M. ÁLL. FÖLDT. INT. ÉVI JEL. 1980-RÓL, pp. 93-102. BUDAPEST, 1982
KíSÉRLETI MIKROELEM-VIZSGÁLATOK A MÓRAHALOM KÖRNYÉKI TALAJOKON FÜGEDI
P. UBUL-KuTI
LÁSZLÓ
Az iparszerÜ mezogazdasági termelés számára egyre fontosabb, hogy az egyes növénykultúrák fejlodését jelentos mértékben befolyásoló nyomelemeknek a talajban, ill. a talaj vizekben mérheto koncentrációiról pontos és megbízható adatok álljanak rendelkezésÜnkre. Az áttekinto talajmetallometriai felvételek adatainak statisztikus értékelése lehetoséget nyújt a részletes vizsgálatok konkrét céljainak, módszereinek és léptékének kijelölésére, miközben lehetové teszi, hogy a lefedett terÜlet talajairól átfogó ritkaelem-geokémiai képet kapjunk. A mórahalmi térképlap északi részén 4, statisztikailag homogén nyomelemeloszlású területet kÜlöníthetÜnk el. Nyomelemekben leggazdagabbak a löszön, legszegényebbek a futóhomokon képzodött talaj ok. A nyomelemek felhalmozódása a buckasorok közti laposok nem szélfújta finom üledékeiben a lösznél kisebb mértékÜ. A Sr (és Ba) geokémiai viselkedése a többi értékelheto nyomelemmel ellentétes tendenciákat mutat. A ritkaelemek migrációja mind vertikális, mind horizontális irányban jelentéktelen, ami a talaj nyomelemháztartásának befolyásolását célzó mezogazdasági tevékenység számára ideális körülményeket teremt.
Agrogeológiai vizsgálatainkkal kapcsolatosan a felhasználók részérol felmerült annak igénye, hogy kutatásainkat a mikroelemek vizsgálatára is terjesszük ki, mivel a mezogazdasági terméseredmények alakulását a talaj, ill. a talajvíz nyomelemtartalma is jelentosen befolyásolja. Az eddigi vizsgálatok általában vagy egy-egy kisebb területen, gazdaságban folytak és egy-egy növénykultúra termesztési feltételeinek javítását szolgálták, vagy pedig léptékük (1: 1 000 000) nem bizonyult elégségesnek a területi különbségek kimutatásához. Agrogeológiai kutatásaink során mi egy lépéssel tovább kívántunk lépni, és vizsgálatainkat nagyobb területre kiterjesztve végeztük 1: 333 000 méretarányban. A talajtakaró (A szint) össz nyomelem-tartalmának megismerésén túl az altalajban (O szint) és a talajvíz ben mért koncentrációkat is vizsgálva kerestük a köztük fennálló összefüggéseket (1. táblázat). Munkánk elso - foként a szükséges módszertan kidolgozására irányuló - lépéseit és a Mórahalom környékén lefolytatott elso (áttekinto) kutatási fázis gyakorlati eredményeit jelen cikkünkben ismertetjük. Vizsgálataink megkezdésekor a következo célokat jelöltük ki: 1. a feltalaj, valamint a talajvíz nyomelemeire jellemzo eloszlási paraméterek meghatározása, 2. a fenti közegek nyomelemháztartása kialakításában szerepet játszó tényezok tisztázása,
FÜGEDI P. U.-KUTI
94
3. az esetleges emberi beavatkozás zisa.
L.
várható következményeinek
prognó-
A fenti célok elérése érdekében megoldásra váró kutatási részfeladatokat a következoképp foglaljuk össze: -- nullhipotézis felállítása az eloszlás jellegére vonatkozóan; - a statisztikailag homogénnek tekintheto nyomelemeloszlással rendelkezo részterületek határainak kijelölése; - az anomális minták kisz(irése; - az eloszlási mezok statisztikai alapkarakterisztikáinak kiszámítása elemenként, képzodményenként és részterületenként; - az egyes elemek lokális feldÚsulásában, ill. elszegényedésében szerepet játszó tényezok meghatározása; - az egyes elemek felhalmozódásában mutatkozó hasonlóságok, ill. különbségek kijelölése; - az egyes elemeknek a talaj különbözo szintjeiben mért tartalma közötti különbségek meghatározása; a talajvíz, ill. a talaj nyomelemtartalma közötti kapcsolatok meghatározása.
-
Figyelembe véve jelen munkánk alapozó jellegét, kiegészíto feladatként a hasonló típusÚ vizsgálatok szükséges léptékének meghatározását jelöltük ki. 1. táblázat A vizsgált nyomelemek
koncentráció-átlagai (lg ppm)
részterületenként III. részterület
II. részterület
1. részterület Elem A szint
C szint
B Ba Cr Cu Ga Mn Ni Pb Sr V
1,208 2,708 1,017 1,383 2,917 3,017 -
C szint
A szint
I
1,2 2,708 0,975 1,290 2,875 3,017 -
1,568 2,579 1,453 1,726 1,116 2,958 0,926 1,042 2,6 1,695
C szint
A szint I
I
1,525 2,610 1,453 1,621 1,032 2,937 0,884 0,915 2,579 1,738
1,503 2,632 1,232 1,6
1,481 2,654 1,193 1,539
2,941 3,076 -
2,946 3,120 -
Terepi mintavétel Vizsgálataink elso területe a mórahalmi térképlap É-i, Magyarországhoz tartozó része volt, ahol a másfél kilométeres közökkel telepített, 10 m-es mélységu térképezo fÚrások anyagát mintáztuk meg (1. ábra). Mintát vettünk közvetlenül a feltalajból (A szint), általában 0,2 m mélységbol, valamint az érintetlen altalaj ból (O szint), a 0,80-2,50 m közötti mélységbol. Azokból a fÚrásokból, ahol elértük a talajvi~et, vízmintát is gyujtöttünk (1. ábra). Ezt a fÚrásonkénti három mintát a MAFl Színképanalitikai labora-
95
Kísérleti mikroelem-vizsgálatok a Mórahalom környéki talajokon
(!) (!) (!)
(!)
(!)
(!) (!)
.
(!)
III
(!)
(!)
(!)
(!)
(!)
(!)
(!)
o L
5 km J
1---
2.
(!)
3
(!)
(!)
1. ábra. Mintavételi helyek 1. Részterületek határa, 2. talajminta vétel, 3.talaj- és vÍzmintavétel
Fig. 1. Sampling localities 2. soi! sampled, 3. soi! and phreatic ground-water
1. Sub zone boundary,
sam pie d
2. táblázat A log normál
eloszlás illeszkedése
az egyes részterületek
nyomelemeloszlásához
Fel talaj CA szint)
Altalaj
Elem
CB §zint)
1. részterület
1. X2 részt erület ISzo
--
B
3
0,69
~
II. X'részt erület ISzo IlII. X2részterület ISzo
I
3
3,223
2
1,857
Jw
\
Iw
II. ~ részterület
I
III.
Iw
~részterület
3
3
3,15
Ba
Cr
Cu
0,719 0,109 2,40
Ga
1,97 -
Mn Ni Pb Sr V
1,64 0,509 1,610 0,094
-
2
-
0,298
-
2
-
0,072*
-
3
4
1,604
4
2 0,088* 3 -,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-
2,752
3
2
---
2,523
-
0,223
-
2
-
0'462*11 3 4,9tJ5
0,347
2
I
0,654 1,219 I 3
0,823'--,--
0,624
2
0,468
2
0,028*
2
0,672
2
1,246
3
2,388
2
4,112
3
3,488
4
0,881
3
1,203
3
2,648
2
2,825
2
-,-,-,-,-,2
0,014*
2
6,213
3
-,-,--,-,-,-,-,-,-,-,3
-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,2
-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,2
1,443
3
0,754
3
-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-
0,08
.= 95%-os sziguifikanciaszintll
2 I
egyezés.
1,77
2
96
FÜGEDI P. U.-KuTI
L.
táriumában elemeztettük meg, az alábbi nyomelemekre: Ag, As, B, Ba, Be, Bi, Co, Cr, Cu, Ga, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, Sn, Sr, Ti, V, W, Y, Zn, Zr. A negatív elemzések magas száma miatt az Ag, As, Be, Bi, Co, Mo, Sb, Sn, W, Y, Zn elemzések statisztikai feldolgozására egyáltalán nem, a Ga, Ni, Pb, V értékelésére pedig csak részlegesen nyílt lehetoség. A Ti és Zr elemzések értékelése - eloszlásuk kettos jellege miatt - nem valósítható meg. A terület valamennyi képzodményében csak a B, Ba, Cr, Cu, Mn, Sr elégítette ki a statisztikai feldolgozás követelményeit. Az elemzési eredmények
statisztikai
feldolgozása
A nyomelemek a földtani képzodmények többségében lognormál eloszlási mezovel jellemezhetok. A feldolgozás elso fázisában az egész területet homogén statisztikai mezoként fogjuk fel, és kiszámít juk a statisztikai alapkarakterisztikákat (átlag, szórás) az egyes elemekre a talaj A, ill. O szintjében (2. táblázat). A nullhipotézis helytállóságának ellenorzésére a x2-próbát használjuk. Ha nullhipotézisünk nem igazolódik be, úgy a vizsgált területet olyan részterületekre kell osztani, amelyeken a statisztikai paraméterek eloszlása már homogénnek tekintheto.
3. táblázat A részterületi átlagok különbségeinek szignifikanciája I
BA Be BaA Bac CrA Cre CUA CUe MnA Mne SrA Sre
h-III.
tI-II.
EleIIlszint
I
tIl-III.
I
5,531 *** 4,779*** 2,680** 0,296 4,609*** 6,315*** 6,274*** 4,787*** 1,685 0,317 6,765*** 9,341 ***
3,316*** 3,623** 0,97 0,764 3,170** 3,410** 2,750** 1,708 0,760 0,323 5,945*** 9,506***
2,867*** 3,185** 0,85 0,945 2,162* 2,587** 3,687*** 4,164*** 0,771 0,082 1,534 0,880
. =95,0%-osszignifikanciaszintl1különbség.
99,0%-08szignifikancia8zint11különbség. ..... ==99,9%-08 szignifikancia8zint11 kÜlönbség. A talaj A és O szintjének korreláltatását részterületenként külön-külön kell elvégezni. A korrelációs koefficiens (r) számítására egyszerusített képletet alkalmaztunk. A kapcsolat mértékét a STUDENT-féle t-transzformációval határozzuk meg. Amennyiben a vizsgált nyomelemnek a talaj A, ill. O szintjeiben mért tartalma között nincs korrelációs kapcsolat, szintén a STuDENT-féle t-próbával ellenorizzük, hogy a két szint között mutatkozó koncentrációkülönbség szignifikáns-e (3. és 4. táblázat). Az egyes részterületek átlagai közti különbségek szignifikanciájának megállapításához ugyanezt a módszert használhatjuk (5. táblázat).
A terület földtanának
vázlatos ismertetése
A terepi makroszkópos megfigyelések és a laboratóriumi vizsgálatok alapján Mórahalom környékének vázlatos földtani felépítését az alábbiakban foglalhatjuk össze.
97
Kísérleti mikroelem-vizsgálatok a Mórahalom környéki talajokon
4. táblázat Az A és C szint nyomelemtartalmára vonatkozó szignifikanciája 1. részterulet
korrelációs
együtthatók
II. részterület
III. részterület
Elem r
t
B
r
I
2,698
0,548
t
r
I
t I
0,352
1,764
0,174
1,03
I
Ba
- 0,095
0,394
0,347
1,735
0,326
2,01
Cu
0,365
1,617
0,0515
0,242
0,51
3,46*
Cr
0,568
2,847**
0,271
1,323
0,002
0,01
Mn
0,107
0,048
0,088
0,414
0,179
1,06
Ni
0,226
0,422
0,214
1,029
0,226
-
Pb
0,258
0,957
0,441
2,309*
Sr
- 0,084
1,103
0,014
Ti
-
-
V
0,043
0,176
95%-os szignifikanciaszintú ... ==99%-os szignifikanciaszintú
-
-
0,064
0,282
1,71
-
-
-
-
-
-
0,244
,
1,531
kapcsolat. kapcsolat.
Területünk az ország D-i határánál a Duna- Tisza-közi Hátság D-i és a Bácskai-Iöszhá!ság DK-i részére terjed ki. Az elobbit - a terület nagyobbik, K-i részét - ENy-DK csapásirányú homokbuckák alkotják, a buckák között, azokkal megegyezo csapásirányú vizenyos laposokkal. A terület Ny-i, kisebbik részét hasonló irányú löszvonulatok építik fel (2. ábra). A két részterület között a határ megközelítoleg Kelebia-Kisszállás vonalában húzható meg. A Bácskai-Iöszhátság általunk vizsgált területének uralkodó felszíni képzodménye a lösz, melynek vastagsága általában 7-8 m, de néhol a 10 m-t is meghaladja. Ettol K-re, megközelítoleg a pusztamérges-kelebiai mií.út vonaláig a leggyakoribb felszíni, felszÍnközeli képzodmény a futóhomok, mely többnyire 10 m-nél vastagabb, és vastagsága m~g ott is meghaladja az 5,0 m-t, ahol alatta lösz jelentkezik. Pusztamérges-Ottömös-Ruzsa térségében (e terület D-i határa megközelítoleg az 55-ös muút) az 1-4 m-es felszíni futóhomokréteg általában nagy vastagságú löszre települt. Azonban 4-6 m-es löszréteget harántolva a fúró gyakran egy második homokszintbe hatolt be. Vizsgált területünk K-i felén ismét a futóhomok az uralkodó képzodmény, de eltéroen a Bácskai-Iöszhátsággal határos homokterületektol, az egységes homokösszletet itt gyakrabban szakítják meg nem szélfújta pleisztocén üledékek: tavi agyag és kozetliszt, mésziszap, tozeg stb. 7 MAFl évi jelentés
1980.
FÜGEDI P. U.-KuTI
98
L. 5. táblázat
Az al- és feltalaj
nyomelemátlag-különbségeinek
1. részterület
szignifikanciája m. részt"rület
II. részterület
Elem t
XA-XC
XA-XC
XA-XC
0,043
-
- 0,031
0,759
B
0,008
0,122
Ba
o
o
Cr
0,042
0,390
o
Cu
0,093
1,533
Ga
-
Mn
t
0,022
0,528
- 0,022
0,512
o
0,039
0,612
0,105
1,475
0,061
0,973
-
0,084
1,395
-
-
0,042
0,594
0,021
0,374
- 0,005
0,106
Ni
-
-
0,042
0,594
-
-
Pb
-
-
0,127
1,866
-
-
0,021
0,400
- 0,044
- 0,043
0,612
-
Sr
v
.
o
o
-
-
K.'~/ 3
o L
5 km J
2. ábra. A felszíni képzodmények elterjedésének vázlata 1. Homok, 2. lösz, 3. tavi kozetliszt, 4. tavi agyag, 5. tozeg FÜ}. 2. Sketch showing the areal distribution of surf ace layers 1. Sand, 2. loess, 3. lacustrine silt, 4. lacustrine clay, 5. peat
0,918 -
Kísérleti
mikroelem-vizsgálatok
a Márahalom
környéki
talajokon
99
Holocén képzodmény összefüggo, nagyobb területen sehol sem található. A buckasorok közötti laposok finom üledékei (agyag, kozetliszt, mésziszap, néhol tozeg) csak helyenként, foltokban jelentkeznek és az 1,5 m-es vastagságot sehol sem haladják meg. A holocén képzodményekkel borított területek összkiterjedése Ny-ról K felé növekszik.
A nyomelemvizsgálatok
eredményeinek
összefoglalása
1. A matematikai analízist elvégezve megállapítottuk, hogy a terület talajainak sem az A, sem a C szintje nem tekintheto nyomelemeloszlás szempontjából homogén képzodménynek. Az egyes részterületek mintaszáma túl kevés a tisztán statisztikai módszerekkel megoldható értékeléshez, ezért a részterületek határainak kijelölésekor a rendelkezésünkre álló földtani információkat fokozottabban vettük figyelembe. 2. A talaj vizek nyomelemháztartásának önálló, kielégíto szint1í tanulmányozásához az áttekinto vizsgálatok léptéke nem elegendo. A szomszédos pontokból származó mintákban az egyes nyomelemek koncentrációértékei 2-3 nagyságrend eltérést is mutatnak. A nyomelemek eloszlása heterogén jellegu. A trend-analízis manuális elvégzésére (csúszóablak-módszerrel) tett kísérletünk nem járt eredménnyel. (Ennek okai között valószínuleg az egyenlotlen mintasuruség is szerepet játszott.) A talaj vizek nyomelemtartalma talajokban mért értékkel korrelációt nem mutat, mivel a talaj ok mobilizálható nyomelemtartalma az általunk vizsgált össznyomelem-tartalomnak csak jelentéktelen hányada, ugyanakkor a talajvíz állandó áramlásban van, így a nyomelemtartalom változásainak kimutatásához az általunk használt lépték nem elégséges. A leszurheto kevés információt a talaj ok nyomelemképének értelmezését tárgyaló következo pontban közöljük. 3. Az egyes részterületek talajainak nyomelemtartalma. A Bácskai-löszhátságnak a vizsgált területre benyúló DK-i szegélyzónájára eso mintaszám túl alacsony ahhoz, hogy önálló részterületként különíthessük el, de felteheto, hogy a körzetet magas, a középso (1. ábra II.) részterülethez hasonló, vagy afölötti koncentrációértékek jellemzik. A lösz és a f~ttóhomok nyomelemtartalma közötti különbség a terület ritkafémeloszlásának egyik fo meghatározója. A nyomelem-koncentrációk a nem szélfújta finom üledékekben szintén magasabbak, mint a futóhomokban, de csekély elterjedésük miatt ez a tényezo kisebb jelentoségu. A talajvíz a Ny-i löszös szegélyzóna irányából K felé áramlik (3. ábra). Az 1. részterületen a lösz települési mélysége viszonylag nagy, és a talajvíz itt található legmélyebben a felszín alatt (4. ábra). A K-i részekre annyira jellemzo mészakkumulációs szintek és nem szélfújta finom üledékek itt csak elvétve fordulnak elo. A relatív nyomelemdúsulásokat elosegíto képzodmények alárendelt volta (a Sr kivételével) az alacsony ritkaelem-átlagokban is megmutatkozik. Ettol K-re, a II. részterületen Ii;ftitóhomok közé települo lösz csík viszonylag sekély mélységben (2- 3 m között) jelenik meg. A talajvíztükörfelszín alatti mélysége hasonló, csak kisebb területen haladja meg a 3,0 m-t. A részterület ritkaelemátlagai (az ellentétes viselkedést mutató Sr és részben Ba kivételével) a legmagasabbak az egész vizsgált körzetben. 7*
100
P. U.-KUTI
FÜGEDI
o L
5 km J
C:C=C:=C 90
95
100
3. ábra.A talajvíz Fig. 3. Altitude
(referred
to the
105 110 115
tengerszint Baltic
Sea)
o L
2
4. ábra. A talajvíz Fig. 4. Recovery
L.
feletti of the
120
125 130
magassága
(B. f.)
phreatic
ground-water
5km J
3
6
jelentkezésének
m
10
m mélysége
level of ground-water
table
Kísérleti
mikroelem -vizsgálatok
a lJl!óra halom környéki
talajokon
101
A legkeletebbi, III. részterületen az elozokhöz képest lényegesen megno a nem szélfújta finom üledékek, valamint - a sekély mélységu talaj vizek
hatására
-
a mészakkumulációs szintek részaránya. Lösz csak elvétve, mélyen
fordul elo. A finom üledékekhez kapcsolódó nyomelem-felhalmozódás nem olyan jelentos, mint a II. részterület (löszcsík) esetében, de az itt mért ritkaelemátlagok többsége az 1. részterületen tapasztaltaknál jelentosen magasabb. 4. Mindhárom részterületre egyaránt jellemzo, hogy a talaj A és C szintjeinek nyomelemtartalma közötti korrelációt csak elvétve, véletlenszeruen, szignifikáns különbséget pedig egy ízben sem észleltünk. Következésképp mind a vertikális, mind a horizontális elemmigráció jelentoségét alárendeltnek tekinthetjük. A nyomelemek eloszlása a talaj függoleges szelvényében közel egyenletes. Az A szintben csak egészen enyhe dúsulás tételezheto fel. A fenti tényezok a talaj nyomelemtartalmának befolyásolására irányuló mezogazdasági beavatkozás számára ideális körülményeket teremtenek. Javaslatok a további kutatásokra Az egyes részterületekre eso mintaszám 24, 19, ill. 37 minta (a III. részterületen hat anomális mintát ki kellett zárnunk, a fennmaradó 36 minta pedig a kisebb gyakorisággal eloforduló képzodményekbol, ill. a Ny-i löszös perembol származik). Ennek alapján a kutatás következo, közbülso fázisában 1: 50 000 méretarányú felvételt javasolhatunk. A 2. fázisban pontosítani kell a kijelölt zónahatárokat, és az össz nyomelem-tartalom mellett vizsgálni kell a mobilizálható nyomelemtartalmat is. Egyes etalonterületeken vertikális talajszelvényezést is kell végezni. Különösen fontos, hogy a terület valamennyi földtani képzodményébol kello számú minta álljon rendelkezésre? Figyelembe véve, hogy a mélyebb gyökérzettel rendelkezo haszonnövények (szolo, gyümölcsfák stb.) a fejlodésükhöz szükséges nyomelemek jelentos hányadát a talajvizekbol veszik fel, a 2. kutatási fázis egyik legfontosabb célja a talajvizek konkrét agrogeokémiai célú tanulmányozását is magába foglaló 3. (részletes) kutatási fázis léptékének kijelölése. Abegyujtött mintaanyag elemzését már a 2. kutatási fázisban kvantitatív módszerekkel, 10% belso kontrollminta leadásával kell megvalósítani. A statisztikai adatfeldolgozásban (különösen a talajvízadatok értelmezésekor) számítógépes módszerek használata is szükséges. A részletes fázis módszereinek kijelölése és eredményeinek értelmezése során - a mezogazdászokkal szorosan együttmuködve - a fo figyelmet az egyes konkrét növénykultúrák növekedését befolyásoló tényezokre kell fordítani. Ebben a fázisban a terület átfogó lefedése elott az egyes kijelölt etalon-részterületeken áthaladó szelvények mentén elozetes vizsgálatokat kell végezni. Célszerunek látjuk az ország mezogazdaságilag hasznosítható területeinek átfogó, kb. 1: 10 000 méretarányig besurített nyomelemvizsgálatát az állami gazdasági és a legjobb tsz-földektol a gyengébb minoségu földterületek felé haladva, geológus és talajtani szakemberek együttes részvételével.
102
FÜGEDI P. U.-KuTI
L.
AN EXPERIMENTAL STUDY OF TRACE ELEMENTS IN SOlLS AT MÓRAHALOM, S HUNGARY by U. P. FÜGEDI-L.
KUTI
In favour of an agricultural production to be increased, the accurate and reliable determination of trace elements in soils i.e. in phreatic ground-waters, which have a highly influencing role in the development of plant cultures, is indispensable. A statistical evaluation of data from a regional metallometric survey enables one to define the aims, methods and scale of detailed surveys and to draw up a general geochemical picture of the distribution of trace elements in the overburden. In the northern part of the Mórahalom map-sheet area, four zones of statistically homogeneous distribution of trace elements can be distinguished. Soils formed on loess are richest and those on eolian sand are poorest in minor elements. In cdmparison with loess, a poorer accumulation of these elements is observable in non-eolian finer sedimentary materials of the flat streaks lying between sand bars. The geochemical behaviour of Sr and Ba is inconsistent with that of the remaining trace elements. The verticalor horizontal migration of these minor elements is insignificant, which provides an optimum for the agricultural activity aimed at controlling the otrace element budget of soils.
