együttműködésben vannak a H2-t hasznosító metanogén baktériumokkal.

Syntrophobacter wolfei: vajsav acetát + H2

Erjedési folyamatokErjedési folyamatok

CUKOR

Piruvát

Acetil-CoA

EnterobaktériumokClostridiumok

Tejsavas erjedés Propionsavas erjedés

laktát, etanolpropionát

szukcinát

formiát

acetoin

2,3-butándiol

acetát

etanol

H2

CO2CO2

acetát

etanol

aceton

isopropanol

butanol

butirát

CO2

Acetil-CoAC4

Aerob és anaerob légzésfajtákAerob és anaerob légzésfajták

aerob

anaerob

redoxpot

+0,8

+0,4

- 0,3

Szénhidrát + O2 légzés CO2 + H2O

Ammónium + O2 nitrifikáció NO2/NO3 + H2O

Szénhidrát + NO3 nitrátlégzés N2O/N2 + H2O

Zsírsav, H2 + SO42- szulfátlégzés acetát, CO2, H2S

H2 + CO2 karbonátlégzés acetát + H2O acetogenézis*

H2 + CO2 karbonátlégzés metán + H2O metanogenézis**

*Clostridium acetogenum/thermoaceticum, **Archaebacteria: Methanobacterium, Methanococcus, Methanospirillum, stb

MetánkörforgalomMetánkörforgalom

aerob

anaerob

atm

oszf

éra

vize

k é

s ta

lajo

k

Acetát, H2

CO2

CH4 + CO2

metanogén baktériumok

metanotróf baktériumok

CH4CO2

biomassza

Fotokémiai oxidáció felezési idő: 12-17 év

párolgás

foto

szin

t

Acetogenézis és metanogenézisAcetogenézis és metanogenézis

Acetogén baktériumok: obligát anaerob acetogén (nem= ecetsavbaktérium).

Karbonátlégzés: 2CO2 + 4H2 CH3COOH + 2H2O. A CO2 a terminális

elektronakceptor, a H2 anaerob oxidációjához (légzés).

Clostridium acetogenum, Clostridium thermoaceticum

Metanogenézis: a biogáz termelés alapfolyamata. Metán az üvegház hatásért felelős gáz. 400 x 106 t/év, ebből 90 x 106 t/év a kérődzők metán termelése.

Az acetát a metántermelés köztiterméke.

4H2 + CO2 CH4 + 2H2O CH3COOH + 2H2O CH4 + CO2

Archeabacteria, Archea: sajátos evolúció eredményei, eltér az eubaktériumoktól a sejtfal, a membrán és az anyagcsereutak is.

Methanibacterium, Methanococcus, Methanomicrobium, Metha no spirillum, Methanothermus

Az acetátot is képes hasznosítani a Methanisarcina és a Methanotrix

MetanotrófokMetanotrófok

Metanotrófok: a metánkörforgalomban a metán energiaforrásul történő hasznosítását végzik.

Aerob metanotróf vagy metilotróf baktériumok, melyek a metánt, a metanolt, a metilamint, a formiátot és a formamidot is képesek hasznosítani: talajban, vizekben.

Baktériumok: Methylosynus, Methylocistis, Methylobacter, Methylococcus

Metanotróf gombák: Candida boidinii, Hansenula polymorpha

Kőolajszármazékok lebontása

Aerob vagy fakultatív anaerob baktériumok: Pseudomonas, Acinetobacter, Bacillus, Nocardia, Rhodococcus, Mycobacterium, Corynebacterium, Flavobacterium, Beijerinckia, Aktinomicéták, pl. Acinetobacter calcoaceticus,

Anaerob baktériumok: nitrátredukálók: Pseudomonasok, Moraxella, szulfátredukálók: Desulfobacterium, Rhodopseudomonas,

Gombák: Candida, Rhodotorula, Aspergillus, Penicillium, Trichoderma, Cununghamella, Rhizoctonia,

Xenobiotikumok lebontásaCCl4 és CHCl3: Acetobacterium woodii, kometabolizmussal: Methylophylus,

Mathylobacterium,

Triklóretilén és tetraklóretilén: Pseudomonas putida, Xanthobacter aurotrophycus, Xanthomonas

Klór-légzés: HCl termelés ATP képzés mellett, reduktív dehalogénezés: általában keverék-tenyészetek képesek csak rá.

Klórozott aromások lebontása: Pseudomonas, Arthrobacter, Alcaligenes, Pseudomonas putida,

PCB, dioxin: Pseudomonas testosteroni, Brevibacterium,

Műanyagok, gumi: Streptomycesek,

Xenobiotikum bontása függ: a mikroorganizmustól: tiszta vagy kevert kultúra, a vegyi anyag kémiai szerkezetétől, koncentrációjától, biológiai hozzáférhetőségétől, kometabolizálhatóságától, táoanyag kiegészítők (N, P, H-akceptor) jelenlététől.

Nitrogénkörforgalom a földi ökoszisztémábanNitrogénkörforgalom a földi ökoszisztémában

ATMOSZFÉRA3 800 000

holt szag, humusz: 250 000

SZÁRAZFÖLDDetritus, üledék

TENGERN tartalom ill. tartalék * 106 t N áram nyilakon: * 106 t/év

Növény: 12 000Állat: 200

biológiai fixálás30

Nitrogén fixálás140

Fitoplankton: 300Állat: 170

NH3

100Denitrifikáció

130

M500

M

M

mineralizáció mineralizáció

Denitrifikáció30

NH3

60Műtrágya

40

NOx

20

MikrobiMikrobiáális nitroglis nitrogéénknköörforgalomrforgalom

N2O

N2

Biomasszában kötött szerves N

humuszNH4

+

NO2-

NO3-

Anaerob

Aerob

Aerob és anaerob

deni

trifi

káció

nitrogénfixálás

NH 4+ as

szim

iláció

amm

onifi

káció

nitrifikáció

Nitrifikálók:NitrosomonasNitrobacterNitrococcusNitrospira

Denitrifikálók:PseudomonasBacillus lichenifEscherichia coli

Nitrogénfixálók:AzotobacterRhizobium

Baktériumok a nitrátkörforgalombanBaktériumok a nitrátkörforgalomban

Nitrifikáció: ammóniumoxidáció és nitritoxidáció

NH4 + 1,5 O2 NO2- + 2H+ + H2O

Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrosolobus, Nitrosovibrio

NO2- + 0,5 O2 NO3

Nitrobacter, Nitrococcus, Nitrospina, Nitrospira

Gomba: Aspergillus

Denitrifikáció: nitrátredukció: NO3 N2 (N2O)

Egyik anaerob légzésforma, nitrát a H-akceptor.

Pseudomonasok, Bacillus licheniformis, Paracoccus denitrificans, E. coli, stb.

Légköri nitrogén megkötése: szabadon élők és szimbinták: Azotobacter, Rhizobium

Ammonifikáció: ammónium oxidációjából nyernek energiát

Holt szerves anyagok sorsa a talajban, humifikáció

Holt szerves anyag C/N=30

Huminanyagok C/N=10-15

Szalma CO2 + H2O CO2 + H2O felszín

Szénhidrát, pektin, cellulóz, protein

Viszonylag stabil maradékok

Ásványositás

NH4

Asszimiláció Ammonifikáció

R-NH2

Biomassza

NH4, aminosav, aminocukor

Nukleofil adicióKondenzáció polimerizáció

Hidroxi fenolok Kinoidális gyökök

nLignintanninpolifenol

nitrogénzár

Demetilezés dekarboxilezés, béta oxidáció autooxidáció

FoszforkörforgalomFoszforkörforgalomaratás

Műtrágya pl. szuperfoszfát

Oldható foszfát PO43-

Foszfatázok

Mikroorganizmusok

Szerves savak

Oldhatatatlan szerves és szervetlen foszfátok

Pl. inositol hexafoszfát

Apatit és kicsapódott kalciumfoszfátVas- és aluminium oxidokon abszorbeált P

Vízi ökoszisztémák foszforháztartásaVízi ökoszisztémák foszforháztartása

Oligotróf Eutróf

szerves anyag szerves anyag

PO43-

PO43- H2S + PO4

3- oldható

FePO4 oldhatatlan FeS

Fe3+ Fe2+

aerobaerob

anaerob

0,001-0,01 mg/l 0,01-1 mg/l

KKéénnkörforgalom a földi ökoszisztémábankörforgalom a földi ökoszisztémában

ATMOSZFÉRA3

Szervetlen kőzetekben: 26 000

SZÁRAZFÖLD

1 300

TENGER

Detritus, üledék

S tartalom ill. tartalék * 106 t S áram nyilakon: * 106 t/év

Biomasszában: 1010 t

Biomassza: 1010 t

Biogén H2S 30

Vulkanikus tevékenységSO2 és H2S

biogénH2S5-10 Égetés

SO2: 65Spray SO4: 40

Csapadék:90+100

bánya

130

Szulfátredukció

Aerob: beépül szerves sejtalkotókba

Anaerob: vizek, üledékek: a szulfát elektronakceptorként funkcionál, anaerob légzéshez

Acetát és CO2 képzés laktátból, propionátból, etanolból: Desulfovibrio,

Desulfomikrobium, Desulfolobus

Acetátból CO2 és H2: Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfonema,

Desulfotomaculum acetoxidans

H2 oxidáció fakultatív kemolitotrófokkal: Desulfovobrio desulfuricans,

Desulfotomaculum orientis

A vas anaerob korroziója: több lépés összevont reakciója:

4Fe + SO42- + 2H2O + 2H+ FeS + 3Fe(OH)2

A kolloid vasvegyületek a csövek eldugulását okozhatják.

Kénoxidáció

H2S, elemi kén és tioszulfát redukált szubsztrátot jelent a színtelen

kénbaktériumok és a fototróf vörös kénbaktériumok számára.

A színtelen kénbaktériumok lehetnek fonalasok, vagy egysejtűek. Archeabaktériumok is képesek a redukált kénvegyületeket oxidálni (kemolitotrófok, szénforrásuk a CO2).

Thiobacillusok (kénsav), fonalasok: Beggiatoa,

Vörös kénbaktériumok: Chromatiaceae, Thiorhodaceae, Thiospirillum

Zöld kénbaktériumok: Chlorobium

A környezetben a szén és kőzetek a kéntartalmát oxidálják. Ha van toxikus fém a kőzetben (bánya) akkor a fémek kioldása is megtörténik

Kénoxidáció

Tavakban fonalas kénbaktériumok: Thiotrix, Thioplaca

Egysejtű, nagyméretű: Thiofulvum, Achromatium

Kénhidrogén elemi kén kénsav

Többen összedolgoznak, pl. színtelen fonalas kénbaktériumok a cianobaktériumokkal és vörös kénbaktériumokkal.

Thiobacillusok: savtűrőek: pH 1-5 Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus ferrooxidans

Betoncsövek korróziója: szulfátredukálól és kénoxidálók együttműködéséből

Vas oxidáció és szén kéntelenítés:

FeS2 + 3,5 O2 + H2O FeSO4 + H2SO4

2FeSO4 + 0,5 O2 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + H2O

Bioleaching, fémkioldás

MikrobiMikrobiáális lis kékénknköörforgalomrforgalom

Szerves kénvegyületek

H2S

S0

SO42-

Anaerob

Aerob

Aerob és anaerob

szul

fátr

eduk

cióDeszulfurálás

/fehérjebontás

Kénoxidáció

kemo és fototrofok

Szul

fidox

idác

ió

kem

o- és

foto

tróf

ok

Szulfátredukció(szulfátlégzés)

Thiobacillusokkén-oxidációja

A talajA talajTalajtan

1909-1931: Sigmond Elek

Talaj

Talajképződés

Földtani tényezők (aktív: kiemelkedések, sűllyedések, talajviz-viszonyok, felszíni vizek; passzív: kőzet fizikai és kémiai tul.)

Éghajlati tényezők: T, csapadék, párolgás, szélviszonyok

Domborzati tényezők: tengerszint, lejtők

Biológiai tényezők: mikroorganizmus, növény

A talajok kora: abszolút és relatív kor

Emberi tevékenység

Magyarország földtörténeteMagyarország földtörténete

Kárpátmedence kialakulása: harmadkor közepe

Előtte Tisziai masszívum, körötte a Tethys tenger (iszap, homok, mészkő)

Harmadkor közepe: a masszívum feldarabolódott, szélén vulkáni tevékenység indult, keletről nyugatra (ezzel párhuzamosan a savanyúság nő)

Zemplén, Mátra, Cserhát, Börzsöny, Visegrádi hegység, Bakony

A kiemelkedések a tenger aljából képződtek, a masszívum egyre süllyedt, a kiemelkedések anyagával feltöltődött, közepén a sekély Pannon tenger, mely lassan kiédesült (2-3 ezer méteres tengeri majd tavi üledéksor). Máig is sűllyed: 20-30 cm / 50 év.

Negyedkor előtt: szubtrópusi ill. trópusi éghajlatNegyedkor elején: hűvösödés, periglaciális: a jégkorszak hatása éri

Glaciális: száraz, hideg: lösz szállitásaInterglaciális: füves lösz erdős sztyeppe, talajképződés

Duna: harmadkor vége, visegrádi áttörés: plesztocén végeBalatoni árok: pleisztocén vége Tisza: holocén eleje

Földtörténeti korokFöldtörténeti korok

KorKor korkor korkor évév

ÚjÚj negyedkornegyedkor holocénholocén 12 ezer12 ezer

pleisztocénpleisztocén 1 millió1 millió

harmadkorharmadkor neogén:neogén: plioc pliocén/miocénén/miocén 110/250/25

paleogén: oligocén/eocénpaleogén: oligocén/eocén 45/6045/60

KözépkorKözépkor krétakréta 140140

júrajúra 175175

triásztriász 200200

ÓkorÓkor permperm 240240

karbonkarbon 310310

devondevon 350350

szilurszilur 450450

kambriumkambrium 540540

KŐZETEKKŐZETEKMAGMÁS mélységi kiömlési

a b c d e f kovasav

4 4 4 3 1 0 gránit kvarcporfáz/riolit 70%

1 4 3 3 1 0 szienit porfir/trachit 60-70

1 1 4 3 40 diorit porfirit/andezit 60

0 0 4 0 4 3 gabbro melafir/bazalt 50

a: kvarcb: alkáliföldpátc: plagioklász d: csilláme: amfibolf: olivin

KŐZETEKKŐZETEKÜLEDÉKES 1. vulkáni tufa: magma hamu leülepedése

2. törmelékes üledékes: aprózódás, másodlagos felhalmozódásvivőanyag: víz, szél cementálóanyag: mész, kovasav, Fe oxihidrátméret: >2 mm: konglomerát/brescsa

2-0,02 mm: homokos üledék<0,02 mm: agyagos üledék

Víz által szállított: iszapos / szél által: por, lösz, futóhomok

Lösz: agyagásvány: 1o-15 %

3. oldatból kivált : márga (agyagtartalmú CaCO3 , mészkő (CaCO3), dolomit (CaMgCO3),

4. szerves eredetű üledékes: tőzeg, nyersfoszfát, diatoma pala

A talaj ásványi anyagaiA talaj ásványi anyagai

Kloridok: NaCl

Szulfidok: FeS: pirit

Szulfát: gipsz (CaSO4x2H2O), glaubersó (Na2SO4x10H2O),

epszomit MgSO4x7H2O

Nitrátok: NaNO3, natronsalétrom, puskapor

Foszfát: apatit, fluorapatit Ca5 (PO4)3F, vasfoszfát, Al-foszfát

Karbonátok: kristályos CaCO3: kalcit, dolomit, szóda: NaCO3x10H2O

Oxidok: Al (hidrargillit, bőhmit, bayerit, diaszpor) és Fe oxidok (hematit,

magnetit) hidrátok, oxihidrátok, Mg és Ti oxidok

Szilikátok: SiO2 különféle kristályformákban,

Si a tetraéder középpontjában

SzilikátokSzilikátokSiO2 különféle kristályformákban, Si a tetraéder középpontjában

Rácstípus szerint:

1. szigetszilikát: 2 Si-tetraéder: pl. olivin: (Mg, Fe2+)2 SiO4

2. láncszilikát: piroxén, augit: Ca-, Mg- Fe-szilikátok

O O

O Si O Si O

O 1. O 2.

3. szalagszilikátok: amfibol: Ca-, Mg- Fe- és Al-szilikátok

v v v

v v v

SzilikátokSzilikátok

4. rétegszilikátok: 6 db tetraéder egy sík mentén tetraéderes réteg

oktaéderes síkokkal váltakozva: szteatit: 4-brucit-4, csillám: 4-8-4,

muszkovit: 4-8, diotit: 4-8

5. Térrácsos szilikátok: minden irányban kapcsolódnak egymáshoz a tetraéderek térszerkezet

Földpátok: K, Na, Ca földpátok és elegyeik

AGYAGÁSVÁNYOKAGYAGÁSVÁNYOK

Elsődleges szilikátokból keletkeznek másodlagos átalakulással: kolloidok

Kétrétegű: 4-8 (Al) kaolinit típus

Háromrétegű: 4-8 (Mg)-4 montmorillonit típus

Ha a Si helyett Al vagy Fe épül be a rácsba, akkor a felületen szabad kötési helyek alakulnak ki: kationok megkötése

Típusai:

I. Elektromosan semleges: 4-8 vagy 4-8-4 kandit, talk

I. és II. között: cellánként <1 töltés: 4-8-4/víz/rétegek közti kation: szmektit

II. Elemi cellánként egy negatív töltés: 4-8-4-rétegközi kation: csillámok

vagy 4-8-4-8: kloritok

I. és II. keverten: közberétegzett ásványok:

Agyagásványok kémiai összetételeAgyagásványok kémiai összetétele

rétegek oktaéder tetraéder rácselemközti kation centrális centrális

Kétrétegű agyagásványokKaolinit - Al Si O, OHHalloysit - Al Si O, OH, 2H2O

Háromrétegű agyagásványokIllit K, X Al, Fe3+, Mg Si, Al O, OH, YH2OVermikulit X Mg, Fe3+, Al Si, Al O, OH, YH2O Montmorillonit X Al, Mg Si, Al O, OH, YH2O

Négyrétegű agyagásványokKlorit - Mg, Fe3+, Al Si, Al O, OH

X: Ca, Mg, K, Na, H3O Y: víz

Talajképződés-kőzetek mállásaTalajképződés-kőzetek mállásaFizikai, kémiai, biológiai mállás

Fizikai: rétegnyomás, T, fagyhatás (2200 kg/cm2),kiszáradás, sókristályképződés (100 kg/cm2),növényi gyökerek nyomása (1o-15 kg/cm2)víz és szél aprózó hatása

Kémiai: kioldás sorrendje: 1. alkáli fémek sói, 2. Alkáli földpátok sói3. Szilikátok hidrolíziseKAlSi3O8 + HOH HAlSi3O8 + KOHalkáli földpát Al-hidroszilikát

HAlSi3O8 + 4HOH Al(OH)3 + H2SiO3

2HAlSi3O8 + 5HOH Al2SiO3(OH)4 + 4H2SiO3

allofán: agyagásványok elővegyülete

Sok csapadék savanyú pH: trópusok: kaolinitKevesebb csapadék, alkalikus: mérsékelt égőv: illit és montmorillonit

Oxidációs folyamatok: ferro ferri: kicsap, oxidáció=térfogatnövekedés

A talaj szemcseméreteloszlásaA talaj szemcseméreteloszlásaFizikai talajféleség: cementálóanyag elbontása utáni frakcionálás

Nedves frakcionálás: ülepítéssel (frakciók), leiszapolással (egy frakció)Arany-féle kötöttségi szám: képlékenységig hozzáadott víz mennyisége (ml)Higroszkóposság: adott páratartalmú levegőből felvett víz: 1o%, 5o% kénsavKapilláris vízemelés: talajjal töltött cső alja vízbe mártva: vízmagasság: mm

Fizikai talajféleség leisz. Arany hy kap% ml - mm

Durva homok 0-10 <25 0-0,5 -Homok 11-20 25-30 0,5-1,0 >300Vályogos homok 15-25 na 1,0-1,5 >300Homokos vályog 25-35 31-37 1,5-2,0 250-300Vályog 35-60 38-42 2,1-3,5 150-250Agyagos vályog 61-70 43-50 3,6-5,0 75-150Agyag 70-80 51-60 5,1-6,0 40-75Nehézagyag 80-90 61-80 6,1 <40

A talaj szerves alkotA talaj szerves alkotórészeiórészei

Humusz = holt szerves anyag átalakulás után

Alkotóelemek alapján osztályozva:

1. Fulvosavak: kevés N, sok O, karboxil és fenolos OH, savas jellegű

Kinyerés: 0,5 % NaOH-val kioldódik és savanyítás után nem csapódik ki

Előfordulás: savanyú erdőtalaj: humusz 70 %-a, jó minőségű talajnál: 20 %.

2. Huminsavak: 4 % N, nagy moltömegű, kolloid vegyületek

Kinyerés: 0,5 % NaOH-val kioldódik, de megsavanyítva kicsapódik :

A huminsav további frakciói:

himatomelánsav: kicsapódott rész alkoholban oldódik

barna huminsav: alkoholos kioldás után visszamaradt rész 5 % lúgban oldódik

szürke huminsav: lúgos oldás után visszamaradó rész (5 % N, élénk mikrobiol.)

3. Humin és huminszén: 0,5 % NaOH-val nem oldódik ki.

HUMUSZHUMUSZFunkció alapján osztályozva:

1. Táphumusz: könnyen bontható frakció, mineralizálható, tápanyag

2. Szerkezeti humusz: nehezen bontható, állandó frakció: szerkezetjavitó, ionok megkötője

Morfológiai osztályozás:

1. Szárazföldi: nyershumusz, móder (korhany), televény (mull): szerves-szervetlen komplex

2. Félig szárazföldi: tőzeg (láp), kotu

3. Víz alatt keletkezett: dij és gitsa

A humusz képződése: a holt szerves anyag lebomlik kisméretű szerves molekulákká. A nem mineralizálódott felesleg kondenzálódik, polimerizálódik, egyre növekvő, végül kolloid méretű molekulákat eredményez

A humusz kémiája: kinoidális szerkezetű vegyületek, főleg ligninből. Aktív csoportok: karboxil, fenolos OH, karbonil, metoxi, amino.

A talaj ásványi-szerves komplexumaA talaj ásványi-szerves komplexumaKationokat és anionokat képes megkötni.

Nagy ionmegkötőképesség = jó tápanyagvédelem

T = kationmegkötőképesség = mg egyenérték kation / 100 g talaj

Mérése: Ba–mal telítik a talajt, majd lecserélik a Ba-t és mérik

S = Ca, Mg, K, Na megkötőképesség = mg egyenérték Ca, Mg, K, Na ion / 100 g tal

S </= T, a különbség Fe, Al és H

V % = a talaj telitettsége = 100 S / T.

Mg-talaj: Mg >30%,

Ca- talaj: V>80%, Mg<30% és Na<5%

Szikes talaj: 5 % Na: gyengén szikes, 15 % Na: szikes, 25 % Na: erősen szikes

Ionmegkötés szerepe: talajszerkezet, morzsalékosság, taszítás,

Leárnyékolás: kicsapódás, rossz vízgazdálkodás, vízzáró réteg

Talaj szerkezeteTalaj szerkezeteKoagulum, mikroaggregátum, aggregátum

Talaj szerkezete szerint lehet: morzsás, szemcsés, diós, hasábos, oszlopos, lemezes

Agrotechnikákkal is ki lehet alakítani a jó szerkezetet, de az nem vízálló

Pórustérfogat vagy hézagtérfogat = p = (1-Ts/Fs) 100 = 70 % - 25 % (opt: 50-60)

Ts/Fs = a szilárd részek által elfoglalt tér (térfogatsúly/fajsúly)

Pórusok szerepe: gyökérnövekedés,

vízáteresztés, vízháztartás,

levegőgazdálkodás,

a talajmikroflóra minősége: aerob vagy anaerob

Pórusok mérete: 30 μ felett: levegő biztosítása

3- 30 μ : vízvezetés, vízvisszatartóképesség

3 μ alatt: a talaj mikroflórájának élőhelye (108- 1010 db/g)

Talaj víztartalmaTalaj víztartalmaA víz kötöttsége, felvehetősége a talajszerkezettől függ

Az elszívásához szükséges erő: pF (cm): a szívóerő logaritmusa

ha pF < 2 könnyen felvehető víz

ha pF 2 – 3 közepesen felvehető víz

ha pF 3 – 4,2 nehezen felvehető víz

ha pF > 4,2 nem vehető fel: növény szempontjából: hervadási pont

pF 2 alatt: aggregátumok közötti víz

pF 2 felett: aggregátumokon belüli víz

Talaj vízmegkötő képességeTalaj vízmegkötő képessége

Vízkapacitás: esővízből mennyit tud megkötni

Kapilláris vízkapacitás: talajvízből felvett víz kapilláriserőkkel

Meghat: talaj csőben, szűrőpapír hozzáér és vízbe lóg: nedv.tart.

Maximális vízkapacitás: a teljes pórustérfogatot kitöltő víz mennyisége

Meghat: hengerben lévő talajt a talaj felszínéig vízbe merítenek: n.tart.

Szántőföldi vízkapacitás: tavasszal hóolvadás után meghatározott nedv. tartalom

Talaj levegőgazdálkodásaTalaj levegőgazdálkodása

A levegőgazdálkodás a talaj fizikai-kémiai állapotától függ

Levegőtartalom:

Homoktalaj: 30 – 40 %

Vályogtalaj: 10 – 25 %

Agyagtalaj: 5 – 15 %

Növények igénye:

Füvek: 6 – 10 %, Búza és zab: 10 – 15 %, árpa, cukorrépa: 15 – 20 %

Talajlevegő eltér a légköri levegőtől!!!

Kedvezőtlen, ha O2: 10 % alatt, CO2: 5 % fölött

Mikroorganizmusok a talaj mikroszemcséin

Talajlakó állatok

Talajképző folyamatpárokTalajképző folyamatpárok

Talaj benedvesedése -- talaj kiszáradása

Kilúgzás --sófelhalmozódás

Szerves anyag felhalmozódás -- szervesanyag elbomlás

Agyagosodás -- agyagszétesés

Ayagvándorlás --agyagkicsapódás

Oxidáció -- redukció

Savanyodás -- lúgosodás

Szerkezetképződés -- szerkezetleromlás

Talajpusztulás -- talajborítás

KilúgzásKilúgzás

A talajszelvény: a talaj különböző mélységeiben különböző rétegek helyezkednek el.

A talajszelvényt a kilúgzás alakítjaki. A felsőbb rétegből anyagok oldódnak és alsőbb rétegekbe mosódnak. Az esővíz gyengén savanyú: szénsavoldat.

Bemosás a beázás határáig vagy a talajvízbe.

Kioldódási sorrend: 1. vízben oldható sók

2. földalkáli (Ca, Mg) hidrokarbonátok és karbonátok. HCO3 mélyebb rétegekben CO3 formájában kicsapódhat. CO3 kimosódása után a talajoldat elkezd savanyodni.

3. Humuszanyagok szétesése, bemosódása, lent kicsapódása.

4. Agyagásványok bonlásaés bemosódása: Al- illetve Fe- oxihidrát gélek keletkezése, mélyebben kicsapódása.

Ha már minden kioldódott, akkor a feltalajban csupán kovasavgélekből álló szürke réteg marad = podzol.

Talajok pH-jaTalajok pH-jaA kilúgzódás függvényében különböző kémhatású talajok alakulnak ki.

pH 4,5 alatt erősen savanyú

pH 4,5–5,5 savanyú

pH 5,5–6,8 gyengén savanyú

pH 6,8–7,2 semleges

pH 7,2–8,2 gyengén lúgos

pH 8,5 – 9,0 lúgos

pH 9, 0 felett erősen lúgos

Savanyú talajok javítása: CaCO3 tartalmú anyagok adagolása, pl. mészkőpor, dolomit, cukorgyári mésziszap, stb. A szükséges mennyiséget a hidrolitikus aciditás mérése alapján állapítják meg: talaj rázatása Ca-acetáttal: a szürletben mérhető aciditás.

Meszezéshez használt mennyiség: 30–100 q/hold. Hatása csak néhány évig tart.

A talajdinamikai folyamatok sorrendje barna erdőtalajok fejlődése során

TalajtípusokTalajtípusokFőtípus/leírásFőtípus/leírás TípusTípus AltípusAltípus

VáztalajokVáztalajokBiológiai talajképződés nincs vagy Biológiai talajképződés nincs vagy alig indult megalig indult meg

Moha, zuzmó, füves legelőMoha, zuzmó, füves legelő

Köves-sziklás váztalajKöves-sziklás váztalaj

Földes-kopár váztalajFöldes-kopár váztalaj

FutóhomokFutóhomok

Humuszos homokHumuszos homok

KőzethatásúKőzethatásúAlapkőzet dominál, rajta vékony Alapkőzet dominál, rajta vékony termőréteg, erőteljes humuszkép-termőréteg, erőteljes humuszkép-ződés, pl. sötét színű erdőtalajokződés, pl. sötét színű erdőtalajok

HumuszkarbonátosHumuszkarbonátos

RendzinaRendzina

Fekete nyirokFekete nyirok

, ,

Középkeleteurópai Középkeleteurópai erdőtalajokerdőtalajokintenzív mikrobiológiai intenzív mikrobiológiai tevékenység, humuszképződés és tevékenység, humuszképződés és kilúgzás, háromszintű talajkilúgzás, háromszintű talaj

Természetes erdők, szántóföldi Természetes erdők, szántóföldi művelésre is alkalmasművelésre is alkalmas

HumuszkarbonátHumuszkarbonát

KarbonátmaradványosKarbonátmaradványos

Csernozjom barna et.Csernozjom barna et.

AgyagbemosódásosAgyagbemosódásos

PangóvizesPangóvizes

SavanyúSavanyú

PodzolosPodzolos

TalajtípusokTalajtípusokFőtípus/leírásFőtípus/leírás TípusTípus AltípusAltípus

CsernozjomCsernozjomHumuszanyagok felhalmozó-Humuszanyagok felhalmozó-dása, morzsalékos szerkezet, dása, morzsalékos szerkezet, Ca-mal telitett, 2 rétegű, nagy Ca-mal telitett, 2 rétegű, nagy termőképeségű talajtermőképeségű talaj

Öntés csernozjomÖntés csernozjom

Erdőmaradványos csernozjomErdőmaradványos csernozjom

Kilúgzott csernozjomKilúgzott csernozjom

Mészlepedékes csernozjomMészlepedékes csernozjom

Réti csernozjomRéti csernozjom

Réti talajokRéti talajokIdőszakos túlnedvesedés, Időszakos túlnedvesedés, levegőtlenség, szervesanyag-levegőtlenség, szervesanyag-képződés és ásványosodás képződés és ásványosodás reduktív körülmények közöttreduktív körülmények között

Szoloncsákos réti talajSzoloncsákos réti talaj

Szolonyeces réti talajSzolonyeces réti talaj

Réti talajRéti talaj

Öntés réti talajÖntés réti talaj

Lápos réti talajLápos réti talaj

Csernozjom réti talajCsernozjom réti talaj

LáptalajokLáptalajokÁllandó vízborítás, reduktív Állandó vízborítás, reduktív körülményekkörülmények

MohalápMohaláp

RétilápRétiláp

Lecsapolt és telkesített láptalajLecsapolt és telkesített láptalaj

TalajtípusokTalajtípusok

Főtípus/leírásFőtípus/leírás TípusTípus AltípusAltípus

HordalékosHordalékosFolyók és tavak üledékének és Folyók és tavak üledékének és hordalákainak talajaihordalákainak talajai

Nyers öntéstalajNyers öntéstalaj

Humuszos öntéstalajHumuszos öntéstalaj

Lejtőhordalákos öntéstalajLejtőhordalákos öntéstalaj

Szikes talajokSzikes talajokSzoloncsák: oldható sók a Szoloncsák: oldható sók a vizes fázisbanvizes fázisban

Szolonyec: adszorbeált kation Szolonyec: adszorbeált kation a szilárd felületena szilárd felületen

SzoloncsákSzoloncsák

Szoloncsák-szolonyecSzoloncsák-szolonyec

Réti szolonyecRéti szolonyec

Sztyeppesedő réti Sztyeppesedő réti szolonyecszolonyec

Másodlagosan szikesedettMásodlagosan szikesedett

Talajosztályozási főtípusok

Szikes talajok javításaSzikes talajok javítása

Meszes-szódás szikesek javítása: sav adagolással a szódát elbontjuk

gipsz, CaSO4, Fe SO4

lignit-por: nagy kéntartalom pH csökk.

Szolonyec talaj típus javítása: a.) H és Na egyaránt (pH 6,5-7,o)

Meszezés: Ca-mal kicseréljük az Na-t

b.) pH 7,5 felett: CacO3 nem oldódik

Digózás: ha az altalaj „sárgaföld”.

Model: v2=b0-b0/(1+(v3/b2)^b1)

log szárazanyag (Cu vagy minta mg-ban)

H%

C:1 C:2 C:3

C:4

C:5

C:6

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0,001 0,010

Koncentráció-hatás összefüggés: Vibrio fischeri lumineszcenciagátlása (H%) növekvő oldott

rézmennyiség függvényében

Vizsgált vegyület Tesztorganizmus A teszt időtartama

Tiszta vegyületek Selenastrum capricornutumMicrocystis aeruginosaNavicula seminulum

5 nap

Növényvédőszerek Selenastrum capricornutumAnabaena flos-aquaeNavicula seminulum

5 nap

Vízoldhatóvegyületek

Selenastrum capricornutumScenedesmus subspicatusChlorella vulgaris

3 nap

Tiszta vegyületek keveréke

Selenastrum capricornutumScenedesmus quadricaudaChlorella vulgaris

4 nap

Humán és állati gyógyszerek

Selenastrum capricornutumMicrocystis aeruginosa

14 nap

Édesvízi algák az ökotoxikológiában ( Calow, 1993)

RQ = PEC/PNEC Veszély

< 0,001 elhanyagolható

0,001 – 0,1 kicsi

0,1 - 1 enyhe

1 - 10 nagy

>= 10 igen nagy

A kockázati tényező értéke és a megfelelő veszélyeztetési szintek

Ökotoxikológiai tesztelés Biztonsági faktor

Három különböző trofikus szint élőlényeivel legalább 1-1-akut toxicitási teszt (LC50: hal, alga, Daphnia)

1000

Legalább egy hosszú távú NOEC mérés akár hal, akár Daphnia

100

Két különböző NOEC mérés, két különbözőtrofikus szint élőlényeivel (hal és/vagy alga és/vagyDaphnia)

50

Három trofikus szint élőlényeivel meghatározott krónikus NOEC értékek

10

Szabadföldi adatok, vagy mezokozmoszkísérletek egyedi felmérés

1

3.táblázat: A PNEC érték becsléséhez alkalmazott biztonsági faktorok

Gruiz K.: Szennyezett területeken lejátszódó természetes folyamatok és a környezeti kockáza t

Szennyezőanyagok kvantitatívkockázatfelmérése

Jellemzők: lépcsőzetes eljárás (költséghatékony), iteratív pesszimista modell (konzervatív) adathiány esetén is használható (kizárás)

PEC PNEC

PEC/PNEC > 1nem

Nincs szükség további tesztelésre

igen

Csökkentheti az újabb tesztelés vagy

adatbeszerzés a PEC/PNEC-et?

PEC/PNEC > 1nem

igen

Nincs további teendő

nemKOCKÁZAT

CSÖKKENTÉS!

igen

Bioakumulációshajlam

BCF log Kow

nagy >3 >3

közepes 1,5 – 3 1,5 - 3

kicsi <1,5 <1,5

4. Táblázat: A biokoncentrációs faktor és az oktanol-víz megoszlási hányados (Kow) értékeinek összefüggése szerves vegyületeknél

Gruiz K.: Szennyezett területeken lejátszódó természetes folyamatok és a környezeti kockáza t

IntegrIntegrált ált Kockázati Kockázati ModelModelllElvi felépítésElvi felépítés

(lehet általános vagy helyszín specifikus)(lehet általános vagy helyszín specifikus)

Forrás

TalajFelszíni

vízLevegőÜledék

Felszín alatti víz

Transzportmodell

Szennyezőanyag

Ökoszisztéma

Expoziciósmodell

Bontók

Termelők

Fogyasztók

Ember

Környezetielem

Terület-használat

Rendelkezésre állóinformáció

Biztonsági faktor

PNEC akut

Biztonsági faktor

PNEC krónikus

A legalacsonyabb mért LC50 érték (akut toxicitás)

100 200

Legalacsonyabb akut toxicitás három különböző trófikus szint élőlényeivel (LC50: hal, alga,Daphnia)

10 20

Legalacsonyabb akut toxicitás érték legalább 5 élőlénycsoporttal mérve

5 10

Legalacsonyabb hosszú távúNOEC mérés három trófikusszinten mérve (pl. hal, Daphnia, alga)

- 5

A PNEC érték becsléséhez javasolt biztonsági faktorok vegyes szennyeződést tartalmazó szennyvíziszapok esetében

A bioteszt leírása Vizsgált tulajdonság

Két baktérium törzs kompetíciós tesztje. 5 napos

teszt

A kompetíció eredménye

Mikrobiális préda-predátor teszt. Idõtartam: 3-5 hét.

Préda, predátor egyedszáma

Mikrokozmosz tesztek.Idõtartam: 3-10 hét

Egyedszám, fajössztétel, légzés, heterotrof aktivitás,

Mezokozmosz tesztekIdõtartam: 5-6 hónap

Egyedszám, fajösszetétel, anyagcsere körforgalmak,

Több fajt alkalmazó tesztek (Calow, 1993)

Talaj tesztelésére alkalmas módszerek alapjai és jellemzői

Egy fajt alkalmazó ökológiai tesztek Bakteriális tesztek Növényi tesztek

AlgatesztekMagasabbrendű növényi tesztorganizmusokCsírázásgátlási tesztGyökérnövekedési teszt

Fotoszintetikus aktivitást vizsgáló tesztekBiokémiai indikátorokat alkalmazó tesztek

Szimbiotikus nitrogén kötési teszt Állati tesztorganizmust alkalmazó módszerekFöldigiliszta tesztek

Akut toxicitás tesztMesterséges talaj tesztSzubletális toxicitás teszt

Egyéb állati tesztszervezetek

US EPA FIFRA(1982)a

OECD, (1984) US EPA RCRA/CERCLAb(1989)

US EPATSCAc

(1985)

US FDAd

(1987)APHA (1997) MSZ 21976

(1993)

Fajok káposztasárgarépakukoricauborkasalátahagymaangolperjezabszójabab

kínai kelzsázsasalátabab mustárzabretekrepcerizs

saláta káposztarépakukoricauborkasalátazabhagymaangolperjeszójababparadicsom

babkáposztarépakukoricauborkasalátazabangolperjeszójababparadicsom

japán kölesrizsamerikai lótusz rizsvízitormavad rizs

fehér mustár

Minta előkészítés

nincs nincs magok kiválogatása méret szerint

a magok felületének sterilizálása

magok áztatása 1 órával a kísérlet előtt

20 perc áz-tatáshipo-kloritban

nincs

Teszt edény

petricsésze, szűrőpapír, homok, talaj

műanyag tálka, leszitált talaj

petricsésze, szűrőpapír

petricsésze, homok,

petricsésze,kétrétegszűrőpapír

növesztő tál, szűrőpapír

petricsésze, szűrőpapír

Tesztelt minta

akármi mintaoldat talajba keverve

4ml/mintatartó akármi nedvesített szűrőpapír

5ml/minta-tartó

nedvesített szűrőpapír

Magok száma / edény

10 5 5 15 50 15 25

Ismétlések 4 >4 >3 3 6 4 2

Időtartam 5 nap >14 nap 120 óra > 65% kicsírázott mag

>50 % kicsírázott mag

120 óra 72 óra

Végpont csírázás, gyökérnövekedés, biomassza súlya

LC50, EC50 csírázás, gyökérnövekedés, EC50

csírázás, gyökérnövekedés

csírázás, gyökérnövekedés

csírázás, gyökérnövekedés, biomassza tömege

csírázás, gyö-kérnövekedés, a kontrolhoz viszonyított relatív %

a Holst, Ellwangen,1982; b Green et.al., 1989; c US EPA,1985; d US Food and Drug

Teszt típusa Szubsztrát Gilisztaszám Időtartam Végpont Ismétlések száma

Ökológiai realizmus

Akut tesztek

Szűrőpapír teszt

Mesterséges talaj teszt

Artisol teszt

Extraktum, kivonat, pórusvíz

Mesterségestalaj (500g)

Amorfszilikagél

1/tartó

10/tartó

10/tartó

24-48 h

14 nap

14 nap

Pusztulás

Pusztulás

Pusztulás

10/konc.

4/konc.

4/konc.

Kicsi

Jó

Kicsi

Subletális tesztek

Mesterséges talaj teszt

Peszticid teszt

Mesterséges talaj

Mesterséges talaj

10/tartó

10/tartó

3 hét

6 hét

Felnőttek növekedése,kokonszám

Felnőttek növekedése, kokonprodukció

4/konc.

4/konc.

Jó

Jó

10. Táblázat: Földigiliszta tesztek

Cél Teszt rendszer Detektálás Referensek

Anionaktív és nem ionos detergensek

Fogyás

Eleveniszap szimulálása

OECD screen

OECD ellenőrzőteszt

MBAS és BiAS

MBAS és BiAS

OECD(1971),EC 73/405, 82/243, 82/242

OECD(1971), EC 73/405,82/243,82/242

Ipari vegyi anyagokReady biodegradál-hatóságscreenelése

Ready biodegradál-hatóságscreenelése

Ready biodegradál-hatóságscreenelése

Ready biodegradál-hatóság screeneléseReady biodegradál-hatóság screeneléseInherens biodegradálhatóságvizsgálata

BOD teszt

Zárt palack teszt

elektrolítikus légzésmérő

Módosított CO2

Módosított OECD screen

MITI-2 teszt

O2 felvétel

O2 felvétel

O2 felvétel

CO2 fejlődés

DOC fogyás

DOC fogyás

EC 84/449 C8

OECD 301-D 1981;EC 84/449 C6; ISO 5815

OECD 301-C 1981;EC 84/449 C7; ISO DIS 9439

OECD 301-B 1981; EC 84/449 C5; ISO DIS 9439

OECD 301-E 1981;EC 84/449 C3;

OECD 302-C 1981;

11. Táblázat: Szabvány módszerek szennyezőanyagok biodegradálhatóságának mérésére

Teszteredmény Sebességi állandó(k)( 1/nap)

Felezési idő(nap)

Könnyen biodegradálódó

4,7 * 10-2 15

Könnyen, de nem 10 napon belül

1,4 * 10-2 50

Nehezen biodegradálódó

4,7 * 10-3 150

Nem biodegradálódó

0

Felezési idők és sebességi állandók összefüggése vízi rendszerben

Felezési idő talajban (nap)

Kp (lit/kg)

Könnyen biodegradálódó

Könnyen, de >10 nap biodegradálódó

Nehezenbiodegradálódó

< 100 30 90 300

>1001000 300 900 3000

>100010000 3000 9000 30000

stb. stb. stb. stb.

Felezési idők biodegradációs tesztek alapján , a Kp függvényében

16 ábra: A bioszenzor felépítése

Bioszenzorok, biopróbák

Tesztelt vegyület Biológiai komponens Átalakító

2.4-DinitrofenolFenolokNitritNaftalinTriazin növényvédőszerFormaldehidHg(II)Szerves foszforsavszárm.NehézfémekKarbamát rovarírtóGyomírtókKlor-fenolok

Monoklonális antitestpolifenol-oxidáznitrit reduktázPseudomonas + lux kódoltplazmidenzim immunoassayformaldehid dehidrogenázureázacetilkolin észterázureázacetilkolin észterázSynechococcusEscherichia coli

potenciometriáselektródamperometriás elektródNH3 gázszenzorfotoelektronsokszorozóUV spektrofotométerpiezoelektromos kristályCO2 elektródpH elektródmikrokaloriméterpH érzékeny száloptikaamperometriaamperometria

14. Táblázat : Bioszenzorok a környezeti monitoringban ( Calow, 1992)

Talajlégzés könnyen bontható szubsztrát ( glükóz) adagolásaelőtt és után ( Torstensson, 1994)

Talajlégzés könnyen bontható szubsztrát adagolása előtt és után szennyezetlen és fémekkel szennyezett talaj esetén ( Torstensson, 1994)

A talajlégzés mérésére szolgáló rendszer ábrája

A levegőztetés mértékének hatása a dízelolaj biodegradációjára

24.ábra: Tipikus talaj-mikrokozmosz sematikus ábrája

Tipikus talaj-mikrokozmosz sematikus ábrájaA rendszeren levegőt áramoltatunk keresztül. A termelődött CO2-ot infravörös gázanalizátorral mérjük