A talajnedvesség mérése és modell alkalmazása
Dr. Rajkai Kálmán MTA ATK TAKI, Budapest
Az előadás tartalmi vázlata • • • •
Miért érdekes a talajnedvesség? Talajnedvesség definíciója, mértékegységei; Talajnedvesség-mérés módszerei; Talajnedvesség adatok értékelése: esettanulmányok; • Összegzés
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
A talajnedvesség-tartalom ismeretében becsülhető • Talajnedvesség-potenciálja a pF-görbe alapján; • Növények vízellátása, a talajnedvesség növényi felvehetősége; • Talajréteg nedvességkészlete (mm víz); • Öntözés szükségessége és az öntözővíz mennyisége; • Talajnedvesség-alakulás folyamat-modelljének referenciaértéke. 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Talajnedvesség-tartalom és mértékegységei 1./ A talajban lévő víztömeg száraz talajtömeghez viszonyított %-os mennyisége tömeg % (Mg/Mg). Jele: w
2. / Az egységnyi talajtérfogatban lévő víztérfogat %-os mennyisége térfogat % (m3/m3). Jele: θ = w·ρ ahol ρ térfogattömeg 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Talajnedvesség-tartalom jellemzők: • Normális eloszlású véletlen mintavétel; • Környezeti hatásokra változik; • Talajra jellemző változásának mértéke és sebessége; • Talajfolyamatok irányát és intenzitását jellemzi.
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Talajnedvesség-tartalom mérése 1. Helyszíni mintavétel laboratóriumi mérés; 2. Helyszíni mérés; labororatóriumi kalibráció; Eszközök: 1. Talajfúró, nedvességedény, szárítószekrény, mérleg; 2. Nedvességmérő készülék; szárítószekrény
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Elektromos talajnedvesség-mérés • Alapja a víz dielektromos állandója: 81, a száraz talajé pedig 3-8; • A nedves talaj permittivitása Ka >20 MHz mérési frekvencián: 44-46; • Általánosan elfogadott θv és Ka összefüggése; vagy a mérőjel θv-től függő megváltozása (FD) 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Elektromos talajnedvesség-mérés „hibája” • Térfogat alapú nedvességtartalmat mér; • Nem kizárólag a talajnedvességet, hanem a gyökérét és a szerves anyagét is méri; • Talajhézagok jelentősen csökkentik a mért nedvességtartalmat; • Talaj duzzadása/zsugorodása jelentősen befolyásolhatja a mért értéket.
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
A BR-150 típusú FD-szonda MTA TAKI fejlesztés (1986)
1. Talajba helyezett, 4 cm külső átmérőjű, alulról zárt műanyag ‘béléscső’ 2. 15 cm távolságban a mérő elektródák 3. Nedvességérték digitális kijelzője Andrén O., K. Rajkai and T. Kätterer (1991): A non-destructive technique for studies of root distribution in relation to soil moisture. Agriculture Ecosystems & Environment, 34, 269-278. 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Talajnedvesség-profil idősor és a talajvízkészlet alakulása ALBERTIRSAI LÖSZGYEP 500
VKSz 400
Talajvízkészlet (mm)
Közel természetes löszgyep, műszer Degradált löszgyep, műszer 300
Közel természetes löszgyep, szárítószekrény Degradált löszgyep, szárítószekrény 200
1990
HV 100
Mi az eltérés oka? 0 Ápr. 7.
Máj. 7.
Jun. 4.
Júl. 3.
Aug. 2.
Aug. 31.
Mérés és mintavétel dátuma
Talajszelvényben mért nedvességtartalom-értékekből a talajszelvény vízkészlete számítható 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Elektromos talajnedvesség-mérő Típus:CS-615
Kalibrációs függvény
Gácsi Zs. 2000. Talajvízszint észlelés, mint hagyományos, s a vízforgalmi modellezés, mint új módszer alföldi erdeink vízháztartásának vizsgálatában. PhD értekezés, NyME. 128 oldal. 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
A talajnedvesség-tartalom mérése Elhelyezés CS-615
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Homoktalaj nedvességtartalom idősora erdei fenyves alatt, Bugac, 1999.
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
A talajvízkészlet csapadékmentes időszakokban mért változása és a változásból számított ET Erdei fenyves, Bugac
mm 160
1999 35
6 8 5 5 7
6 13
16 12 nap
140 120 100
1.2
03.09
0.9 1.1
2 1.7 5.1
06.17
1.5 1
0.2 0.2 mm/nap ET
09.25
01.03
ET = ∆ W ≈ 1.55 mm/nap, kb. 310-350 mm/1999. év 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Kocsánytalan tölgyes eltérő aljnövényzetű termőhelyeinek vízforgalmi jellemzői • Völgyfő; 90 éves elegyetlen Ktt ,450-600 m.
• Alapkőzet: 30o dőlésszögű agyagpala, mészkő beágyazódással. • Talaj: erodált agyagbemosódásos barna erdőtalaj. • Nedves (V2) és száraz (V4) aljnövényzeti típusú termőhelyek a növényfajok nedvesség és hőmérsékleti igénye alapján elkülönítve. Standovár T. and K. Rajkai 1994. Herbs as soil moisture indicators within a Sessile Oak stand. Abstracta Botanica 18. 71-78. 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Aljnövényzetileg különböző talajfoltok mért és származtatott talajjellemzői Talaj réteg cm
2016.12.06.
Vízvezető képesség cm∙nap-1 Ksm Ks
0-40 40-70
54 290
0-10 10-40
605 375
van Genuchten-függvény paraméterek
θs V2 termőhely 12 75.9 43 48.5 V4 termőhely 82 53.3 98 48.5
θr 0.0 0.22
α
n
3.395 1.19 0.007 1.52
0.1 0.0004 1.31 0.22 0.007 1.52
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Meteorológiai jellemzők • Léghőmérséklet OMSz állomás, Eger (14 km) • Csapadék Erdészeti állomás, Mákszem (1 km)
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
V2 és V4 termőhely mért és modellezett talajnedvesség értékei
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
V2 és V4 termőhely modellezett erdőklíma és talajtakarás értékei Klíma és talaj paraméter
V2 termőhely
V4 termőhely
Árnyékolás Légnedvesség Talajtakarás
Nov.1.-Ápr.1. 0.6 60 0.1
Nov.1.-Ápr.1. 0.4 50 0.3
Árnyékolás Légnedvesség Talajtakarás
Ápr.1.-Máj.10. 0.8 80 0.2
Ápr.1.-Máj.20. 0.6 60 0.6
Árnyékolás Légnedvesség Talajtakarás
Máj.11.-Jún.1. 0.9 85 0.7
Máj.21.-Okt.31. 0.6 60 0.6
Rajkai K. és Standovár T. 2006. Mért és becsült vízforgalmi jellemzők kocsánytalan tölgyes eltérő aljnövényzetű termőhelyein. pp. 139-150. in Kalapos T. (szerk.) Jelez a flóra és a vegetáció. A 80 éves Simon Tibort köszöntjük. Scientia, Budapest. 2016.12.06. 42. Meteorológiai Tudományos Napok
Talajnedvesség-tartalom alakulása bükkerdei lékekben
Gálhidy László, Mihók Barbara, Hagyó Andrea Rajkai Kálmán és Standovár Tibor 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Mérőhelyek Királyrét, 86 éves kezelt bükkös
Magasság: 540-610 m.
Talaj: andezit málladékon erősen erodált ranker és agyagbemosódásos barna erőtalaj. Átlagos talajmélység: 20 – 40 cm Feladat A bükkerdő talajának és az erdőben nyitott lékek talajnedvesség-tartalom dinamikájának megállapítása. 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
Nedvességmérés a nagy és a kis lékben Nagy lék Átmérő: 32-40m
Kis lék Átmérő: 20m 20 15
15
10
10
5 0
5
-5
0
-10 -5
-15
N = 81
N = 152
20 15 10
2016.12.06.
5
0
-5 -10 -15 -20
-20
15
10
42. Meteorológiai Tudományos Napok
5
0
-5
-10
-10 -15
A talajnedvesség-mérő Típus: MCM102
Kalibrációs függvény
Gálhidy, L., Mihók, B., Hagyó, A., Rajkai, K., and Standovár, T. 2006. Effects of gap size and associated changes in light and soil moisture on the understorey vegetation of a temperate deciduous forest. Plant Ecology. 183. (1), 133-145. 2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
20 15 10 5 0 -5 -10 -15
42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2
Talajnedvesség mintázat a lékekben. 2002. Július 30. és 31.
42. Meteorológiai Tudományos Napok 15
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
-20
42
10
40 38 36 34
5
32 30 28 26
0
24 22 20 18 16
-5
14 12 10
2016.12.06. 15
10
5
0
-5
-10
-10 -15
Soil water content, V/V%
Nagy lék, Királyrét 35 30 25
Stand Gap edge Gap centre
Talajnedvesség dinamika 2002-ben a királyréti bükkösben és lékeiben.
20 15 10 5 0 07.15.
07.30.
08.27.
09.11.
10.03.
Hagyó A. és Rajkai K. 2004. A talajnedvesség-tartalom alakulása egy bükkös erdőben és a benne kialakított lékekben. Agrokémia és Talajtan. 53. 17-34.
Soil water content, V/V%
Kis lék, Királyrét 35 30 25
Stand Gap edge Gap centre
20 15 10 5 0
07.12
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
07.31.
08.23
09.05
10.04
A talajnedvesség évszakos változása bükkerdőben és bükkerdei lékekben • A lékekben talaj a nedvesebb, mint az erdő alatt; • A lék és az erdő határán átmeneti talajnedvességű zóna alakul ki; • A lékekben a talajnedvesség-tartalom átlagértéke, és a szórása is jelentősen nagyobb az erdő alatt mértnél.
Köszönöm megtisztelő figyelmüket!
2016.12.06.
42. Meteorológiai Tudományos Napok
