ELÕADÁS ÁTTEKINTÉSE TALAJ ÉS VÍZ, MINT KÖRNYEZETI ELEMEK TALAJ ÉS FÖLDVÉDELEM A természeti tényezõk és a szárazulatok felszínének összefüggései A talajok kialakulása és alaptípusai A talaj és víz kapcsolata, vízformák a talajban A talajerózió formái és az ellenük való védekezés A talajok elszennyezése és a szennyezések felszámolása
A vízerózió formái Erózió: a víz által okozott talajrombolás
1. természetes: mindig zajlott, és zajlik 2. gyorsított (antropogén eredetû) • felszíni o csepp erózió: a vízcsepp energiájának a talaj felszínére gyakorolt romboló, tömörítõ hatása o Lepel erózió: a lejtõn összefüggõ lepelként lecsúszó víz talajszemcséket, kolloidokat, és tápanyagokat szállít magával o Barázdás: még átmûvelhetõ méretû (10-40cm) barázdák keletkeznek o Árkos: 40 cm-nél mélyebb árkok jelennek meg a területen
• bemosódásos (rejtett). A talaj felszínérõl a mélyebb rétegek felé zajlik látens módon. • vízmosás: A táblát véglegesen kettéosztó több méter mély szakadékos árok (fej, torok katlan, láb, hordalékkúp).
A talajerózió formái és az ellenük való védekezés
A talajdegradáció jelei § § § § § § § §
Vízerózió, defláció Savanyodás és annak következményei Káros só felhalmozódás, szikesedés A talaj vízgazdálkodásának kedvezõtlen irányú megváltozása Talaj tömörödés, levegõtlen talajviszonyok Talajélet romlása, vagy kedvezõtlen mikrobiológiai folyamatok beindulása (biológiai degradáció) A talaj tápanyag szolgáltató képességének romlása A talaj puffer kapacitásának csökkenése, káros anyagok, mérgek felhalmozódása
A víz erózió számokban Föld: 1,1 milliárd hektár
Európa: 115 millió hektár Magyarország: 3 millió hektár Elhordott talaj/év/ha •Enyhe erózió:
<40t
•Közepes erózió: 40-100t •Erõs erózió:
>100t
Talajpusztulás: 1 mm = 14 t Tápanyagveszteség 0,75-2 t humusz vagy 1,2-3,5 t NPK mûtrágya Terméscsökkenés: 20-80%
Védekezés az erózió ellen
Víz- és szélerózió Magyarországon
1. mûszaki talajvédelem 2. agrotechnikai talajvédelem Mûszaki védelem: • lejtõszög o lépcsõzés o hullámosítás •sövénysor, fasor •felszínkötés •táblaméretek •utak •csatornák
Agrotechnikai védekezés: • szintvonalas mûvelés, • váltva forgató ekével való felfelé forgatás • talajvédõ vetésforgó • növénysûrûség (megemelt tõszám) • bõséges tápanyag utánpótlás • talajlazítás • sávos vetés • másodvetések • szántás utáni hengerezés Forrás: Stefanovits-Duch
1
A talajeróziót kiváltó és befolyásoló tényezõk
Az éves átlagos talajpusztulás becslése
Kiváltó tényezõk: Csapadék Cseppnagyság Beesési szög Intenzitás (mm/h) Idõtartam
A képlet Wischmeier (1959) nevéhez fûzõdik:
A = R * K * L * S * C * P, ahol:
Hó csapadék Mennyiség (cm, vagy vízegyenérték) Olvadás ideje, Olvadás gyorsasága
A= R= K= L= S= C= P=
Lejtõ Szöge (meredeksége) Hossza Alakja: egyenes, kihajló, behajló Kitettsége (Északi és Déli kitettségek a leginkább eltérõek) Befolyásoló tényezõk: Talaj
egységnyi területre számított évi átlagos talajveszteség; a helyileg várható záporok erózió-potenciálja; a talaj erodálhatóságát kifejezõ tényezõ; a lejtõhosszúság tényezõje; a lejtõhajlás tényezõje; a növénytermesztés és gazdálkodás tényezõje; a talajvédelmi eljárások tényezõje.
nedvességi állapota vízgazdálkodása szerkezete, fagyossága
Talajaink vízgazdálkodása
A tolerálható talajveszteség (T érték) mértéke
Szélsõséges Szerzõ(k)
Növényzet/talaj
T érték
Rossz
Foster és Wischmeier (1974)
természetes
0,25-1,48 t*ha1*év-1
Soil Conserv. Society (1985)
természetes
max. 11 t*ha-1*év-1
természetes
12,5 t*ha-1*év-1
Dazzi et al. (1998) Sparovek et al. (1998)
1 m vastag talaj
0,2 mm*év-1
Schwertmann et al. (1987) Talaj mélysége < 30 cm
1 t*ha-1*év-1
T érték
30-60 cm 60-100 cm > 100 cm
3 t*ha-1*év-1 7 t*ha-1*év-1 10 t*ha-1*év-1
Közepes Jó
Forrás: Centeri Cs.
Forrás: Varga Csaba Vízgazdálkodási ismeretek
Talajaink szervesanyag készlete
Magyarország talajainak erodáltsága
t/ha <50 50-100 100-200 200-300 300-400 >400 Forrás: Varga Csaba Vízgazdálkodási ismeretek
Nem Kissé Közepesen Erõsen Lerakás Forrás: Varga Csaba Vízgazdálkodási ismeretek
2
Az erózió mérséklése a lejtés mértékéhez igazított mûvelési ág választással • Szántó: • Szõlõ-gyümölcs:
Szántóföldi mûvelésre való alkalmasság
1-5% = sík 5-12% = enyhe lejtõ 12-17% teraszolás nélkül 17-25% teraszolással
• Erdõ: o ártéri erdõ o dombvidéki erõ
Nem szántó
0% 0-30%
Legalkalmasabb Kevésbé Legkevésbé Forrás: Varga Csaba Vízgazdálkodási ismeretek
Táblásítás az erózióvédelem eszközeként • Szintvonallal párhuzamos hosszanti oldal, amely egyben a mûvelési irányt is jelenti • Téglalap alak (paralelogramma és trapéz is lehet 60°-nál nem hegyesebb szögekkel) • Homogén talaj • A jó tábla egésze azonos kitettségû • A jó tábla egyenletes esésû
Talajvédõ növényállományok Mikor megfelelõ a növényzet védõ hatása? • Egyenletes állománysûrûség, • Jó árnyékolás (LAI 3,5-4 m2/m2), • Hosszú tenyészidõ. Mely kultúrák, milyen védelmet nyújtanak? Jók: évelõ pillangósok, pillangósok, gyepek, Közepesek: õszi kalászosok, repce, takarmánykeverékek, tavaszi kalászos növények. Gyenge: tavaszi kapás növények (dohány, kukorica, burgonya, napraforgó), borsó, bab, szója, bükköny.
A talajmûvelés, mint az erózió mérséklésének eszköze A forgatásos mûvelés kerülése. Helyette forgatás nélküli mûvelés bevezetése. – Szintvonalas mûvelés – Talajlazítás – Hengerezés
Idegen kifejezések a talajkímélõ mûvelési módokra: – – – – – – –
Minimum tillage, reduced tillage, conservation tillage No tillage, ridge tillage, strip tillage, mulch tillage.
Az erózió elleni védekezés erdészeti beavatkozásokkal • Erdõsítés, felújítás: ahol a legnagyobb az eróziós veszély, mert az erdõk védik a leghatékonyabban az ilyen talajokat. • Talajvédõ cserjesávok, sövények, véderdõk: a szántóterület lejtõinek megszakítására szolgálnak, ahol a víz mozgása lelassul a kritikus sebesség alá. • Vízmosáskötés: a kialakult vízmosások továbbfejlõdésének lassítása, vagy megállítása a cél. • Rekultiváció: felhagyott bányagödrök rézsûinek betelepítése cserjékkel, majd fákkal.
3
Defláció, a szél talajrombolása számokban Föld: 550 millió hektár Európa: 42 millió hektár Magyarország: 1-1,5 millió hektár
A defláció elleni védekezési módok: • mezõ védõ erdõsávok • uralkodó szél irányára merõleges talajmûvelés • agrotechnikai védekezési módok o mûveletek számának csökkentése o tenyészidõ kinyújtása o másodvetés o szármaradványok helyben hagyása o kelesztõ öntözés o talajvédõ öntözés
A talajaink érzékenysége savas terhelésekre • A savanyodásért felelõs környezeti tényezõk: – légköri szennyezések okozta savas kiülepedés és savas esõk – mûtrágyázás savanyító hatása
• Talajaink érzékenysége: – Nem érzékenyek: karbonátos talajok – Érzékenyek: a csökkent karbonát tartalmú, semleges kémhatású talajok – már nem érzékenyek: az erõsen elsavanyodott talajok
A magyarországi talajok savasodással szembeni érzékenysége
A talajok elsavanyodásának mérséklési lehetõségei 1. Fosszilis tüzelõanyagok kén tartalmának csökkentése. 2. Füstgázok emissziójának csökkentése •száraz eljárás: mészkõvel (CaCO3) (kéndioxid kivonás hatékonysága 50-70 •nedves eljárás: CaCO3/CaO szuszpenzióval (90-95 %-os hatékonyság) 3. Okszerû mûtrágya felhasználás •Csak a tervezett termésszinthez szükséges tápanyagok kiadagolása •Savanyító hatású mûtrágyák elhagyása
Forrás: Várallyay
A talaj tömörödését befolyásoló tényezõk
A tömör talaj következményei
Éghajlati tényezõk Talajtényezõk • Talajszerkezet • Agyagásványok • Szervesanyagok • Kicserélhetõ kationok •Müvelésmódok •Nedvességtartalom •Talajélet, és talajlakók száma •Tömörödési hajlam
• Nedvességállapot változása • Víz halmazállapot változásai • Csapadékmennyiség, és intenzitás • Kipárolgás
Talajhasználat • Vetésforgó • Gépesítettség színvonala • Mûvelési rendszer (hagyományos, forgatás nélküli) • Ápolás, növényvédelem • Betakarítás és szállítás
• • • • • • • • •
A víz, levegõ- és hõháztartás romlik A szerves anyag lebontási folyamatok lassulnak A humuszbontó folyamatok erõsödnek, A növények gyökérlégzése, tápanyag- és vízfelvétele csökken A talajok megmûvelése több energia befektetést igényel, A talaj termékenysége csökken A talajélet intenzitása csökken A talaj kultúrállapota romlik Az eróziós és deflációs veszély növekszik
4
A talajok elszennyezése és a szennyezések felszámolása
Nemzeti Kármentesítési Program
A talajszennyezõdés legfontosabb forrásai (Vermes, 1996 nyomán)
Pontszerû
Nem pontszerû Természetes eredetû
• Ásványi lelõhelyek • Geológiai formációk
• Természetes (pl. vulkáni) eredet nedves és száraz kiülepedés a légkörbõl • Árvizek, elöntések, nagy esõk • Erõs szelek • Természetes radioaktív sugárzások
Emberi (antropogén) eredetû • Szennyvizek, szennyvíziszapok hígtrágya • Hulladékok (folyékony, szilárd, nem toxikus, toxikus) • Termelési (ipari) emissziók
• Légszennyezésbõl ered száraz és nedves kiülepedés • Mezgazdasági vegyszerek: mûtrágyák, növényvédõszerek • Közlekedés • Atomrobbantások
Talaj remediálás (gyógyítás) módszerei 1. Helyben (in situ) végzett – Fizikai – Kémiai – Biológiai (pl. fitoremediáció) 2. Kitermeléssel (ex situ) végzett – Fizikai – Kémiai – Biológiai 3. Kiegészítõ eljárások (ex situ) – Elszívott gázok kezelése – Talajvíz és mosófolyadék kezelése – Tisztított talaj revitalizálása
Bioremediációs eljárások elõnyei és hátrányai
• Célja: az állami felelõsségi körbe tartozó, hátrahagyott, tartós környezetszennyezések fölszámolása, a szennyezett területek károsító, veszélyeztet hatásainak megszüntetése • • 1995: Kormánydöntés – Irányító: KTM koordinátor: KGI Kármentesítési Iroda végrehajtó: ÁPV Rt mint tulajdonos alprogramok segítségével • I. 1996-97: kárfelszámolás megkezdése, megvalósíthatósági tanulmányok, jogi és mûszaki szabályozás, teljekör felmérés megkezdése • II. 1998-2002: Nemzeti Kármentesítési Prioritási Lista elkészítése • III. 2003-tól: folytatólagosan a kijelölt kármentesítések végrehajtása
Talaj remediálás (gyógyítás) módszerei in situ: • Bioremediációs eljárások – szabályozott természetes lebomlás – gyorsított természetes lebomlás (biodegradáció) • átszellõzés (bioventilláció) • növényekkel való tisztítás (fitoremediáció)
• Talajszellõztetés • Talajmosás • Termikus eljárások ex situ (on site, off site): • Agrotechnikai kezelés – forgatás – lazítás – öntözés – trágyázás, mûtrágyázás • Bioágyas vagy prizmás biooxidáció • Bioreaktorban szabályozott aerob lebontás • Extrakció • Termikus eljárások
Szennyezett talaj ex situ bioreaktoros remediálása
• Biztonság - természetes mikroflóra, vagy élõ növény - veszélyes vegyszert nem használnak - a tápanyag kijuttatás nem jelent környezeti kockázatot
Mosó oldat tartály
Ë
• Elõnyök
N2
- természetes folyamatokra épül - a szennyezett talaj és víz kezelése az eredeti helyen történhet - kevés hulladék keletkezik - kevesebb eszközt és felszereltséget igényel - olcsóbb eljárások közé tartozik - természetes mikroflóra, vagy élõ növény - veszélyes vegyszert nem használnak - a tápanyag kijuttatás nem jelent környezeti kockázatot
•Hátrányok - összetett szennyezések esetén nehezen megvalósítható - idõigényes
Szennyezett talaj tartály
M
M
2 3
1 Ë
O 2
4
3 1. 2. 3. 4.
Anoxiás bioreaktor Aerob bioreaktor Ülepítõ fotoreaktor
biotech.szbk.u-szeged.hu/KK_Jegyzet/bioremed.ppt
5
Szénhidrogén szennyezések remediálása Nehézséget okoz az inhomogenitásuk, mivel származási helytõl és finomítástól függ az összetételük Alkalmazott módszerek: •
In situ aerob-, anaerob mikrobiális bontás Aerob lebontás (bioventiláció) esetén az oxigenázok szerepe jelentõs Anaerob lebontásnál Fe(III)-, szulfát redukáló, denitrifikáló körülmények Gõzextrakció
Pumpálás és air stripping •
Ex situ bioremediációs eljárások: Agrotechnikai módszerek
Bioágyas vagy prizmás biooxidáció • •
Bioreaktorban szabályozott aerob lebontás Termikus eljárások Extrakció
Biofilterek alkalmazása bioreaktorokban Mikroorganizmusok élõ bevonatot képezve szilárd felületeken, biofilterként képesek eltávolítani bizonyos komponenseket a az átáramoltatott gázból. • Hordozó felületek: - homok - talaj - komposzt - tõzeg - cellulóz (pl. gyökér rostok) • Követelmény a hordozófelülettel szemben: - nedvszívó - porozus • Lebontási sebesség függ: - fajlagos felülettõl - biomassza koncentrációtól - szubsztrát koncentrációtól - áramlási sebességtõl
ELÕADÁS ELLENÖRZÕ KÉRDÉSEI
ELÕADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA A talajok védelme több okból is fontos. Segít megõrizni a talajokat a jövõ generációi számára, de egyben a vizeink védelmét is szolgálja, mikor lelassítja azok feliszapolódását, elöregedését. A védelemre számos megoldás kínálkozik. Az elszennyezett talaj helyreállítása szintén fontos feladat, hisz a talaj a légkörrel és a vizekkel is szoros kapcsolatban van, azokat is elszennyezheti. A talajok remediálása, mûszaki, kémiai, biológiai és fizikai eszközöket is igénybe vesz.
• • • •
Melyek a talajpusztulás kiváltó tényezõi? Milyen mértékû a talajpusztulás? Milyen eszközökkel lehet lassítani? Mely anyagokkal szennyezõdnek leggyakrabban talajaink? • Melyek az elõnyei, esetleges hátrányai az ex situ talajkezeléseknek az in situ kezelésekkel szemben?
ELÕADÁS Felhasznált forrásai • Szakirodalom: • Centeri Cs. Az egyetemes talajveszteségbecslési egyenlet (USLE) (egyetemi elõadások) • Stefanovits-Duch talajmûvelés és talajvédelem (egyetemi elõadások) • Vermes L. 1996 A talaj védelme, szennyezése • Wischmeier, W. H. (1959): A rainfall erosion index for a Universal Soil Loss Equation. Soil Sci. Soc. Am. Roc. 23:246-249.
6
