Browse

A víztartó-képesség meghatározása, eszközeit és módszertanát tekintve, jelentős előrelépéseken ment keresztül az elmúlt megközelítőleg 60 évben, mind a közvetlen mérések, mind a modellek területén, például a dinamikus, spektroszkópiai és digitális képazonosítási eljárások kidolgozása, fejlesztése, illetve a mintázatfelismerésen alapuló pedotranszfer típusú becslő eljárások fejlesztése, validálása, beépítése szoftverekbe, almodellekbe. A pórustér hierarchikus hálózati rendszerként való új értelmezésével, illetve a geometriai alapú, a szemifizikus, majd a statisztikus közelítő eljárásokkal lehetővé vált a pórustér és az abban lejátszódó folyamatok mind pontosabb jellemzése.

A talaj víztartó-képességét — és ezáltal a pórusméret-eloszlását is — többmódusú függvénnyel jellemző egyszerű, vagy összetett összefüggések lehetőséget nyújtanak a porozitás, illetve a porozitás-változási jelenségek, folyamatok (aggregátumstabilitás, tömődöttség változása, pórusdeformációs jelenségek stb.) tanulmányozására, valamint a hiszterézis számszerűsítésére és mind pontosabb meghatározására, akár az SWRC teljes nyomástartományában.

A modellezés különböző léptékeiben értelmezett talajjellemzők közötti összefüggések vizsgálatához a hidrológiai talajtulajdonságokat és az áramlási folyamatokat egyaránt meghatározó talajszerkezet szerepének számszerűsítése mind a mai napig kihívást jelent a talajtani, hidrológiai, környezetvédelmi szakterületen dolgozó kutatók számára.

Az NAPL típusú szennyezőanyagok felszín alatti terjedését szimuláló modellek jellemzően a víztartó-képesség használatával állítják fel az NAPL-visszatartó képességre (elsődleges bemeneti paraméter) alkalmazott összefüggéseket. Ezen összefüggések nem veszik figyelembe a különböző fizikai-, kémiai és fizikokémiai tulajdonságokkal jellemezhető folyadékok, illetve a folyadékok és a szilárd fázis között lezajló különböző mértékű kölcsönhatások jelentőségét (duzzadás, dezaggregáció stb). Több különböző környezetvédelmi célú kutatás (hulladéklerakók agyagszigetelésének kompatibilitási tesztjei, mikromorfológiai vizsgálatok, illetve dinamikus NAPL visszatartó- és vezetőképesség mérési módszertan fejlesztésére vonatkozó vizsgálatok stb.) eredményei alapján a víztartó-képességből kiinduló számítási eljárások alkalmazhatósága a talajok NAPL-visszatartó képességének meghatározására megkérdőjelezhető.

Megoldást jelenthet, hogy a víztartó-képesség görbék illesztésére alkalmazott parametrikus eljárásokkal az NAPL-visszatartó képesség görbék is meghatározhatóak. A különböző polaritású folyadékokkal felvett folyadékvisszatartó-képesség görbék alaki jellemzői alapján igazolt a differenciált porozitás különböző mértékű megváltozása a talaj vízzel és nem vizes fázisú szerves folyadékokkal való telítése során. A víztartó-képesség becslésére képzett szemifizikus és empirikus eljárások kidolgozásának és fejlesztésének módszertana szerint az NAPL-visszatartó képesség meghatározására alkalmas PTF típusú becslő összefüggések is képezhetőek, melyek pontossága elsősorban 0–1500 kPa nyomástartományban megfelelő. A porozitásváltozás mértékére vonatkozóan a víz- és NAPL-visszatartó képesség görbék alapján meghatározott pórusméret-eloszlási görbék statisztikai jellemzői nyújthatnak információt. A multimodális függvények alkalmazásával lehetővé válhat az NAPL-visszatartó képesség görbék végponti értékei és a becslésbe vont talajtulajdonságok közötti öszefüggések pontosabb feltérképezése. Szükséges a PTF típusú NAPL-visszatartó képesség becslő eljárások fejlesztése; pl. az NAPL-visszatartó képesség görbék meghatározására alkalmas parametrikus eljárás megválasztása; a többfázisú folyadéktranszport modellezésben kulcsfontosságú telítettségi értékek (pl. maradvány telítettség), illetve az azokhoz rendelhető kapilláris nyomás (pl. belépési küszöbnyomás) meghatározása és a folyadékvisszatartó-képesség görbék függvény paraméterei közötti konverziós lehetőségek kidolgozása.

A bemutatott tanulmányok alátámasztják MCBRATNEY és ODEH (1997), valamint JETTER és KOK (2014) összegzését, akik a fuzzy modellezés jelenlegi helyzetének részletes értékelése során kifejtették, hogy a fuzzy rendszerek és modellek a jövő fontos kutatási eszközei lehetnek. A „lágy” számítási módszerek a talaj- az, agrár- és a környezettudományok területén egyre nagyobb teret hódítanak meg. Nagy előnyt jelent a bizonytalan, nem vagy nehezen számszerűsíthető adatok használatának és a határvonalak nem éles, kategóriánként eltérő kijelölésének lehetősége. Megfelelő matematikai és interdiszciplináris kutatói hátteret feltételezve egyszerű, gyors és olcsó módszer, amely a hagyományos eljárásoknál pontosabb, és a laikusok által is értelmezhető eredményeket szolgáltat.

A nagy területeken elterjedt gyomfajok erős alkalmazkodó képességgel rendelkeznek, így - különösen a kukorica korai fejlődési időszakában - a tápanyagokért és vízért folyó versenyben intenzív növekedésükkel a kultúrnövény fölé kerekedhetnek. A gyomflóra diverzitásának és gyomnövény-gyomnövény kapcsolatrendszernek a tápanyag-ellátottsággal összefüggésben történő vizsgálata kukorica állományban segítséget nyújthat a gyombiomassza produkció, a gyomflóra dominancia viszonyainak és a versengés várható hatásainak meghatározásában.

Kutatómunkánkat az MTA ATK TAKI nagyhörcsöki kísérleti telepén, mészlepedékes csernozjom talajon 2003-ban beállított trágyázási tartamkísérletben végeztük 2014-ben, öt kezelésben (kontroll, PK, NK, NP, NPK), hat ismétlésben a kukorica korai fejlődési szakaszaiban (BBCH 12-14 és BBCH 16-18). Öt és hét héttel a vetést követően vizsgáltuk a gyomflóra faji összetételét, a gyomnövények egyedsűrűségét, dominancia viszonyait, továbbá mértük a gyomok földfeletti biomassza tömegét.

A mintaterületeken összesen 22 gyomfaj fordult elő. A gyomflóra diverzitásában a tápanyagkezelések szerint szignifikáns eltérések mutatkoztak. A kontroll (Ø), PK és NK kezelésekben az Ambrosia artemisiifolia L. és a Sorghum halepense (L.) Pers., az NP és NPK kezelésekben a Chenopodium album L., Chenopodium hybridum L. és Datura stramonium L. voltak a domináns fajok.

Az egyes gyomfajok egyedszáma és száraz biomassza tömege szignifikánsan változott a kezelések hatására. Az összes gyom egyedsűrűség az első mintavételkor 71 db·m⁻² (NK) és 126 db·m⁻² (NPK) között volt. Két hét alatt átlagosan 14%-kal nőtt meg: 80 (NK) és 142 db·m⁻² (NPK) között volt az egy négyzetméterre eső egyedek száma. A kezelések egyedsűrűség szerinti sorrendje nem módosult, mindkét vizsgálati időpontban a következőképpen alakult: NK<NP<PK<Ø<NPK.

A gyomok összes száraz biomassza tömege mindkét vizsgált időpontban az NK kezelésben volt a legkisebb (5 és 40 g·m⁻²), a PK kezelésben pedig a legnagyobb (21 és 125 g·m⁻²). A száraz biomasszatömeg szerint az NK, NP és kontroll kezelések között nem volt szignifikáns különbség, valamint a PK és NPK kezelés között sem. A két időpont átlaga alapján a kezelések sorrendje a következő volt: NK<Ø<NP<NPK<PK. Az egyes tápanyag kezelések hatását a gyomflóra egyedsűrűségében és biomassza tömegében is kimutattuk.

Korai fenológiai fázisban a gyomok növekedését, ill. biomassza képzését az eltérő tápanyagellátás, a műtrágyázás hatására kialakuló eltérő fajösszetételű gyomnövényzet és a különböző összetételű gyomflóra kukoricával való kompetíciójának együttes hatása befolyásolta a legnagyobb mértékben.

Hazánkban a szélsőséges vízháztartási helyzetek fokozódásával a változó környezeti feltételekhez való alkalmazkodás megköveteli az aktuális mezőgazdasági gyakorlat módosítását az öntözés területén is. Az adaptáció egyik fontos eleme lehet az öntözéses gazdálkodási formák kiszélesítése, a víz- és energiatakarékos öntözési módok és módszerek előtérbe helyezése és nem utolsó sorban a használt vizek (szennyvizek, hulladékvizek, elfolyóvizek stb.), mint alternatív vízforrások öntözéses hasznosítása.

Kísérletünkben egy intenzív afrikai harcsa-nevelő telepről származó használt termálvizet és Körös vizet használtunk fel energiafűz öntözésére egyéves liziméteres kísérletben. Az öntözéses kísérlet a Nemzeti Agrárkutatási és Innovációs Központ (NAIK) Öntözési és Vízgazdálkodási Önálló Kutatási Osztály (ÖVKI) szarvasi Liziméter Telepén valósult meg. A kísérletben 82-es fűz klón nyolcféle öntözéses kezelését alkalmaztuk.

Eredményeink szerint a használt termálvíz minősége miatt öntözésre csak korlátozottan használható, mivel a szikesedésért leginkább felelős kémiai paraméterek (EC, SAR, nátriumszázalék és szódaegyenérték) értékei magasak. A vízminősége miatt (Körös víz felhasználásával) hígítással és gipsz javítóanyag hozzáadásával egy harmadik víztípust hoztunk létre (HG). A talaj kicserélhető kation tartalmában bekövetkező változásokat vizsgálva a használt termálvíz kiöntözése mellett a kicserélhető nátrium felhalmozódását mértünk valamennyi öntözési norma esetén. A hígított+kezelt öntözővíz (HG) mellett a talajban szignifikáns változás egy kicserélhető kation esetében sem történt. Körös víz öntözése mellett 15 és 30 mm öntözési norma esetén a hígított+kezelt vízhez hasonlóan jelentős változás nem történt, ugyanakkor a 60 mm-es öntözési norma mellett a nátriumtartalomban szignifikáns csökkenés volt kimutatható, amely a kilúgzásnak köszönhető. Az öntözetlen kezelésben a kicserélhető kalcium tartalom csökkenése mellett a magnéziumok mennyisége növekedett meg a talajkolloidok felületén, amely következtetésünk szerint természetes szikesedési folyamatok következménye. A talaj összes oldott sótartalma 0-40 cm mélységben a használt termálvizes öntözés után (60 mm öntözési norma) szignifikánsan különbözött a Körös vízzel öntözött kezelésekben mért értékektől, ugyanakkor a kezelt víz (HG) felhasználása mellett a talaj összes oldott sótartalma a Körös vízzel öntözött kezelésekben mért értékekhez hasonlóan változott és nem haladta meg a 0,05%-ot.

A felhasznált öntözővizek talajra gyakorolt hatásának teljes körű értékeléséhez további talajvizsgálatokat tartunk szükségesnek, valamint a hosszú távú előrejelzések miatt a kísérletet folytatjuk több éven keresztül. Mindazonáltal megállapítható, hogy az elvégzett kísérletünk eddigi szakaszában az intenzív afrikai harcsanevelő telepről származó használt termálvíz jó minőségű vízzel való keverése és gipsz hozzáadása után felhasználható a talajvédelem szempontjából fenntartható módon, szolonyecesedés és sófelhalmozódás nélkül.

A szerves talajok összetétele, képződési körülményei, és földrajzi, ill. domborzati elterjedése jelentősen eltér az ásványi talajokétól. A tömegükben megőrzött hatalmas mennyiségű szerves szén és környezetük biológiai sokfélesége (biodiverzitása) kapcsán a klímaváltozás által leginkább érintett talajok, ezért megkülönböztetett figyelem irányul e talajokra. Kiterjedésükre, lebomlottsági fokukra, szerves szénkészletükre igen eltérő irodalmi és térképi adatok állnak rendelkezésre. Ugyanakkor éppen a klímaváltozás vonatkozásában óriási a globális és helyi megbízható adatigény az említett kérdésekben. Hazai láptalajaink osztályozási, felvételezési és mintavételi módszereinek megújítására teszünk javaslatot a nemzetközi standardok figyelembe vételével. A megújított Láptalaj meghatározásban a legfontosabb követelmények a 20% szerves széntartalomra, a 40 cm vastagságra és az alacsony térfogattömegre vonatkoznak. Az altípus és változati tulajdonságok a lebomlottság fokát, a mélységi, kémhatás viszonyokat, ill. sók jelenlétét adják meg. A szervesanyag meghatározásra az izzítási veszteség módszerét, a térfogattömeg meghatározás mintavételezésére a rostosság függvényében a lápfúró alkalmazását vagy feltárt szelvényből nagytérfogatú bolygatatlan mintákat javasolunk.

A Kiskunsági homokhát, a Pesti hordalékkúp-síkság, illetve a Pilis—Alpári homokhát találkozásánál az ócsai Turjánvidék szomszédságában található Kakucs—Turján mögött lelőhely a Kárpát-medence középső bronzkorában (ca. 2000/1900–1500/1450 cal BC) a Vatya-kultúra népességének egyik jellegzetes települése volt.

A területen több talajtani módszer együttes alkalmazásával lehetőség nyílt arra, hogy feltérképezzük a bronzkori település talajtani, sekélyföldtani viszonyait, illetve a régészeti lelőhely fejlődéstörténetének, tafonómiájának egyes részleteit rekonstruáljuk.

A talajtani térképező fúrások eszközének segítségével a fedő talajképződmény alatt meghatároztuk az antropogén hatásra fejlődött és módosult talajok, valamint üledékek vertikális és horizontális kiterjedését. Ennek keretében nem csak a hármas tagolású lelőhely kerítőárkainak betöltését, hanem az épületobjektumok által megjelenített megtelepedési és pusztulási rétegeket is vizsgáltuk. A pusztulási rétegként meghatározott K₁ réteg magas patics- és faszéntartalmával ellentétben az alatt elhelyezkedő — minden valószínűség szerint az eredeti megtelepedési szintet megjelenítő — K₂ réteg kevesebb antropogén szemcsét tartalmazott.

Kakucs—Turján mögött bronzkori lelőhelyen végzett régészeti talaj mikromorfológiai megfigyelések arra utalnak, hogy a K1 rétegben régészeti módszerekkel meghatározott két feltételezett padló szint közül egyik sem in situ helyzetű. Bár mindkét esetben megfigyelhetők padlótöredék-darabok, ezek nagy valószínűséggel áthalmozott formában vannak jelen. Ezt támasztja alá a T4-es vékonycsiszolati mintában az égetetlen padló töredékek jelenléte, amelyek tetején égetetlen talajos jellegű betöltés és égett patics található (T3). A patics körül nincs nyoma égésnek, így az is áthalmozott anyag. A korábban padlóként meghatározott rétegtani egységek (T6 ‘c’ és T7 ‘a’) ugyancsak nem in situ, hanem áthalmozott anyagként definiálhatóak. A megfigyelések arra utalnak, hogy legalább kétféle padló típussal számolhatunk a lelőhelyen. Az egyik egy igen finom szerkezetű, kifejezetten meszes, a másik pedig homokos vályog alapanyagú. Ebből az anyaghasználat, építéstechnika, ezzel együtt pedig esetlegesen a helyhasználat különbözőségére következtethetünk.

Az antropogén eredetű összetevők aránya alacsony. Talán ez is annak a jele, hogy nem egy in situ házzal/épülettel, hanem annak áthalmozott maradványaival van dolgunk. Az antropogén eredetű mikro-maradványok a mindennapi élethez kapcsolhatók (pl. hamu, faszén — égetés; csont — élelem, ételkészítés; kerámia — tárolás, fazekasság). Az elemzett vékonycsiszolatok az anyagok folyamatos áthalmozását mutatják, ami intenzív emberi jelenlétre utal.

A vékonycsiszolatokban megfigyelt, a telepen zajló anyagmozgatás, áthalmozás mértékével kapcsolatban általánosítani nem lehet. A mintázott profil azonban jól mutatja a szándékos anyagmozgatást, áthalmozást, mely a mintázás helyén sem egyszeri esemény. A padlók esetében régészetileg is bizonytalan interpretációt („feltételezett padló”) szándékoztunk megerősíteni vagy elvetni. A terepi megfigyelések szerint valószínűsíthető volt a mintázott helyen padlók megléte, melyek nem őrződtek meg minden kétséget kizáróan. A vékonycsiszolatok megfigyelései igazolták a padlók (pontosabban padló alapanyagok) meglétét, hisz valóban padló anyag került lerakásra, de ezek vélhetően nem elsődleges, azaz kialakításuk pozíciójában voltak jelen. „Bolygatatlan” padló töredéket csupán a T2-es mintában találtunk. Bár mintázáskor itt nem rögzítettük padló jelenlétét, mind az ásatási dokumentáció mind pedig a mikroszkópos megfigyelés azt mutatja, hogy in situ padlót találtunk.

A homokos/homokos vályog szerkezetnek köszönhetően a szerves (növényi) anyagok megőrződése igen rossz. Gyakorlatilag nincsenek jelen a mintákban, így ezekkel kapcsoltban nem állt módunkban megfigyeléseket tenni.

Az intenzív emberi jelenlét az egész lelőhelyen megfigyelhető, melyet a fúrások során tapasztalt változó vastagságú kultúrréteg is mutat. A telep egyes részein anyagok halmozódtak fel, kerültek lerakásra, míg máshol ilyen jellegű tevékenység nem figyelhető meg, sekélyebb üledékréteget hátrahagyva.

Mind a talajfúrások, mind pedig a vékonycsiszolatok elemzése alapján a lelőhelyképződés a következőképen vázolható:

1. Eredeti természeti környezet

2. Emberi megtelepedés

3. Az eredeti/eltemetett talaj felszínének modifikációja, mely nem drasztikus, hanem folyamatos.

4. Folyamatos emberi behatás (házak építése, mindennapi tevékenység következtében kialakuló anyagok felhalmozódása (kerámia, patics, csont, hamu stb.), anyagok áthalmozása).

5. Telep el/felhagyása, a telep pusztulása, eltemetődése

6. Recens talajfejlődés

A talajok tulajdonságainak javítása céljából végzett bioszénnel történő kezelések hatása a különböző fizikai, kémiai és biológiai tulajdonságú talajok esetében még nem teljesen ismert. Kísérleteinket homoktalajon végeztük az MTA ATK TAKI Őrbottyánban lévő kísérleti telepén, ahol kukoricát vetettek. Hét kezelést vizsgáltunk, négy ismétlésben. Három esetben a talaj különböző dózisban bioszenet és konstans dózisú műtrágyát tartalmazott (0,1 m/m%; 0,5 m/m%; 1 m/m%; jelölésük BC0,1M; BC0,5M; BC1,0M), három esetben pedig a fent említett bioszén dózisokat egységesen 10 t/ha komposzttal egészítettük ki (BC0,1K; BC0,5K; BC1,0K). Ezek mellett pedig kialakítottunk egy bioszén és komposzt mentes abszolút kontroll (K) kezelést is. Kutatásunk során talajszondákkal monitoroztuk a talajnedvességtartalmának alakulását, valamint statikus kamrás mintavételi eljárással a talajlégzést is mértük a kezelésekben.

A talajnedvesség éves átlagát nézve 1% bioszénnel és komposzttal kezelt parcella esetében a talaj nedvességtartalma nem szignifikáns mértékben növekedett a bioszén és komposzt mentes abszolút kontroll környezethez képest. Csapadékesemények alkalmával az 1% bioszenet és komposztot tartalmazó parcellában nőtt meg legjobban a talajnedvesség, illetve hasonlóan alakult a nedvességtartalom a 0,5% bioszénnel kezelt műtrágyás parcellában is. Csapadékesemények után az összes bioszenet és műtrágyát, illetve bioszenet és komposztot tartalmazó parcellában gyorsabban száradt ki a talaj a kontrollhoz képest. A csapadékban szegényebb, szárazabb időszak alkalmával egyedül az 1% bioszenet és komposztot tartalmazó kezelés talajnedvessége volt magasabb a kontrollhoz képest, a 0,5% bioszénnel és műtrágyával kezelt, komposzt mentes esetben a nedvesség hasonlóan alakult a kontrollhoz viszonyítva, az összes többi esetben jóval az alatt maradtak az értékek.

Összességében megállapítható, hogy a komposztot tartalmazó talajok érzékenyebben reagáltak a csapadékra, a legjobb vízgazdálkodást az 1% bioszén és komposzt kezelés esetében értük el. Önmagában a bioszén nagy mennyiségű (1,0 m/m%) adagolása nem volt egyértelműen talajnedvesség-növelő hatású.

A bioszén szén-dioxid forgalomra történő hatását a talajlégzés mérésével vizsgáltuk. A bioszénnel, valamint műtrágyával kezelt és a kontroll kezelések között csak néhány esetben volt különbség. A komposzttal kevert bioszén kezelések alkalmával hasonló eredményre jutottunk, mint a műtrágyával kevert bioszén esetében. Eredményeink alapján arra következtethetünk, hogy a talajlégzés nem függött a bioszén dózisától. A bioszén talajlégzésre gyakorolt hatása közvetett módon, a talajnedvesség befolyásolásán keresztül valósul meg, mivel bioszenet alkalmazva bizonyos esetekben a talajnedvesség emelkedett a kontrollhoz képest, ekkor a talajlégzés ugyancsak magasabb lett, amely jelenség a komposzttal kezelt esetekben jól megfigyelhető volt.

A Nyírség egyik jellegzetes talajtípusa a kovárványos barna erdőtalaj. Mind hazánkban, mind külföldön sokan vizsgálták a kovárványképződést és állítottak fel természettudományosan megalapozott elméleteket a képződés mikéntjére vonatkozóan. Leggyakrabban a vas-vegyületek lefelé irányuló mozgásávbal és adott mélységben történő kicsapódásával próbálták meg leírni a jelenséget. Munkánk célja ásványtani, talajtani és mikrobiológiai vizsgálatok segítségével megválaszolni a kovárványképződésének kérdését.

A Nyírség tamáspusztai homokdomb alapvetően homogénnek tekinthet ásványi összetételét tekintve. A kovárványszintek képződésének korábban leírt kémiai és szemcseösszetételbeli kritériumai teljesülnek (pH 4.5–6.5 közé esik, a szemcseösszetétel pedig a kovárványrétegben meghaladja a leiszapolható rész 10 %-ot). Részletesen vizsgálva a kovárványrétegeket benne a homokszemcsék korrodáltak, töredezettebbek, ami mind egykori gyökérnedvek korróziójának eredménye lehet. A homokszemcsék kötőanyaga a kovárványrétegben elsősorban vas-oxihidroxidból áll, és a kovárványréteg eredetileg képlékeny, gyúrt, szakadozott szerkezetet mutat. A kovárványréteg felső része erodált, ami egykori talajfelszínen történő elhelyezkedését jelzi. A réteg alsó része tagolt és gyakran benyúlik az alatta elhelyezkedő homoktestbe. Véleményünk szerint a vas-oxihidroxid kiválások a kovárványrétegben alapvetően biológiai (növényi vas felvétel, majd elhalás után mikrobiális bontás segítségével létrejött vas-oxihidroxid akkumuláció) akkumulációs és kiválási folyamatokra utalnak. Mindezek alapján úgy gondoljuk, hogy a kovárványrétegek az egykori homokdomb felszínén képződtek és nem később bekövetkezett vasmozgás során jöttek létre.