Bevezetés a digitális talajtérképezésbe PhD kurzus. 1. Bevezetés, alapfogalmak, gondolatok

Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont Talajtani és Agrokémiai Intézet Környezetinformatikai Osztály

Pásztor László: Térbeli Talajinformációs Rendszerek/ Bevezetés a digitális talajtérképezésbe PhD kurzus

1. Bevezetés, alapfogalmak, gondolatok

Budapest, Herman Ottó út 15. Tel/fax.: 36-1-356-3694 e-mail: [email protected] www.mta-taki.hu

MTA TAKI GIS Lab

Talajtani információk bevezetés, alapok • A talajról röviden

• Talajtani információk • Talajtérképek • Térbeli talajinformációs rendszerek (TTiR) • (Digitális) talajtérképezés

Talajtani információk bevezetés, alapok

Mi is a talaj? „A föld élő bőre.”

„A talaj a földkéreg legkülső, termékeny rétege.” „Térben és időben változó, háromfázisú, polidiszperz rendszer.”

Mi is a talaj? Feltételesen megújuló természeti erőforrás, amely központi helye a biogeokémiai körforgásnak, így az anyag és energiaáramlásnak. A talaj a földkéreg legkülső multifunkcionális része, mely különböző tulajdonságokkal, tulajdonságegyüttesekkel és funkciókkal bír. A többi természeti erőforrás integrátora.

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek

bioszféra

atmoszféra

pedoszféra

litoszféra

hidroszféra

Talajtani információ TÁRSADALMI ELVÁRÁSOK

talajfelvételezések,  talajtérképek,  térbeli talajinformációs rendszerek,  talajföldrajzi adatbázisok 

igények folyamatos növekedése

Talajtani információ TÁRSADALMI ELVÁRÁSOK

Felhasználás

(mező)gazdálkodás,  földértékelés,  szaktanácsadás,  területi tervezés  vízgazdálkodás  környezetvédelem,  … 

gazdálkodással kapcsolatos  lehetőségek,  korlátok,  problémák degradációs folyamatok  detektálása,  előrejelzése,

Talajtani információ TÁRSADALMI ELVÁRÁSOK

Felhasználók

gazdálkodók,  tervezők,  döntéshozók,  hivatalnokok,  mérnökök,  kutatók  oktatók  hallgatók  ... 

Talajtani információ Talajtani adatbázisok beépülnek: földhasználati és vidékfejlesztési programokba,  agrár-környezetvédelmi programokba,  környezeti modellezésbe,  környezeti erőforrás felmérésbe,  kockázatbecslésbe  etc. 

Talajtani információ

TALAJFUNKCIÓK

TALAJTULAJDONSÁGOK

TALAJFOLYAMATOK

TALAJKÉPZŐDÉS TÉNYEZŐI

Információk: a talaj funkcióiról a talajról a talajfolyamatokról a talajt befolyásoló környezeti tényezőkről az érintett ökoszisztémákról. Várallyay, 1994.

Talajtani információ A talaj sokoldalú funkciói (a)

Feltételesen megújuló természeti erőforrás.

(b)

A többi természeti erőforrás (sugárzó napenergia, légkör, felszíni és felszín alatti vízkészletek, biológiai erőforrások) hatásának integrátora, transzformátora, reaktora. Ily módon biztosít életteret a talajbani élet-tevékenységnek, termőhelyet a természetes növényzetnek és termesztett kultúráknak.

(c)

A primér biomasszatermelés alapvető közege, a bioszféra primér tápanyagforrása.

(d)

Hő, víz és növényi tápanyagok (és – kényszerből – hulladékok) természetes raktározója.

(e)

A talajt (és terresztris ökoszisztémákat) érő, természetes vagy emberi tevékenység hatására bekövetkező stresszhatások puffer közege.

(f)

A természet hatalmas szűrő- és detoxikáló rendszere.

(g)

A bioszféra jelentős gén-rezervoárja, a biodiverzitás nélkülözhetetlen eleme.

(h)

Földtörténeti és történelmi örökségek hordozója. Várallyay, 1997.

Talajtani információ

A talaj sokoldalú funkciói Larson and Pierce, 1991

Harris et al., 1996

•

Serve as an environmental filter and buffer in the immobilization and degradation of environmentally hazardous compounds

•

nutrient relations

•

water relations

•

Provide a medium for plant growth and biological activity

•

toxicant relations

•

Regulate and partition water flow and storage in the environment

•

pathogen relations

•

rooting relations

•

aesthetic relations

•

physical stability

Karlen et al., 1994 •

Water entry, retention and supply

•

Resistance to stress and disturbance

•

Plant growth

Dailey, 1997 •

Buffering & moderation of hydrological cycle

•

Disposal of wastes and dead organic matter

•

Physical support

Doran & Parkin, 1994

•

Retention and delivery of nutrients

•

Sustain plant & animal productivity

•

Renewal of soil fertility

•

Maintain or enhance water & air quality

•

Regulation of elemental cycles

•

Support human health & habitation

Seybold et al., 1997 •

Sustain biological activity, diversity, & productivity

•

Providing support for socioeconomic structures

•

Protection of archeological treasures associated with human habitation

•

Water and solute flow

•

Filtering & buffering of contaminants

•

Nutrient cycling

A talaj sokoldalú funkciói

Talajtani információ

Ökológiai: Biomassza termelés A környezet és az ember védelme Gén rezervoár Nem ökológiai: Fizikai alapközeg Nyersanyag forrás Földtani és kulturális örökség őrzője

Regional Environmental Center for Central and Eastern Europe (REC)

http://soilquality.org/

Tápanyag körforgalom (Nutrient cycling)

A biodiverzitás és élőhelyek biztosítása (Maintaining biodiversity and habitat)

Vízforgalom szabályozása (Water relations)

Szűrő és puffer közeg

Helybeni szolgáltatás

Távolban kifejtett hasznot hajtó szolgáltatás

• Tápanyagszolgáltatás növények számára • A szén megkötés számos talajfunkciót javít

• Víz és levegő minőség javítása • A N és C megkötése csökkenti az üvegházhatású gázok kibocsájtását

• Mind a szántóföldi kultúrák, a füves élőhelyek és az erdők növekedését biztosítja • Növeli a stresszel szembeni ellenállást és rugalmasságot • Csökkenti Reduces pesticide resistance

• Segít fenntartani a genetikai sokféleséget • Támogatja a vadonélő fajokat és csökkenti a kihalási rátát • Javítja a táj esztétikáját

• Erózió kontroll • Kisvízgyűjtők víz utánpótlása • Víz hozzáférés a növények és állatok számára

• Árvíz és üledék kontroll • Talajvíz utánpótlás

• Sók, fémek, mikrotápanyagok szintjének a növények és állatok számára tolerálható tartományban tartása

• Javítja a víz és levegő minőséget

• Növények növekedésének közege • Épületek, utak alapja

• Régészeti emlékek őrzése • Hulladék raktározás

• Fenntartja a produktivitást

• Fenntartja vagy javítja a levegő és/vagy víz minőséget

(Filtering and buffering)

Fizikai támasz (Physical stability and support)

Összetett funkciók (Multiple functions)

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek (EU) Talajvédelmi Stratégia Talajdegradációs folyamatok (Európában)

Víz vagy szél okozta erózió

Szerves- anyagkészlet csökkenése



Nitrát Direktíva,



Víz Keretirányelv,



Kedvezőtlen Adottságú

Tömörödés, szerkezet-leromlás

Területek Lehatárolása,

Biodiverzitás csökkenése



Árvíz Irányelv,



belvíz és EurópaiÁrvíz, Ökoszisztéma talajcsúszás

Szolgáltatások Felmérése 

Talajszennyeződés (pontszerű és diffúz) Talajfedés

…

Szikesedés

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek talaj/környezet/fenntarthatóság

Soil quality, soil health, soil security,

bioszféra

atmoszféra

pedoszféra

…

litoszféra

hidroszféra

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek elvárt információ folyamatok

rendszerek

környezeti és antropogén hatások

talajképző tényezők

talajképződés

t = t0 t

rendelkezésre álló információ

talajfejlődés/degradáció

Tápanyag körforgalom: ...  üvegházhatású gáz mérlegek,  ... 

Szűrő és puffer közeg: ...  Helicobacter pylori,  Radon,  ... 

Talajtani információ Vízforgalom szabályozás: ...  árvíz,  belvíz,  aszály,  öntözés,  ... 

A biodiverzitás és élőhelyek biztosítása : ...  szarvasgomba,  földikutya élőhely,  habitat fragmentáció  ... 

Talajtani információ SZOLGÁLTATÁSOK x, y

FUNKCIÓK LEVEZETETT TULAJDONSÁGOK

FOLYAMATOK

t ELSŐDLEGES TALAJTULAJDONSÁGOK/ OSZTÁLYOK

bioszféra

atmoszféra pedoszféra

litoszféra

z

hidroszféra

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek •

térben folytonos/pedon

•

fizikai/kémiai/biológiai

•

indikáció/pedotranszfer

•

tulajdonság/tulajdonság csoport/asszociáció/heterogenitás

•

érvényesség/support/kiterjesztés

•

pont minta/átlag minta/pedon

•

genetikus/diagnosztikus jellemzés

•

„lokális”/”globális” nyelven

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek térben folytonos/pedon

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek fizikai/kémiai/biológiai

Talaj szemcse Víz Gyökér Levegő

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek indikáció/pedotranszfer

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek elsődleges/másodlagos talajtulajdonság; funkció és/vagy folyamat

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek tulajdonság/tulajdonság csoport/asszociáció/heterogenitás

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek érvényesség/support/kiterjesztés

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek pont minta/átlag minta

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek genetikus/diagnosztikus jellemzés

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek „lokális”/”globális” nyelven

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek az adatgyűjtésnek „ára” van

Talajtani információ

Talajtani információ A talajvédelmi tervek mintavételezésének általános szabályai Minden terv esetében kötelező eltérő talajfoltonként talajszelvényt feltárni és bolygatott talajmintát venni, de a terv fajtájától függ, hogy a mintavétellel legfeljebb 5 vagy 10 hektárt jellemezhető. Talajvédelmi terv specifikusan kötelező eltérő talajfoltonként, de legalább 5 hektáronként a kijelölt parcella átlója mentén 20 részmintából képzett átlagmintát vagy a szelvényfeltárásból bolygatatlan, illetve talajvíz mintát venni. Talajmintákból minden terv esetében vizsgálandó paraméterek: - humusztartalom (%), - fizikai féleség (kötöttség vagy leiszapolható rész), - kémhatás pH (H2O, KCL), - összes karbonát tartalom (CaCO3 %) vagy hidrolitos aciditás (y1), - vízben oldható összes sótartalom (%). Talajvédelmi terv specifikus laborvizsgálatok: - fenolftalein lúgosság - tápanyag-ellátottság - báziscsere - mechanikai összetétel - térfogattömeg - PF sor - összes toxikus elemtartalom - szerves szennyezők vizsgálata - kicserélődési savanyúság (y2) - összes karbonát tartalom (CaCO3 %) - talajvízvizsgálat - hígtrágya vizsgálat - szennyvíz, szennyvíziszap vizsgálat

Talajtani információ A talajvédelmi tervek adatainak használhatósága „a talajvédelmi terv készítésének részletes szabályairól” szóló 90/2008. (VII. 18.) FVM rendelet 4. § kimondja, hogy „A talajvédelmi tervben szereplő talajtani adatokat a talajvédelmi hatóság a talajtani adatbázisában rögzíti.” Eljárási adatok

Szelvényleírások és laboradatok a szelvények helyének és a vizsgált terület sarokpontjainak EOV koordinátái VIZGYÁZAT CÉLSPECIFIKUS VIZSGÁLAT! A mintavételi helyszín kiválasztásának, a mintavétel és az adatok térbeli kiterjesztésének módszerét a talajvédelmi terv típus „specifikus kérdése” határozza meg.

Talajtani információ Talajvédelmi terv készítése szükséges a következő esetekben a) a savanyú, a szikes és a homoktalajok javításához, b) a mezőgazdasági célú tereprendezéshez, c) szőlő, gyümölcs, bogyós gyümölcs, illetve - ha jogszabály úgy rendelkezik - egyéb ültetvények telepítéséhez, d) a termőföldön történő, 400 m2-t meghaladó beruházások megvalósítása során a humuszos termőréteg mentéséhez, e) a mezőgazdasági célú hasznosítást lehetővé tevő rekultivációhoz, újrahasznosításhoz, f) az öntözéshez, g) a hígtrágya termőföldön történő felhasználásához az állattartás során keletkező egyéb szervestrágya kivételével, h) a szennyvíz és szennyvíziszap mezőgazdasági felhasználásához, i) a mezőgazdasági területek vízrendezéséhez, j) a nem mezőgazdasági eredetű, nem veszélyes hulladékok termőföldön történő felhasználásához, k) az erózió elleni műszaki talajvédelmi beavatkozások megvalósításához. • elenyésző

mennyiségben készül • erősen helyspecifikus, • ismétlődő a tervek döntő többsége

Talajtani információ

Talajtani információ szelvény/fúrás

gyűjtött

talajtérkép

Térbeli kiterjesztés

elvárt

Talajtani információ -Tulajdonságok származtatása pedotranszfer függvények -Folyamatokra és funciókra vonatkozó információk származtatása környezeti modellek

tematikus származtatás (property inference) gyűjtött

elvárt

Talajtani információ

Talajtani információ szelvény/fúrás

talajtérkép

A térképektől elvárt alapvető gyakorlati haszon a

térbeli predikció: Bizonyos talajtulajdonság becslése egy terület bármely pontjára vonatkozóan ismert helyeken mintázott értékek alapján. # Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y # Y # Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

Térbeli kiterjesztés

# Y

# Y # Y

# Y

Talajtérkép szelvény/fúrás

talajtérkép Tradicionális eszköz

hagyományos talajfolt térkép A térképezendő területet olyan diszjunkt egységekre bontja, amelyeken belül a talaj változékonysága kisebb, mint a teljes térképezett területre vonatkozóan. # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y # Y # Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

Térbeli kiterjesztés

# Y

# Y # Y

# Y

Talajtérkép szelvény/fúrás

talajtérkép

Térbeli becslést nyújtó, modern térinformatikai és matematikai (geostatisztikai, fuzzy, adatbányászati) módszerek

DSM

# Y # Y # Y

# Y # Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y # Y # Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y

# Y # Y

Térbeli kiterjesztés

# Y

# Y # Y

# Y

Talajtérkép

Talajtérkép A tradicionális talajfolt térképek továbbra is igen elterjedtek, mivel: A felhasználók többsége számára ezek nyújtják a legkönnyebben interpretálható eredményeket (vizualitás és egyszerűség).  Pontosságuk is növelhető a modern eszközökkel. 

Talajtérkép (i) elsődleges talajtulajdonságok vagy osztályok

(ii) másodlagos talajtulajdonságok, elsődleges talajtulajdonságokból levezetve

(iii) talaj funkciók és/vagy -folyamatok talajtulajdonságok és egyéb külső információk alapján származtatott

Talajtérkép Talajtérkép1: elsődleges talajtulajdonságokat vagy osztályokat bemutató talajtérkép

tradicionális térkép talajfoltok

a mért/megfigyelt értékek speciális térbeli kiterjesztése

felvételezés

Talajtérkép Talajtérkép1: elsődleges talajtulajdonságokat vagy osztályokat bemutató talajtérkép tradicionális térkép talajfoltok

a mért/megfigyelt értékek speciális térbeli kiterjesztése

Talajtérkép Talajtérkép2: másodlagos talajtulajdonságokat bemutató talajtérkép:

a mért/megfigyelt értékek speciális térbeli kiterjesztése és tulajdonságok származtatása pedotranszfer függvények vagy környezeti modellek formájában

felvételezés

Talajtérkép Talajtérkép2: másodlagos talajtulajdonságokat bemutató talajtérkép:

Funkcionális talajtérkép (FTT): talajfunkciókat és/vagy folyamatokat bemutató „talaj”térkép

Talajtérkép

A talaj egyes funkcióival, illetve (degradációs) folyamataival kapcsolatos talaj jellemzők regionalizálása révén áll elő

tulajdonságok származtatása környezeti modellek formájában elsődleges másodlagos környezeti talajtérképek talajtérképek tényezők felvételezés

Funkcionális talajtérkép (FTT): talajfunkciókat és/vagy folyamatokat bemutató „talaj”térkép

Talajtérkép

Talajtérkép

A „TALAJTÉRKÉP” nem létezik!

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek INTERFÉSZ

Bemenő adatok Talaj paraméterek (kvalitatív/ kvantitatív, mért/becsült, módszer …) Térbeli jellemzők (talajfolt, szelvény sűrűség, reprezentativítás, szelvény mélység …)

Lehetőségek

pedotranszfer, korreláltatás, egyszerűsítés, származtatás, interpoláció, döntés, …

Eredmény térképek Talaj paraméterek (kvalitatív/ kvantitatív, mért/becsült, módszer …) Térbeli jellemzők (talajfolt, szelvény sűrűség, reprezentativítás, szelvény mélység …)

Elvárások

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek Nem független tematikus és térbeli megfontolások +

Egy levezetett (digitális) (talaj) térkép pontossága/megbízhatósága: • nyers alapadatok pontossága ++ • levezetett adatok tematikus + ++ származtatásának pontossága • térbeli származtatás pontossága ++ + + I (xi; pi) (térbeli felbontás és reprezentativitás)

+ + + + ++ + + + + + + ++ + + + δ{ + + + + ++ + + + ++ + + + + + + + + ++ + ++ + + +

Ibecsült (x; p[ptematikus; ptérbeli])

a tematikus és térbeli pontosságot meghatározó tényezők közti kompromisszum az optimális eredmény elérése érdekében.

Talajtérkép tematika, tulajdonság, paraméter, …

Talajtérkép lépték, kiterjedés, térbeli felbontás …

Talajtérkép minőség, pontosság, megbízhatóság …

Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek

tematika, tulajdonság, paraméter, …

lépték, kiterjedés, térbeli felbontás, …

minőség, pontosság, megbízhatóság, …