Earth and Environmental Sciences

Az Alföldet, azon belül is különösen a Homokhátságot érintő talajvízszint süllyedés, súlyos ökológiai és gazdasági következményekkel is járó problémakör. A jelenség hátterében álló lehetséges okokkal kapcsolatban több évtizede zajlik kutatómunka, ugyanakkor ezek relatív súlyának meghatározása a mai napig tudományos vita tárgyát képezi.

Több szerző is kiemeli az erdőtelepítések talajvízszint csökkentő hatásának fontosságát. Ez a hatás két módon, a vegetáció vízfelvétele, illetve a csapadékból történő utánpótlódás csökkentése (intercepció, talajnedvesség felvétel) által jelentkezhet. Ezen mechanizmusok működését vizsgáltuk meg egy akác (Robinia pseudoacacia) és egy fekete fenyő (Pinus nigra) állomány esetében a Homokhátságon, Kecskemét-Ménteleken kialakított mintaterületünkön, 90, 150 és 200 cm-es mélységben, nagy időbeli felbontással mért talajnedvesség, illetve talajvíz adatokra alapozva.

Az adatok alapján feltételezhető, hogy a talajvízből nem történik közvetlen, vagy közvetett vízfelvétel, aminek oka vélhetően a gyökérzóna és a talajvíz közti igen jelentős horizontális távolság. A talajnedvesség esetében a sekélyebb rétegekben egyértelműen jelentkezik az erdőállományok szezonális szárító hatása. Ugyanakkor a mélyebb rétegek talajnedvesség adatai alapján kijelenthető, hogy a csapadékból történő talajvíz visszatöltődésre leginkább az akác állomány alatt van elméleti lehetőség. A látszólagos ellentmondás feltételezhetően a gyökérzet által kialakított makropórusok hatásával magyarázható. Ezt támasztja alá az akác és fekete fenyő állományok közti igen jelentős eltérés is.

Következtetésünk, hogy az erdőállományok lokálisan jelentősen eltérő hatást gyakorolhatnak a talajvízszintre. Ezért a lezajló folyamatok hátterét, általános jellegű megállapítások helyett, az adott hidrológiai rendszer több elemét vizsgáló monitoring adataira alapozva lehetséges csak felderíteni.

This study assesses the elemental composition of Egyptian glauconite sediments, focusing on potentially toxic elements (PTEs) and macronutrients. The primary aim is to evaluate the feasibility of utilizing these sediments as a natural source of potassium for agricultural purposes, besides conventional chemical fertilizers like potassium sulfate. To quantify elemental content, chemical analysis was employed across five distinct grain size fractions after grinding glauconite rock. The assessment included potassium, calcium, sodium, and PTE concentrations, utilizing potassium chloride (KCl) and ammonium acetate lactate (AL Solution) as single extractants, and the BCR extraction protocol, in addition to measuring the pseudo-total content of these elements. Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy (ICP-OES) facilitated a comparative analysis of elemental concentrations. Results indicate PTE concentrations within European Union regulations, with an absence of cadmium. Glauconite samples contain approximately 3–3.3% potassium by weight, alongside significant amounts of essential macronutrients (calcium, magnesium) and micronutrients (copper, nickel, zinc) crucial for agriculture. BCR sequential extraction protocol results closely align with or slightly surpass pseudo-total content results. Notably, the AL Solution demonstrates high efficiency compared to KCl or acetic acid in the first step of the BCR method. BCR sequential protocol provides valuable insights into various elemental forms and potential mobility. Overall, this study reveals that glauconite has the potential to serve as a promising alternative potassium fertilizer without causing adverse environmental impacts.

Abstract

The Budapest Tree-Ring Laboratory (BTRL) is a fully equipped dendrochronological laboratory, established in 2002 at the Department of Paleontology and currently hosted by the Department of Physical Geography, Eötvös University, Budapest, Hungary. The lab has the proper sampling equipment for field work, a sanding workshop to prepare tree-ring samples for measurement and measuring-stages with software for recording and analyzing tree-ring data. Throughout the first 20 years of activity the BTRL collected and analyzed ∼360 living and ∼470 relict samples (including historical and subfossil material) from more than 33 sites distributed mainly in Europe but including a few localities in Asia. The most represented genera are Quercus and Pinus, both among the living and the relic subsets. Open access publication of the essential ancillary scientific information of the stored material will make the sample archive of the BTRL an actual national research infrastructure.

The use of organic fertilization is declining in Hungary due to the sharp fall of livestock stand since the middle of the 1980s. Most farmers are forced to use solely chemical crop enhancers. A bifactorial small plot experiment was carried out between 10 May 2023 and 19 October 2023 in Keszthely, in order to examine the effects of farmyard manure (M), green manure (GM) and stem residues (SR) on the nutrient uptake and nitrogen utilization efficiencies of maize at equidistantly increasing (0–70–140–210–280 kg N ha^–1) nitrogen doses. The relationship between some vegetative traits (dry biomass weight, Leaf Area Index (LAI)) and yield, furthermore leaf relative water content (RWC) was also examined. According to the results, organic fertilizer substitution significantly increased the N content both in whole plant and grain samples of NPK+M and NPK+GM+SR treatments, compared to the chemically fertilized control (NPK). In case of P and K only slight differences were observed. Whole plant K contents of NPK+M were significantly higher than in the other treatments (P = 0.045; P = 0,005), furthermore P contents in grain samples were significantly higher in NPK+M (P = 0.004) and NPK+GM+SR (P = 0.05) than in control. Harvest index (HI [%]) of NPK+M and NPK+GM+SR were 1.06 and 1.05 times higher than in NPK. Depending on the treatment, P0023 maize hybrid absorbed 58.7–74.64% of total N uptake in the grain (HI_N%), and the utilization of 1 kg N fertilizer for the extra yield above the yield of the individual control was 0.39–1.38 kg (AREN). Significant positive correlations were observed between dry biomass weight and yield (NPK: r = 0.937, P = 0.019; NPK+M: r = 0.971, P = 0.006; NPK+GM+SR: r = 0.88, P = 0.049), furthermore LAI and yield (NPK: r = 0.9, P = 0.037; NPK+M: r = 0.983, P = 0.003; NPK+GM+SR: r = 0.784, P = 0.117). Highest RWC values – which may be related to better soil aggregate stability – were measured in NPK+GM+SR treatment, therefore there may be a great potential in this treatment among drought conditions. The effect of organic amendments is particularly noticeable with smaller nitrogen doses so they should be used to reduce inorganic fertilizer application and the resulting environmental risks.

Abstract

A new series expansion-based method, the Combined Geoelectric Weighted Inversion (CGWI) procedure is presented and tested by using synthetic and in-field measured datasets. The method is an improved version of the Combined Geoelectric Inversion (CGI) robustified by involving Cauchy-Steiner weights in an Iteratively Reweighted Least Squares technique. The new procedure is compared to the Fourier series expansion-based 1.5D and the CGI methods as well as to the broadly applied RES2DINV inversion procedure. The field measurements are performed during stone exploration in an active quarry on the south-western slopes of the Mátra mountains, in northern Hungary. It is shown that the CGWI method gives stable and robust parameter estimation with acceptable accuracy. The comparison with other inversion methods is based on data distances, estimation errors and correlation parameters calculated on the base of the parameter correlation matrix.

A vizes élőhelyek a vízi és a szárazföldi ökoszisztémák között elhelyezkedő, igen változatos, és általában nehezen lehatárolható területek. Kiemelt jelentőségük annak köszönhető, hogy bár csak a globális szárazföldi területek mintegy 6–7%-át borítják, kulcsfontosságú szerepet játszanak az éghajlat szabályozásában, a vizes ökoszisztémák biodiverzitásának és hidrológiai viszonyainak fenntartásában, valamint számos további ökológiai és társadalmi funkciót is szolgáltatnak, beleértve az árvízvédelmi, víztisztítási, szén-dioxid-tárolási, élőhelytámogatási és kulturális, rekreációs előnyöket. A vizes élőhelyek azonban mind természetes, mind antropogén hatások következtében térben és időben is dinamikusan változnak, ezért védelmük és megfigyelésük napjainkra igen fontos kutatási területté nőtte ki magát. A műholdas távérzékelés nagyobb területek egyidejű megfigyelését teszi lehetővé, azonban érzékeny a felhőzetre és a légköri hatásokra, bizonytalanságot okozva ezzel az eredményekben. A hagyományos monitoring technológiák mellett a pilóta nélküli légi járművek térnyerése egyre kifejezettebb, köszönhetően rugalmasságának, hatékonyságának és alacsony költségének, miközben nagy térbeli és időbeli felbontású, szisztematikus adatszolgáltatásra képes. Tanulmányunk a pilóta nélküli légi járművek alkalmazási lehetőségeibe nyújt betekintést a vizes élőhelyek felmérésében, valamint áttekinti és összehasonlítja az egyéb távérzékelés technológiák alkalmazhatóságát ezen területek megfigyelésében. Célja, hogy elősegítse a dróntechnológia további terjedését és széles körű alkalmazását a vizes élőhelyek monitorozásában.

Napjainkban soha nem látott igény mutatkozik megfelelő mennyiségű és minőségű talajadatra és információra. Spektroszkópiai technológiák a hagyományos laboratóriumi módszerekkel együttesen, párhuzamosan alkalmazva lehetőséget kínálnak a talajfelvételezés idő- és költséghatékonyabbá, valamint környezetkímélőbbé tételére. Jelen munkában lokális, regionális és globális léptékű talajspektrális könyvtárak bemutatása mellett az első országos szintű, az Agrártechnológiai Nemzeti Laboratórium projekt keretében kidolgozásra kerülő, Magyarország talajtani változatosságát reprezentáló spektrális adatbázis létrehozásának koncepcióját mutatjuk be. A spektrális könyvtárak olyan speciális talajadatbázisoknak tekinthetőek, melyek tartalmazzák egy adott terület talajait reprezentáló talajminták hagyományos laboratóriumi módszerrel meghatározott paramétereit, valamint spektroszkópiai módszerrel rögzített spektrumait. A spektrális könyvtárakban tárolt adatok alapján elvégzett, spektroszkópiai kalibrációkra alapozott talajparaméter becslési eljárások lehetőséget kínálnak az adatbázisban szereplő talajminták fizikai-kémiai-ásványtani tulajdonságaihoz hasonló minták paramétereinek spektrális alapú megbízható megbecsléséhez. A hazai spektrális könyvtár alappillérét a Talajvédelmi Információs és Monitoring (TIM) rendszer mintavételezés kezdeti évében (1992-ben) gyűjtött, talajok genetikai szintjeiből vett talajmintákról felvett spektrumokra építjük. A spektrális adatbázist a középső-infravörös (middle-infrared, MIR), valamint a látható- és közeli infravörös (visible and near-infrared, VIS-NIR) tartományban, a Global Soil Laboratory Network (GLOSOLAN) iránymutatásai alapján rögzített spektrális adatokra építjük. A folyamatosan bővülő spektrális könyvtár, és az erre az adatbázisra épülő talajtulajdonság-becslő eljárás lehetőséget fog kínálni számos fizikai és kémiai paraméterének megbízható meghatározására, ezzel (számottevő többletköltség nélkül) nyújt lehetőséget a jelenlegi laboratóriumi kapacitás növelésére.

Abstract

While three-dimensional measurement technology is spreading fast, its meaningful application to sedimentary geology still lacks content. Classical shape descriptors (such as axis ratios, circularity of projection) were not inherently three-dimensional, because no such technology existed. Recently a new class of three-dimensional descriptors, collectively referred to as mechanical descriptors, has been introduced and applied for a broad range of sedimentary particles. First-order mechanical descriptors (registered for each pebble as a pair {S, U} of integers), refer to the respective numbers of stable and unstable static equilibria and can be reliably detected by hand experiments. However, they have limited ability of distinction, as the majority of coastal pebbles fall into primary class $\{S,U\}=\{2,2\}$ . Higher-order mechanical descriptors offer a more refined distinction. However, for the extraction of these descriptors (registered as graphs for each pebble), hand measurements are not an option and even computer-based extraction from 3D scans offers a formidable challenge. Here we not only describe and implement an algorithm to perform this task, but also apply it to a collection of 271 pebbles with various lithologies, illustrating that the application of higher-order descriptors is a viable option for geologists. We also show that the so-far uncharted connection between the two known secondary descriptors, the so-called Morse–Smale graph and the Reeb-graph, can be established via a third order descriptor which we call the master graph.

Abstract

Stable hydrogen isotope compositions of metamorphic rocks and minerals can provide information on the origin of metamorphic fluids, which is especially important in systems that had experienced multiple metamorphic events. The Sopron orthogneiss-micaschist complex is a good target as it records signs of Variscan and Alpine metamorphic events as well as Variscan granitic magmatism. In this study tourmaline-bearing rocks (pegmatitic orthogneisses and kyanite-chlorite-muscovite schists) of the Sopron metamorphic complex were sampled and their tourmaline grains were analyzed for stable hydrogen isotope compositions (δ²H). The δ²H values (−23 ± 1‰, relative to V-SMOW) are in accordance with a fluid flux from devolatilization of subducted, seawater-containing rocks. Tourmaline-chlorite hydrogen isotope fractionations correspond to about 550 °C, indicating that δ²H values formed close to peak metamorphic temperatures are preserved without retrograde isotope exchange during cooling.

A talaj mikrobiális közösségének funkcionális diverzitása a talaj ökoszisztéma szolgáltatások jelentős részéhez hozzájárul, sok esetben meghatározó jelentőségű. Többféle kísérleti és elméleti megközelítés közül a katabolikus aktivitás-mintázat mikrorespirációs – MicroResp™ – módszerrel történő megközelítését mutatjuk be. A módszer a régebbről ismert szubsztrát-indukált respiráció több-szubsztrátos, mikrotiter lemez alapú kiterjesztése, amivel a talaj mikroba-közösség in-situ közösségi-szintű fiziológiai mintázata határozható meg. Mivel az egyes mikroorganizmusok szubsztrát-hasznosítása eltérő, a mikroba-közösség aktuális összetételétől, abundanciájától függően változó a szubsztrát hasznosítási mintázat egy-egy talajminta esetében. Az alkalmazott szubsztrátok köre tetszőleges, rendszerint egyszerű cukrok, aminosavak, aminok, karbonsavak. A módszer gyors, érzékeny, megbízható, ezért alkalmazása tervezett kísérletekben és talajmonitoring programokban egyaránt javasolható.