Néhány Duna Tisza közi talaj szélerózió hatására bekövetkező tápelem vesztesége szélcsatorna kísérletek alapján

A G R O K É M I A É S T A L A J T A N 62 (2013) 2

285–298

Néhány Duna–Tisza közi talaj szélerózió hatására bekövetkező tápelem vesztesége szélcsatorna kísérletek alapján TATÁRVÁRI Károly és NÉGYESI Gábor Nyugat-magyarországi Egyetem MÉK Környezettudományi Intézet, Kémiai Intézeti Tanszék, Mosonmagyaróvár és Debreceni Egyetem Természetföldrajzi és Geoinformatikai Tanszék, Debrecen

Bevezetés A szélerózióval érintett területek nagysága folyamatosan növekszik a sivatagosodás, illetve szárazodás következményeként. A jelenség főleg a csapadék csökkenésével és egyenetlen eloszlásával magyarázható. Magyarországon a Duna–Tisza közi homokhátságon észlelték először a jelenséget regionális méretekben. A Duna– Tisza közi homokhátság talajainak közel 90%-a rendkívül érzékeny a szélerózióra (NYÍRI et al., 1993). Az ország egyéb területein is gyakran tapasztalható a szélerózió kártétele, nem elhanyagolhatóak az épített környezetben okozott károk sem. A mezőgazdasági művelést szintén jelentős mértékben nehezíti, nagy anyagi kárt okozva. A szélerózió nem csak a homoktalajokon okozhat, és okoz jelentős károkat. Általánosságban véve negatív hatással van a mezőgazdasági művelési ágakra, a táj értékeire, az emberi egészségre (GREGORY et al., 1994). A homokhátságon az éves csapadékmennyiség 400–600 mm között mozog, és egyre csökken, illetve intenzitása és eloszlása folyamatosan változik. Bár néhány csapadékmérő állomáson enyhe emelkedést mutatnak az adatok, összességében az egész Duna–Tisza közi homokhátságra az aszályosodás a jellemző (RAKONCZAI, 2005). A területen a talajvíz folyamatosan csökkenő tendenciát mutat. A talajvíz az eredeti mocsaras belvizes állapotról először 1–1,5 m-es mélységbe süllyedt, a 2000es években a Duna–Tisza közének területén a talajvíz szintje sok esetben már 3–7 m mélységben található. A globális változások figyelembevételével kijelenthetjük, hogy a tendencia változása a közeljövőben sem várható (RAKONCZAI, 2005). Hazánkban és a Duna–Tisza közi homokhátságon is sokéves átlagban évente 60–70 viharos szeles (amikor a szél erőssége meghaladja a 15 m·s-1-t) napot mérnek, erősebb viharok (20 m·s-1) 25–26 alkalommal fordulnak elő (PÉCZELY, 1984). A szélerózió során a legszembetűnőbb a talajfelszín változása. Ez a talajok szemcséinek elszállítása és lerakása miatt következik be. A talajok szemcséinek elszállítása, a magok elhordása, kitakarása, homokverés, takarás, és egyéb hatások miatt, valamint azokkal együtt jelentős kártételnek nevezhető (LÓKI, 2004). A hazai Postai cím: TATÁRVÁRI KÁROLY, NyME MÉK Környezettudományi Intézet, Kémiai Intézeti Tanszék, 9200 Mosonmagyaróvár, Lucsony u. 15–17. E-mail: [email protected]

TATÁRVÁRI – NÉGYESI

286

és nemzetközi kutatások tekintetében a C-N arány alakulásával (HOFFMANN et al., 2008), illetve a foszfortartalom változásával foglalkoztak a tanulmányok. Hazai viszonylatban a csernozjom talajok tápanyagveszteségét vizsgálták (FARSANG et al., 2011), a homoktalajokkal kapcsolatban azonban hasonló tanulmány eddig nem készült. Munkánk során arra kerestük a választ, hogy mezőgazdasági területeken a szélerózió mennyiben változtatja meg a talaj felső 0–10 cm-es rétegének mezőgazdasági, környezetvédelmi szempontból fontos összetevőit, úgymint: összes só %, CaCO3-, NO3-NO2-NO-, P2O5-, K2O-, Na-tartalom. Véleményünk szerint, a talajszemcsék elhordásával együtt, az említett rétegből a makro- és mikroelemek is folyamatosan helyet változtatnak, ezzel különböző negatív hatásokat is kifejtve (felhalmozódás, növénytermesztés eredményességének korlátozása). A rendelkezésre álló szélcsatornás mérési technika nem teszi lehetővé, hogy a vizsgálatokat bolygatatlan szerkezetű és különbözően elmunkált felületű talajmintákkal végezzük, ugyanakkor különös érdeklődésre tarthat számot, hogy egyéb talajjellemzők hatása kimutatható-e a laboratóriumi vizsgálatokra szokásos módon előkészített talajmintával végzett szélcsatornás méréssel. Ilyen talajminták és vizsgálati eredményeik ugyanis az Agrár-környezetgazdálkodási Programok meghirdetése óta tömegesen állnak rendelkezésre. Ennek megfelelően választottunk ki hat mintavételi pontot, amelyek a Duna– Tisza közi homokhátság homoktalajtípusaira, agrárművelési ágaira jellemző, nem öntözött, nagy kiterjedésű, egybefüggő mezőgazdasági területek voltak. Anyag és módszer Mintavétel: a felső 10 cm-es rétegből történt, mivel közvetlenül ezt a réteget érinti a szélerózió. A mintákat 1-től 6-ig számokkal jelöltük. Egy-egy mintánál az 1. táblázatban megadott EOV koordinátákkal jelölt mezőgazdasági táblákról vettünk 10 pontból mintákat, a részmintákat egyesítettük. 1. táblázat A minták területhasználati jellemzői, fizikai félesége és EOV koordinátái (1)

(2)

(3)

(4)

Minta száma

Területhasználati jellemzők

Fizikai féleség

EOV koordináták EOVY EOVX

1. 2.

a) nagytáblás szántóföld b) fátlan legelő, degradált gyep

3.

c) kistáblás szántóföld

4. 5. 6.

c) kistáblás szántóföld d) tanyás hasznosítás e) szikes, mocsaras terület

f) homok g) iszapos agyagos vályog h) homokos agyagos vályog f) homok f) homok f) homok

685772.0

169266.3

684490.7

172970.8

680671.6

172944.5

681950.6 685772.0 678140.8

171097.4 169266.3 171078.4

Duna–Tisza közi talajok szélerózió hatására bekövetkező tápelem vesztesége

287

A minták előkészítése a széleróziós és talajtani vizsgálatokra: a mintákat 105 ºCon légszárazra szárítottuk, 2 mm-es szitán homogenizáltuk. A szélcsatornás és a laboratóriumi vizsgálatokat háromszoros ismétlésben végeztük el. Szélcsatornás mérések: a homogenizált légszáraz talajt egy 5 cm mély, 30×50 cm felületű fémtálcában helyeztük el a szélcsatornában. Annak érdekében, hogy a levegő ne ütközzön a tálca merőleges falába, a fémtálca elé és mögé egy kis szögben emelkedő lejtőt helyeztünk, így kizártuk a turbulencia lehetőségét. Meghatároztuk a minták kritikus indítósebesség értékét. A meghatározásához egy fényvető által kialakított 70 cm hosszú, 1 cm széles erős fénysávot alkalmaztunk. A csatorna hosszirányában elhelyezkedő fénycsíkon az első talajszemcsék indulása jól észrevehető. A kritikus indítósebesség megállapítását követően négy sebességfokozaton, három ismétlésben mértük az 5-5 perc alatt elszállított anyag tömegét. Az egyes szélsebességi fokozatok a következők voltak: I. 11,2–11,6; II. 12,5–13,3; III. 14,4– 14,7 és IV. 15,5–15,7 m·s-1. A távozó hordalékot felfogtuk. A talajminták és a hordalékok vizsgálata: a vizsgálatok során meghatároztuk az Arany-féle kötöttségi számot (KA) (BUZÁS, 1993), a mechanikai összetételt pipettás eljárással (BUZÁS, 1993), a szénsavas mésztartalmat (CaCO3) Scheibler-módszerrel (BUZÁS, 1988), a minták kémhatását [pH(H2O), pH(KCl)] (BUZÁS, 1988), humusztartalmát (szervesszén-tartalom, C%) Székely módszerével (BUZÁS, 1988). A talaj NO3-N-tartalmának meghatározását 1 mólos KCl-os kivonatból kolorimetriás módszerrel végeztük (BARANYAI et al., 1987). A foszfor-, kálium- és nátriumellátottság jellemzésére ammónium-laktát pufferrel készítettünk talajkivonatot (AL-módszer) (EGNÉR et al., 1960). A talajkivonat P, Na- és K-tartalmát ICP módszerrel határoztuk meg. Eredmények bemutatása A mechanikai összetétel eredményeinek kiértékelése az USDA rendszer alapján történt. A homokfrakció mennyisége 53%-tól 97%-ig változott a mintákban (1. ábra). A második leggyakoribb az iszapfrakció, 3–21% között. Három minta esetében mértünk nagyobb iszap- és agyagtartalmat, ami a lösztartalmú talajképző kőzetnek, valamint a mintavételi hely vízgyűjtő voltának tudható be. Ezek a minták deflációs laposokból és mélyedésekből származtak, ahová a szél és a csapadék a talaj finomabb frakciójú összetevőit szállította. Megfigyeléseink és szakirodalmi adatok alapján (NÉGYESI, 2009) az azonos fizikai talajféleségek változó százalékos arányai egy adott területen belül főleg a domborzati különbségek miatt jönnek létre, de érvényesülnek annak a talajképző kőzetnek a hatásai, ahonnan az erózió a szemcséket elszállította. A homok fizikai féleségű talajoknál a homokfrakcióból is a finomabb szemcseösszetételű homok volt a domináns. A kritikus indítósebesség és a kötöttség között is várható volt az összefüggés, hiszen az Arany-féle kötöttségi szám rálátást ad a talaj mechanikai összetételére is. A fontos vízgazdálkodási tulajdonságok mellett a szélerózióra való hajlammal is összefüggésbe hozható (2. táblázat).


288

1. ábra A minták mechanikai összetétele 2. táblázat Az eredeti talajminták Arany-féle kötöttségi száma (KA) és a hordalék tömege a szélcsatorna-kísérlet egyes szélsebességi fokozatainál (1)

(2)

(3)

Szélsebességi fokozat

Eredeti tömeg

Maradék tömeg g

(4)

I. II. III. IV.

12750 13090 12960 13110

1. minta (KA: 27) 8370 4380 7740 5350 6060 6900 5860 7250

34,35 40,87 53,24 55,30

10200 10210 10200 10190

2. minta (KA: 42) 7810 2390 5970 4240 5160 5040 4790 5400

23,43 41,53 49,41 52,99

I. II. III. IV.

11860 11880 11860 11840

3. minta (KA: 33) 7830 4030 6950 4930 5370 6490 4880 6960

33,98 41,50 54,72 58,78

11590 11710 11610 11420

4. minta (KA: 28) 7780 3810 6940 4770 5770 5840 4920 6500

32,87 40,73 50,30 56,92

I. II. III. IV.

11060 11250 11200 11090

5. minta (KA: 29) 8540 2520 7550 3700 6150 5050 5130 5960

22,78 32,89 45,09 53,74

13020 13030 12990 13130

6. minta (KA: 30) 8710 4310 7780 5250 6370 6620 5730 7400

33,10 40,29 50,96 56,36

Hordalék tömeg %

(2)

(3)

Eredeti tömeg

Maradék tömeg g

(4)

Hordalék tömeg %

Megjegyzés: Szélsebességi fokozatok (m·s-1): I. 11,2–11,6; II. 12,5–13,3; III. 14,4–14,7; IV. 15,5–15,7.


289

A minták kritikus indítósebessége 7,3 és 8,2 m·s-1 között változott a következők szerint: az 1. minta esetében a kritikus indítósebesség 7,3; a 2. mintáé 8,2; a 3., 4. és 5. mintáé 7,8; a 6. mintáé 7,5 m·s-1 volt. A kritikus indítósebesség szoros kapcsolatban van a talajok mechanikai összetételével. A mért értékek alapján is megállapítható volt, hogy a homoktartalom a kritikus indítósebesség csökkenésével, míg az agyag- és iszaptartalom annak növekedésével járt együtt. A mechanikai összetétel, kritikus indítósebességek és az Arany-féle kötöttségi adatok alapján megállapíthatjuk, hogy a 2. és 5. számú minta volt a legkevésbé erodálható az I. szélsebességi fokozat esetében. Ez véleményünk szerint alacsony CaCO3-tartalmuknak, valamint a mintákban található 20% közeli iszapfrakció arányának tudható be. A 4. minta esetében (21,8%) szintén 20% közeli iszapfrakció arányt találunk, azonban CaCO3-tartalma a legnagyobb az összes minta közül, így az iszapfrakció arány már nem meghatározó az erózió elleni védelem szempontjából. A 3. minta esetében (melynek agyagfrakció tartalma 27,3%) azonban már az I. szélsebességi fokozatnál is jelentős (34%-os) eróziót figyeltünk meg. Ez az alacsony iszapfrakció aránynak (5,7%) [mely így a szemcséket nem kapcsolja össze megfelelően, a talaj száraz állapotban könnyen szétesik], valamint a nagy CaCO3tartalomnak köszönhető. Ez a minta erodálódott a IV. szélsebességi fokozaton is a legnagyobb mértékben (58,8%-ban). A legmagasabb szélsebességi fokozaton mindegyik minta közel azonos mértékben erodálódott (50–60% között). Így kijelenthetjük, hogy homoktalajok esetében, nagy szélsebességen még az egyenlő eloszlású iszap- és agyagfrakciók sem jelentenek a nagyobb méretű homokfrakció szemcséihez képest jelentős erózió elleni védelmet. Összességében elmondható, hogy kis iszap- és agyagtartalmuknak, a területre jellemző nagy mésztartalomnak, kis humusztartalmuknak, valamint az ebből adódó gyenge nedvességmegkötő és növényzeteltartó képességüknek köszönhetően a vizsgált talajok szélerózió által rendkívül veszélyeztetettek. Ugyan a vizsgált szélsebesség-tartomány csak viharos erejű szelekre jellemző, de ha figyelembe vesszük, hogy a méréseket ötperces intervallumokban végeztük, a szélsebesség növekedésével az elhordás gyakorlatilag lineárisan nőtt, nem számoltunk turbulens szelek keletkezésének lehetőségével, ennél kisebb szélsebesség esetén is jelentős mennyiségű talaj erodálódhat. Megállapítható, hogy a vizsgált mintákkal egyező fizikai féleségű talajokon egy viharos erejű szél öt perc alatt a feltalaj 3–5 cm vastag rétegét szállíthatja el, amely jelentheti a feltalaj adott területen belüli felhalmozódását, egy része pedig a légkörbe kerül. Az elszállított anyag sókoncentrációja minden esetben magasabb volt, mint az eredeti talajmintáé, kivéve a 4. és 6. minta esetében. Ez a nagy CaCO3-tartalomnak tulajdonítható (3. táblázat). A szélerózió során ugyanis először a finomabb, illetve aprózódott szemcsék távoznak a talajokból, viszont nagy fajlagos felületükből adódóan a sók főleg ezeken adszorbeálódhattak. A 4. táblázat mutatja a minták átlagos CaCO3-tartalmát. A szakirodalomban (FÜLEKY, 1999) az 1% CaCO3-tartalmú talajokat már meszes (karbonátos) talajoknak tekintik. A 2. ábrán látható, hogy az 1% CaCO3-tartalom feletti, nagyobb karbonáttartalommal rendelkező talajok, a szakirodalmi adatoknak is megfelelően,


290

3. táblázat Összes só % az eredeti talajmintákban és a hordalékban szélsebességi fokozatonként a szélcsatorna kísérletben (2)

(3)

Minta száma

Eredeti minta összes só %-a

I.

Hordalék összes só %-a (4) Szélsebességi fokozat II. III.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

0,104 0,734 0,248 0,274 0,451 0,150

0,123 0,775 0,268 0,254 0,488 0,149

(1)

0,131 0,795 0,273 0,248 0,496 0,157

IV.

0,141 0,779 0,282 0,269 0,490 0,169

0,132 0,769 0,278 0,313 0,409 0,216

Megjegyzés: Szélsebességi fokozatok (m·s-1): I. 11,2–11,6; II. 12,5–13,3; III. 14,4–14,7; IV. 15,5–15,7. 4. táblázat Az eredeti talajminták CaCO3-, humusz- és NO3-NO2-N-tartalma (1)

(2) Minta

Talajjellemző

1.

2.

3.

CaCO3, m/m % Humusz (C%) NO3-NO2-N, mg·kg-1

3,91 0,28 11,3

1,22 4,02 11,3

5,71 1,76 10,3

száma 4. 6,56 1,32 9,57

5.

6.

4,20 2,11 10,46

5,87 0,71 10,18

2. ábra A hordalék CaCO3-tartalmának változása a szélsebességtől (I-IV. sebességfokozat) függően a szélcsatorna kísérletben. Sebességfokozatok: lásd 3. táblázat


291

jobban kitettek a széleróziónak és, azok karbonáttartalma rendkívül jól erodálható. Talán meglepő, hogy az ilyen erősen karbonátos homoktalajok erősen erodálhatóak (LÓKI, 2004). A vizsgált Duna–Tisza közi homokhátság futóhomoktalajai például jóval karbonátosabbak, mint az ugyanilyen fizikai féleségű, de az ország más részéből származó talajok. Természetesen az azonos CaCO3-tartalmú, de különböző szemcseösszetételű talajokon a mész hatása más és más. Például agyagtalajokhoz adagolt CaCO3 hatására az agyagrészecskék ragasztó hatása csökken (CHEPIL, 1945), és kisebb méretű aggregátumok képződnek. BODOLAYNÉ (1966) szerint ez a jelenség valószínűleg azzal magyarázható, hogy az oldott állapotban lévő nagy mennyiségű Ca-só koagulálja a humátokat, ami a szerves kötések fellazulását, a morzsák szilárdságának lecsökkenését, s a morzsák könnyű felaprózódását idézi elő. A minták humusztartalma (C%-a) egyik esetben sem volt nagy, az értékek 0,282–4,02 % között mozogtak (4. táblázat). A 97% homok mechanikai összetételű 1. számú talaj volt a legkisebb humusztartalmú, hiszen ezek a talajok nem tudják a humuszanyagokat megkötni. A szél ezért szállítja el a talaj felületéről és a talajalkotók közül először, hiszen térfogattömege (sűrűsége) jóval kisebb, mint a homokszemcséké. Vízmentes időszakban a humuszanyagok kiszáradnak, ekkor azokat a szél még könnyebben elszállíthatja. A humuszanyagok megkötődésében az iszap- és agyagfrakciók játszanának jelentős szerepet, de ezek a vizsgált talajokban csak kis mennyiségben fordulnak elő, vagy hiányoznak, illetve eloszlásuk nem megfelelő. A talajok nitrát-nitrogén tartalma termékenységük fontos mutatója, azonban környezetvédelmi szempontból 50 mg·kg-1 feletti értékek már kritikusnak számítanak (VÁRALLYAY et al., 2009; FÜLEKY, 1999). Mivel a nitrátionok alapvető tulajdonsága az alsóbb talajrétegekbe való lemosódás, a talaj felső 10 cm-ében mért 10 mg·kg-1 feletti értékek homoktalajoknál viszonylag magasnak tekinthetők (4. táblázat).

3. ábra A hordalék NO3-NO2-N tartalmának (mg·kg-1) alakulása az egyes szélsebességi fokozatokon (I–IV.) a szélcsatorna kísérletben. Sebességfokozatok: lásd 3. táblázat


292

A vizsgálatok során minden esetben szélsebességtől függő, erőteljes NO3-NO2N felhalmozódást figyeltünk meg a szél által elhordott talajfrakciókban. A hordalék NO3-NO2-N-tartalma a talaj eredeti NO3-NO2-N tartalmának kétszeresét is túllépheti (3. ábra). Ez a jelenség környezetvédelmi szempontból nagyon veszélyes, emellett a terület termőképességének csökkenésével járhat. A nitrogén és a szerves-anyagok jelentős része a 0–10 cm-es talajrétegből távozik, amennyiben azt a vegetáció nem akadályozza meg (HOFFMANN et al., 2008). A szélerózió során fellépő talajveszteség a mezőgazdaságilag művelt területeken nem ritkán a 10–20 tonnát is eléri. Ez 20–40 kg·ha-1 nitrogénveszteséget is jelenthet, ami a folyókba, tavakba kerülve növeli az eutrofizáció veszélyét (STEFANOVITS et al., 1999). A talajok foszfortartalmának túlnyomó része a felső talajrétegben található. Ezek a foszforvegyületek vízben rosszul oldódnak, de a vízoldható foszforformák is erősen kötődnek a talajrészecskékhez. Kimosódással, lemosódással gyakorlatilag nem kell számolni. Mivel a talajok foszfortartalma csak a talajrészecskékkel együtt tud elmozdulni, a mezőgazdaságilag művelt talajok foszfortartalmára az egyik legnagyobb veszélyt az erózió jelenti. A talajok felső humuszos rétegének összes foszfortartalma átlagosan 450–1800 kg hektáronként, ezért egy tonnányi talaj elhordásával 0,2–0,8 kg·ha-1 foszfort veszítünk (STEFANOVITS et al., 1999). Amennyiben ez a foszfor az élővizekbe jut, robbanásszerűen felgyorsíthatja az elmocsarasodást. A felszíni vizek eutrofizációjánál ugyanis általában a foszfor a minimumtényező, mivel a talajok nitrogén- és káliumvegyületei vízoldékonyságuk következtében sokkal könnyebben az élővizekbe mosódnak. A mérések során azt tapasztaltuk, hogy a 2. minta esetében – amely a legkötöttebb és gyakorlatilag a legegyenletesebb mechanikai frakciók szerinti eloszlással rendelkezik (53,7% homok-, 20,4% iszap-, 25,9% agyagfrakció) – az I. szélsebességi fokozatnál még az átlagminták értékénél 10%-kal kevesebb P2O5 erodálódott, azonban a II. fokozat esetében már az átlagos elemtartalom 15%-ánál nagyobb mennyiségű AL-oldható foszfort tartalmazott a hordalék. A IV. szélsebességi fokozat esetében már az átlaghoz viszonyítva a hordalék 50%-kal több AL-oldható foszfort tartalmazott. Jobb oldékonysága miatt a káliumot csak a nagyon kisméretű talajszemcsék, elsősorban az agyagrészecskék képesek megkötni, illetve az agyagok tartalmazzák. Ennek ellenére az 1. minta esetében 161 mg·kg-1 káliumtartalmat tapasztaltunk, mely a káliumműtrágyázás hatásának tudható be. Az I. szélsebességi fokozat eseté5. táblázat Az eredeti talajminták AL-oldható P-, K- és Na-tartalma (mg·kg-1) (1)

(2) Minta

AL-oldható tartalom

1.

2.

3.

P2O5 K2O Na

244 161 12,5

236 165 11,1

240 174 10,78

száma 4. 116 300 6,48

5.

6.

210 200,2 5,21

113 134,4 8,591


293

A

B

C

4. ábra A hordalék foszfor- (AL-P2O5) (A), kálium- (AL-K2O) (B) és nátriumtartalmának (AL-Na) (C) (mg·kg-1) változása a szélsebességtől függően a szélcsatorna kísérletben. I-IV. sebességfokozatok: lásd 3. táblázat

294


ben még ennél a mintánál is jelentős (rendkívül alacsony iszap- és agyagtartalma ellenére), 20% káliumtartalom emelkedést tapasztalhattunk, míg a IV. szélsebességi fokozaton ez az érték már az átlagmintához viszonyítva közel 75%-os emelkedést mutatott. A második legkötöttebb minta esetében ugyan az I. szélsebességi fokozaton a hordalék káliumtartalma nem érte el a feltalaj káliummennyiségét, azonban így is tartalmazta a feltalajban található AL-oldható kálium mennyiségének közel 90%-át, míg a IV. szélsebességi fokozatnál már 30%-kal túllépte az eredeti minta AL-oldható elemtartalmát. A káliumnál is kevésbé kötődnek a nátriumsók, bár a homokos, száraz területeken a talajfelszín közelében felhalmozódhatnak. Az 1. minta esetében a hordalék nátriumtartalma már az I. szélsebességi fokozatnál átlépte az átlagmintákban található mennyiséget, a többi minta esetében ez az I. és II. fokozatnál történt meg, a nagyobb agyag- és vályogtartalomnak köszönhetően. Azonban ezen minták esetében is jelentős tápanyag-felhalmozódást figyelhettünk meg a hordalékban. Az 5. táblázatban foglaltuk össze az eredeti talajminták foszfor-, kálium- és nátriumvizsgálatának eredményeit. A 4. ábrán ezen elemek jelentős koncentrálódását figyelhetjük meg. Látható, hogy az elemtartalom másfél-, kétszeresére nőtt a hordalékban az eredeti talajmintákhoz képest. Kis szélsebességnél a nagyobb agyag- és iszaptartalmú talajokon a tápelemveszteség kicsi, de nagy szélsebességnél éppen ezen talajoknál nagyon jelentős. Ahogy azt szakirodalmi adatok is bizonyítják, a szélerózió nem csak a homoktalajokon okozhat jelentős károkat (FARSANG et al., 2011). Összefoglalás A Duna–Tisza köze homoktalajai a szélerózió által erősen veszélyeztetettek, a szélerózió során a talaj összetevőinek áthelyeződésével együtt a tápanyagok is jelentősen koncentrálódhatnak. Munkánk során arra kerestük a választ, hogy mezőgazdasági területeken a szélerózió mennyiben változtatja meg a talaj felső 0–10 cmes rétegének mezőgazdasági, környezetvédelmi szempontból fontos összetevőit, úgymint: összes só %, CaCO3-, NO3-NO2-N-, P2O5-, K2O-, Na-tartalom. A kritikus indítósebesség és a kötöttség között összefüggést tapasztaltunk, hiszen az Arany-féle kötöttségi szám rálátást ad a talaj mechanikai összetételére is. Az Arany-féle kötöttségi szám a fontos vízgazdálkodási tulajdonságok mellett a szélerózió érzékenységgel is összefüggésbe hozható (1. táblázat). A nagy agyagfrakció tartalom csak abban az esetben nyújt a szélerózió ellen megfelelő védelmet, ha az adott talaj mechanikai összetételében az iszapfrakció is megfelelő arányban megtalálható. Összességében elmondható, hogy kis iszap- és agyagtartalmuknak, a kis humusztartalomnak, valamint az ebből adódó gyenge nedvességmegkötő és növényzeteltartó képességüknek köszönhetően, a vizsgált talajok szélerózió által rendkívül veszélyeztetettek. A vizsgált mintákkal egyező fizikai féleségű talajokon egy viharos erejű szél öt perc alatt a feltalaj 3–5 cm vastag rétegét mozdíthatja el.


295

A hordalék sókoncentrációja minden esetben nagyobb volt, mint a kontrollmintáké. Erőteljes NO3-NO2-N felhalmozódást figyeltünk meg a szél által elhordott talajfrakciókban. A hordalék NO3-NO2-N-tartalma a talaj eredeti NO3-NO2-N tartalmának kétszeresét is túllépheti. A hordalékban a nitrit–nitrát-nitrogénhez hasonlóan a foszfor-, a kálium- és a nátriumtartalom feldúsulását tapasztaltuk. Az elemtartalom másfél-, kétszeresére nőhet az eredeti talajmintákéhoz képest. Kis szélsebességnél a nagyobb agyag- és iszaptartalmú talajokon a tápelemveszteség kicsi, de nagy szélsebességnél éppen ezen talajoknál nagyon jelentős lehet. Kulcsszavak: erózió, szélerózió, tápanyagveszteség, feltalajveszteség Irodalom BARANYAI F., FEKETE A. & KOVÁCS I., 1987. A magyarországi talaj tápanyagvizsgálatok eredményei. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest. BODOLAY I.-NÉ, 1966. A széleróziót befolyásoló változó talajfizikai tulajdonságok. Agrokémia és Talajtan. 15. 372–383. BUZÁS I., 1988. Talaj- és agrokémiai vizsgálati módszerkönyv 2. Mezőgazdasági Kiadó. Budapest. BUZÁS I., 1993. Talaj- és agrokémiai vizsgálati módszerkönyv 1. Inda Kiadó. Budapest. CHEPIL, W. S., 1945. Dynamics of wind erosion. I. The nature of movement of soil by wind. Soil Science. 60. 305–320. EGNÉR, H., RIEHM, H. & DOMINGO, W. R., 1960. Untersuchungen über die chemische Bodenanalyse als Grundlage für die Beurteilung de Nährstoffzustandes der Böden. II. K. LantbrHögsk. Ann. 26. 199–215. FARSANG A. et al., 2011. Csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagáthalmozódásának becslése szélcsatorna kísérletekkel. Agrokémia és Talajtan. 60. 87–102. FÜLEKY GY., 1999. Tápanyag-gazdálkodás. Mezőgazda Kiadó. Budapest. GREGORY, J. M., TOCK, R. W. & WILSON, G. R., 1994. Atmospheric Loading of Dust and Gases: Impact on Society. Report to the USDA Soil Conservation Service for Third RCA Appraisal, Agreement No. 69-6526-3-481. HOFFMANN, C. et al., 2008. Effect of grazing on driven carbon and nitrogen ratio in the grasslands of inner Mongolia. Catena. 75. 182–190. LÓKI J., 2004. A szélerózió mechanizmusa és magyarországi hatásai. MTA doktori értekezés. Debrecen. NÉGYESI G., 2009. Szélerózió-veszélyeztetettséget befolyásoló tényezők vizsgálata alföldi mintaterületeken. PhD értekezés. Debreceni Egyetem, Természettudományi Doktori Tanács. Debrecen. NYÍRI L. et al., 1993. Az alföldi talajok felgyorsult degradációjának és széleróziójának megállítását és a táj védelmét szolgáló komplex talajvédő rendszerek kidolgozása. Zárójelentés. DATE Kutatóintézet. Karcag. PÉCZELY GY., 1984. A Föld éghajlata. Tankönyvkiadó. Budapest

296


RAKONCZAI J., 2005. A globális változások hatásai a Duna–Tisza köze vízháztartására. In.: III. Magyar Földrajzi Konferencia tudományos közleményei. CD kiadvány. ISBN 963 9545 12 0. STEFANOVITS P., FILEP GY. & FÜLEKY GY., 1999. Talajtan. II. kiadás. Mezőgazda Kiadó. Budapest. VÁRALLYAY GY. et al., 2009. Magyarország talajainak állapota (a talajvédelmi információs és monitoring rendszer (TIM) adatai alapján). Földművelésügyi Minisztérium Agrárkörnyezetvédelmi Főosztály. Budapest. Érkezett: 2013. szeptember 27.


297

Nutrient losses caused by wind erosion on sandy soils in the Danube–Tisza Interfluve, based on wind tunnel experiments K. TATÁRVÁRI and G. NÉGYESI Institute of Environmental Sciences, Faculty of Agricultural and Food Sciences, University of West Hungary, Mosonmagyaróvár and Department of Physical Geography and Geoinformatics, University of Debrecen, Debrecen (Hungary)

S um ma ry The sandy soils in the Danube–Tisza Interfluve are greatly endangered by wind erosion, in the course of which the displacement of soil components may lead to a considerable enrichment of the nutrient content. The present study aimed to determine the extent to which wind erosion caused alterations in the soil components important for agriculture and environment protection (total salt %, CaCO3, NO3-NO2-N, P2O5, K2O and Na content) in the upper 0–10 cm soil layer. A correlation was detected between the critical threshold velocity and soil plasticity, as the upper limit of plasticity according to Arany also provides an insight into the mechanical composition of the soil. This index is correlated not only with major water management properties, but also with susceptibility to wind erosion (Table 1). A high clay fraction content only provides adequate protection against wind erosion if the silt fraction also makes up a satisfactory proportion of the mechanical composition of the given soil. In summary it can be stated that, due to their low silt and clay contents, low organic matter content and consequent poor water-holding and plant-sustaining capacity, the soils examined are extremely susceptible to wind erosion. On soils with texture similar to that of the samples in the experiment, a strong wind is capable of removing a 3–5 cm layer of topsoil within five minutes. In all cases the salt concentration of the sediment was higher than that of the control samples. Intensive NO3-NO2-N accumulation was observed in the wind-blown soil fractions. The NO3-NO2-N content of the sediment may be more than double the original content in the soil. The enrichment of the phosphorus, potassium and sodium contents was also observed in the sediment. The quantity of these elements may be 1.5–2 times that of the original soil samples. At low wind speed, the nutrient loss may be low on soils with relatively high clay and silt contents, but in the case of strong winds the losses may be very significant on these soils. Table 1. Land use characteristics, texture and EOV coordinates of the samples. (1) Sample number. (2) Land use characteristics. a) large ploughed fields; b) treeless pasture, degraded sward; c) small ploughed fields; d) small farms; e) saline marshy area. (3) Texture. f) sand; g) silty clay loam; h) sandy clay loam. (4) EOV coordinates. Table 2. Upper limit of plasticity (KA) of the original soil samples, and the mass of the sediment at various wind speeds in a wind tunnel experiment. (1) Wind speed category. (2) Original mass, g. (3) Residual mass, g. (4) Sediment mass, g and %. Note: Wind speed categories (m·s–1): I–IV.

298


Table 3. Total salt % in the original soil samples and in the sediment at each wind speed in a wind tunnel experiment. (1) Sample number. (2) Total salt % of the original sample. (3) Total salt % of the sediment. (4) Wind speed categories I–IV: see Remarks. Table 4. CaCO3, humus and NO3-NO2-N contents of the original soil samples. (1) Soil characteristic. (2) Sample number. Table 5. AL-soluble P, K and Na contents of the original soil samples (mg·kg–1). (1) AL-soluble content. (2) Sample number. Fig. 1. Mechanical composition of the samples. Horizontal axis: Sample number. Vertical axis: Percentage. (1) Sand; (2) Silt; (3) Clay. Fig. 2. Changes in the CaCO3 content of the sediment as a function of wind speed (categories I–IV) in a wind tunnel experiment. For wind speed rates, see Table 3. Fig. 3. Changes in the NO3-NO2-N content of the sediment (mg·kg–1) in each wind speed category (I–IV) in a wind tunnel experiment. For wind speed rates, see Table 3. Fig. 4. Changes in the phosphorus (AL-P2O5) (A), potassium (AL-K2O) (B) and sodium (AL-Na) (C) contents of the sediment (mg·kg–1) as a function of wind speed in a wind tunnel experiment. For wind speed categories I–IV, see Table 3.

Néhány Duna Tisza közi talaj szélerózió hatására bekövetkező tápelem vesztesége szélcsatorna kísérletek alapján

Recommend Documents