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
The gravimetric model of the Moho discontinuity is usually derived based on isostatic adjustment theories considering floating crust on the viscous mantle. In computation of such a model some a priori information about the density contrast between the crust and mantle and the mean Moho depth are required. Due to our poor knowledge about them they are assumed unrealistically constant. In this paper, our idea is to improve a computed gravimetric Moho model, by the Vening Meinesz-Moritz theory, using the seismic model in Fennoscandia and estimate the error of each model through a combined adjustment with variance component estimation process. Corrective surfaces of bi-linear, bi-quadratic, bi-cubic and multi-quadric radial based function are used to model the discrepancies between the models and estimating the errors of the models. Numerical studies show that in the case of using the bi-linear surface negative variance components were come out, the bi-quadratic can model the difference better and delivers errors of 2.7 km and 1.5 km for the gravimetric and seismic models, respectively. These errors are 2.1 km and 1.6 km in the case of using the bi-cubic surface and 1 km and 1.5 km when the multi-quadric radial base function is used. The combined gravimetric models will be computed based on the estimated errors and each corrective surface.
The laws of nature in general, and the relations and laws in geodesy in particular can be expressed in most cases by nonlinear equations which are in general solved by transforming them to linear form and applying iteration. The process of bringing the equations to linear form implies neglections and approximation. In certain cases it is possible to obtain exact, correct solutions for nonlinear problems. In the present work we introduce parameters into the rotation matrix, and using this we derive solutions for the 2D and 3D similarity transformations. This method involves no iteration, and it does not require the transformation of the equations to linear form. The scale parameter is determined in both cases by solving a polynomial equation of second degree. This solution is already known, but our derivation is worth consideration because of its simple nature.
The exact least squares line fit with errors in both coordinates (Reed 1992) is investigated together with the approximate solution based on the formalism of the linear Gauss-Helmert model or the unified adjustment approach of the classical textbook by Mikhail (1976). The similarities and the differences are described in details. In spite of the small differences the exact solution is preferable and the calculations are simpler.This paper does not deal with the errors-in-variables (EIV) models solved by the total least squares (TLS) principle, since the exact line fit solution is used to validate this general approach, which is basically designed to solve more sophisticated nonlinear tasks.In the most general case the fit of Person’s data with York’s weights is iteratively solved starting with the arbitrary zero initial value of the slope. The test computation with different but systematically chosen weights proved that in special cases — e.g. the weighted least squares sum of the distances between the data points and the estimated line is minimised — there is no need for iterations at all.It is shown that methods described by Detrekői (1991) and Závoti (2012) are special cases of the general exact solutions.Reed (1992) derived the variances of the slope and intercept parameters without their covariance. The simple linear estimation of variance-covariance matrix of the exact solution is also demonstrated. The importance of the stochastic models coupled with exact solution is also demonstrated.
Az Országos Műtrágyázási Tartamkísérletek (OMTK) hálózatában, az ország jellegzetes talajain, eltérő agro-ökológiai körülmények között, azonos kezelésekkel beállított kísérleteiben vizsgáltuk a diagnosztikai célú növényvizsgálatok kiterjeszthetőségét. Összefüggéseket kerestünk a virágzáskori kukoricalevél P-tartalma és tömege; az őszi búza hajtás P-koncentrációja és tömege; a talaj könnyen oldható P-tartalma és a virágzáskori kukoricalevél, ill. az őszi búza hajtás P-koncentrációja között az OMTK kísérletek kilenc kísérleti helyén a 4 eltérő P-kezelés hatására. A talaj P-teszt módszerek közül a 0,01 M CaCl2-, az Olsen-, az Fe-oxidos papírcsík-, az anioncserélő gyantával impregnált membrán (AERM), a Mehlich3-, az AL- és a korrigált AL-módszereket vontuk be vizsgálatainkba. A virágzáskori kukorica levelének tömege erőteljesebben változott a kísérleti helyek, mint a P-trágyázás hatására. A P-kezelések kifejezettebb hatást gyakoroltak a virágzáskori kukoricalevél P-tartalmára, mint a tömegére. A bokrosodáskori őszi búza hajtás tömegére erőteljesebben hatott mind a kísérleti hely, mind a P-trágyázás, mint a kukoricalevelére. Ugyanez mondható el a P-tartalmakra is. A bokrosodáskori őszi búza hajtás tömege szintén erőteljesebben változott a kísérleti helyek, mint a P-trágyázás hatására. A P-kezelések ugyanakkor mérsékeltebb hatást gyakoroltak a bokrosodáskori őszi búza hajtás P-tartalmára, mint a tömegére. A búzahajtás P-tartalmakra a kísérleti hely és a P trágyázás hasonló mértékben hatottak. Az OMTK kísérletekben kapott összefüggések ismeretében tovább finomítottuk e két növény P-ellátottsági határértékeit: a „gyenge” és „jó” ellátottságon túl az „igen gyenge”, „közepes”, „igen jó” és „túlzott” P-ellátottsági határértékeket is becsültük. A virágzáskori kukoricalevélben az igen gyenge P-ellátottság <0,15%, a gyenge 0,16–0,20%, a közepes 0,21–0,25%, a jó 0,26–0,30%, az igen jó 0,31– 0,35% a túlzott >0,35% P-koncentráció határértékekkel jellemezhető becsléseink szerint. A bokrosodáskori őszi búza hajtásban az igen gyenge P-ellátottság <0,25%, a gyenge 0,26–0,30%, a közepes 0,31–0,35%, a jó 0,36–0,45%, az igen jó 0,46– 0,55% a túlzott >0,55% P-koncentráció határértékekkel volt meghatározható. Az AL-módszer és a diagnosztikai célú növényvizsgálatok hasonló P-ellátottságokat mutattak, és megerősítették a fenti határértékek helyes voltát. A kukorica – az irodalomból is ismert – jobb P-hasznosítását jelzi ugyanakkor az a tény, hogy ugyanazon kezelésben a kukorica az őszi búzánál rendre eggyel jobb növény P-ellátottsági kategóriát mutatott. A P0-parcellák P-ellátottságát a kukorica és az őszi búza P-hatások mértékével is becsültük. Egy-egy esettől eltekintve a három módszer jó azonosságot adott, tovább erősítve az azonos talajokon eltérő P-trágyareakciójú növények „P-igényes”, ill. „foszforra kevésbé igényes” növénycsoportba sorolását, és a két növénycsoportra – id. Várallyay megközelítéséhez hasonlóan – eltérő talaj AL-P ellátottsági határértékek megállapításának kísérletesen megalapozott, helytálló voltát. Mind a talaj AL-P tartalma és a bokrosodáskori őszi búza hajtás P%, mind a talaj AL-P tartalma és a virágzáskori kukoricalevél P% közötti összefüggés logaritmus függvénnyel volt leírható. Az összefüggés szorossága hasonló „r” értékekkel (0,65–0,80) volt jellemezhető. Az őszi búza hajtás „jó” P-ellátottság savanyú talajokon 100–110, karbonátos talajokon 140–150 mg AL-P2O5·kg-1 fölött vált általánossá. A kukoricalevél „jó” ellátottságot (0,26% P) savanyú talajon 70–90, karbonátos talajokon 110–120 mg AL-P2O5·kg-1 fölött regisztráltuk. A kukorica szemtermésben kifejezett P-hatások jóval kisebbek voltak, mint a P-igényesebb őszi búzában. Kukoricában savanyú talajokon az AERM-P és a Mehlich3-P, karbonátos talajokon a Pi-P, az AL-P és az Olsen-P, az összes talajon az AERM-P és a korrigált AL-P mutatta a legszorosabb összefüggést a levél P% értékekkel. Az AL-P korrekció elvégzése az összes talajon 0,44-ről 0,69-re növelte az összefüggés szorosságát jelző „r” értéket. Õszi búzában savanyú talajokon az Olsen-P és a CaCl2-P, karbonátos talajokon az Olsen-P és Mehlich3-P, az összes talajon az Olsen-P, a Mehlich3-P és a Pi-P mutatta a legszorosabb összefüggést a hajtás P% értékekkel. Az AL-P korrekció elvégzése az összes talajon 0,56-ról 0,67-re növelte az összefüggés szorosságát jelző „r” értéket. Karbonátos, cinkkel gyengén–közepesen, foszforral igen jól–túlzottan ellátott talajokon a virágzáskori, csővel szemközti kukoricalevél P/Zn arányának 150 fölé növekedése P-indukálta Zn-antagonizmust és szemtermés-csökkenést eredményezhet ennél a Zn-igényes kultúránál. A Zn-hiány Zn-levéltrágyázással, ill. a talajba juttatott oldható Zn-sók segítségével megszüntethető. A Zn-hiányra kevésbé érzékeny őszi búzában terméscsökkenéssel járó P-indukálta Zn-hiány feltehetően a kukoricánál csupán jóval nagyobb P/Zn arány értékeknél jelentkezik.
Karbonátos Duna–Tisza közi homoktalajon vizsgáltuk a 0, 30, 90 és 270 kg·ha-1 mikroelem-terhelés hatását a lucernára a 2004 és 2008 közötti időszakban. A mikroelemek sóit egy ízben, a kísérlet indulásakor, 1995 tavaszán szórtuk ki Cr2(SO4)3, K2Cr2O7, CuSO4, Pb(NO3)2, Na2SeO3 és ZnSO4 formájában. A 6 elem×4 terhelési szint = 24 kezelés×3 ismétlés = 72 parcellát jelentett, 7×5 = 35 m2-es parcellákkal. A termőhely a homoktalajokra jellemzően rossz vízgazdálkodású, aszályérzékeny és az NPK főbb tápelemekkel gyengén ellátott. A szántott réteg 0,7–1,0% humuszt, 2–3% CaCO3-ot tartalmaz, a talajvíz 5–10 m mélyen található. Alaptrágyaként 100– 100–100 kg·ha-1 N, P2O5 és K2O hatóanyagot alkalmazunk évente az egész kísérletben. A lucerna telepítése előtt 2003 őszén 400 kg·ha-1 P2O5- és 600 kg·ha-1 K2O-adaggal előretrágyázást végeztünk. A N-trágyát továbbra is évente adagoltuk megosztva (ősszel és tavasszal fele-fele arányban). A főbb eredmények: – A talaj kielégítő NPK kínálata és a kedvező csapadékviszonyok hozzájárultak ahhoz, hogy a lucerna 5 éven át kielégítően fejlődött és összesen 45 t·ha-1 légszáraz szénatermést adott. A legkisebb hozamot (5,5 t·ha-1) az 1. év adta, a legnagyobb hozamokat (11, illetve 10 t·ha-1 ) a 2. és 3. évben kaptuk A kísérlet 10–14. éveiben a Cr(III)- és a Cr(VI)-szennyezés érdemi dúsulást nem okozott a lucerna hajtásában. A kontrolltalajon mért 0,1–0,5 mg·kg-1 Cr-koncentráció 1–2 mg·kg-1 értékre emelkedett átlagosan a szennyezett kezelésekben. Az elöregedő lucernában az évekkel a Cr-tartalom mérséklődött. A Cr(III) ion alapvetően megkötődött a feltalajban, míg a Cr(VI) ion döntően a 2–3 m-es talajmélységbe mosódott. – Az ólom és a réz a szántott rétegben maradt. A kontrolltalajon mért 0,2–0,4 mg·kg-1 Pb-koncentráció 0,5–1,4 mg·kg-1-ra emelkedett a szénában, szennyezett talajon, az évek átlagában. A réz 5–7-ről 9–10 mg·kg-1-ra nőtt a maximális Cu-terheléssel, az évek átlagait tekintve. A szelén extrém módon, átlagosan 3 nagyságrenddel dúsult a szénában. A kontrolltalajon az 1 mg·kg-1 méréshatár alatt maradt, míg a maximális terheléssel 200–400 mg·kg-1 értékre ugrott. A széna takarmányozási célra alkalmatlanná vált. Kevésbé szennyezett talajon a lucerna fitoremediációs célokra alkalmas lehet. Az 5 év alatt a 45,5 t·ha-1 szénatermésbe erősen szennyezett kezelésben 6–12 kg·ha-1 Se akkumulálódott. A 10–15 évvel korábban adott Na-szelenit alapvetően Ca-szelenáttá alakulhatott ezen a karbonátos, jól szellőzött talajon és 4 m mélységig kimosódott. A cink mérsékelt mobilitást mutatott. A kontroll-talajon mért 18–21 mg·kg-1 Zn-tartalom a 270 kg·ha-1 Zn-adaggal 25–31 mg·kg-1-ra emelkedett az évek átlagában. A Zn-terhelés tulajdonképpen a lucerna rejtett Zn-hiányát szüntette meg. – Az 5 év alatt a lucerna számításaink szerint 1580 kg N, 1177 kg Ca, 744 kg K (893 kg K2O), 145 kg Mg, 140 kg S, 133 kg P (305 kg P2O5); 0,1–12,6 kg Se; 2–3 kg Na; 0,8–1,3 kg Zn; 278–427 g Cu; 14–39 g Cr és 15–35 g Pb elemet épített be a 45 t föld feletti hajtásába. A felvett nitrogén több mint 2/3-a a levegőből származhatott. A talajkimerülés kérdése felmerül a tartós lucernatermesztés során. A K-hiányos termőhelyeken elsősorban a K, a kilúgzott talajokon a Ca pótlásáról gondoskodni szükséges a telepítés előtt. Hasonló viszonyokat feltételezve elvileg az Pb fitoremediációja 65 ezer, a Cr 50 ezer, a Cu 7560, a Zn 2885, a Se 105 ilyen „lucernaévet” igényelne. A lucerna tehát elvileg alkalmas lehet a szelénnel mérsékelten szennyezett talaj tisztítására. – Az 5 m mélységig végzett mintavételek adatai szerint 2006-ban (a kísérlet 12. éve után) a Cr(VI) kimosódási zónája meghaladta a 3 m, míg a Se kilúgzása a 4 m mélységet a 270 kg·ha-1 kezelésekben. A Cr(III), Pb, Zn és Cu elemeknél a vertikális elmozdulás nem volt igazolható. – Korábbi adatainkat és a lucerna élettani optimumait is figyelembe véve az 1 t tervezhető szénatermés úgynevezett fajlagos elemtartalmának irányszámait 35-7-25-30-5 = N-P2O5-K2O-CaO-MgO kg·t-1 értékben javasoljuk a hazai szaktanácsadás számára bevezetni.
Duna–Tisza közi karbonátos homoktalajon, az MTA ATK TAKI Õrbottyáni Kísérleti Telepén vizsgáltuk az eltérő minőségű komposztok és a húsliszt hatását a talajtulajdonságokra, ill. néhány talajvizsgálati jellemzőre. A heterogén talaj 0–8% közötti CaCO3- és 1,0–1,5% humuszkészlettel rendelkezett. A humuszos szint vastagsága 60–80 cm, a pH(H2O) 6,8–7,5, a pH(KCl) 6,3–7,3 közötti értékeket mutatott. Az agyagfrakció mennyisége 10–15%-ot tett ki. A termőhely felvehető foszforral közepesen, nitrogénnel és káliummal gyengén ellátott volt. A kísérleteket 2002-ben és 2003-ban állítottuk be egyenként 5 kezeléssel (0, 25, 50, 100 és 200 t·ha-1 friss komposzt, vagy 0, 2,5, 5, 10 és 20 t·ha-1 húsliszt), 4 ismétléssel, azaz 20-20 (egyenként 5×8= 40 m²-es) parcellával, véletlen blokk elrendezésben. Egyszeri terhelést alkalmaztunk 2002-ben, a további években a komposztok és húsliszt trágyaszerek utóhatásait figyeltük meg. A maximális 200 t·ha-1 komposzt-, illetve a 20 t·ha-1 csontos húslisztadag kereken 20–120 t·ha-1 szárazanyag, 12–48 t·ha-1 szerves anyag, 0,6–6,8 t·ha-1 zsír bevitelét jelentette. Az ásványi elemek maximuma elérte a 13,5 t·ha-1 Ca (33,7 t·ha-1 CaCO3), illetve a 11,6 t·ha-1 P (26,6 t·ha-1 P2O5) mennyiséget. A K-, Mg-, Na- és S-bevitel is több száz kg·ha-1-nak adódott a komposztok esetén. A Zn kereken 42, a Mn 21, a Sr 18, a Ba 12, a Cu 8, a Cr 2 kg·ha-1 maximális terhelést jelzett. Az éretlen komposztban az NH4-N forma 275, a félérettben 113 kg·ha-1 mennyiséget ért el. Az érett komposzttal ugyanakkor maximálisan 193 kg·ha-1 műtrágya-egyenértékű NO3-N-t szántottunk alá. Az érett vágóhídi komposzt hatása 6 év után is igazolható volt a talaj szántott rétegének humusz-, összes-N-, összes P- és S-, valamint oldható P-, S-, Fe-, Zn- és Mo-tartalmának emelkedésén. A bevitt szerves anyag közel fele, az összes-N 18– 20%-a beépülhetett a talaj tartós humuszanyagaiba. Az éretlen komposzt terheléssel szintén igazolhatóan emelkedett a feltalaj szervesanyag-, összes N- és NO3-N-, összes P-, összes S- és Na-készlete. Az oldható elemek közül a P, K, Na, S, Zn és Cu jelzett dúsulást az egyes években. A félérett komposzt hatására 50%-kal nőtt a feltalaj szervesanyag-, illetve több mint kétszeresére az összes-N-készlete. A talajszerkezetre gyakorolt kedvező hatás a 6. évben is igazolható volt. Hasonlóképpen az „összes” és az oldható P, S, Na és Zn elemtartalmakban való gyarapodás. A növekvő csontos húslisztterheléssel átmenetileg 0,5 értékkel igazolhatóan mérséklődött a pH(H2O), emelkedett az „összes” só, az összes-N és ásványi-N frakciók mennyisége. A savtermelő nitrifikáció méreteire és sebességére utal, hogy 13-szorosára nőtt a szántott réteg NO3-N-, illetve 6-szorosára az NH4-N-koncentrációja az 1. évben. Maximálisan mintegy 400 kg NO3-N + 165 kg NH4-N tárult fel hektáronként. Az aszályos 2003-ban a kukorica csekély termésével nem tudta hasznosítani a sok ásványi-N-t, mely feltehetően az altalajba távozhatott. A 6. évben a húsliszt lebomlott és a mobilis bomlástermékei eltűntek (NO3-N, vízoldható sók, savak). Összefoglalva megállapítható, hogy míg a húsliszt gyorsan bomló trágya, úgy NO3-érzékeny területeken az előírt 170 kg·ha-1·év-1 N-terhelés túllépését kerülni kell. Az éretlen és félérett komposzt viszont több éven át lassan ásványosodik a talajban és nitrogénjének egy része tartósan beépülhet a talaj humuszanyagaiba. Az előírt 170 kg·ha-1·év-1 N-terhelésre vonatkozó korlátozást ezért nem szükséges ezekre a szerves trágyaszerekre kiterjeszteni, a terhelés a 2–3-szorosára növelhető.
Az évi 80 kg P2O5·ha-1 trágyázás, ill. a 400 kg P2O5·ha-1 adagú tartalékoló P-trágyázás hatását – reaktív (lisztfinomságúra őrölve jó természetes P-oldhatóságú, „lágy”, üledékes) algériai nyersfoszfát, ill. Kola-foszfátból előállított szuperfoszfát formájában kijuttatva – két hazai, közepesen–erősen savanyú talajon 5 éves szabadföldi kísérletben vizsgáltuk. A kompolti csernozjom barna erdőtalaj gyenge– közepes, a szentgyörgyvölgyi pszeudoglejes barna erdőtalaj közepes–jó P-ellátottsággal volt jellemezhető a kísérletek beállításakor. A két P-forma P-szolgáltatását a vizsgált módszerek közül a H2O-P talaj P-teszt jellemezte a legpontosabban. Az AL-módszer felülbecsülte, az Olsen-módszer pedig alulértékelte a nyersfoszfát formájában kiadott foszfornak a növények által való felvehetőségét. A két P-forma, ill. a két P-trágyázási rendszer a kísérletek első 5 éves ciklusában azonos hatékonyságúnak bizonyult mind a főtermés, mind a kivont foszfor vonatkozásában. A P-hasznosulás a gyenge–közepes P-ellátottságú kompolti talajon több mint két-háromszorosa (7–10%) volt, mint a közepes–jó P-ellátottságú szentgyörgyvölgyi talajon (2–5%). A P-trágyázott kezelésekben az 5. évben kapott, továbbra is pozitív P-mérlegek azt valószínűsítik, hogy a P-trágyázás megszüntetése esetén, ezekben a kezelésekben a korábban adott, a talajban maradt műtrágya-P további hasznosulása várható. Algériai nyersfoszfát kijuttatásával nem növekedett a könnyen oldható (LE, Lakanen-Erviő) Cd-, ill. Cr-tartalom a talajban. A Kola-foszfát alapú szuperfoszfát hatására viszont nagyobb LE-Sr koncentrációkat kaptunk. Közepesen savanyú hazai talajainkon a kitűnő természetes oldékonyságú, olcsóbb algériai nyersfoszfát jól helyettesítheti a környezetet tovább savanyító, drágább szuperfoszfátot, ill. a nagy foszfortartalmú komplex, ill. kevert műtrágyákat. A külföldi gyakorlatnak megfelelően, közepesen, vagy erősen savanyú talajokon, nyersfoszfát alkalmazásakor a vízoldható formában indokolt adagok másfélszeresét-dupláját javasoljuk kijuttatni. A lisztfinomságúra őrölt üledékes, reaktív nyersfoszfátok közül csupán a 20 mg·kg-1 Cd-tartalom alattiak közvetlen kijuttatását tartjuk környezeti kockázat szempontjából elfogadhatónak.