A folyamatalapú hidrológiai számításoknak és az azokra épülő vízminőségi, ökológiai elemzéseknek jelentős a bemenő adatigénye, ami a jövőben várhatóan tovább növekszik. A méréstechnológia rohamos fejlődésével a hidrológiai modellek bemenő adatai közül mára a szűk keresztmetszetet lokális és vízgyűjtő léptéken is a felszín alatti viszonyok, és elsősorban a talajok szivárgáshidraulikai tulajdonságainak számszerűsítése jelenti. A helyzetet felismerve a közelmúltban különböző módszertannal több talajtani, talajhidrológiai adatbázist is kidolgoztak. Kutatásunkban azt vizsgáljuk, hogy a 100 m felbontású hazai talajadatok és európai becslő algoritmusok alapján számított talajhidrológiai paraméterek (i) megbízható bemeneti adatforrást biztosítanak-e, és (ii) a korábban rendelkezésre álló adatállományokhoz képest javítják-e a hidrológiai számítások jóságát talajszelvény szintű vízforgalmi modellben.
Az Erdészeti Tudományos Intézet (NAIK ERTI) két mintaterületén (Fiad és Szalafő) mért meteorológiai és talajnedvesség-idősorok segítségével 5-5 darab talajszelvényszintű vízforgalmi modellváltozatot állítottunk fel Hydrus-1D környezetben. Ezek kizárólag a talajtani paraméterezésükben (réteghatárok helye, telített vízvezető képesség és retenciós görbe együtthatók) tértek el: a talajrétegek jellemzésére felhasználtuk (i) a kalibráció-validáció eredményeit (“legjobbnak vélt” verzió), (ii) a helyszíni mintavételből származó laboratóriumi méréseket, (iii) a mért talajtulajdonságok alapján, az európai becslő függvényekkel (EU-PTF) számított talajhidrológiai tulajdonságokat, (iv) a hazai DOSoReMI adatbázis alapján, az EUPTF- ekkel számított talajhidrológiai tulajdonságokat, illetve (v) az EUSoilHydroGrids térképeket. A modellváltozatokat a mért és számított talajnedvesség-idősorok összevetése (NSME, RMSE, R2) alapján értékeltük. Emellett összehasonlítottuk a számított vízmérlegeket is.
Az öt-öt modellváltozat esetében lényegesen eltért a mért-számított talajnedvességi idősorok illeszkedése. Fiadon egyedül a kalibráció adott elfogadható eredményt (NSME = 0.49), a másik négy változat kifejezetten gyengének bizonyult (három esetben NSME < 0). Szalafőn minden változat pozitív NSME-re vezetett, a kalibráció kiválónak tekinthető (NSME = 0.75). A várakozással ellentétben a mért talajhidrológiai paraméterekre épülő modellváltozatok adták a legrosszabb illeszkedést, míg a hatékonysági rangsorban a kalibrált modellek után az EU-SoilHydroGrids változatok következtek. A szimulációkból levezetett vízmérlegek Fiadon csak kevéssé, míg Szalafőn nagymértékben függtek a talajparaméterezéstől. A vizsgálat fontos tapasztalata, hogy a talajszelvény feltárás gyakorlata – érthető módon – elsősorban nem a hidrológiai modellezés szempontjaihoz igazodik, így az adatbizonytalanság forrása lehet. A vizsgálat eredményei alapján folytatjuk a Balaton vízgyűjtő talajhidrológiai paramétereinek 3D térképezését.
Arnold, J.G., D. N. Moriasi, P. W. Gassman, K. C. Abbaspour, M. J. White, R. Srinivasan, C. Santhi, R. D. Harmel, A. van Griensven, M. W. Van Liew, N. Kannan, M. K. Jha. (2012). SWAT: Model use, calibration, and validation. Transactions of the ASABE. Vol. 55 (4). 1491–1508.
Bakacsi, Z., Pásztor, L., Szabó, J., Kuti, L., Laborczi, A., (2012) 3D textúra adatbázis létrehozása indikátor-krigeléssel, talajtani és agrogeológiai adatbázisok egységesítésével. Agrárinformatika / Agricultural Informatics (2012) Vol. 3, No. 1: 46–51.
Bréda, N.J. (2003) Ground-based measurements of leaf area index: a review of methods, instruments and current controversies. J. Exp Bot. 2003 Nov; 54. (392). 2403–2417. DOI: 10.1093/jxb/erg263
Buzás I. (szerk.), 1988. Talaj- és agrokémiai vizsgálati módszerkönyv 2. A talajok fizikai-kémiai és kémiai vizsgálati módszerei. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest.
Buzás I. (szerk.), 1993. Talaj- és agrokémiai vizsgálati módszerkönyv 1. A talaj fizikai, vízgazdálkodási és ásványtani vizsgálata. Inda 4231 Kiadó. Budapest. 357.
Chaney, N. W., Wood, E. F., McBratney, A. B., Hempel, J. W., Nauman, T. W., Brungard, C. W. and Odgers, N. P. (2016) POLARIS: A 30-meter probabilistic soil series map of the contiguous United States, Geoderma, 274. 54–67, doi: 10.1016/j.geoderma.2016.03.025
Cui, Y. J., Tang, A. M., Loiseau, C., Delage, P. (2008) Determining the unsaturated hydraulic conductivity of a compacted sand-bentonite mixture under constant-volume and free-swell conditions, Phys. Chem. Earth, 33. 462–471.
Dai, Y., Shangguan, W., Duan, Q., Liu, B., Fu, S. and Niu, G.-Y. (2013) Development of a China Dataset of Soil Hydraulic Parameters using pedotransfer functions for land surface modeling, J. Hydrometeorol., 14. (3). 869–887, doi: 10.1175/JHM-D-12-0149.1
Dorigo, W.A., Xaver, A., Vreugdenhil, M., Gruber, A., Hegyiová, A., Sanchis-Dufau, A.D., Zamojski, D., Cordes, C., Wagner, W., Drusch, M. (2012) Global automated quality control of in situ soil moisture data from the international soil moisture network. Vadose Zone Journal; 12. (3). vzj2012. 0097.
Farkas, C., Hernádi, H., Makó, A., Máté, F. (2011) Estimating climate change effects on soil water balance elements of Hungarian calcic chernozem soils. Agrokémia és Talajtan, 60. 41–56.
Feddes R A , Kowalik P J, Zaradny H (1978) Simulation of Field Water Use and Crop Yield. John Wiley & Sons, New York, NY.
Federer, C.A. (2002) BROOK 90: A simulation model for evaporation, soil water, and streamflow. http://www. ecoshift.net/brook/brook90.htm
Fiala, K., Blanka, V., Ladányi, Z., Szilassi, P., Benyhe, B., Dolinaj, D., Pálfai, I., (2014) Drought severity and its effect on agricultural production in the Hungarian-Serbian cross-border area. Journal of Environmental Geography 7. (3–4). 43-51. doi: 10.2478/jengeo-2014-0011
Fodor, N., Blaskó, J., Éri, L., Rajkai, K. (2009) Hidraulikus vezetőképesség mérési és becslési eredmények összehasonlítása homoktalajra. Agrokémia és Talajtan 58. (2). 369–380.
Fodor, N., Pásztor, L., Németh, T. (2014) Coupling the 4M crop model with national geo-databases for assessing the effects of climate change on agro-ecological characteristics of Hungary. International Journal of Digital Earth, 7 (5), 391–410, https://doi.org/10.1080/17538947. 2012.689998
Ganot, Y., Holtzman, R., Weisbrod, N., Nitzan, I., Katz, Y., Kurtzman, D. (2017) Monitoring and modeling infiltration-recharge dynamics of managed aquifer recharge with desalinated seawater. Hydrol. Earth Syst. Sci., 21. 4479–4493, 2017. https://doi.org/10.5194/hess-21-4479-2017
Gribovszki, Z., Kalicz, P., Kucsara, M. (2006) Streamflow characteristics of two forested catchments in Sopron Hills. Acta Silvatica et Lignaria Hungarica, 2. 81–92
Harmel, R.D., Baffaut, C., Douglas-Mankin, K. (2018) Review and development of ASABE Engineering Practice 621: “Guidelines for calibrating, validating, and evaluating hydrologic and water quality models” Transactions of the ASABE. 61. (4). 1393-1401. doi: 10.13031/trans.12806
Johnson, S. G. (2014), The NLopt nonlinear-optimization package, http://abinitio.mit.edu/nlopt
Karimi, P., Bastiaanssen, W. G. M. (2015) Spatial evapotranspiration, rainfall and land use data in water accounting – Part 1: Review of the accuracy of the remote sensing data. Hydrol. Earth Syst. Sci., 19. 507–532, 2015.
Kiss, K. A., Gribovszki, Z., Kalicz, P. (2005) Rainfall interception by forest canopy and forest litter in three different forest ecosystems at the eastern border of the Alps. Geophysical Research Abstracts, 7. 05430
Kozma Zs. , Ács T., Koncsos L. (2014) Unsaturated zone modelling – The role of soil database classification. In: C A Brebbia, H Bjornlund (szerk.) Sustainable Irrigation and Drainage V. (WIT Transactions on Ecology and the Environment; 185.) pp. 197–208.
Marthews, T. R., Quesada, C. A., Galbraith, D. R., Malhi, Y., Mullins, C. E., Hodnett, M. G. and Dharssi, I. (2014) High-resolution hydraulic parameter maps for surface soils in tropical South America, Geosci. Model Dev., 7. (3). 711-723, doi:10.5194/gmd-7-711-2014
Mazzacavallo MG , Kulmatiski A (2015) Modelling water uptake provides a new perspective on grass and tree coexistence. PLoS ONE 10. (12). e0144300. doi:10.1371/journal.pone.0144300
Mohanty, B.P.; Cosh, M.H.; Lakshmi, V.; Montzka, C. (2017) Soil moisture remote sensing: State-of-the-science. Vadose Zone J. 2017, 16. 1–9. doi:10.2136/vzj2016.10.0105
Montzka, C., Herbst, M., Weihermüller, L., Verhoef, A. and Vereecken, H. (2017) A global data set of soil hydraulic properties and sub-grid variability of soil water retention and hydraulic conductivity curves, Earth Syst. Sci. Data, 9. (2). 529–543, doi:10.5194/essd-9-529-2017
Monteith, J.L. (1965): Evaporation and the environment. Symposium of the Society of Experimental Biology, 19. 1579–1590
Móricz, N., Mátyás, C., Berki, I., Rasztovits, E., Vekerdy, Z., Gribovszki, Z. (2012) Comparative water balance study of forest and fallow plots. iForest - Biogeosciences and Forestry, 5. (4). 188-196 DOI: 10.3832/ifor0624-005
MSZ-08-0205-78. MÉM Ágazati Szabvány 1979. A talaj fizikai és vízgazdálkodási tulajdonságainak vizsgálata, Budapest.
Nemes, A., Schaap, M. and Wösten, J. (2003) Functional evaluation of pedotransfer functions derived from different scales of data collection, Soil Sci. Soc. Am. 67. 1093–1102.
Pásztor, L., Laborczi, A., Bakacsi, Z., Szabó, J., Illés, G. (2018a) Compilation of a national soil-type map for Hungary by sequential classification methods, Geoderma, 311. 93–108.
Pásztor, L., Laborczi, A., Takács, K., Szatmári, G., Bakacsi, Z., Szabó, J., Illés, G., (2018b) DOSoReMI as the national implementation of GlobalSoilMap for the territory of Hungary, In: D. Arrouay, I. Savin, J. Leenaars, A. B. McBratney (eds.), Proceedings of the Global Soil Map 2017 Conference, July 4–6, 2017, CRC Press, Moscow, Russia, pp. 17–22,
Právetz, T., Sipos, Gy., Benyhe, B., Viktória Blanka, V., (2015) Modelling runoff on a small lowland catchment, Hungarian great plains, Journal of Environmental Geography, 8. (1–2). 49–58. DOI: 10.1515/jengeo-2015-00
Qu, W., Bogena, H. R., Huisman, J. A., Schmidt, M., Kunkel, R., Weuthen, A., Schiedung, H., Schilling, B., Sorg, J., Vereecken, H. (2016) The integrated water balance and soil data set of the Rollesbroich hydrological observatory, Earth Syst. Sci. Data, 8. 517–529.
Scanlon, B. R., M. Christman, R. C. Reedy, I. Porro, J. Simunek, and G. N. Flerchinger (2002), Intercode comparisons for simulating water balance of surficial sediments in semiarid regions, Water Resour. Res., 38. (12). 1323.
Simunek, J., Sejna, M., van Genuchten, M.T., (1998) The HYDRUS-1D software package for simulating the one-dimensional movement of water, heat and multiple solutes in variably-saturated media: version 2.0 IGWMC-TPS-70. International Groundwater Modeling Center, Colorado School of Miners, Golden, 1998.
Tóth, B., Weynants, M., Nemes, A., Makó, A., Bilas, G. and Tóth, G. (2015) New generation of hydraulic pedotransfer functions for Europe. Eur. J. Soil Sci., 66. (1). 226-238, doi:10.1111/ejss.12192, 2015.
Tóth, B., Weynants, M., Pásztor, L., Hengl, T. (2017) 3D soil hydraulic database of Europe at 250 m resolution. Hydrological Processes. 31. 2662–2666.
Trodahl, M.I., Jackson, B.M., Deslippe, J.R., Metherell, A.K. (2017) Investigating trade-offs between water quality and agricultural productivity using the Land Utilisation and Capability Indicator (LUCI) – A New Zealand application. Ecosystem Services, 26. Part B. 388-399, https://doi.org/10.1016/j.ecoser. 2016.10.013.
Van Looy, K., Bouma, J., Herbst, M., Koestel, J., Minasny, B., Mishra, U., Montzka, C., Nemes, A., Pachepsky, Y. A., Padarian, J., Schaap, M. G., Tóth, B., Verhoef, A., Vanderborght, J., van der Ploeg, M. J., Weihermüller, L., Zacharias, S., Zhang, Y., and Vereecken H. (2017) Pedotransfer functions in Earth system science: Challenges and perspectives, Rev. Geophys., 55. (4). 1199-1256, doi:10.1002/2017RG000581
Várallyay, G. (2015) Magyarország talajainak vízraktározó képessége, Agrokémia és Talajtan, 54. (1–2). 5–24.
Vereecken, H., A. Schnepf, J.W. Hopmans, M. Javaux, D. Or, T. Roose, J. Vanderborght, M.H. Young, W. Amelung, M. Aitkenhead, S.D. Allison, S. Assouline, P. Baveye, M. Berli, N. Brüggemann, P. Finke, M. Flury, T. Gaiser, G. Govers, T. Ghezzehei, P. Hallett, H.J. Hendricks Franssen, J. Heppell, R. Horn, J.A. Huisman, D. Jacques, F. Jonard, S. Kollet, F. Lafolie, K. Lamorski, D. Leitner, A. Mcbratney, B. Minasny, C. Montzka, W. Nowak, Y. Pachepsky, J. Padarian, N. Romano, K. Roth, Y. Rothfuss, E.C. Rowe, A. Schwen, J. Šimůnek, A. Tiktak, J. Van Dam, S.E.A.T.M. van der Zee, H.J. Vogel, J.A. Vrugt, T. Wöhling, and I.M. Young. (2016) Modeling soil processes: Review, key challenges, and new perspectives. Vadose Zone J. 15. doi: 10.2136/vzj2015.09.0131
Vereecken, H., Diels, J., Van Orshoven, J., Feyen, J. and Bouma, J. (1992) Functional evaluation of pedotransfer functions for the estimation of soil hydraulic properties, Soil Sci. Soc. Am. J., 56. 1371–1379.
Wang, Q., Adiku, S., Tenhunen, J., Grainer, A. (2005) On the relationship of NDVI with leaf area index in a deciduous forest site. Remote Sensing of Environment, 94: 244–255.
Wu, X., Lu, G. and Wu, Z. (2018) An integration approach for mapping field capacity of china based on multi-source soil datasets, Water, 10. (6). 728.
Zhao, H., Zeng, Y., Lv, S. and Su, Z. (2018) Analysis of soil hydraulic and thermal properties for land surface modeling over the Tibetan Plateau, Earth Syst. Sci. Data, 10. (2). 1031–1061, doi:10.5194/essd-10-1031-2018