Browse Our Earth and Environmental Sciences Journals
Earth and environmental sciences cover all planetary and Earth science aspects, including solid Earth processes, development of Earth, environmental issues, ecology, marine and freshwater systems, as well as the human interaction with these systems.
Earth and Environmental Sciences
Dolgozatunkban Zala megye feltalajainak szervesanyag-tartalmát kívántuk digitálisan térképezni regresszió krigeléssel a rendelkezésünkre álló Digitális Kreybig Talajinformációs Rendszer (DKTIR) adataira, illetve környezeti segédváltozókra alapozva. A térbeli kiterjesztések során különböző kombinációkban használtuk fel a talajképződési tényezőket, illetve DKTIR talajtérképi egységeit. Munkánk célja volt, hogy a regresszió krigelés modelljébe vont segédváltozó kombinációk minőségi hatását vizsgáljuk a becslő eljárás alapját jelentő többszörös lineáris regresszió modellre, illetve a becsült térkép pontosságára vonatkozóan.A szervesanyag-tartalom térbeli kiterjesztéséhez szükséges segédváltozókat a szakirodalom alapján választottuk ki. Segédadatként használtuk fel Zala megye digitális domborzatmodelljét, a 2009 és 2011 között készült MODIS műholdképekből származtatott vegetációs index állományokat, két klímaparaméter fedvényét, illetve a DKTIR talajtérképi egységeit. A regresszió krigeléssel becsült humusztartalom térképeket a DKTIR talajszelvény adataiból előzetesen leválogatott, a becslési eljárástól független kontroll adatpontokkal értékeltük. A validációhoz származtattuk a ME (Mean Error), a MAE (Mean Absolute Error), az RMSE (Root Mean Square Error), illetve az RIi(%) (Relative Improvement) paraméterek értékeit, ahol utóbbi az egyes térképek pontosságának relatív növekedését fejezi ki egy viszonyítási alapnak választott térképhez képest.A vizsgalati eredmenyek alapjan a terbeli talajinformaciok segedadatkent torten. felhasznalasa jelentősen novelte a regresszio modellek determinacios koefficienseinek erteket, illetve a becsult humuszterkepek pontossagat. A talajtani segedinformaciokat is figyelembe vevő regresszio modellek R2 ertekei — ket eset kivetelevel — joval meghaladtak a 30%-ot, vagyis a szervesanyag-tartalom terbeli valtozekonysaganak tobb mint egyharmadat voltak kepesek determinalni. A validacios mutatok alapjan azon terkepek bizonyultak pontosabbnak, melyekben a DKTIR talajok textura es vizgazdalkodasi tulajdonsagait (DKTIR-F) hasznaltuk fel talajtani segedvaltozokent. A legalacsonyabb MAE ertekkel (0,747) a domborzati es eghajlati talajkepző tenyezőket, illetve a DKTIR-F talajterkepi egyseget segedvaltozokent alkalmazo humuszterkep rendelkezett, ezen terkep eseten az RIi(%) parameter erteke 21%-nak adodott. A mutatok alapjan ezen terkep adta a legpontosabb becslest a mintaterulet szervesanyag-tartalmara, hisz a felhasznalt segedvaltozokon keresztul figyelembe veszi a mintaterulet szervesanyag-tartalmat alapvetően befolyasolo eroziot es akkumulaciot, illetve a talajok fizikai feleseget, mely utobbi hatassal van a vizhaztartasra, a beszivargasra, a kilugozasra es ezeken keresztul a humuszkepződes folyamatara. A biologiai talajkepző tenyezőt reprezentalo MODIS vegetacios index allomanyok eseteben megfigyelhető volt, hogy segedadatkent tortenő alkalmazasuk eseten kevesbe pontos becsleseket kaptunk osszevetve az ezen segedadatokat mellőző becslesekkel.Munkánkat a K105167 számú OTKA, illetve a TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0013. pályázatok támogatják.
Mészlepedékes csernozjom vályogtalajon beállított szabadföldi kísérletben vizsgáltuk a N és a Cu elemek közötti kölcsönhatásokat 1988-ban tavaszi árpával. A termőhely talaja a szántott rétegben 3% humuszt, 5% körüli CaCO3-ot és 20% körüli agyagot tartalmazott. A talajelemzések alapján a terület jó Ca-, Mg-, K- és Mn-, kielégítő Cu-, közepes N-, valamint gyenge-közepes P- és Zn-ellátottságú volt. A talajvíz 13-15 m mélyen található, a terület aszályérzékeny. A kísérletet 4N×3Cu = 12 kezelés×3 ismétlés = 36 parcellával állítottuk be osztott parcellás (split-plot) elrendezéssel. A N-adagokat (0, 100, 200 és 300 kg N·ha−1) Ca-ammónium-nitrát, a Cu-adagokat (0, 50 és 100 kg Cu·ha−1) CuSO4 formájában adtuk ki. Áprilisban és májusban a szokásos csapadék csupán 1/3-a, júliusban a fele hullott. A jelzőnövényként használt Mars fajtájú tavaszi árpát 5 cm mélyre vetettük 12 cm gabona sortávra, 60–70 db·fm−1 csíraszámmal és 200 kg·ha−1 vetőmagnormával. A növény-állományt parcellánként 1–5 skálán bonitáltuk bokrosodás, virágzás és betakarítás idején. A betakarítást követően talajmintavételre is sor került a szántott rétegből, parcellánként 20–20 lefúrásból képezve átlagmintákat. A növénymintákat tíz elemre vizsgáltuk. A talajmintákban meghatároztuk a KCl-EDTA-oldható Cu-tartalmat, valamint a KCl-kicserélhető NH4-N- és NO3-N-tartalmat.A főbb eredményeket a következőkben foglaljuk össze:
- — A 100–300 kg N·ha−1 N-trágyázás 20–25%-os szemterméscsökkenést eredményezett az évelő pillangós lucerna elővetemény után. A Cu-trágyázás teljesen hatástalan maradt a termésre ezen a kielégítő Cu-ellátottságú talajon. Az átlagos termés-szint 3 t·ha−1 szem- és 3 t·ha−1 melléktermést jelentett mindössze. A kis termés N-igényét ebben a száraz évben a trágyázatlan talaj is kielégítette a N-gyűjtő lucerna elővetemény után. A N-kínálattal viszont — a Na és a Zn kivételével — nőtt a bokrosodáskori hajtás makro- és mikroelem-tartalma. Aratáskor a szalmában és szemben található N, Ca, Mn és Cu elemek beépülését szintén serkentette a N-trágyázás. A Cu-trágyázás a növényi összetételt sem módosította. A réz döntően a gyökérben halmozódott fel, ahol a növekvő Cu-kínálattal a Cu-koncentráció a kontrollon mért 28-ról 144 mg·kg−1-ra ugrott.
- — A szemtermésben főként a N, P, Mg, Zn és Cu elemek dúsultak. A tavaszi árpa fajlagos, azaz 1 t szem + a hozzá tartozó melléktermés elemtartalma 32 kg N, 19 kg K2O, 12 kg P2O5, 6 kg CaO és 4 kg MgO mennyiséget tett ki. Adataink hasonló termesztési körülmények között felhasználhatók a tavaszi árpa tervezett termésének elemigénye becslésekor a szaktanácsadásban. Megemlítjük, hogy a kapott kis termések fajlagos elemtartalmai átlagosan mintegy 20%-kal meghaladták a normál években kapottakat. A fajlagos N-tartalomban mindezen túl a pillangós elővetemény, valamint a 100–300 kg N·ha−1 adagok miatti N-túlkínálat is tükröződött.
- — Az első év után a bevitt Cu-trágya gyakorlatilag teljes mennyisége kimutatható volt KCl+EDTA formában a talaj szántott rétegében. A kontrolltalajon mért 2 mg·kg−1 Cu-tartalom az 50, illetve a 100 kg Cu·ha−1·év−1 Cu-terhelés hatására 22, illetve 44 mg·kg−1 értékre ugrott. A réz növényen belüli (vertikális) transzportja ugyanakkor gátolt volt.
A Duna-Tisza köze homoktalajai a szélerózió által erősen veszélyeztetettek, a szélerózió során a talaj összetevőinek áthelyeződésével együtt a tápanyagok is jelentősen koncentrálódhatnak. Munkánk során arra kerestük a választ, hogy mezőgazdasági területeken a szélerózió mennyiben változtatja meg a talaj felső 0–10 cm- es rétegének mezőgazdasági, környezetvédelmi szempontból fontos összetevőit, úgymint: összes só %, CaCO3-, NO3-NO2-N-, P2O5-, K2O-, Na-tartalom.A kritikus indítósebesség és a kötöttség között összefüggést tapasztaltunk, hiszen az Arany-féle kötöttségi szám rálátást ad a talaj mechanikai összetételére is. Az Arany-féle kötöttségi szám a fontos vízgazdálkodási tulajdonságok mellett a szélerózió érzékenységgel is összefüggésbe hozható (1. táblázat). A nagy agyagfrakció tartalom csak abban az esetben nyújt a szélerózió ellen megfelelő védelmet, ha az adott talaj mechanikai összetételében az iszapfrakció is megfelelő arányban megtalálható.Összességében elmondható, hogy kis iszap- és agyagtartalmuknak, a kis humusztartalomnak, valamint az ebből adódó gyenge nedvességmegkötő és növényzeteltartó képességüknek köszönhetően, a vizsgált talajok szélerózió által rendkívül veszélyeztetettek. A vizsgált mintákkal egyező fizikai féleségű talajokon egy viharos erejű szél öt perc alatt a feltalaj 3—5 cm vastag rétegét mozdíthatja el.A hordalék sókoncentrációja minden esetben nagyobb volt, mint a kontrollmintáké. Erőteljes NO3-NO2-N felhalmozódást figyeltünk meg a szél által elhordott talajfrakciókban. A hordalék NO3-NO2-N-tartalma a talaj eredeti NO3-NO2-N tartalmának kétszeresét is túllépheti. A hordalékban a nitrit-nitrát-nitrogénhez hasonlóan a foszfor-, a kálium- és a nátriumtartalom feldúsulását tapasztaltuk. Az elemtartalom másfél-, kétszeresére nőhet az eredeti talajmintákéhoz képest. Kis szélsebességnél a nagyobb agyag- és iszaptartalmú talajokon a tápelemveszteség kicsi, de nagy szélsebességnél éppen ezen talajoknál nagyon jelentős lehet.
Ismeretes, hogy trágyázás hatására a talaj agyagásványai megváltoztatják szerkezetüket. Továbbá az is, hogy az Alföld fiatal üledékein mérhető formális K-Ar „korok” legtöbbször mezozoosak. Azaz lényegében megőrizték képződésük korát, mely a lepusztulás, elszállítódás és lerakódás folyamán csak nagyon keveset változhatott. Következésképpen a talajműveléssel járó ásványátalakulás megváltoztatja a formális K-Ar korokat is. Ennek a valószínűsíthető effektusnak a kimutatására tettünk kísérletet annak reményében, hogy a K-Ar módszer alkalmassá tehető azoknak az elváltozásoknak az integrális mérésére, melyeket az agyagásványok képződésük óta elszenvedtek. E munka során biztató eredményeket értünk el, és sikerült körvonalaznunk a további megoldandó feladatokat. Kimutattuk, hogy:
- A soha nem trágyázott erdő talaj agyagásványainak K-Ar „kora” idősebb a szomszédos, trágyázott nagyüzemi szántó agyagásványainak „koránál”. Az ismert mennyiségű NPK-val trágyázott talajok agyagásványai közül a nagyobb mennyiségű K-műtrágyát kapott talaj agyagásványain mutatható ki fiatalodás, mintha az effektusnak küszöbértéke lenne. A K-műtrágyát nem kapott talajok közül azok kora az „idősebb”, amelyek NP-trágyázásban részesültek. Ez a növényzet K-felvételével lenne magyarázható: ha a NP-trágyázás hatására a növényzet több káliumot vesz fel úgy, hogy a felvett kálium részben a rétegszilikátokból származik. Ebben az esetben a K-Ar kor akkor növekedhet, ha a kálium a 40Ar(rad)-nál nagyobb arányban távozik az agyagásványokból. Ez lehetséges, mivel a 40Ar(rad) keletkezésekor a bomlás visszalökődési energiájának segítségével a 40Ar(rad) átjuthat az oktaéderes rétegbe.
- A bemutatott 2. táblázat adatai szerint a K-Ar „kor” függ a szemcsemérettől, a kisebb szemcsék „fiatalabbak”. Ez a függés rendkívül hasonló a kisfokú metamorfitokon megfigyelthez. A fiatal üledékek nemcsak a kort, hanem annak a szemcsemérettől való függését is megőrizték a kisfokú metamorfózistól a talajképződésig eltelt idő alatt. A szemcseméret függés oka az illitesedés folyamatának elhúzódása az átalakuláshoz szükséges kálium lassú diffúziója miatt. Az üledékes kőzeten kialakult talaj szemcseméretét a szállítás és talajképződés során végbement aprózódás és mállás ugyanakkor tovább alakítják. Ha tehát a trágyázás hatására bekövetkezett változást kívánjuk vizsgálni, akkor alapvető követelmény, hogy a referenciának használt és a hozzá hasonlított talajból ugyanazt a szemcseméretet vizsgáljuk. Emiatt, a szemcsék összetapadását elkerülendő, kísérletet tettünk a szemcsék karbonátmentesítésére, továbbá a humuszsavak elroncsolására is.
- A 3. táblázatban együtt tanulmányozhatók a kezeletlen mintákból és a karbonát- és humuszmentesített mintákból elválasztott ásványokon mért K, 40Ar(rad) és koradatok. A karbonát- és humuszmentesítés hatására minden mintában dúsult a Kkoncentráció, a formális K-Ar kor szintén emelkedett, ami azt mutatja, hogy a minták illittartalma nőtt. Emellett azonban a kontrollhoz képest „fiatalodott kort” csak a 4. és 7. minta esetén észleltünk, e két minta közös vonása a K-tartalom nagyobb növekedése és a műtrágyaként hozzáadott kálium magas értéke; ez az eddigiek fényében nem meglepő. Érdekes viszont, hogy a káliumban leggazdagabb 10. minta kora nem csökkent érdemben. Ennek oka vélhetően az, hogy ez a talaj volt a legnagyobb mennyiségű NP-műtrágyával kezelve, ami megnövelhette a növényzet Kfelvételét is (vagy az NH4-ion K-iont szorított ki), így az agyagásványok átalakítására kevesebb kálium maradt.
- A módszer alkalmazása olyan referencia talaj használatát kívánja meg, ami eredetileg azonos volt a vizsgált talajjal, de trágyázásban nem részesült. Ezt a feltételt egy öreg erdő talaja teljesíti. Az öreg erdők ritkasága az Alföldön azonban korlátozza a módszer alkalmazhatóságát. Felvetődött a kérdés, hogy mivel a kálium nagyon gyorsan megkötődik, a mélyebb talajréteg nem használható-e referencia talajként? A formális K-Ar kor mélységfüggését a 4. táblázatban foglalt adatok egyértelműen mutatják, a mélységgel a formális kor nő. Ebben az esetben viszont nem különböztethető meg a K-műtrágya és az ősi növényzet feltalajban akkumulált K-hatása. A feltételezett effektus kimutatása után a mérési módszer kidolgozása további vizsgálatokat igényel, mindenekelőtt a mintaelőkészítés területén. A továbblépéshez nélkülözhetetlennek látszik az agyagásványminták XRD módszeres vizsgálata. Továbbá a szmektit, az I/S és az illit szétválasztásának, illetve dúsításának megkísérlése eltérő peptizálódásuk alapján, esetleg a kisebb méretű ásványok elválasztása centrifugálással.
- Az alkalmazási lehetőségek közül fontos lehet az ásványátalakulás mértékének tanulmányozása a talajtípus és a művelés történetének függvényben; a növényzet milyenségének hatása az ásványátalakulásra; továbbá az alföldi folyók gátjai között a folyószabályozás óta leülepedett, azonos fekün képződött talajon a kor mélységfüggésének tanulmányozása, ami ebben az esetben lehetővé tenné a növényzet által felszínre szállított kálium mennyiségének és ásványátalakító hatásának elkülönített tanulmányozását.
