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.          

Ph.D. értekezés nyilvános vita előadás anyaga

A doktori értekezésem nyilvános vitája 2014.04.24-én került megrendezésre Szegeden, ahol sikeresen megvédtem azt. Ezúton is köszönöm azok részvételét, akik megtiszteltek jelenlétükkel.

Az előadásom a következő linken érhető el: Doktori védés prezentáció

Az alábbi képek a nyilvános vitát követő fogadáson készültek:

Dr. Fodor Nándor (témavezetőm) és Sándor Renáta.

Dr. Rakonczai János, Prof. Dr. Rajkai Kálmán, Dr. Cseresnyés Imre, Dr. Kertész Miklós és Sándor Renáta.

Dr. Fodor Nándor, Prof. Dr. Keveiné Bárány Ilona, Dr. Balog Kitti, Dr. Barta Károly és Sándor Renáta.

Prof. Dr. Rajkai Kálmán, Dr. Cseresnyés Imre, Prof. Dr. Csathó Péter, Gulyás András, Dr. Fodor Nándor, Prof. Dr. Keveiné Bárány Ilona és Prof. Dr. Várallyay György.

Dr. Fodor Nándor, Dr. Barta Károly, Dr. Balog Kitti és Sándor Renáta

Dr. Farsang Andrea, Kamera Rita, Sándor József, Szosznyák Judik, Dr. Kertész Miklós, Mazsu Nikolett és Dr. Rakonczai János

Környezetföldtan előadás - BSc - II. évf.

Kedves hallgatók és érdeklődők!

A Nemzeti Kiválóság Program keretében 2014.04.10-én 8:00 - 11:00 között tartott Környezetföldtan előadás prezentációja az alábbi linken letölthető:

Környezetföldtan ea.


Az óra előadás anyaga a következő főbb fejezetekből épült fel:

 1. Az üledékképződés folyamata és a kialakult talajréteg fizikai tulajdonságai

2. A talaj termékenységét és az agrártermelést meghatározó tényezők és elemek

3. Az agrártermelés növénytáplálással összefüggő nehézfém-terhelése

4. Sófelhalmozódás, szikesedés folyamata

Nyilvános vita meghívó

Örömmel tájékoztatom a blog oldalam kedves látogatóját, hogy a Szegedi Tudományegyetem Környezettudományi Doktori Iskola nyilvános vitára tűzte "A talaj-növény-légkör rendszer modellezésének léptékfüggő problémái" c. Ph.D. értekezésem. További részletek az alábbi meghívóban olvashatók:

UNIVERSITAS SCIENTIARUM SZEGEDIENSIS

SZEGEDI TUDOMÁNYEGYETEM

TERMÉSZETTUDOMÁNYI ÉS INFORMATIKAI KAR

DOKTORI KÉPZÉS

XII-1260/67-27/2012.

M e g h í v ó

A Természettudományi és Informatikai Kar Doktori Tanácsa

2014. április 24. (csütörtök) 10.30 órára tűzte ki

sándor renáta

doktori disszertációjának nyilvános vitáját, amelynek címe:

„A talaj-növény-légkör rendszer modellezésének léptékfüggő problémái”

A nyilvános vita helyszíne:   SZTE TTIK Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék, Marczell-tanterem

                                             (Szeged, Egyetem u. 2.)

                                            

SZTE Környezettudományi Doktori Iskola

Témavezető:

Dr. Fodor Nándor Ph.D. (MTA-ATK-TAKI)

Dr. Sümegi Pál egyetemi tanár (SZTE TTIK Földtani és Őslénytani Tanszék) – belső konzulens

                                   

A védési bizottság:

Dr. Keveiné dr. Bárány Ilona professor emerita - elnök

(SZTE TTIK Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék)

Dr. Barta Károly adjunktus (SZTE TTIK Természeti Földrajzi és Geoinformatikai T.) - opponens

Dr. Kertész Miklós tudományos főmunkatárs (MTA Ökológiai Kutatóközpont) - opponens

Dr. Várallyay György akadémikus (MTA Agrártudományi Kutatóközpont) – bizottsági tag

Dr. Rakonczai János egyetemi docens (SZTE TTIK Természeti Földrajzi és Geoinformatikai T)-titkár

A disszertáció megtekinthető az SZTE Központi Könyvtár tájékoztató ügyeletén (SZTE TIK Ady tér).

A nyilvános vitában minden jelenlévő részt vehet, és írásban is előzetesen észrevételt tehet.

     A védésre Önt és munkatársait tisztelettel meghívom.

Szeged, 2014. április 4.

Dr. Gingl Zoltán

dékánhelyettes

Hazai gyakorlatban elterjedt vízvezető képesség meghatározási módszerek

Az in situ hidraulikus vezetőképesség meghatározási módszerek közül a duplakeretes (double ring) eljárást alkalmazzák a legtöbbet. Az 1. képen látható módon két, eltérő átmérőjű gyűrűt helyezünk az előkészített mintaterületre. Általában 20 cm átmérőjű belső és 40 cm átmérőjű külső keretet szoktak alkalmazni. Mind a két gyűrűben kb. 1 cm magas vízoszlopot állítunk be, melyet folyamatosan pótlunk. A belső keretből történő fogyást jegyezzük le, melyből a  K_S értékét az átmérő ismeretében ki tudjuk számítani. A külső keret az oldalirányú elszivárgás kiküszöbölését szolgálja.

1. kép: A duplakeretes módszer terepi alkalmazása. 2011. Sekule (Szlovákia).

Azonban fel kell hívnom a figyelmet arra a tényre, hogy a vízvezető képesség értéke nem független az alkalmazott keretek átmérőjétől. Dr. Fodor Nándorral végrehajtottunk egy kísérletsorozatot a kör méretének változtatásával Őrbottyán mintaterületén, mellyel alátámasztottuk Gregory és munkatársai 2005-ös, illetve Lai és Ren 2007-es eredményeit a módszer léptékfüggésére vonatkozóan.

A laboratóriumi gyakorlatban leggyakrabban alkalmazott eljárások az állandó és csökkenő víznyomás módszere 100 cm³-es bolygatatlan mintákon mérve.  

 Véleményem szerint különböző fizikai féleségű mintaterületek (homok, vályog és agyag) hidraulikus vezetőképesség értékének meghatározására a 100 cm³-es patronon mért csökkenő vízoszlop módszere megbízhatóbb és összehasonlíthatóbb eredményeket szolgáltat, mint a klasszikus állandó víznyomás módszere. Ennek oka, hogy az állandó vízoszlop módszer alkalmazásakor a belső és a külső vízmagasság is állandó, ― köztük néhány cm a szintkülönbség ― így a kis nyomáskülönbség következtében nem vagy csak alig lehet észlelni a szintkülönbséget kötöttebb talajok esetében. Ezáltal az érték pontos leolvasása bizonytalanabb. A csökkenő vízoszlop módszerénél a külső vízszint állandó, míg a belső vízszint változik, így nagyobb nyomáskülönbség jöhet létre, mely következtében a vízszint különbség is jelentősebb és jobban leolvasható. Mivel az őrbottyáni homok, nagyhörcsöki vályog és szurdokpüspöki agyag fizikai féleségű talajok telítési vízvezető képességét hasonlítottuk össze, ezért célszerűnek láttuk a csökkenő vízoszlop módszer alkalmazását 100 cm³-es minták esetében ― az állandó víznyomás módszere helyett. Megjegyezném azonban, hogy homoktalaj esetében mindkét módszer alkalmazható és összehasonlítható, azonban nagy vízvezető képességű talajoknál (pl. durva homok) az állandó víznyomás módszere javasolt. Ennek oka, hogy a K_S értékét a gyors vízszintcsökkenés következtében nehéz pontosan leolvasni a csökkenő víznyomás módszerével. 

A csökkenő vízoszlop módszerével (Várallyay, 1973) a talaj makropórus vízvezető képességét határozzuk meg. 

Mintavételi körülmények:

 Fontos, hogy a mintavétel idején a talaj ne legyen se túl száraz, se túl nedves. A vízvezető képesség méréshez begyűjtött eredeti szerkezetű talajmintákat először vízzel kell telíteni. A telítéshez szükséges időt befolyásolja az agyagtartalom, míg homokoknál ez az idő 3 nap, addig a magas agyagtartalmú talajoknál egy hét is lehet. Fodor Nándor és munkatársai (2009) a mintavételezés során szilikon zsírral bekenték a mintavevő patronok belső falát, mellyel kiküszöbölték a mérési eredményt jelentősen befolyásoló falhatást, így a kapott K_S értékek nem különböztek az etalonnak számító nagypatronos mintákétól homoktalaj esetében.