DEBRECENI EGYETEM Földhasznosítási, Műszaki és Területfejlesztési Intézet
Agroökológia és agrometeorológia Mezőgazdasági mérnök BSc alapszak (nappali és levelező képzés, partiumi levelező képzés)
A talaj agrometeorológiája: talajnedvesség és a talajok hőháztartása
A talajnedvesség szerepe • közvetlen kapcsolat a talaj szilárd és légnemű fázisával, a növényzet gyökérrendszerével • mennyisége, mozgékonysága és kémiai összetétele befolyásolja a talaj termékenységét
Nedvességformák a talajban I. Kötött víz
II. Kapilláris víz
III. Szabad víz
1. Szerkezeti víz (kémiailag kötött )
1. Támaszkodó kapilláris víz
1. Kapillárisgravitációs víz
2. Adszorbeált víz (fizikailag kötött)
2. Függő kapilláris víz
2. Gravitációs víz
a) Erősen kötött víz
3. Elkülönült (izolált) kapilláris víz
3. Talajvíz
b) Lazán kötött víz
4. Vízgőz
Talaj-víz-növény kapcsolatrendszerben 1. Holtvíz (HV) (növények számára nem hasznosítható, gyökér szívóerejénél erősebben kötött)
2. Hasznosítható (diszponibilis) víz (DV) (növények számára hozzáférhető)
A talajnedvesség mérése 1. Mértékegységek a) tömeg % : a talajminta grammokban kifejezett nedvességtartalma 100 g talajra vonatkoztatva
b) térfogat % : azt mutatja, hogy 100 cm3 talajban hány cm3 nedvesség van
c) mm : 1 tf% = 1 mm nedvességet jelent 10 cm vastag rétegben d) m3/ha :
1 mm vízborítás 1 ha-on = 10000 liter = 10 m3, ezért a mm-ben kifejezett mennyiséget 10-zel szorozva megkapjuk a m3/ha-ban kifejezett mennyiséget
e) víztelítettségi % (relatív víztartalom %) : adott nedvesség-
tartalomnál a pórustér hány %-a van vízzel, ill. levegővel kitöltve
2. Módszerek a) Szárítószekrényes (gravimetrikus)
Nt%
Gn − Gsz = *100 Gsz
Nt% = nedvességtartalom tömeg %%-ban Gn = nedves talajminta tömeget Gsz = száraz talajminta tömege.
b) Tenziométeres A nyomásmérés mechanikus úton történik. Mérési tartomány: 0-99 cbar. A standard tenziométerek 15-150 cm hosszúságban kaphatók.
Jet-fill tenziométerek
c) TDR (Time Domain Reflectometry) talaj-nedvesség mérők 12 cm-es vagy 20 cm-es szonda rudak volumetrikus víztartalom és öntözési menedzsment mód
d) Neutronszóródásos (γ-sugár-gyengítéses) talajnedvesség mérés Rendkívül pontos gyorsneutronok a talajban
H atomokon ütköznek
érzékelő
A visszavert lassú neutronok száma arányos a vízmolekulák számával, vagyis a talajnedvességgel.
e) Dielektromos állandó mérése a kondenzátor lemezek közötti vezetőképesség a lemezek közötti talaj nedvességtartalmával szorosan összefügg egyszerű és gyors eljárás nagy sótartalmú pl. szikes talajokon a mérés megbízhatatlan
+
-
AQUATERR talajnedvesség mérő kézi működtetésű nyomószonda a mérendő talajnedvességgel arányosan a dielektromos állandó mérhető
A talaj vízkapacitása Vízkapacitás: az a vízmennyiség, amit a talaj különböző körülmények között befogadni és/vagy visszatartani képes
• Szabadföldi (VKsz) • Maximális (VKmax) • Minimális (VKmin) VKsz ≥ VKmin • Kapilláris (VKkap) (10 cm magas oszlopban)
A talajok nedvességforgalma 1. Beszivárgás Szakaszai: 1. Felületi beázás, a talajfelszín benedvesedése, a víz összegyülekezése a felszíni egyenlőtlenségekben. 2. Gravitációs beszivárgás a nagy pórusok, repedések, a gyökér- és állatjáratok feltöltődését jelenti. Ezzel egy időben, esetleg időben kissé eltolódva történik a kapilláris beszivárgás a kisebb járatokba. 3. Beszivárgás a réteg teljes telítődése esetén, amikor a beszivárgás minimumra csökken, lassan megállapodik és gyakorlatilag egy állandó értéket vesz fel. A Horton féle beszivárgási modell
Vízbefogadás szakaszai: 1) Vízelnyelés 2) Áteresztés-vezetés Beázási profilok
A nedvesség eloszlása a talaj profilban
1=eredeti nedvességprofil, 2= közvetlenül a vízadagolás megszüntetése után, 3=a víz szétoszlása után (24 óra múlva) 4= 3nappal a beázás után; A = vályog; B= homokos vályogtalaj
A nedvesség eloszlása a talaj profilban
A talajnedvesség mélység szerinti profiljának évi menete száraz (a) és nedves (b) évjáratban
2. Száradás Oka: • evaporáció (talaj párolgása) • transzspiráció (növények párologtatása) növényzettel borított területen - evapotranszspiráció Befolyásolja: • talaj mozgékony vízkészlete és kapilláris vezetőképessége • légmozgás (szél) • felszínt érő hősugárzás intenzitása és időtartama • növényzet (faj-fajta, fejlettségi állapot, állománysűrűség)
A párolgás folyamata
A vízháztartás típusát a talajszelvényre ható input és output elemek számszerű értéke és egymáshoz viszonyított mennyisége (a vízmérlegek) alapján lehet megállapítani. Egy terület egyszerűsített vízmérlege a következő elemekből áll: [PM + Pm +RO++ROu++ CR+I] – [ET+ RO- + ROu- + DP +In] = ΔR PM= hulló csapadék
ET= párolgás
Pm= felszín közelében képződő csap.
RO-= felszíni elfolyás
RO+= felszíni hozzáfolyás
ROu-= felszín alatti elfolyás
ROu+= felszín alatti hozzáfolyás
DP= mély leszivárgás
CR= kapilláris vízemelés
In= növények által felfogott víz (intercepció)
I= öntözővíz
ΔR= a talaj /levegő rendszer vízkészletében beállt változás
A talaj vízforgalmának és vízmérlegének elemei
A talajok vízforgalmának alaptípusai: Erős felszíni lefolyás típusa
Egyensúlyi vízmérleg típusa
Kilúgozásos típus
Párologtató vízforgalmi típus
A talajok vízgazdálkodása Vízgazdálkodás
Talajtermékenység
• Termesztett növények víz- és levegőellátottsága • Talaj biológiai aktivitása • Agrotechnikai módszerek meghatározása (cél: termékenység fokozása) Pl. talajművelés, öntözés, vízelvezetés, talajjavítás
A talajok hőháztartása Szerepe: • növények csírázása, növekedése, légzése, tápanyagfelvétele • mikrobiológiai folyamatok intenzitása • tápanyagfeltáródás üteme • talajképződés folyamatainak sebessége A talaj hőmérsékletét befolyásolja: • beérkező és távozó hő egyensúlya • talaj hőtani jellemzőit kialakító tulajdonságok
A talaj hőtani jellemzői a) Fajlagos hőkapacitás (C) (egységnyi térfogatú vagy tömegű talaj hőmérsékletét 1 °C-kal emeli)
b) Hővezetőképesség (λ) (egységnyi hőm.-i gradiens esetén, a talaj egységnyi keresztmetszetű felületén 1 sec. alatt áramlik át)
c) Hőmérsékletvezető képesség (KT) –hődiffuzivitás (egységnyi hőm.-i gradiens hatására időegység alatt hány °C-kal változik meg a talajhőmérséklet)
Hőáramlás a talajban a) Hősugárzás (elektromágneses, talajfelszínen) b) Hővezetés (részecskék, hőmérsékleti gradiens) c) Hőáramlás (konvekció) (áramló folyadékkal vagy gázzal)
Érkező energia forrása:
a) napsugárzás (inszoláció): 45%-a jut le intenzitása függ: - földrajzi helyzet - tengerszint feletti magasság - lejtős területen kitettség befolyásolja: - növényi fedettség - talajfelszín színe és szerkezete b) talajban lejátszódó kémiai és biológiai folyamatok c) kéreg mélyebb rétegeiből hővezetéssel érkező geotermikus energia (geotermikus gradiens) átlagban 33 m-ként 1°C nálunk 15-20 m-ként 1°C
Hőveszteség:
- atmoszférába történő hosszú hullámhosszú sugárzás - talajfelszínről történő párolgás - mélyebb rétegekbe történő hővezetés
Hőfelvevő képesség függ:
- víz- és levegőtartalom - hővezető képesség száraz talaj: 0.05-0.4 °C cm-1 min-1 nedves talaj: 0.5-1.6 °C cm-1 min-1 - talajt borító élő és élettelen anyagok (növényzet, avar, hó) - kitettség, lejtőszög
A talajhőmérséklet napi és éves menete
-5
0
5
10
15
20
A talajhőmérséklet időbeli fáziseltolódása és mélységi profilja az év folyamán
Talajhőmérséklet mérése Talajhőmérők Cél: talajhőmérséklet különböző mélységekben való meghatározása Elhelyezési mélység alapján:
A) Felszíni talajhőmérők leolvasás naponta 6-12-18 UTC
B) Mélységi talajhőmérők leolvasás naponta 12 UTC
A talajok hőgazdálkodása Befolyásolja: • talaj szerkezete • talaj víztartalma • talaj levegőzöttsége Laza szerkezetű, levegős talaj – gyorsan felmelegszik, de gátolja az alsóbb rétegek felmelegedését és lehűlését nagy, de kis mélységig terjedő hőmérsékletingadozás Aprómorzsás felszín – csökkenti a talaj felmelegedését gátolja a gyors hőmérsékletváltozást
Különböző talajtípusok hőgazdálkodása Homoktalajok Kis belső felület Kis vízmennyiséget (150-250 mm/m) képesek visszatartani
Vályogtalajok 250-300 mm/m víz visszatartása a nehézségi erővel szemben
Agyagtalajok Nagy az abszorbeáló felület 350-450 mm/m víz visszatartása
Kicsi hővezető képesség Harmonikus hővezető Magas hővezető és hőkapacitás képesség és hőkapacitás képesség és hőkapacitás Szélsőséges hőmérsékletek kialakulása a felső talajrétegben
Kiegyenlített hőmérsékletek Leghosszabb tenyészidőszak
Hideg talajok Legrövidebb tenyészidőszak
Hőháztartási egyenleg = Rn A felszínen maradó energia felhasználása
Rn = QLE + Qt + Qlev. + QF QLE: párolgásra fordított energia (kb. 70%) QT: a talaj felmelegítésére fordított energia (kb. 10-15%) QL: a levegő felmelegítésére fordított energia (kb. 10-15%) QF: a fotoszintézisben megkötött energia (1% alatt)
Talajhőmérséklet hétköznapi alkalmazásban Izotermikus talajréteg fogalma Magyarország: 10 °C – 18-20 m mélyen Talajfagy határa vízvezeték helye
Mezőgazdasági jelentőség: • Vetési időpont – tavasz • Kelés intenzitása • Víz- és tápanyag-felvétel - folyamatos
Köszönöm a figyelmet!
