Mezőgazdasági termelés

Jan Broda a lengyel Bielsko-Biala Egyetem Textilmérnöki és Polimer Anyagok Intézetének professzora által publikált kutatás az erózió által veszélyeztetett lejtők védelmére szolgáló, juhgyapjúból készített talajpusztulást gátló geotextíliák hatékonyságát, a talaj tápanyagtartására gyakorolt hatását, valamint a gyapjú biológiai lebomlásának előrehaladását vizsgálta.

Elmondható, hogy a koronavírus-járvány helyzet következtében a gyapjú iránti piaci kereslet nemcsak hazánkban, hanem világszinten is drasztikusan visszaesett. A COVID-19 globális gyapjúpiacra gyakorolt negatív hatásai már a 2020-as év elején is egyértelműen érezhetők voltak, főként a Kínában kialakult erőteljes gyapjú iránti kereslet csökkenés, továbbá a gyapjúfeldolgozás leállása, valamint a gyapjúalapú termékek kiskereskedelmi forgalmának drasztikus visszaesése következtében. Mindezek eredményeként, valamint a rendkívül alacsony felvásárlási árak hatására jelentős mennyiségű nyírt gyapjú halmozódott fel a juhászatokban.

Az egyre szigorodó klíma- és környezetvédelmi szabályozások, a társadalom részéről jelentkező, a mezőgazdasági termelés ökológiai lábnyomának mérséklése iránti egyre erősödő igény, valamint a jelenlegi globális gyapjúpiaci helyzet következtében a gyapjú alternatív módon történő felhasználásában rejlő lehetőségek kiaknázása ésszerű és gazdaságilag is egyre indokoltabb. Ennek eredményeként az elmúlt években a gyapjút egyre szélesebb körben, alternatív felhasználási módok keretében is elkezdték hasznosítani. Mára már a hagyományos textilipari és ruházati termékek előállítása mellett megjelent például a gyapjú komposztálással történő talaj tápanyag utánpótlási célú felhasználása, vagy a geotextíliák talajtakarásra, erózióvédelemre történő alkalmazása, valamint az építőipar is egyre gyakrabban használ gyapjúból készült hang- és hőszigetelő anyagokat.

A gyapjú természetes hőmérsékletszabályozó képességének köszönhetően a geotextíl szőnyegek vagy takarók a talajban lévő magok védelmét kiválóan szolgálják, megfelelő mikroklímát teremtenek azok csírázásához, és a vegetációs ciklus későbbi szakaszaiban kedvező feltételeket biztosítanak a növények növekedéséhez. Míg a talajba temetett, biológiailag lebomló geotextíliákat a növények trágyázására, a talaj nedvességmegtartó képességének javítására, valamint az instabil lejtős területek és töltések erózió védelmére használhatjuk.

Tekintettel arra, hogy a magyarországi gyapjúpiacon kialakult kedvezőtlen helyzet tekintetében pozitív irányú változás előreláthatóan csak a világpiaci helyzet javulásától várható, ezért a gyapjú alternatív felhasználási módjainak feltérképezése egyre kiemeltebb jelentőséggel bír hazánk számára is.

Jelen cikkünkben Jan Broda a lengyel Bielsko-Biala Egyetem Textilmérnöki és Polimer Anyagok Intézetének professzora által publikált, a juhgyapjúból készült geotextíliák talajerózió elleni védekezésben történő felhasználására vonatkozó kutatási projekt eredményeit szeretnénk ismertetni Önöknek.

A kutatás során az erózió által veszélyeztetett lejtős területeken és árokpartokon kijelölt kísérleti területekre juhgyapjúból készített, biológiailag lebomló geotextil köteleket telepítettek le, továbbá a talajszerkezet megerősítése céljából laza gyapjúszálakkal kevert talajborítást alkalmaztak. A tanulmány keretében vizsgálták többek között a geotextíliák eróziógátló hatását, biológiai lebomlásának előrehaladását ─ ennek keretében kiemelten a gyapjú molekulaszerkezetének és a rostok morfológiájának változásait ─, továbbá a lebomlás során felszabaduló nitrogénben gazdag vegyületek talajszerkezetre és a vegetációra gyakorolt hatásait egyaránt.

A geotextíliák a talajjal érintkezve, nedves környezetben fokozatos biológiai bomlásnak indulnak, mely lebomlás során a talajban természetesen előforduló mikroorganizmusok által kiválasztott extracelluláris enzimek a gyapjút szén-, nitrogén- és kénforrásként használják fel.

A gyapjú ─ mely olyan állati fehérje, amelyet túlnyomórészt aminosavakból felépülő keratin alkot ─ biológiai lebomlásának első szakaszában denaturált keratin képződik, melyből a második szakaszban a proteáz enzim fehérjebontó hatására egyszerűbb fehérjék keletkeznek, valamint oldható peptidek és/vagy aminosavak és ammónia szabadul fel. Természetesen a geotextíliák biológiai lebomlása a gyapjú jellemzőitől, a geotextil termék paramétereitől és számos környezeti tényezőtől egyaránt függ. A lebomlást leginkább befolyásoló környezeti tényezők közé a földrajzi elhelyezkedés, az ultraibolya sugárzás, valamint a hőmérséklet és a páratartalom tartozik.

Az említett kutatási projektben lengyel hegyi juhokról nyírt 8-13 cm hosszúságú és 25-32 μm átmérőjű gyapjúszálakból, ipari körülmények között 5,8 mm-es vastagságú és 406 g/m² tömegű, szövés nélküli szalagokat állítottak elő, melyeket 12 cm átmérőjű vastag kötelek gyártására használták. A kötélsodratot pamutból vagy vékony polipropilén zsinegből készült burkolattal tekerték be a geotextília előállításához.

A kutatás keretében a geotextíliákat Bielsko-Biala és környékén, négy az erózió által veszélyeztetett lejtős kísérleti helyszínen telepítették. Az előállított geotextíl köteleket S alakzatba, 2 m-es szélességben és a terület lejtésével korrigált hosszúságú szegmensekben fektették le. A geotextíl kötelek egymást követő fordulatai minden szegmensben 10 g/m lineáris sűrűségű fibrillált rostból készült polipropilén fonalakkal kerültek összekapcsolásra. (1. ábra)

1. ábra: Geotextíl kötelek telepítése vízelvezető árok, valamint elhagyatott kavicsbánya partjára

Fotó: IntechOpen - Biodegradation of Sheep Wool Geotextiles Designed for Erosion Control

Az újabb vizsgálatok során pedig az intenzív bordás eróziónak kitett meredek lejtők védelmére az újrahasznosított gyapjúszálak keverékéből készült geotextil kötelek gyapjúszálakkal kevert talajjal történő borítását alkalmazták. Vizsgálataik során a száraz talaj tömegére vonatkoztatva 0,25%, 0,5% és 1% gyapjút tartalmazó talajkeverékeket használtak. (2. ábra)

2. ábra: Geotextíl kötélrendszer gyapjúszálakkal kevert talajréteggel történő borítása erózió által veszélyeztett lejtős területen

Fotó: IntechOpen - Biodegradation of Sheep Wool Geotextiles Designed for Erosion Control

A geotextíliák letelepítését követően a kereskedelmi forgalomban kapható évelő perje (Lolium perenne) fűmag keveréket vetettek a kísérleti területre. A kutatás során a vizsgálati területeken vizuálisan értékelték a növényzet fejlődését, a zöldtakaró sűrűségét és színét. Ezzel párhuzamosan a geotextíl kötelek és a gyapjúszálak külső megjelenését érzékszervileg értékelték, továbbá meghatározott időközönként véletlenszerűen kiválasztott helyekről geotextília mintákat vettek a biológiai lebomlás előrehaladásának laboratóriumi vizsgálataihoz.

Az első kísérleti területen (Bielsko-Biala) a geotextíl kötélrendszert ősszel telepítették, tavasszal, a vegetációs időszak kezdetével megindult a gyep növekedése és néhány hét múlva a terület zöld növényzettel borított volt. Azokon a helyeken, ahol a gyapjúkötelek lefektetésre kerültek a fű magasabb és sötétzöldebb színű volt. (3a. ábra)

A második kísérleti területen (Miedzyrzecze) a geotextília késő tavasszal került telepítésre. Az első évben a teljes vegetációs időszakban ritkás és visszamaradott önvetésű növények jelentek meg a parton. A következő vegetációs időszakban az árokpartot magas és sűrű növényborítottság jellemezte, a vegetáció fűfélék és különböző helyi lágyszárú növények keverékéből állt. A kísérleti területen a növények intenzív sötétzöld színűek voltak, sokkal sötétebbek a part más részein kelt növényekhez képest (3b. ábra).

A harmadik kísérleti területen (Nieboczowy) a kötélszakaszokat a téli szezon végén telepítették. Kora tavasszal a lejtős területen ritkásan megjelentek a helyi fajok első sarjai, majd a nyári vegetációs időszakban a lejtőt fű és más helyi lágyszárú növények sűrű zöldtakarója borította (3c. ábra). A következő évben a lejtő zöldellt, azt buja, sűrű, magasra nőtt és egységes borítottságot biztosító növényzet fedte. Az előző évhez képest jóval sűrűbb volt a növénytakaró és a korábbi vegetációs időszakban megfigyelt fajokon kívül több mint 20 további fajt azonosítottak a területen.

A negyedik kísérleti területen (Lipnik) kora tavasszal az újrahasznosított gyapjúszálakból készült geotextíl köteleket gyapjúval kevert talajjal vonták be. Nem sokkal a vetést követően a fű gyors növekedésnek indult és körülbelül 2 hónappal később a lejtős terület teljesen kizöldellt és sűrű fűtakaróval borítottá vált. A legmagasabb és legsűrűbb, intenzív sötétzöld színű gyeptakaró a gyapjúval kevert talajjal védett helyeken jelent meg (3d. ábra).

3. ábra: A gyapjúból készült geotextílek hatása a lejtős területekre, (3a) Bielsko-Biala (6. hónap), (3b) Miedzyrzecze (12. hónap), (3c) Nieboczowy (4. hónap), (3d) Lipnik (3. hónap)

Fotó: IntechOpen - Biodegradation of Sheep Wool Geotextiles Designed for Erosion Control

A geotextíliákat nitrogénvegyületekben szegény talajokon alkalmazták, melyek hatására a kísérleti területek talajainak nitrogéntartalma ─ főként szerves nitrogén tartalma ─ jelentős mértékben: négyszeresére növekedett! 6 hónapos lejtőhasználat után bár a talaj szerves nitrogéntartalma közel felére csökkent ezzel párhuzamosan azonban az ammónium-nitrogén tartalom enyhe, a nitrát-nitrogén tartalom jelentős növekedése volt megfigyelhető. A kísérlet második évében a gyapjúval kevert talaj összes nitrogéntartalma valamivel alacsonyabb szintet mutatott, abban a nitrogén nagy része szerves formában fordult elő, és a talaj jelentős mennyiségben tartalmazott ammónium- és nitrátformát egyaránt.

Összefoglalóan elmondható, hogy a kísérletben alkalmazott gyapjúból készült geotextíliák nedves környezetben, a talajban élő mikroorganizmusok által kiválasztott enzimek aktivitásának hatására fokozatosan bomlottak le. A biológiai bomlási folyamat a gyapjúszál rostok külső rétegét alkotó kutikula sejtekben indult meg. A kutikulát alkotó fehérjék viszonylag nagy enzimrezisztenciája miatt a lebomlás viszonylag lassan ment végbe, a mechanikailag nem sérült gyapjúszálak bomlása legalább 6 hónapot vett igénybe. Ezen időpontig a geotextíliák mechanikai tulajdonságai csak minimális mértékben változtak, megőrizve ezáltal talajvédő képességüket. A bomlási folyamat előrehaladtával, a gyapjúszál külső kutikula rétegének pusztulása után az enzimek behatoltak a rostok belső részeibe, mely viszonylag rövid idő alatt a rostok szétválását, majd a szálszerkezet teljes szétesését és ezáltal a geotextíliák talajvédő képességének elvesztését eredményezte. A biológiai lebomlás előrehaladott szakaszában a talajban élő mikroorganizmusok által kiválasztott enzimek katalizálták a gyapjú-keratin oldható peptidekké és bizonyos aminosavakká történő lebomlását. A talajban ezen bomlási folyamat eredményeként felszabadult nitrogénben gazdag szerves vegyületek fokozatosan könnyen felszívódó ásványi nitrogénformákká alakultak a növények számára és hatékony „trágyaként” gyorsították a természetes védőnövényzet növekedését. Ennek hatására a vegetáció fokozatosan átvette a geotextíliák talajvédő funkcióját, és azok teljes lebomlását követően már maguk a növények biztosították a lejtők hatékony erózióvédelmét.

A kutatási publikáció teljes anyaga angol nyelven itt érhető el, mely anyag tartalmazza a cikkben felhasznált szakirodalmi hivatkozásokat.

Eredeti angol nyelvű forrás: IntechOpen - Biodegradation of Sheep Wool Geotextiles Designed for Erosion Control - Written by Jan Broda

Jelen cikk szerzője és az eredeti angol nyelvű szöveget magyarra fordította: Borovka Zsuzsanna

NAK/ Borovka Zsuzsanna