Earth and Environmental Sciences

A komposztált szennyvíziszap alkalmas talajjavításra, mivel nagy a szervesanyag- tartalma. A rendszeres komposztkezelés javítja a homoktalaj fizikai tulajdonságait, melyek nagymértékben befolyásolják a talajban lejátszódó kémiai és biológiai folyamatokat (az adszorpciós jelenségeket, az oxidáció-redukció feltételeit, az anyagtranszport lehetőségeit, a biológiai aktivitást, a tápanyagforgalmat), s ezeken keresztül a talaj termékenységét.A Debreceni Egyetem Nyíregyházi Kutatóintézetében 2003-tól vizsgáljuk a szennyvíziszap-komposzt tartamhatását kisparcellás kísérletben, melyben talajfizikai méréseket is végzünk a komposztkezelés hatásainak megállapítására. A komposzt 0, 9, 18 és 27 t·ha⁻¹ dózisban, és a következő összetételben került bedolgozásra a talajba: szennyvíziszap 40%, szalma 25%, riolit 30%, bentonit 5%. A kísérlet vetésforgóban vetett tesztnövényei a tritikále (× Triticosecale Wittmack), kukorica (Zea mays L.) és a zöldborsó (Pisum sativum L.). A talaj térfogattömegének, víztartóképesség-görbéjének és légáteresztő képességének meghatározására bolygatatlan talajmintákat vettünk az 5–10 és 20–25 cm-es talajmélységekből hat ismétlésben. A talajok víztartó képességét homokágy-, homok/kaolinágy-, valamint nyomás membrános készülékkel mértük. A talaj légáteresztő képességének meghatározására Eijkelkamp M1-08.65 típusú készüléket használtunk.A kísérleti parcellák talajainak térfogattömeg-értékeinél tapasztalt nagyfokú heterogenitás megmutatkozik a mért víztartóképesség- és légáteresztőképességértékek — kezelésektől kevésbé függő — nagy szórásában. A térfogattömeg és a légáteresztés között közepesen szoros kapcsolatot (R² = 0,38) tapasztaltunk. Megállapítottuk, hogy a vizsgált homoktalaj 1,6 g·cm⁻³ térfogattömeg mellett is — szántóföldi vízkapacitásnak megfelelő nedvességtartalom esetén — „nagyon nagy” légáteresztő képességgel rendelkezik.A kapott terméseredmények alapján, a komposztkezelés hatására a talaj fizikai tulajdonságaiban végbemenő változások kedvezően hatnak a növények fejlődésére, ezáltal a terméshozamra.

Vizsgálatsorozatunkban a vörösiszap-elöntés hosszabb távú talajtani hatásait vizsgáltuk a szennyezett terület mellől kontrollként vett talajmintákból készített talajoszlopokon. Két különböző szcenáriót modelleztünk. Az elsőben a vörösiszaptározóból közvetlenül kiömlő, nagy víztartalmú, erősen lúgos (∼ pH 13) vörösiszapszuszpenzió talajtani hatását tanulmányoztuk, míg a második esetben a „vörösiszapár” levonulása után a talajfelszínen kiülepedett vörösiszap-öntésanyag hosszabb távú talajfizikai, -kémiai és -biológiai hatásait vizsgáltuk (30, 60 és 120 napos vörösiszap-borítás mellett). Az oszlopkísérlethez használt talajminták egy vörösiszappal nem szennyezett szántóföldi területen feltárt humuszos öntéstalaj különböző genetikus szintjeiből származtak.Közleményünkben a vörösiszap-elöntés talajtani hatásait vizsgáló modell oszlopkísérleteink talajfizikai vonatkozású eredményeit foglaltuk össze. Megállapítottuk, hogy a lúgos kémhatású, nagy Na⁺-tartalmú iszapból a talajba szivárgó oldatok jelentősen átalakították a vizsgált talaj szerkezetét: a felső talajrétegekben szerkezetleromlást (aggregátumstabilitás-csökkenést) okoztak, míg az alsóbb szintekben (feltételezhetően a bemosódott vagy helyben keletkezett nátrium-szilikát ásványok ragasztó hatása miatt) ideiglenesen aggregátumstabilitás-növekedést tapasztaltunk.Vizsgálati eredményeink alapján megállapítható, hogy a vörösiszap-borítás hatására a talajok elemi szemcséinek méret szerinti megoszlásában mérhető arányeltolódások — a vörösiszap-szemcsék felszíni rétegekbe történő bemosódásán túl — a fenti talajszerkezet-változási folyamatokkal függhetnek össze.

Közleményünkben az — eddig csak kevesek által ismert — AIIR (Agrokémiai Irányítási és Információs Rendszer) adatbázist mutattuk be, illetve összegeztük az adatbázis által nyújtott talajtani információkat.Vizsgáltuk az adatbázis talajtani adatainak reprezentativitását az egyéb talajtani adatbázisokkal történő összehasonlítás módszerével. Az adatbázis talajosztályozási egységek szerinti besorolását térinformatikai eszközökkel összevetettük más térképi adatbázisokkal (AGROTOPO, MÉM NAK, földminősítési talajtérképek) Csongrád megyei mintaterületeken. A Csongrád megyei mintaterületeken végzett reprezentativitás- vizsgálatok szerint az adatbázis talaj főtípus és típus szinten megbízható (vagy a többi adatállománynál nem kevésbé megbízható) talajtani besorolásokat tartalmaz, míg az altípus szintű klasszifikáció megbízhatósága ezen az adatcsoporton jóval kisebb.Továbbá az AIIR taxonómiai egységein a legfontosabb talajparamétereket főtípus szinten összehasonlítottuk a MARTHA adatbázis hasonló taxonómiai egységeinek hasonló talajparamétereivel. Az AIIR adatbázis talajainak művelt (legfelső) rétegének tulajdonságai (kötöttség, pH, humusz- és CaCO₃-tartalom) több esetben jelentős mértékben eltérnek a MARTHA adatbázisban szereplő adatoktól, illetve a hazai talajtani irodalmi forrásokban ismertetett talajjellemzőktől.Eredményeink megerősítik korábbi tapasztalatainkat, miszerint az AIIR értékes adatokat szolgáltat termőterületeink talajviszonyairól, de az adatbázis talajtaxonómiai adatainak — termőhelyi megfontolások alapján történő — felülvizsgálata és összehasonlító elemzése szükséges a további alkalmazást megelőzően.

A felszíni földtani képződmények talajképződési szempontból történő értékelése gyakorlati célú közelítés, amely a területen legvalószínűbben előforduló talajképző kőzet leírását szolgálja. A talajtani felvételezések hazai adatbázisokban elérhető, talajképző kőzet adatai a sík- és dombvidéki mezőgazdasági területeken sűrűsödnek, azonban tematikusan nem részletesek és kevés osztályt jelenítenek meg. A Magyar Állami Földtani Intézet 1:100.000-es méretarányú földtani térképének (FDT100) adatai jól hasznosíthatók a talajképző kőzet (talajképző üledék) jellemzésére, ha az arra utaló tartalmi elemeit a FAO-rendszer nevezéktanának alkalmazásával egységesen kezeljük. A földtani térképen jelölt képződmények litológia és fácies szerinti leírása, több-kevesebb egyszerűsítéssel lehetővé teszi a talajképző kőzetekre alkalmazott FAO-féle hierarchikus rendszerbe illesztést. A korreláltatott FDT100 képződményeket középtájanként áttekintve megállapítható, hogy azok elterjedése az eddigi ismereteinknek nem mond ellent, sőt esetenként a tájegységek specifikumait jobban kiemelő részleteket hangsúlyoznak. A tematikai felbontás növelése lehetőséget ad a talajképző kőzetnek az AGROTOPO Adatbázisban foglaltnál részletesebb leírására.Az AGROTOPO térkép poligonjai geometriailag sok helyen erősebben generalizáltak, mint a FDT100-ban feltüntetett képződményhatárok. Ennek viszonylag könnyű és gyors feloldását jelentheti a nagyobb poligonok felbontása (lásd Pásztor et al., 2013), de leginkább a megfeleltetett talajképző kőzet tematikát is magába foglaló, digitális térképezési alapokon megújított „agrotopográfiai” jellegű térkép létrehozása mutat a megoldás felé. A jelenleg is tőzegesként számon tartott, de valójában már átalakult területeken új térképi adatforrások bevonása is szükséges.

A távérzékeléses eljárásokkal gyűjtött információk számos módon hasznosultak, hasznosulnak a talajtérképezésben. A légi fotók és műholdképek megfelelő alaptérképet és térbeli keretet nyújtanak a talajtérképezéshez. A távérzékelt adatok közvetlen, illetve közvetett információt szolgáltatnak az egyes talajtulajdonságokról. Ezáltal mindkét módon támogatni tudják a talajok térbeli változékonyságát leíró két alapvető koncepciót: az objektum alapút, illetve a talajtulajdonságok folytonos térbeli változását hangsúlyozót. Cikkünkben ezen kategorizálás mentén, többé-kevésbé időrendi sorrendet is megtartva, tekintettük át röviden és példákkal illusztrálva, hogy konkrétan milyen formában képes a távérzékelés segítséget nyújtani a talajtérképezés kérdéseinek megoldásában, illetve kivitelezésének gyakorlatában. A távérzékelés által szolgáltatott térben folytonos és kvantitatív adatok megfelelő támogatást nyújtanak a pontszerűnek tekinthető talajtani mérések térbeli kiterjesztéséhez. A távérzékelés sokrétű lehetőséget biztosít a talaj-táj kapcsolatának modellezésére, illetve az ezen alapuló térképezési koncepció számára. A távérzékelésből származó több időpontú spektrális, illetve egyes speciális kiértékelések során előállított felszínborítási, földhasználati térképek, valamint domborzati modellek a digitális talajtérképezés számára a legalapvetőbb környezeti segédváltozókat szolgáltatják. Mindezeken túl a távérzékelt képek hatékonyan támogatják a térképezéseket megelőző mintavétel tervezést és megújították a digitális formában publikált térképek alaptérképi környezetét is. A távérzékelés a közeljövőben is dinamikusan növekvő mennyiségű adatot fog szolgáltatni a földfelszínről. Az ebben rejlő lehetőséget semmiképpen sem szabad elszalasztani a talajtérképezésben érdekelteknek, főképpen a távérzékeléssel nyert adatmennyiséggel összehasonlítva igen csak szűkösen keletkező és elérhető talajtani információ tükrében. A támogatás tehát adott, annak kihasználása azonban már rajtunk múlik.

Löszön képződött vályog mechanikai összetételű karbonátos csernozjom talajon, az MTA ATK Talajtani és Agrokémiai Intézet Nagyhörcsöki Kísérleti Telepén szabadföldi kisparcellás mikroelem-terhelési kísérletet állítottunk be 1991 tavaszán. A termőhely talajának szántott rétege mintegy 5% CaCO₃-ot és 3% humuszt tartalmazott, oldható tápelemekkel való ellátottsága az alábbi volt: Ca és Mn igen jó, Mg és Cu kielégítő, N és K közepes, P és Zn gyenge. A talajvíz 15 m mélyen helyezkedik el, a terület vízmérlege negatív, aszályra hajló.A 13 vizsgált mikroelem sóit 4-4 szinten alkalmaztuk 1991 tavaszán, a kukorica vetése előtt. A 13×4 = 52 kezelést 2 ismétlésben állítottuk be összesen 104 parcellán splitplot elrendezésben. A kísérlet terhelési szintjei 0, 90, 270, illetve 810 kg·ha⁻¹ mennyiséget jelentettek elemenként AlCl₃, As₂O₃/NaAsO₂, BaCl₂, CdSO₄, K₂CrO₄, CuSO₄, HgCl₂, (NH₄)₆Mo₇O₂₄, NiSO₄, Pb(NO₃)₂, Na₂SeO₃, SrSO₄ és ZnSO₄ formájában.A kísérlet 14–18. éveiben lucernát termesztettünk. A lucerna telepítése előtt 2003 őszén 400 kg P₂O₅·ha⁻¹ és 800 kg K₂O·ha⁻¹ adaggal feltöltő trágyázást végeztünk szuperfoszfát és kálisó formájában.A kísérleti eredmények alapján levonható főbb tanulságok a következők:

1. Extrém aszályos év 2004 és 2008 között nem volt. Részben ezért, valamint a talaj kielégítő tápanyagkészlete miatt a lucerna képes volt öt éven át fennmaradni és kielégítő termést adni. Általában évente 4-4 kaszálásra került sor május és szeptember eleje között. A legnagyobb szénahozamokat az 1. kaszálás adta. A kontrolltalajon az öt év alatt 62,5 t·ha⁻¹ széna termett. A 90 kg·ha⁻¹ Se-terhelésnél kereken 10 t·ha⁻¹ többlet jelentkezett míg az extrém Se-túlsúlyos talajon 8 t·ha⁻¹ terméscsökkenést kaptunk. A változások statisztikailag igazolhatók voltak.
2. A széna elemösszetétele szennyezett talajon drasztikusan változott a kontrollhoz képest. Az egyes évek és a kaszálások átlagában a Cu és Zn mintegy a kétszeresére, a Sr a háromszorosára dúsult. Az As, Ba, Cd, Cr és Ni elemek koncentrációi minimum egy, míg a Mo és Se elemek koncentrációi 2–3 nagyságrenddel emelkedtek. A nagyságrendbeli akkumuláció takarmányozásra alkalmatlan szénát eredményezett.
3. A 19 kaszálással, illetve az öt év alatt szennyezetlen talajon a lucerna 2 t·ha⁻¹ nitrogént épített be a föld feletti termésébe, mely döntően a levegőből származott. Az öt év alatt felvett Ca átlagosan 1546, K 1232, P 200, Mg 200, S 189 és Na 22 kg·ha⁻¹ mennyiséget tett ki. A Fe-felvétel mintegy 7, az Al, Mn és B elemeké 3 kg·ha⁻¹ volt, míg a felvett Co 2–3 g·ha⁻¹ volt.
4. A szennyezett talajon a maximális elemhozamok öt év alatt az alábbiak voltak (hara vetítve): Mo 29 kg, Sr 20 kg, Se 19 kg, Ba és Zn 2-2 kg; Cu 600 g, Ni és Cd 200 g, Cr 150 g, As 130 g, Pb 16 g.
5. Megállapítható összefoglalóan, hogy a lucerna a Mo, Sr és Se elemekkel mérsékelten szennyezett talajok tisztítására,/remediációjára alkalmas lehet hazai viszonyaink között. Előnyt jelenthet a növény nagy föld feletti biomasszája, valamint a mélyen lenyúló gyökérzete. A Se és a Mo ugyanis szelenát/molibdenát, valamint a Cr kromátion formájában az altalajt szennyezheti. A termett széna azonban takarmányozási célokra nem használható.

A pixel alapú kategorikus adatok, különösen a talajosztályozási kategóriák validálása több okból is nehéz. A pixelek szinte sohasem jellemeznek homogén területet, jelentős szintű heterogenitás rejlik mögöttük. Ennek a heterogenitásnak a jellemzésére, illetve az ilyen minőségi változókat, osztályokat tartalmazó adatbázisok jellemzésére nem állnak rendelkezésre validációs adatbázisok. Mennyiségre utaló kvantitatív adatok validálása talán könnyebb, mert ezek jelentős része már önmagában terület alapú adat. A mintákat gyakran nagyobb területről vett részminták összekeverésével gyűjtik, így az ezekből mért adatok már a mintavételi módszertanból adódóan is átlagminták. Talajtípusokra, osztályokra nem lehet „átlagmintázni”, itt minden részmintát külön kell osztályozni és feldolgozni, ezért az ilyen validációs célú adatbázis rendkívül ritka. A ValiDat.DSM erre a célra jött létre. Minden validálni kívánt pixel területére öt szelvény adatait adja meg, melyekből már megjelenési százalék, illetve az osztályok pixelen belüli dominancia viszonyai is meghatározhatók. Ezeket az információkat használtuk fel az osztályváltozókat tartalmazó talajtani adatbázisok validációs módszertanának továbbfejlesztésére.A módszer lényege az osztályváltozók közötti hasonlósági viszonyok számszerűsítése, és területarányú súlyozása. A hasonlóságot egy négy értéket felvevő hasonlósági faktorral jellemeztük. A területi részarányt a ValidDat.DSM-ből származtattuk 20 százalékos kerekítéssel. Ezek alapján számítottunk a validációs helyszínekre taxonómiai alapú becsült pontosság (TAP) értékeket, melyek az adott helyszín egy számértékkel kifejezett pontosság értékei. A hagyományos kategorikus osztályozási pontosság mérésnél csak 0 és 1 értékeket vehettek fel ezek a változók, aszerint, hogy a becsült és a valós osztály kategória megegyezett-e vagy nem. Az általunk javasolt módszer sokkal érzékenyebb, képes egy 0 és 1 közötti skálán bármely értéket felvevő pontosságértékkel jellemezni a becsült és a valós osztályok közötti hasonlóság mértékét.A ValiDat.DSM a validáción kívül számos kutatásnak képezheti kiinduló adatbázisát. Jól alkalmazható eltérő környezeti adottságú területeken belüli talajtani heterogenitás jellemzésére, melyre mintaként a magyarországi pontokat használtuk fel. Az eredmény azt bizonyítja, hogy a referencia csoportok tekintetében a pixelek közel 80%-a viszonylag homogén, ami már önmagában egy értékes és továbbgondolásra érdemes adat. További vizsgálatok lehetségesek az egyéb vizsgált jellemzők térbeli heterogenitására, illetve azok megjelenési összefüggéseinek vizsgálatára is. Az eredmények természetesen erősen függenek a talajképződési környezettől, így értékelésük csak egy komplex természetföldrajzi értelmezés mellett történhet meg.Jelen munkánkban elsősorban a ValiDat.DSM adatbázis és módszertan, valamint a potenciális felhasználási lehetőségek bemutatása volt a cél. A taxonómiai távolságokon alapuló validáció gyakorlatba történő átültetéséhez természetesen még számos részletet ki kell dolgozni. A hasonlósági tényezők önkényesen lettek meghatározva, egy jobban és részletesebben kidolgozott taxonómiai távolság számítási módszer segítségével lényegesen pontosabbá tehetjük a módszert. A helyi viszonyok és jellemzők alapján módosított taxonómiai távolság táblázat valószínűleg tovább javíthatja a módszer megbízhatóságát.A ValiDat.DSM adatbázis a Miskolci Egyetem Földrajz-Geoinformatikai Intézetének honlapján érhető el ( http://www.uni-miskolc.hu/~soil/index.html ).