Almanach kiadvány - Nemzeti Kiválóság Program

Homoktalajok hidraulikus tulajdonságainak vizsgálata a talajnedvesíthetőségi kategóriák függvényében

Irodalmi előzmények

A talaj-növény-légkör rendszer tanulmányozása során az egyik legmeghatározóbb folyamat a talajban történő vízmozgás, melyre a növényzet és a talaj közvetlenül, a légkör pedig közvetve fejti ki hatását (Kutílek, 2004). Meghatározó paramétere a talaj telítési vízvezető képessége (K_S), mely egyben a talajok egyik legnagyobb variabilitású paramétere (Upchurch et al., 1988). A mérés során egyenletes beszivárgási ütemet feltételezünk, azonban ezt befolyásolhatja, ha víztaszító, vagy nehezen nedvesíthető talajon végezzük a hidraulikus vezetőképesség méréseinket. Ezt a jelenséget a talajok víztaszításának (soil water repellency) nevezik. A víztaszítás egy átmeneti talajtulajdonság, mely igen nagymértékű térbeli változatossággal (Ritsema & Dekker, 2003) és időbeli változékonysággal rendelkezik (Rodríguez-Alleres & Benito, 2011) hasonló vegetációs körülmények között. Ezt a jelenséget világszerte sokan kutatják (Lichner et al., 2006), de hazánkban még alig ismert terület.

Anyag és módszer

A K_S és a víztaszítás pedon léptékű térbeli változatosság vizsgálata a csólyospálosi és az őrbottyáni homoktalajokon kerül bemutatásra. Talajtanban az 1 m²-es terület már reprezentatív méretnek, pedonnak (talajtani alapegységnek) tekinthető (Huzsvai et al., 2005).  Ezért a heterogenitás vizsgálat során az 1 m²-es területet 100 db 10×10 cm-es cellára osztottunk fel, majd mind a 100 cellájában hidraulikus vezetőképesség mérést végeztünk Mini Disk Infiltorméter (MDI) (Decagon, 2010) segítségével, illetve megvizsgáltuk a talajnedvesíthetőséget, a Water Drop Penetration Time (WDPT) módszerével, majd Dekker és Ritsema (1996) beosztását alkalmazva meghatároztuk minden egyes cella talajnedvesíthetőségi kategóriáját.

Eredmények és diszkusszió

A méréseink alapján az őrbottyáni talaj jól nedvesíthető, míg a csólyospálosi talaj víztaszító, helyenként erősen víztaszító (1. ábra). A WDPT talajnedvesíthetőségi kategóriák definiálásához Dekker & Ritsema (1996) beosztását alkalmaztuk az 1m² terület 100 cellájában. 

1. ábra: WDPT (Water Drop Penetration Time) módszerrel meghatározott víztaszítás értékek 1m²-en belüli variabilitása Csólyospálos (a) és Őrbottyán (b) mintaterületén.

Mivel a talaj nedvesíthetőségét jelentősen befolyásolja a szerves szén mennyisége, illetve minősége (Singer & Ugolini, 1976), ezért megmértük az őrbottyáni és csólyospálosi homoktalajok humusztartalmát. Vizsgálataink alapján az a feltétezésünk, hogy a csólyospálosi talaj víztaszítását nem a huminsavak nagy mennyisége okozza, hanem a talajban előforduló hidrofób karakterű anyagok. Ezek jelenlétére utal a csólyospálosi talaj összes szervesanyagtartalma és a lúggal kivont szervesanyagtartalom közötti nagy különbségl, mely jóval nagyobb, mint az őrbottyáni homok esetében.

A csólyospálosi víztaszító talaj esetében a Mini Disk Infiltrométeres méréseknél a beszivárgás késleltetve indult meg. Amennyiben a K_S kiértékeléséhez nem a teljes mérési adatsort vesszük alapul, hanem csak a beszivárgás megindulása utániakat, akár fél nagyságrendnyi különbséget is tapasztalhatunk a hidraulikus vezetőképesség értékekben a választott módszer függvényében. A K_S területi változatosságánál több, mint másfél nagyságrendnyi különbséget tapasztaltunk a csólyospálosi talaj esetében, ugyanakkor Őrbottyánban fél nagyságrendnyi különbséget mértünk. A Mini Disk Infiltrométeres hidraulikus vezetőképesség értékek átlaga jó egyezést mutat az Őrbottyán területén más módszerekkel mért, korábbi K_S adatokkal (Fodor et al., 2011). Ez arra enged következtetni, hogy a MDI megbízhatóan alkalmazható az őrbottyáni mintaterületen a talaj hidraulikus vezetőképességének meghatározására.

Összefoglalás

A mérések alapján a csólyospálosi homoktalaj víztaszító, míg az őrbottyáni homoktalaj jól nedvesíthető. A korábbi feltételezésekkel ellentétben a csólyospálosi talaj víztaszítását nem a huminsavak nagy mennyisége okozza, hanem a nagy mennyiségű még nem humifikálódott szerves növényi maradványok. A mérések alapján nem javasolt a Mini Disk Infiltrométer alkalmazása víztaszító talajok K_S mérésére, de amennyiben mégis ezt a módszert alkalmazzuk, akkor a beszivárgás megindulását követően mért adatokat használjuk. Továbbá, ha egy terület jelentős heterogenitással rendelkezik, akkor az egyik helyről elfolyó víz beszivárog egy közeli helyen, így durvább léptékben kisebb lehet a víztaszítás, mint a helyi értékek átlaga.

Irodalom

DECAGON. 2010. Mini Disk Infiltrometer User’s Manual. Version 6. www.decagon.com/pdfs/manuals/Infiltrometer_v6.pdf 2010 Accessed:01/06/2010.

DEKKER, L.W. & RITSEMA, C.J. 1996. Variation in water content and wetting patterns in Dutch water repellent peaty clay and clayey peat soils. Catena. 28: 89-105.

FODOR, N., SÁNDOR, R., ORFANUS, T., LICHNER, L., RAJKAI, K. 2011. Evaluation method dependency of measured saturated hydraulic conductivity. Geoderma. 165: 60-68.

HUZSVAI, L., RAJKAI, K. és SZÁSZ, G. 2005. Az agroökológiai modellezés technikája. Kempelen Farkas Digitális Tankönyvtár egyetemi tankönyve a http://www.hik.hu/tankonyvtar/site/books/b114/index.html Internet címen.

KUTÍLEK, M. 2004. Soil hydraulic properties as related to soil structure. Soil and Tillage Research. 79: 175-184.

LICHNER, L., DLAPA, P., DOERR, S.H., MATAIX-SOLERA, J. 2006. Evaluation of different clay minerals as additives for soil water repellency alleviation. Applied Clay Sci. 31: 238-248.

RITSEMA, C.J. & DEKKER, L.W. 2003. Soil water repellency: occurrence, consequences and Amelioration. Elsevier Science. p. 358.

RODRÍGUEZ-ALLERES, M. & BENITO, E. 2011. Spatial and temporal variability of surface water repellency in sandy loam soils of NE Spain under Pinus pinaster and Eucalyptus globulus plantations. Hydrological Processes. 25: 3649-3658.

SINGER, M.J. & UGOLINI, F.C. 1976. Hydrophobicity in the soils of Fingley Lake, Washington. For. Sci. 22: 54-60.

UPCHURCH, D.R., WILDING, L.P., HARTFIELD, J.L. 1988. Methods to evaluate spatial variability. In: Reclamation of Disturbed Lands. (Ed.: Hossner, L.R.) 201-229. CRC Press. Boca Raton, FL.

International Livestock modelling and Research Colloquium

14-16th October, INTERNATIONAL LIVESTOCK MODELLING AND RESEARCH COLLOQUIUM

 Uncertainty in simulating biomass yield and carbon-water fluxes from Euro-Mediterranean grasslands under climate changes:

UREP_presentation

Talajtani Vándorgyűlés poszter

Talajtani vándorgyűlés absztrakt

 Talajtani vándorgyűlés 

A talajok térbeli változatossága – elméleti és gyakorlati vonatkozások

Talajtani Vándorgyűlés
Keszthely, 2014. szeptember 4-6.

Szervezők:
Magyar Talajtani Társaság
Pannon Egyetem Georgikon Kar
Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszék

A Magyar Talajtani Társaság és a Pannon Egyetem Georgikon Kara közösen rendezi Keszthelyen a Talajtani Vándorgyűlést 2014. szeptember 4. és 6. között „A talajok térbeli változatossága – elméleti és gyakorlati vonatkozások” címmel. A vándorgyűlés fókuszába a talajok térbeli változatossága áll, hiszen ez összefügg a precíziós mezőgazdasági alkalmazásokkal, a környezeti modellek megbízhatóságával, az új, nagy részletességű talajvizsgálati módszerekkel, a digitális talajtérképezéssel, a talajosztályozással stb.

Az alabbiakban olvashato absztrakttal veszek reszt a rendezvenyen:

Homoktalajok víztaszítás és telítési vízvezető képesség értékének pedon léptékű variabilitása

Sándor Renáta¹², Filep Tibor¹, Balog Kitti^1*, Fodor Nándor³,

¹MTA Agrártudományi Kutatóközpont Talajtani és Agrokémiai Intézet 1022 Budapest Herman Ottó u. 15., balog.kitti@agrar.mta.hu

²INRA-Grassland Ecosystem Research Unit

³MTA Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézet

A talajban történő vízmozgás leírása szempontjából meghatározó paraméter a talaj telítési vízvezető képessége (K_S), mely egyben a talajok egyik legnagyobb variabilitású paramétere. Az egyenletes beszivárgási ütemet jelentősen befolyásolhatja, ha víztaszító, vagy nehezen nedvesíthető talajon végezzük a hidraulikus vezetőképesség méréseinket. Ezt a jelenséget a talajok víztaszításának nevezik. A víztaszítás egy olyan átmeneti talajtulajdonság, mely igen nagymértékű térbeli változatossággal rendelkezik hasonló vegetációs körülmények között.

A homoktalajok pedon léptéken belüli heterogenitásának vizsgálata során egy 1 m²-es területet 100 db 10×10 cm-es cellára osztottunk fel Őrbottyán és Csólyospálos kísérleti területein. Az 1 m²-es terület, mind a 100 cellájában hidraulikus vezetőképesség mérést végeztünk Mini Disk Infiltorméter (MDI) segítségével, illetve megvizsgáltuk a talajnedvesíthetőséget, a Water Drop Penetration Time (WDPT) módszerével.

A méréseink alapján az őrbottyáni talaj jól nedvesíthető, míg a csólyospálosi talaj víztaszító, helyenként erősen víztaszító. A vizsgálataink alapján az a feltétezésünk, hogy a csólyospálosi talaj víztaszítását nem a huminsavak nagy mennyisége okozza, hanem egyéb, a talajban lévő hidrofób karakterű anyagok. A csólyospálosi víztaszító talaj esetében a MDI méréseknél a beszivárgás késleltetve indult meg. Amennyiben a K_S kiértékeléséhez nem a teljes mérési adatsort vesszük alapul, hanem csak a beszivárgás megindulása utániakat, akár fél nagyságrendnyi különbséget is tapasztalhatunk a hidraulikus vezetőképesség értékekben a választott módszer függvényében. A K_S területi változatosságánál több, mint másfél nagyságrendnyi különbséget tapasztaltunk a csólyospálosi talaj esetében, ugyanakkor Őrbottyánban fél nagyságrendnyi különbséget mértünk. Ezek alapján nem javasolt a Mini Disk Infiltrométer alkalmazása víztaszító talajok K_S mérésére, de amennyiben mégis ezt a módszert alkalmazzuk, akkor a beszivárgás megindulását követően mért adatokat használjuk. Továbbá, ha egy terület jelentős heterogenitással rendelkezik, akkor az egyik helyről elfolyó víz beszivárog egy közeli helyen, így durvább léptékben kisebb lehet a víztaszítás, mint a helyi értékek átlaga.

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

MACSUR

After my PhD, I can join to the AGMIP, FACCE MACSUR JPI. Let me present this European cooperation.

MACSUR is a knowledge hub within FACCE-JPI (Joint Programming Initiative for Agriculture, Climate Change, and Food Security). The FACCE-JPI Scientific Research Agenda defines five core research themes to address the impacts of climate change on European agriculture. MACSUR gathers the excellence of existing research in livestock, crop, and trade science to describe how climate variability and change will affect regional farming systems and food production in Europe in the near and the far future and the associated risks and opportunities for European food security. A knowledge hub is an innovative, tailor-made instrument developed by FACCE-JPI, associating 3 complementary dimensions: networking, resear

      The knowledge hub consists of 71 organizations from 17 European countries plus Israel. The overarching challenge is to develop a pan-European capability in the development, use and interpretation of models to perform risk assessments of the impacts of climate change on European agriculture. The project focusses on the technical and informational integration of suitable existing models and their application  in regional case studies that reflect the European diversity in soil, climate, socio-economy and agricultural systems (MACSUR).

More details: http://www.macsur.eu/index.php/about-macsur

Alumni találkozó

2014. május 22-én részt vettem a Nemzeti Kiválóság Program Alumni Találkozóján, ahol bolg és tudományos kivonat verseny mellett csapatjáték is volt. A mi csapatunk a Sárga Veszed-Elem volt. Mivel minden csapat rendkívül kreatívan oldotta meg a feladatokat, felhasználva a team-ek interdiszciplináris hátterét így minden csapatkapitány átvehette a jól megérdemelt oklevelet.

A Sárga Veszed-Elem csapatának oklevele:

Mért és szimulált talajnedvesség értékek összehasonlítása növénytermesztési kísérlet kezelésében

A talajnedvesség évjárathatásának kimutatását az őrbottyáni mintaterület kontroll parcelláján végeztem el, ahol a  mért talajnedvesség értékeket hasonlítottam össze a centiméteres és deciméteres felbontású HYDRUS-1D modellezett eredményeivel. A modell kalibrációja a LAI értékekre történt.

A szimulált talajnedvesség értékek a 0-10 és 0-80 cm-es mélységben közelítették legjobban a mért adatokat, mind a cm-es, mind pedig dm-es felbontás esetén. Azonban, extrém száraz (Θ < 1 %) feltalaj esetén felülbecslik a talajnedvesség értékét.

             A modellezett értékek felülbecslik a 0-30 cm-es mélység nedvességtartalmát 2010. 04. 27. – 2010. 06.09. között (1. ábra), mely valószínű oka, hogy a mintaterületen termesztett kukorica több nedvességet vett fel a kikelést követően, mint amit a modell számított. 2011-es év ezen időszakában a modellezett értékek jó egyezést mutattak a mért értékekkel, mely lehetséges oka a csapadékosabb tavaszi időjárás, míg 2012 tavaszán a szimulált értékek alulbecslik a talajnedvesség értékét, így kimutatható egy évjárathatás. 2010. 11. 05. – 2010. 11.18. illetve 2012. 09.27. – 2012.12.18. között alulbecslik a modellezett eredmények a talajnedvesség értét, mely valószínű oka, hogy a kukorica betakarítását követően, illetve a visszamaradó gyökerek eltávolítása után lecsökkenhetett a 0-30 cm-es szint nedvességtartalma.

             A szimulált talajnedvesség értékek felülbecslik a mért értékeket 30-60 cm-es és 60-80 cm-es mélységekben 2010.04.26. – 2010.06.23. között (1. ábra), mely valószínű oka, hogy a tavasszal jelentkező csapadéktöbblet egy részét a 0-30 cm-es zónában a kukorica növények felvették, így valójában kevesebb víz szivároghatott a 30-60 cm-es zónába. 2010 tavaszát követően, illetve 2011-ben a modellezett talajnedvesség értékek jól közelítették a mért értékeket, azonban a 2012-es évben alulbecslik. 

 

 1. ábra: Különböző mélységben mért (piros kör) és centiméteres felbontású HYDRUS-1D modellel szimulált (fekete négyzet) talajnedvesség értékek változása és azok hibamutatói az őrbottyáni mintaterület kontroll  parcelláján 2010.03.31. és 2013.04.18. között. Hibasávok a szórás értékeknek felelnek meg. 

Egy terület talajnedvesség állapota függ a területre hulló csapadék beszivárgásának mértékétől is. A szakirodalom szerint a hosszabb száraz időszakok fokozzák a beszivárgás mértékét nedvesíthető talajok esetében, mivel megnövekszik szorpciós kapacitásuk (Orfánus et al., 2014).

            Megfigyelhető, hogy a modellezett értékek alul-, illetve felülbecslik a mért talajnedvesség értékeket szárazabb, illetve csapadékosabb időszakok alatt. Ez az évjárathatás 2010-ben és 2012-ben jól megfigyelhető. Az 1 . táblázatból látható, ezen évek vegetációs periódusában hullott csapadékmennyiségek közötti különbségek. 2011-ben és 2012-ben is átlag alatti éves csapadékmennyiség esett, de az éven belüli eloszlás tekintetében 2012-ben kevesebb eső hullott a vegetációs időszakban. 

	Éves mért csapadék mennyiség [mm]	Vetés és aratás között lehullott csapadék mennyiség [mm]	Vegetációs időszakban lehullott csapadék mennyisége az éves csapadékhoz viszonyítva [%]
2010	1027,2	721,6	70
2011	408,2	280,4	69
2012	515,2	278,8	54

1. táblázat: A csapadék mennyiségének évenkénti megoszlása a teljes év, illetve a vegetációs időszakok alatt. (Őrbottyán, 2011 – 2012)

2010-es évben az éves átlagot jelentősen meghaladó mennyiségű csapadék esett az őrbottyáni mintaterületre és jól látható az 1. ábrán, hogy a modell felülbecsli a talaj nedvességtartalmát, főképp a 30-60 és 60-80 cm-es zónákban. A 2012-es időszakban a modell azt szimulálja, hogy a kevesebb csapadék miatt jelentősen kisebb mértékű a beszivárgás, illetve a mélyebb rétegek (30-60 és 60-90 cm) nedvességtartalma. Azonban Orfánus és munkatársai (2014) kimutatták, hogy annak ellenére, hogy néhány talajfizikai tulajdonságot (pl.: talajnedvesség tartalmat, WDPT értéket, szorptivitását) szignifikánsan módosíthatnak hosszú periódusú időjárási állapotok (pl. aszály), a csapadék beszivárgása tekintetében egyensúlyi állapot figyelhető meg. Mivel a kezdeti állapotban változatlan maradhat a beszivárgás üteme mind csapadékos, mind pedig aszályos időszakok tekintetében. Azonban a modell figyelmen kívül hagyja ezt a jelenséget.

          

  A mért és modellezett értékek hibamutatói alapján összevethetők a szimulált értékek a talajnedvesség mérés műszerhibájával. Az SzD értékek alapján 5 %-os valószínűségi szinten szignifikáns különbség mutatkozott a mért és modellezett értékek között 2010-ben és 2012-ben. 2010-ben ― extrém csapadékos tavasz és nyár esetében ― a HYDRUS modell szignifikánsan felülbecsülte, míg 2012-ben ― aszályos nyári és őszi időszak alatt ― szignifikánsan alulbecsülte a talajnedvesség értékét minden mélységben. 2011-ben, mikor átlagos csapadékeloszlás volt, nem volt szignifikáns a kimutatható különbség a mért és modellezett talajnedvesség értékek között. A 0-30 cm-es szintekben jelentkező különbség oka lehet, hogy a modell nem követi megfelelően a növényi vízfelvételt. A HYDRUS-1D nem szimulálta megfelelően az extrém évjárathatásokat, melyek gyakorisága a jövőben növekedni fog.