Használt terepi mérőműszerek előnyei és hátrányai

 Mivel a talaj telítési vízvezető képessége fontos és meghatározó bemenő paramétere a hidrológiai modelleknek - mely értékére igen érzékeny a modell - ezért célszerű a vizsgált talajra jellemző érték alkalmazása. Azonban nem mindegy, hogy milyen módszerrel határozzuk meg. 

Ezen bejegyzésemben összegzem az ismertebb és elterjedtebb terepi Ks mérő eljárások előnyeit és hátrányait azért, hogy a megkönnyítsem a leendő felhasználók döntését.

 A Tension Disc Infiltrométer módszer hátránya, hogy a mérőműszer költséges, nehezen kezelhető, szeles időben nehéz biztosítani a beszivárgási felület állandóságát, továbbá a mérési terület előkészítése, szintezése is precíz munkát igényel. Előnye, hogy viszonylag nagy felületen méri a K_fs-t és világszerte elterjedt mérőberendezés.

 Dr. Rajkai Kálmán a Tension Disc Infiltrométer alkalmazása közben Szurdokpüspökiben. Háttérben Mini Disk Infiltorméter. (Saját felvétel)

Guelph permeaméter előnye, hogy a mérés könnyen kivitelezhető, nem kíván terepi előkészítést. 15-75 cm-es mélységtartományban mérhetünk telítés közeli hidraulikus vezetőképesség értékeket, de a furat mélyítésével, illetve a szár meghosszabbításával akár több méteres mélységbe is lehatolhatunk és mérhetünk. Hátránya viszont, hogy igen költséges berendezés. 

 A Guelph permeaméter feltöltése Őrbottyánban. A feltöltést Dr. Fodor Nándor végzi. (Saját felvétel)

A Mini Disk Infiltrométer előnye, hogy olcsó, könnyen kezelhető, kis mérete miatt egy méréshez mintegy 135 cm³ víz elegendő. Továbbá Hunter és munkatársai bizonyították, hogy a Mini Disk Infiltorméterrel mért vízvezető képesség értékek szignifikánsan nem különböznek a világszerte ismert és alkalmazott Tension Disc Infiltrométerrel kapott eredményektől, illetve, hogy víztaszító talajok esetében is alkalmazható.  Fodor és munkatársai szerint az MDI módszer gyengesége, hogy a kiértékeléshez szükség van a talaj mért víztartóképesség-értékeire illesztett van Genuchten-féle víztartóképesség-függvény (van Genuchten, 1980) α és n paramétereinek értékére.

 Mérési terület előkészítése Mini Disk Infiltrométeres méréshez. Sekule, Szlovákia. Előkészítést végzi: Dr. Tomás Orfánus és Sándor Renáta.

Mérés Mini Disk Infiltrométerrel Sekule-ben. Mérést végzi: Dr. Tomás Orfánus. (Saját felvétel)

Doktori értekezés és tézisek

Örömmel tájékoztatom a blog oldalam kedves látogatóját, hogy az A2-JÁDJ-12-0001: Talaj-növény-légkör rendszer anyagforgalmi modellparamétereinek léptékfüggő meghatározása című pályázat keretében elkészült a doktori értekezésem, mely a Nemzeti Kiválóság Program című kiemelt projekt keretében zajlott az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósult meg.

Az alábbi linkre kattintva megtekinthető a teljes Ph.D. értekezés és a hozzá kapcsolódó magyar és angol nyelvű tézisek:

Doktori értekezés és tézisek

A hidraulikus vezetőképesség mérések mintavételezési léptékfüggése

A talaj hidraulikus vezetőképességét többféle módon is mérhetjük (pl.: Mini Disk Infiltrométerrel, Tension Disc Infiltrométerrel, Guelph permeaméterrel, Várallyay-féle 100 cm³-es és Booltink-féle 6500 cm³-es mintákból). Azonban az egyes módszerek különböző mérési, illetve mintavételezési egységekre vonatkoznak, melyek méretkülönbsége befolyásolhatja a mérni kívánt K_S értékét. A terepi módszerek közül a TDI és az MDI is a K_S,matrix értékét határozzák meg, azonban a TDI 20 cm átmérőjű, míg az MDI 4,5 cm átmérőjű beszivárgási felületen mér. A szakirodalom szerint nincs szignifikáns különbség a két terepi módszer között. Azonban ilyen összehasonlítást még nem végeztek el a Várallyay-féle 100 cm³-es és az etalonnak számító Booltink-féle laboratóriumi eljárások között. Ennek vizsgálatára az őrbottyáni, nagyhörcsöki és szurdokpüspöki mintaterületekről 5-5 ismétlésben vettem kis- és nagy patronos ― 100 illetve 5650 cm³-es ― mintákat. Fontosnak láttam, hogy különböző fizikai féleségű (homok, vályog, agyag) talajok esetében vizsgáljam meg a K_S mintavételezési léptékfüggését. A mért K_S értékeket  T-próbával megvizsgáltam, hogy szignifikáns különbség mutatkozik-e a mért K_S értékekben, ha nagyságrendnyi különbség van a minták mérete között. 

Az őrbottyáni talajok esetében a Booltink-féle  nagy patronos mintákon meghatározott K_S értékek (1. táblázat) szignifikánsan különböztek a hagyományos kis patronos mintákon mért vízvezető képesség értékektől. Azonban, ha a kis minták esetében a mintavételt megelőzően szilikon zsírral kikenjük a mintavevő henger belső falát, lényegesen csökkenthetjük a falhatást, mely eredményeképp átlagosan 74,6 cm/nap beszivárgást volt. A jellemzően homoktalajok esetében jelentkező falhatás szignifikáns különbséget okozhat, ezét fontos kiküszöbölnünk ezt a mérési eredményt befolyásoló tényezőt. A falhatás kiiktatásával kapott érték nem mutat szignifikáns különbséget az etalonnak tartott nagy hengeres mintavétel eredményeinek átlagától. Tehát homoktalaj esetén pontosabb eredményt kaphatunk, ha a 100 cm³-es mintavevő henger belső falát kizsírozzuk.

Őrbottyán	KS cm/nap	KS cm/nap
		Átlag	Szórás
Kis minta 100 cm3	144,6	146,7	21,9
	154,4
	160,2
	109,9
	164,3
Nagy minta 5650 cm3	116,2	94,0	22,5
	77,8
	97,8
	64,5
	113,5

1. táblázat: A kis patronos és nagy patronos minták K_S értékeinek összehasonlítása, Őrbottyánban.

           

Szurdokpüspöki agyag talaj esetében szintén összehasonlítottam a hagyományos 100 cm³-es hengerrel mért K_S eredményeket (2. táblázat) a nagy patronos telítési vízvezető képesség értékekkel. A 100 cm³ minták esetén átlagosan 112,8 cm/nap hidraulikus vezetőképesség értéket mértem (2. táblázat), mely szignifikánsan nagyobb, mint a nagy patronos mérésekkel kapott átlagos 67,1 cm/nap. Ezek értelmében, a mintavételezési egységek egy nagyságrendnyi különbsége szignifikáns eltérést mutathat agyag területen mért K_S értékek között. A számottevő különbségek hátterében az agyag talajra jellemző makropórus áramlás állhat, mely megnövelheti a K_S mérési bizonytalanságát. A telítési vízvezető képesség szórás értéke szignifikánsan kisebb a nagy minták esetében, mivel a nagyobb felület miatt, kisebb az egyes mintákon mért K_S és az átlag közötti eltérés várható értéke.

Szurdokpüspöki	KS cm/nap	KS cm/nap
		Átlag	Szórás
Kis minta 100 cm3	17,7	112,8	195,8
	460,2
	67,9
	11,3
	6,9
Nagy minta 5650 cm3	61,6	67,1	70,8
	0,2
	0,4
	110,5
	163,0

2. táblázat: A kis patronos és nagy patronos minták K_S értékeinek összehasonlítása, Szurdokpüspökiben.

           

 A nagyhörcsöki vályog mintaterületről származó, Booltink-féle nagy patronos mintákon mért K_S értékek (3. táblázat) jelentősen különböztek a hagyományos kis patronos minták estében mért telítési vízvezető képesség értékektől. A hidraulikus vezetőképesség értékek szórása szignifikáns különbséget mutat a 100 cm³-es és 5650 cm³-es minták között.

Nagyhörcsök	KS cm/nap	KS cm/nap
		Átlag	Szórás
Kis minta 100 cm3	23,3	62,4	91,2
	225,1
	29,6
	10,5
	23,5
Nagy minta 5650 cm3	89,2	94,6	31,4
	140,4
	105,5
	73,7
	59,1

3. táblázat: A kis patronos és nagy patronos minták K_S értékeinek összehasonlítása, Nagyhörcsökön.

Homok, agyag és vályog talajok vizsgálata során szignifikáns különbségeket tapasztaltam a mért telítési vízvezetők képességek átlag értékében a 100 cm³-es és 5650 cm³-es minták esetében. Az eredmények arra engednek következtetni, hogy jelentős léptékfüggés van a két telítési vízvezető képesség meghatározó módszer között. A szurdokpüspöki agyag talaj esetében a K_S mérés bizonytalanságát a makropórus áramlás (pl.. gyökér és/vagy giliszta járat) jelentősen megnövelte. Az őrbottyáni mintaterület esetében, a 100 cm³-es mintavevő hengerek belső falának szilikon zsíros kikenésével ― a Booltink-féle mintavételezési eljárás előírásához hasonlóan ―, lényegesen csökkenthetjük a falhatást, így a hagyományos módszer eredménye már nem különbözik szignifikánsan, az etalonnak tartott nagy hengeres mintavétel eredményeinek átlagától. Tehát homoktalaj esetén pontosabb eredményt kaphatunk, ha a 100 cm³-es mintavevő henger belső falának kizsírozásával.

Mind a három vizsgált talajtípusnál a nagy patronos minták esetében kisebb a szórás értéke, kisebb a mérési bizonytalanság. Tehát a Booltink-féle nagy patronos eljárás megbízhatóbb eredményt szolgáltat, a nagyobb térfogat, a garantált telítettség és a kontrollált peremfeltételek következtében, mint a hagyományos 100 cm³-es módszer.