A szikes talajok képződése 2012

A szikes talajok képződése 2012 A tanfolyam anyagai megtalálhatók http://members.iif.hu/tot3700/kurzusok/tananyag.rtf

SZIKES TALAJ:

amely talaj oldatában és kicserélődési komplexében az oldható sók nagy mennyisége és sajátságos összetétele meghatározó tényező a növényi fejlődés szempontjából

A szikesedés jelentősége A felszín mintegy 10%-át szikes talajok borítják, az öntözött területek mintegy 50 %-át sújtja szikesedés és elvizenyősödés.

A szikesedés hazai tudományos jelentősége -Balogh J. 1840. A magyarországi szikes vidékek természettudományi tekintetben. Magyar Tudományos Társaság. Buda. -Treitz P. 1898. Szikes talajok Magyarországon. Budapest -'Sigmond E. 1923. A hazai szikesek és megjavítási módjaik. Magyar Tudományos Akadémia. Budapest. -Treitz P. 1924. A sós és szikes talajok természetrajza. Stádium. Budapest. -Treitz, P.(szerk.). Preliminary report on the alkali-land investigations in the Hungarian Great-Plain in the year 1926. Budapest. -'Sigmond, E. 1927. Hungarian alkali soils and methods of their reclamation. University of California Printing Office Berkeley -Sajó E. és Trummer Å. (szerk) 1934. A magyar szikesek. Pátria. Budapest. -Soó R. 1947. Conspectus des groupement vegetaux dans les Bassins Carpathiques I. Les associations halophiles. Institut Botanique de l’Université á Debrecen. Debrecen -Szabolcs I. 1954. Hortobágy talajai. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest. -Arany S. 1956. A szikes talaj és javítása. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest. -Herke S. I., Mihályfalvy I., Prettenhoffer E., Tury és Vezekényi E. 1959. Gazdálkodás szikeseinken. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest. -Szabolcs I. 1961. A vízrendezések és öntözések hatása a tiszántúli talajképződési folyamatokra. Akadémiai Kiadó. Budapest. -Prettenhoffer I. 1969. Hazai szikesek javítása és hasznosítása (tiszántúli szikesek). Akadémiai Kiadó. Budapest. -Darab, K. és K. Ferencz 1969. Öntözött területek talajtérképezése. OMMI Budapest.

-Szabolcs, I. (szerk.) 1971. European solonetz soils and their reclamation. Akadémiai Kiadó Budapest. -Ábrahám L. és Bocskai J. 1971. A szikes talajok javítása. OMMI Kiadvány 4. Budapest

-Tóth B., Jassó F., Leszták J-né és Szabolcs I. 1972. Szikesek fásítása. Akadémiai Kiadó. Budapest. -Szabolcs, I. 1974. Salt-affected soils in Europe. Martinus Nijhoff. The Hague. -Précsényi I. 1975. Szikespusztai rét növényzetének produktivitása. Akadémiai Kiadó. Budapest. -Szabolcs, I. 1979. Review of Research on Salt Affected Soils. Natural Resources Research. XV. UNESCO. Paris. -Herke S. 1983. Szikes talajok javítása és hasznosítása a Duna völgyében. Akadémiai Kiadó. Budapest. -Szabolcs, I. 1989. Salt-affected soils. CRC Press Boca Raton Mint önálló, a szikesekkel foglalkozó idegennyelvű kötetek ide tartoznak még -Agrokémia és Talajtan 14.(1965) Supplementum -Agrokémia és Talajtan 18.(1969) Supplementum -Agrokémia és Talajtan 23.(1974) Supplementum. Megjelent orosz és kínai nyelven is. -Agrokémia és Talajtan 28.(1979) Supplementum -Agrokémia és Talajtan 30.(1981) Supplementum valamint szikes rendezvények beszámolóit tartalmazó -Agrokémia és Talajtan 48. kötet/3-4. szám (1999) -Agrokémia és Talajtan 50. kötet/3-4. szám (2001) A sókivirágzásokról: Topographia mineralogica Hungariae IX. 2006. A teljes szám. A sókivirágzások előfordulása szempontjából kiemelkedő jelentőségűek a szikes tavak. Ezért megemlítjük, hogy a nemzetközileg is nagy intenzitással kutatott sós tavak témájában végzett munkák hazai eredményeit két folyóiratszám tartalmazza: -Acta. Biol. Debr. Oecol. 9. (1999) és 22. kötet (2010) -Természetvédelmi közlemények 10. kötet (2003)

Szikes talajok képződése A sók természete

párolgás>csapadék & szelektív Ca>Na kicsapódás geokémiai hatások

sok csapadék és lefolyó víz, a tengervíz hatása

A természetes vizek ionösszetétele Az ábrán a természetes vizek Na/(Na+Ca) aránya van. 3 folyamat határozza meg: evapokoncentráció és szelektív ásványkicsapódás a bumeráng felső szárán és a változó összetételű csapadék a bumeráng alsó szárán. A Cl/(Cl+HCO3) hasonló ábra.

Evaporatív sódúsulás kicsapódás HCO3 csökken

Ca csökken

A hipersós vizek összetétele hogyan alakul. mCa a Ca mol koncentrációja sepiolite=

MgSi3O6(OH)2

Ciklikus sódúsulás és hígulás

az egyensúlyi oldat alkotói

Hipersós oldatban Na>=Mg>Ca és Cl>=SO4>HCO3 a koncentráció sorrend, édesvízben Ca>=Mg>Na és HCO3>Cl>=SO4.

Talajoldat A víztartalom változásával jelentős eltolódások lehetnek. Az ionok és ionpárok elmozdulhatnak

folyóvízből nyert öntözővíz

felszíni vízelvezetés

Öntözéses rendszerben Minden vízforgalmi tényező sómozgással is jár, kivéve a csapadékot, párolgást és a vízinövények vízfelvételét.

felszínalatti vízelvezetés

Az ábra nem tartalmazza másodlagos szikesedés hazai leggyakoribb módját a talajvízből történő a sófelhalmozódást, mivel az öntözés szempontjából optimális viszonyokat feltételez, ami gyakran hibás feltételezés.

Klimatikus különbségek A különböző klímákban a beszivárgás és az azt kísérő kilúgzás eltérő. Arid vidéken az öntözés lehetőséget teremt kevés beszivárgásra, de a nedves vidékhez képest nincs meg a mély beszivárgás hatása, és ez okoz másodlagos szikesedést. A kicserélhető kationok összetétele mutatja az előbb említett összefüggések hatását. H+ kilúgzott talajokban A Ca++ jól kötődik Na+ ha az oldatban döntő arányban van

A hazai szikesek keletkezésére vonatkozó elméletek

Sigmond, 1923 szerint a szárazföldi sóstalajok

kialakulásának fő tényezői a 1. száraz éghajlat 2. vizet át nem eresztő altalaj 3. olyan hidrológiai viszonyok melyek időszakonként túlbő nedvességgel árasztják el a talajt.

Scherf

elméletét Jenny 1941 röviden foglalja össze.

A felső pleisztocén felszín a Riss-Würm interglaciálisban erősen leerodálódott, a kialakult felszínalatti völgyek nyújtják a lúgos talajvizet. A Na tartalmú talajvíz ugyanis nem tud a mélyedésekből elszökni, csupán a felette lévő 4-6 m vastag rétegbe kapillárisan felemelkedni. Ha a szárazság hatására feljut akkor a víz elpárolog és a só visszamarad. Scherf szerint a sós talajvíz és a száraz klíma a magyar szikes talajok kialakulásának szükséges és elegendő feltétele. Scherf szerint a szoloncsák és szolonyec képződés nem a kilúgzás függvénye, hanem eltérő földtani rétegződés következménye. Ha egy eltemetett völgy fölött vagyunk amit pleisztocén üledék (folyami vagy eolikus) borít akkor a talaj szoloncsák, mert a talajvíz elég közel van a felszínhez ahhoz, hogy a sók felvándoroljanak és kivirágozzanak. Ha a felszínen eredetileg is savanyú, igen rossz vízáteresztőképességu folyami holocén iszap van akkor szolonyec képződik, ez részben neutralizálódik a felemelkedő sók miatt és Na-agyag is kialakul.

szolonyec

szoloncsák

Székyné Fux és Szepesi 1959 akik egy hortobágyi szolonyec talaj ásványi összetételét

vizsgálták úgy tartják, hogy a szikes talajok képződésénél a kilúgzási folyamatok nem játszottak szerepet. Megállapítják, hogy az alföldi lösz egyszerűen agyagos lösz, aminek a kialakulásában a víznek fontos szerepe volt. Megállapítják, hogy a plagioklász (albit [nátriumföldpát] és anortit [kalciumföldpát]) jelentős mennyiségben van jelen az A és B2 szintekben. Szerzők szerint a talaj kialakításában szerepe van a Tiszának is, mivel vannak a szelvényben olyan ásványok amelyek a Tisza völgyéből származnak (a Vihorlát-Gutin vulkáni vonulat andezitjéből származó plagioklász, zöldamfibol és hipersztén, valamint a kárpáti homokkőből származó kvarc). Ismertetik a szikesedés Scherf által megjelölt feltételeit, úgy mint 1. nem túlságosan mélyen a felszín alatt CaCO3 tartalmú pleisztocén rétegek jelenléte. 2. az első vízzáró réteg, a kék felsőpleisztocén agyag teknőszerű felszíne a meszes réteg alatt nem túl mélyen, ez teszi lehetővé a sós talajvíz összegyülekezését & 3. "alkáliákban dús talajvíz jelenléte, mely hajszálcsövesség révén a száraz időszakban felemelkedik és cserebomlás révén sziksót termel." Szerzők véleménye szerint a 3.feltétel nem fogadható el, mert a szikesedés fő oka a löszben levő nagy diszperzitásfokú CaCO3 az CaCO3 + 2 H2O <> Ca(OH)2 + H2CO3 egyenlet szerint CO2 mentes vízben Ca(OH)2 képződés játszódik le. Ebből literenként 0,0131 g oldódik és 10,2-es a pH. Ez a szerzők szerint a legkitűnőbb természetes szilikát feltáró anyag. Ez a szilikát lebomlás az oka annak, hogy az A szintben uralkodnak az amorf anyagok és ezek okozzák a talaj kedvezőtlen tulajdonságait. Az amorf SiO2 egy részét nyáron a kapillárisokon felemelkedő víz a felszínre juttatja kivirágzás formájában. Az amorf alkotórészek mellett sók is jutnak így a talajba, de ezek nagyrészt adszorbeálva vannak. "A Ca(OH)2 állandóan termeli az amorf alkatrészeket és bázisokat." Amikor az agyagásványok eltűnnek a kolloidfrakcióból a szerepüket teljesen az amorf alkatrészek veszik át. "Ezek a legrosszabb struktúrájú talajok. Ez a szikesedés végső foka." "Az amorf anyagok igen sok tekintetben különböznek a hidratált agyagásványok géljeitől."(gázátbocsátás, diffúziós sebesség, adszorpció és humuszanyagmegkötés rosszabb,_elektrolit megkötőképesség jobb). Az olyan javítási eljárások emelyek a talajvízszintet megemelik (rizs, árasztásos öntözés, tó) növelik a Ca(OH)2 mennyiségét és további szikesedést okoznak. Az elektrolitokkal történő javítás, meszezés, digóföld alkalmazása, forgatás is serkenti a folyamatot ha a CaCO3 mennyiségét növeli. A szerves anyagok azonban nagymértékben adszorbeálódnak az agyagásványokon, az amorf anyagokon is. Hozzájárulnak a szervetlen anyagok deszorpciójához, tehát az elektrolit tartalom csökkenéshez. Ezen típusú szikesek javításához tehát szerves anyagok alkalmazása javasolható.

Sümeghy 1937 szerint a szikesedést okozó

sókat a talajvíz és a csapadékvíz is a löszös üledékből mossa ki. A löszös üledék Na tartalma nagy mind a siltben (a felső-pleisztocén löszös üledékek általános takarója, ó-holocén löszös üledék, 0,5- 2,25 m vastag, a homok-iszap-agyag egyenlő arányban van benne) és az alatta fekvő, agyagos löszös rétegben is. A siltben vonul végig a vízhatlan szikes réteg. "Ahol a silt a felső-pleisztocén agyagos löszös üledékre települt, a szikesség is fellépett."

Kreybig és Endrédy geológiai okokra vezeti vissza a szikesedést, a Na felhalmozódást az Alföld peremi hegységekben nagy mennyiségben előforduló Na tartalmú kőzetek mállási termékeinek a lefolyástalan medencében történő feldúsulása okozza.

"A mélyebb talajvízszintnek erősen nátriumhidrokarbonátos vizei a peremi hegységek vulkáni tufáiból, főként a riolittufából származnak... Az erősen meszes lösz kémiai okokból nagyban elősegíti a szikesedést... az idősebb jelenkorban kialakult erdőtakarónak nagy szerepe volt." "Meglepő, hogy a legtöményebb talajvizeket a jó talajok alatt találjuk és a rossz szikesek alatt a talajvíz sokkal hígabb."

"... a szikesek egy-egy folyóvölgy keresztmetszetben tényleg közelítőleg azonos tengerszín feletti magasságban fordulnak elő. Esetünkben ez a magasság 92.7-94 m között van."

Üledékek folyóvizi tengeri

Az Alföld keresztmetszete és felszínalatti és talajvízáramlási rendszere (ERDÉLYI, 1979) A Duna-völgy magasabb és durvább szemcsösszetételű, mint a Tisza-völgy

Várallyay 1967 is a medence elmélet gondolatmenetét követi

Mádlné Szőnyi Judit és Tóth József, 2006

Simon Szilvia, Mádlné Szőnyi Judit, 2011

Kuti 1989 szerint a Duna és Tisza völgyében a talajvízben a

sófelhalmozódás, ezen belül a talajvíz nátrium-hidrogénkarbonátos jelleg kialakulásának oka az, hogy a hátság felől áramló talajvíz a folyó visszaduzzasztó hatása miatt megreked. Mivel kevésbé tud elfolyni, de párolog és folyamatosan kap utánpótlást besűrűsödik, és a legtovább oldatban maradó kation, a Na lesz uralkodó. Adatai szerint a szikesek alatt a talajvízben a Na az uralkodó kation és hidrogénkarbonát az uralkodó anion.

Mados

talajvízszint észlelések vizsgálatával hangsúlyozta, hogy a beszivárgás és kapilláris vízemelés által érintett talajmélységek átfednek, és ez a hortobágyi szikesedés fő tényezője.

Máté, 1955 szerint Karcag környékén a szikesek előfordulására az jellemző, hogy 1. domborzat szerint legalacsonyabban a réti talajok, magasabban a szikesek és legmagasabban a csernozjomok helyezkednek el. A réti 84-85 m, szikesek 85-88 m. Nem lehet hajszálpontosan megadni, sok átmeneti forma van 2.térkép hasonlítás alapján A. Réti talaj ott van, ahol mocsarak, állandóan vizenyős területek voltak. 1783-as katonai vs Kreybig térkép. Ezeken a helyeken savanyú humusz képződött az anaerob viszonyok között. A mész lemosódott. A réti talajoknak van átmenete a kotus, tőzeges talajok felé. B. A szikes talajok ott vannak ahol nem volt állandó vízborítás, hanem csak az áradás idején kerültek víz alá. Nyáron felfelé irányuló mozgás van, később kilúgzás. Nem szoloncsákokból alakultak ki. C. Helyenként szolonyeces átmeneti talajok vannak. Talajvíz 4-5 m mélyen, rozsdás, esetleg glejes foltok D. Mezőségi talaj alatt a talajvíz 7-8 m mélyen van, 100-120 cm-nál gyakran szikes réteg

Vizenyős területek lecsapolása A felszíni vizek szerepét mutatja a fólia. Vízállás esetén a sófelhalmozódás a terület peremén jelenik meg. Ha lecsapolják az egész területen sófelhalmozódás jelentkezik.

A hazai szikesek kora Zólyomi, 1945 szerint az óholocén első fázisában alakultak ki a szikesek (i.e. 8000-5000) amikor az Alföldön klimatikus sztyepp növényzet dominált, "meleg, száraz, szélsőséges éghajlat alatt a szélsőséges vízjárású folyók időnként erősen kiszáradó, széles árterén". Gábris, 1995 régészeti feltárások üledékföldtani vizsgálata alapján a holocén két időszakában említ szikesedést, i.e. 6600-6200 és kb. i.e. 5000 körül. Szöőr et al., 1991 szerint a Hajdúságban elárasztott réteken a Középső Würmben játszódott le az első szikesedés, mintegy 24-30 000 évvel időszámítás előtt. A vonatkozó paleotalaj Hajdúnánás és Hajdúszoboszló között 25-30 km távolságon kimutatható. Ezzel párhuzamosan a magasabb területeken csernozjom talajok képződtek. Nyilas és Sümegi szerint a Felső Pleisztocénban (Würm 3) malakológiai vizsgálatok alapján időszámítás előtt 17000 és 14600 év körül a Hortobágy száraz, meleg löszpusztaság volt ahol helyenként szikesedés játszódott le.

Szikesedés a talajszelvényben Gedroitz sémája a szikes talajok fejlődéséről -1. normális (nem szikes) talaj: nincs só a talajoldatban, a kicserélődési komplexben kétértéku kationok, a kolloidok flokkuláltak, a talaj semleges. -2. (ábrán a.)szoloncsák: Sekély sós talajvíz hatására sófelhalmozódással {szoloncsákosodás, salinization} képződik 1.-ből. Sok só van a talajoldatban, sok Na van a kicserélődési komplexben, a sok só flokkulálva tartja a kolloidokat, a pH nem feltétlenül nagy. -3. (ábrán b.)szolonyec: Szolonyocesedéssel {de-salinization (kilúgzás) + alkalinization=a Na-nak a kicserélődési komplexumba kerülése. Nevezik sodification-nek is} képződik 2.-ből. Ha kétértéku kationok voltak akkor a szoloncsák normális talajjá alakul. Mivel legtöbbször jelentős kicserélhető Na van ezért a kilúgzás hatására a Na hidrolízise következtében nátrium hidroxid keletkezik, amiből nátrium karbonát képződik. Kevés só van a talajoldatban, dominál a Na a kicserélődési komplexben, a kolloidok diszpergáltak, oszlopos B szint képződik kemény aggregátumokkal. -4. (ábrán ~c.)szology: Szologyosodással {'Sigmond:degradation} képződik 3.-ből. A szolonyec kilúgzása során a diszpergált kolloidok lefelé mozdulnak a talajban. A kolloidok (agyagrészecsék és szervesanyag) eltávolítása következtében csökken a kation kicserélő képesség, nő a kicserélhető H és a pH csökken. A kemény, nehéz oszlopos B2 szint felett egy világos, könnyu A2 (valójában E!) szint alakul ki. Később a B2 oszlopos szerkezete is

CO3

szoloncsák

szolonyec sztyeppesedő szolonyec

savanyú szulfát szolonyec talaj szology szoloncsák

Különböző szikes talajszelvények

Szikes kutatók A hazai szikkutatás korai kiemelkedő alakjai: Tessedik Sámuel, Szabó József, Irinyi János, Treitz Péter, Inkey Béla, 'Sigmond Elek, Endrédy Endre, Kreybig Lajos, Mados László, Scherf Emil, Magyar Pál, Soó Rezső, Herke Sándor, Prettenhoffer Imre, Ballenegger Róbert, Arany Sándor, Erdélyi Mihály, Szabolcs István, Darab Katalin , Filep György Néhány jelenleg is aktív kutató szakterületenként talajtan : Várallyay György, Máté Ferenc (hidro)geológia: Kuti László, Molnár Béla, Tóth József, Szőnyi Judit, Sümegi Pál ásványtan: Szendrei Géza botanika: Bodrogközy György, Varga Zoltánné, Bagi István, Molnár Zsolt Földrajz: Rakonczai János Kutató központok TAKI, MÁFI, ÖBKI, ELTE, DE, SZE, HNP, KNP Néhány külföldi szikes kutató központ -

USA: George Brown Jr. Salinity Laboratory, Riverside CA Izrael: Institute of Soils and Water, The Volcani Center, Bet Dagan Ausztrália: CSIRO Division of Land Resources Management, Wembley India: Central Soil Salinity Research Institute, Karnal Oroszország: Dokucsájev Talajtani Intézet, Moszkva Kína: Nanjing Institute of Soil Science, Academia Sinica, Nanjing Egyiptom: Salinity Laboratory, Alexandria University, Alexandria International Center for Biosaline Agriculture, Dubai

A talaj sófelhalmozódásra vonatkozó megfigyeléseink

Apaj: a 0-120 cm-es réteg EC2.5-át időben befolyásoló tényezők szerepe Apaji összefüggés a talajvíz m egem elkedett szintje, EC-je és a 0-120 cm -es réteg EC2.5 értéke között. R=0.6**, illetve 0.4*

6

94.8 94.6 94.4 94.2

4

94 3

93.8 93.6

2

93.4

Tengerszint feletti m agasság (m )

Talajvíz EC (m S/cm )

5

93.2

1

93 0

92.8 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

EC az 1:2.5 szuszpenzióban (m S/cm )

Talaj szelvénybeli só koncentráció változások: a talajvíz mélységének és EC-jének szerepe jelentős

Karcagon egy időben vizsgált fúrólyukakban numerikusan kapott összefüggés EC_50–60 cm = 0,418 + 0,07514·EC_tvíz – 0,00184·Tvízszint 15’ után

R² = 0,467 , n=66

(Tóth és Várallyay 2001)

Hortobágy, Nyírőlapos-i mintaterület

A feltalaj sótartalmával összefüggést mutató geológiai tényezők

Hortobágy, Nyírőlapos-i mintaterület

Száraz meleg időszakban a sófelhalmozódás folyamata Felületi hő mérséklet 34.2 t oC Salvio-Festucetum s.

36.7

43.2 38.4

Achilleo-Festucetum p. Artemisio-Festucetum p. Camphorosmetum a. Puccinellietum l.

24.3 Agrosti-Alopecuretum p.

maximális só koncentráció a talaj felszín közeli rétegében

Kapilláris vízemelkedés a talajvízbő l

Hortobágy, Nyírőlapos-i mintaterület DURING WET SEASON

Nedves időszakban a sófelhalmozódás folyamata

Hydraulic 80 conductivity in A cm/day

0.001

rain Salvio-Fest

8

rain

Achilleo-Fest

Art-Fest

Camph.

rain Puccinellietum Agr-Alop

infiltration

Water movement

runoff maximum salt cc

runoff water

Hortobágy, Nyírőlapos-i mintaterület

Bromid és klorid ionok a sóforgalom értelmezésében 1000 A, B, BC és C talajszint, GW talajvíz felszíni mintákban nagyobb Br a 6 és 249 szelvény tvizében besűrűsödés

419A

100 Oldat Br/Cl* 10^4 aránya ( mg/l)

6C 6A

249GW

249C 6GW

249BC

6BC 249B 419B

419BC 419C

419GW

249A

10 6B

a 419 szelvény egyenese: a csapadék és tvíz keveredésének jele

1 10

100

1000 Oldat Cl tartalma ( mg/l)

10000

Hortobágy, Nyírőlapos-i mintaterület

Fórizs István stabilizotópos vizsgálatai a sóforgalom értelmezésében Nyírőlapos, talajvízkutak Hortobágy 6

trícium

18

összes szilárd

16 14

4

12

6. szelvény, erős feláramlás

3

10 8

2

6

249.erős feláramlás

1

4

mélységi víz 0 -12.5

2 0

-12

-11.5

-11

-10.5

d 1 8 O [‰ ]VSMOW

-10

-9.5

-9

Összes szilárd [g/l]

Trícium [TE]

5

20

419. szelvény, erős beszivárgás és párolgás

Alföld 1:500 000 méretarányú agrogeológiai térképek és a szikes talajok térképének statisztikai összefüggés-elemzése Két származtatott változó síkjában a szikes területek helyzete

VÁGÁSOK A KVANTIFIKÁLT VÁLTOZÓK SÍKJÁBAN

1.0

.595

0.0

SO4 HOMOK CO3 -.325

CO3 KLISZT SO4 -1.0

TFAK1 - quantificated texture

-.875

-.945

AGYAG -2

-1

0

1

TTKT1 - quantificated ion type

 SZIKES □ NEM SZIKES