 |
Optimization of the large-scale mapping of salt-affected soils under different land uses
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124290 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Pásztor, László |
| Title in Hungarian |
A szikes talajok legjobb nagyléptékű térképezési módszerének kidolgozása eltérő földhasználatú területeken |
| Title in English |
Optimization of the large-scale mapping of salt-affected soils under different land uses |
| Keywords in Hungarian |
geostatisztika, proximális érzékelés, távérzékelés, térinformatika, geofizikai műszerek, talajfelvételezés, diagnosztikai szintek, sótartalom, nátriumosság, alkalinitás, természetes növényzet |
| Keywords in English |
geostatistics, proximal sensing, remote sensing, geographical information system, geophysical instruments, diagnostic soil horizons, salinity, sodicity, alkalinity, natural vegetation |
| Discipline |
| Soil sciences, soil biology, soil chemistry, soil physics (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Soil morphology |
|
| Panel |
Complex agricultural sciences |
| Department or equivalent |
Institute for Soil Sciences (Centre for Agricultural Research) |
| Participants |
Árvai, Mátyás
Balog, Kitti
Csáfordi, Péter
Kovács, Zsófia Adrienn
Kovács, Zsófia Adrienn
Krinszki, Péter
Lajos, Dóra
Matula, Ramóna
Pásztor, László
Szatmári, Gábor
Takács, Katalin
Tóth, Tibor
Tóth, Tibor
Zöldi, Lajos Gergely
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2023-02-28 |
| Funding (in million HUF) |
47.288 |
| FTE (full time equivalent) |
11.22 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A szikes talajok az alföldi területeken jelentős kiterjedésűek és ezek új felmérése több szempontból is aktuális. 1) Az Európai Unió a Hátrányos természeti adottságokkal rendelkező mezőgazdasági területek lehatárolásához olyan alacsony határértéket szabott meg a nátriumosságra (4,8 kicserélhető nátrium százalék) amelyet az eddig elkészült térképek alapján, még becslő változókkal sem tudunk meghatározni. Ezáltal nagy kiterjedésű területek eshetnek el a törvényileg meghatározott támogatástól. 2) A talajok sótartalma és az általa meghatározott nátriumossága és lúgossága időben változó tulajdonságok, és a 70-80 évvel ezelőtti adatokat tartalmazó adatbázisok megújítása szükséges. 3) A korszerű eszközállománnyal hatékonyabban lehet elvégezni a talajok térképezését. A kutatás során öt, különböző elvi alapokon és műszaki megoldáson alapuló korszerű módszer pontosságát hasonlítjuk 1-1 négyzetkilométer szántó-, legelő- és kaszálóterületen úgy, hogy 10/25/50 fúrás (+ 2 szelvény) alapján minden hektárra becsüljük a talajtulajdonságokat. A következő újonnan kidolgozott módszereket teszteljük: a) hagyományos+proximális érzékelés, b) biomasszán alapuló, c) sófelhalmozódási modellen alapuló, d) földhasználattól függő, e) adaptív módszer. A pontosság meghatározásához minden hektárnyi területet felmérünk. Így a mért és becsült értékek alapján világosan értékelhetők lesznek a módszerek a pontosság és költség szempontjából.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A szikes területek amellett, hogy nehezen megoldható problémát okoznak a gazdálkodóknak, változó sótartalmuk miatt időbeli változékonyságot is mutatnak. Sótartalmuk az alföldi viszonyok között szorosan kapcsolódik a nátriumossághoz (amit a kicserélhető nátrium %-al jellemzünk) és a lúgossághoz is. Másrészt az oldott és talajszemcséken kötött nátrium és egyéb ionok vezetőképességének mérése egyszerű és gyors módszert biztosít a sótartalom becslésére. A kémiai tulajdonságok és ezek következtében kialakult kedvezőtlen talajszemcse-diszperzió miatt a szikes szántók kopár felszíne tükrözi a sótartalom változatosságát, a haszonnövények pedig eltérő biomasszát mutatnak a különböző foltokon. Mivel jelentős terméscsökkentő hatásuk miatt szántóföldi művelésre csak kis sótartalom esetében alkalmasak, nagyrészük közel eredeti növényzetű. A számos keresztösszefüggés alapján többféle megoldás is adódik a korszerű térképezésükre, ilyen újonnan kidolgozott módszereket tesztelünk: a) hagyományos szelvényfeltárások proximális érzékelőkkel történő kiterjesztése; b) biomasszán alapuló mintavételi tervvel elvégzett térképezés; c) sófelhalmozódási modellen alapuló szelvényhely kijelöléssel elvégzett térképezés; d) földhasználattól függően elágazó, a kopár felszínt kihasználó multispektrális, illetve a természetes növényzet kategóriái alapján elkészített térképezések; e) adaptív módszer, ami során a jellemzett mintavételi osztályok igazolt hibaszórása alapján döntünk a további szelvényhely kijelölésről. A pontosság meghatározásához minden hektárnyi területet felmérünk. Így a mért és becsült értékek alapján világosan értékelhetők lesznek a módszerek a pontosság és költség szempontjából.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A kutatás során öt, különböző elvi alapokon és műszaki megoldáson alapuló korszerű módszer pontosságát hasonlítjuk 1-1 négyzetkilométer szántó, és legelő és kaszáló területen úgy, hogy 10/25/50 fúrás (+2 szelvény) alapján minden hektárra becsüljük a talajtulajdonságokat. A pontosság meghatározásához minden hektárnyi területet felmérünk.
A módszerek összehasonlítása által világosan megmutatjuk, hogy a kétféle földhasználat (eredeti növényzet és mezőgazdasági terület) kiterjedt térképezése milyen ár-érték arány mellett lehetséges. A különböző talajtulajdonságok becslési pontosságának összehasonlítása rámutat, hogy a számszerű értékek, vagy a talajbesoroláshoz szükséges diagnosztikai szintek becslése pontosabb-e.
Tudományos jelentősége abban áll a projektnek, hogy szélsőségesen eltérő álláspontból méri fel a szikes talajokat, a talajképződés, a növényzettel való összefüggés, a biomassza termelőképesség és a felszíni reflektancia szerint és a háttér, illetve következmény tényezők széles körét vonja be a becslő változók közé.
A Hátrányos természeti adottságokkal rendelkező mezőgazdasági területek lehatárolása jogszabályi kötelezettség, és ennek az újbóli megvalósításához szükséges felmérés optimális módszere kiválasztható lesz a projekt alapján. A projekt eredménye megmutatja, hogy az aktuális só, nátriumosság és alkalinitás mennyiben tér el a létező adatbázisokban tárolt adatoktól.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A szikes talajok az alföldi területeken jelentős kiterjedésűek, és emiatt a termelékenység értékelése szempontjából fontos talajféleségek. Ezek új felmérése több szempontból is aktuális. 1) Az Európai Unió a Hátrányos természeti adottságokkal rendelkező (korábban “Kedvezőtlen adottságú terület”) mezőgazdasági területek lehatárolása során az egyidejűleg magas só- és agyagtartalmú területeken olyan alacsony határértéket szabott meg a nátriumosságra (4,8 kicserélhető nátrium százalék), amelyet az eddig elkészült térképek alapján, (amelyek a 15%-os határértéket vették alapul) még becslő változókkal sem tudunk megbecsülni. Ezáltal nagy kiterjedésű területek eshetnek el a törvényileg meghatározott támogatástól. 2) A talajok sótartalma, nátriumossága és lúgossága időben változó tulajdonságok, és mivel a jelenlegi adatbázisok is a 70-80 évvel ezelőtti adatokat tartalmazzák, időszerű azok megújítása. 3) A közelmúlt műszaki és tudományos fejlődése egy korszerű eszközállományt hozott létre, és ezekkel a korábbihoz képes hatékonyabban lehet elvégezni a talajok térképezését. A kutatás során öt, különböző elvi alapokon és műszaki megoldáson alapuló korszerű módszer pontosságát hasonlítjuk 1-1 négyzetkilométer szántó, és legelő és kaszáló területen úgy, hogy a 10/25/50 fúrás (+2 szelvény) alapján minden hektárra becsüljük a talajtulajdonságokat. A pontosság meghatározásához minden hektárnyi területet felmérünk. Így a mért és becsült értékek alapján világosan értékelhetők lesznek a módszerek a pontosság és költség szempontjából.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Saline soils have a large extension on the Great Hungarian Plain and their new survey is an important task from more aspects. 1) For delineating the Disadvantageous Agricultural Areas, the European Union determined such a low limit value of the sodicity (Exchangeable Sodium Percentage = 4.8) which could not be calculated even with any estimating parameters. Therefore, large areas may lose the financial aid fixed by the legislations. 2) Soil salinity, sodicity and alkalinity determined by salinity are temporally changing parameters, thus relating databases created 70-80 years ago have to be renewed. 3) State-of-the-art instruments enable the more effective soil mapping. In the frame of this research project, we compare the accuracy of five modern methods based on different theories and technical principles, mapping 1 km2-sized arable land, grazeland and hayfield where soil parameters will be estimated for each hectare on the basis of 10/25/50 bore holes (+2 profiles). We plan to test the following newly developed methods: a) conventional + proximal sensing, b) biomass-based, c) based on salt-accumulation model, d) land-use based, e) adaptive. To determine the accuracy, each hectare will be surveyed. On the basis of the measured and estimated values, the applied methods will be clearly comparable from the aspect of accuracy and cost efficiency as well.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Saline soils represent a difficult problem for the farmers and show temporal change due to their changing salt content. Under the lowland conditions, the salinity is strongly linked to the sodicity (which is described by the Exchangeable Sodium Percentage) and the alkalinity. On the other hand, measuring the electrical conductivity of soluted and adsorbed Na- and other ions ensures a simple and fast method for the salinity estimation. The bare surface of the saline arable lands due to the chemical characteristics and unfavourable soil particle dispersion reflects the variability of salt content, and the crops show different biomass volume on different saline patterns. As saline fields are only suitable for agricultural use with low salt content, they are mostly covered with native vegetation. Based on the several cross-correlations, there are many cutting edge methods for their mapping, and we will test such newly developed techniques: a) combination of traditional soil profile boring and proximal sensing; b) mapping with sampling plan based on biomass volume; c) mapping with sampling plan based on salt-accumulation model; d) mapping based on the land-use: multispectral images derived from the bare surface and the categories of original vegetation, respectively; e) adaptive method, where the next sampling points will be designated based on the calculated standard deviation of the sampling classes. To determine the accuracy, each hectare will be surveyed. On the basis of the measured and estimated values, the applied methods will be clearly comparable from the aspect of accuracy and cost efficiency as well.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
In the frame of this research project, we compare the accuracy of five modern methods based on different theories and technical principles, mapping 1 km2-sized arable land, grazeland and hayfield where soil parameters will be estimated for each hectare on the basis of 10/25/50 bore holes (+2 profiles). To determine the accuracy, each hectare will be surveyed.
The comparison of methods will clearly shows the benefit-cost ratio of mapping of both land use (original vegetation and agricultural use) in large extent. Comparing the estimation accuracy of different soil parameters reflects whether the estimation of numerical values or the estimation of diagnostic layers for the soil classification is more exact.
The scientific significance of the project is that we survey the saline soils from extremely different point of view based on the soil generation, vegetation cover, biomass production and surface reflectance, and a broad range of background and consequence parameters will be involved to the estimation parameters.
Delineating the Disadvantageous Agricultural Areas is a legislative obligation and the project will point at the optimal method for the necessary new survey and mapping. Furthermore, the project will reveal the differences between the current salinity, sodicity and alkalinity conditions and the existing databases.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Saline soils have a large extension on the Great Hungarian Plain, and thus they are important from the aspect of agricultural productivity as well. Their new survey is an important task from more aspects. 1) For delineating the Disadvantageous Agricultural Areas (earlier: “Less Favoured Areas”) where the salt and clay content is also high, the European Union determined such a low limit value of the sodicity (Exchangeable Sodium Percentage = 4.8) which could not be calculated even with any estimating parameters using the existing maps (where the limiting Exchangeable Sodium Percentage was 15%). Therefore, large areas may lose the financial aid fixed by the legislations. 2) Soil salinity, sodicity and alkalinity are temporally changing parameters, thus relating databases created 70-80 years ago have to be renewed. 3) Technical and scientific development produced modern instruments which enable the more effective soil mapping compared to the earlier methods. In the frame of this research project, we compare the accuracy of five modern methods based on different theories and technical principles, mapping 1 km2-sized arable land, grazeland and hayfield where soil parameters will be estimated for each hectare on the basis of 10/25/50 bore holes (+2 profiles). To determine the accuracy, each hectare will be surveyed. On the basis of the measured and estimated values, the applied methods will be clearly comparable from the aspect of accuracy and cost efficiency as well.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Tóth, Tibor: Review of Sodic Soil Reclamation with a Snapshot of Current Research Activity, Chinese Geographical Science, 32(6): 1099−1109 Q1, 2022 | | Tóth Tamás, Kovács Gábor, Árvai Mátyá, Balog Kitti, Filipszki Péter, Földvári Koppány, Gedeon Csongor, Hámori Zoltán, Kovács Zsófia, Mészáros János, Németh Viktor, Pordán Viktória, Szabó Tivadar, Szűcs- Vásárhelyi Nóra, Tóth Márton, Tóth Tibor: Új fejlesztésű geofizikai módszerek alkalmazási lehetőségei a talajtani vizsgálatokban, Földminősítés és földértékelés - Az aranykorona alternatívái - c. országos konferencia kiadványa, 2019 | | MATULA Ramóna, TÓTH Tibor: Talajok agyagtartalmának becslése gamma-spektroszkópiai mérésekkel, AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 68 (2019) 2, 367-383 ©, 2019 | | Bakacsi Zs, T Tóth, A Makó, Gy Barna, A Laborczi, J Szabó, G Szatmári, L Pásztor: National level assessment of soil salinization and structural degradation risks under irrigation, HUNGARIAN GEOGRAPHICAL BULLETIN, 2019 | | Szatmári Gábor, Bakacsi Zsófia, Laborczi Annamária, Petrik Ottó, Pataki Róbert, Tóth Tibor, Pásztor László: Elaborating Hungarian Segment of the Global Map of Salt-Affected Soils (GSSmap): National Contribution to an International Initiative, REMOTE SENSING 12: (24) 4073, 2020 | | Pásztor László: Advanced GIS and RS Applications for Soil and Land Degradation Assessment and Mapping, ISPRS International Journal of Geo-Information, 10(3), 128, 2021 | | Szatmári G., Tóth T., Bakacsi Zs., Laborczi A., Pásztor L.: Salt-Affected Soils in Hungary, In: Global Status of Salt-Affected Soils. Food and Agricultural Organization of the United Nations. (In Press), 2021 | | Tibor Tóth, Bence Gallai, András Makó, Tibor Novák, Szabolcs Czigány, Mátyás Árvai, János Mészáros, Péter László, Sándor Koós, Kitti Balog: Practical evaluation of four classification levels of Soil Taxonomy, Hungarian classification and WRB in terms of NDVI and elevation, inside a salt-affected alluvial plot, submitted paper to Geoderma, 2022 | | Tibor Tóth, Bence Gallai, András Makó, Tibor Novák, Szabolcs Czigány, Mátyás Árvai, János Mészáros, Péter László, Sándor Koós, Kitti Balog: Practical evaluation of four classification levels of Soil Taxonomy, Hungarian classification and WRB in terms of NDVI and elevation, inside a salt-affected alluvial plot, GEODERMA 410 Paper: 115666 , 11 p. (2022); D1, 2022 | | Hateffard Fatemeh, Balog Kitti, Tóth Tibor, Mészáros János, Árvai Mátyás, Kovács Zsófia Adrienn, Szűcs-Vásárhelyi Nóra, Koós Sándor, László Péter, Novák Tibor József, Pásztor László, Szatmári Gábor: High-Resolution Mapping and Assessment of Salt-Affectedness on Arable Lands by the Combination of Ensemble Learning and Multivariate Geostatistics, AGRONOMY 12: 8 Paper: 1858 (2022); Q1, 2022 | | Tibor Tóth: Review of Sodic Soil Reclamation with a Snapshot of Current Research Activity, Chinese Geographical Science, 2022 | | Tóth, Tibor; Novák, Tibor; Makó, András; Gallai, Bence; Czigány, Szabolcs; Árvai, Mátyás; Mészáros, János; Kocsis, Mihály; László, Péter; Koós, Sándor, Balog, Kitti: Class separability, correlation to biomass, parsimony and homogeneity of classes as criteria to decide on the goodness-of-classification when comparing Hungarian soil cla, AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 71 : 1 pp. 149-182. , 34 p. (2022), 2022 | | Szatmári G., Tóth T., Bakacsi Zs., Laborczi A., Pásztor L.: Salt-Affected Soils in Hungary, In: Global Status of Salt-Affected Soils. Food and Agricultural Organization of the United Nations. (In Press), 2023 | | Gábor Szatmári and László Pásztor: Geostatistical assessment of the highly structured spatial pattern of salt-affected soils, submitted paper to Arid Land Research and Managemenet (under revision) Q2, 2023 | | Tóth Tibor, Makó András, Kocsis Mihály, Novák Tibor József, Szabó Szilárd: Soil polygons at four classification levels of Soil Taxonomy, Hungarian classification and WRB in a salt-affected alluvial plot, manuscript under preparation, 2023 | | László Pásztor, Katalin Takács, János Mészáros, Gábor Szatmári , Mátyás Árvai, Tibor Tóth, Gyöngyi, Barna, Péter László, Kovács Zsófia Adrienn, Sándor Koós, Kitti Balog: Spatial prediction of salt affected soil indicators for habitat types of a natural saline grassland using near surface remotely sensed data, manuscript under preparation for Land – Special Issue: ”Salinity monitoring and Modelling at Different Scales”, (abstract is accepted) Q2, 2023 | | Tibor Tóth, László Pásztor, Mátyás Árvai, György Sipos, Katalin Takács, Márk Rékási, Gábor Szatmári, Kitti Balog, Zsófia Adrienn Kovács: Review of research on salt-affected soils in the Debrecen agricultural high educational institutions, with special focus on the mapping of Hortobágy, AGRÁRTUDOMÁNYI KÖZLEMÉNYEK/ACTA AGRARIA DEBRECENIENSIS, 2018 | | Tibor TÓTH, Géza TUBA, József ZSEMBELI, Lajos BLASKÓ: Relationship between physical and chemical properties of sodic soils in a long-term field reclamation experiment, 3 rd INTERNATIONAL SYMPOSIUM OF SOIL PHYSICS: “The common people doing the unusual things”. Konferencia helye, ideje: Kraków, Lengyelország, 2018.02.14-2018.02.15. Publis, 2018 | | Tibor Tóth, Gábor Szatmári: Optimal simultaneous classification of salt-affected soils into USDA ST, WRB and Hungarian Soil Classification soil types, 21. world congress of soil science. Konferencia helye, ideje: Rio de Janeiro, Brazília, 2018.08.12-2018.08.17. Rio de Janeiro. Paper 2097-1187. 1 p., 2018 | | Tóth Tibor, Pásztor László, Szatmári Gábor, Balog Kitti, Rékási Márk, Takács Katalin, Árvai Mátyás, Kovács Zsófia Adrienn: Szolonyec talajaink besorolása a szelvényben elvégzett morfometriai vizsgálatokkal a hazai, a nemzetközi és az amerikai osztályozás követelményei szerint, Bakacsi Zs, Kovács Zs, Koós S (szerk.) Talajtani Vándorgyűlés : Absztrakt és program füzet: Talajhasználat - funkcióképesség. 106 p., 2018 | | Molnár, S, Zs Bakacsi, K Balog, B Bolla & T Tóth: Evolution of a salt-affected lake under changing environmental conditions in Danube-Tisza Interfluve, conditions in Danube-Tisza Interfluve. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences.Vol. 14, No. 1, pp. 77-82., 2019 | | Bakacsi Zs, T Tóth, A Makó, Gy Barna, A Laborczi, J Szabó, G Szatmári, L Pásztor: National level assessment of soil salinization and structural degradation risks under irrigation, Hungarian Geographical Bulletin 68 (2): 141–156.. DOI: 10.15201/hungeobull. 68.2.3, 2019 | | Tóth, T, Zs A Kovács, M Rékási: XRF-measured rubidium concentration is the best predictor variable for estimating the soil clay content and salinity of semi-humid soils in two catenas, Geoderma. 342 (2019) 106–108. doi:10.1016/j.geoderma.2019.02.011., 2019 | | Szabó András, Tóth Tibor: Összefüggés a szolonyec talajok növényzete és a talajtulajdonságok között a Nyírőlapos területén pp41-44, Tóth Albert és Tóth Csaba (szerk.) 2019. A Hortobágyi Természetvédelmi Kutatótábor 45 éve. Alföldkutatásért Alapítvány. Kisújszállás., 2019 | | Tóth Tibor, Molnár Zsolt, Török Katalin, Szatmári József: Hortobágyi katéna-vizsgálatok összehasonlítása pp 45-61, Tóth Albert és Tóth Csaba (szerk.) 2019. A Hortobágyi Természetvédelmi Kutatótábor 45 éve. Alföldkutatásért Alapítvány. Kisújszállás., 2019 | | Tóth Tibor, Tóth Albert, Tóth Csaba, Novák Tibor József: A Hortobágyi Természetvédelmi Kutatótábor szerepe a Hortobágy talajtani kutatásában pp 62-69, Tóth Albert és Tóth Csaba (szerk.) 2019. A Hortobágyi Természetvédelmi Kutatótábor 45 éve. Alföldkutatásért Alapítvány. Kisújszállás., 2019 | | Molnár, S, Zs Bakacsi, K Balog, B Bolla & T Tóth: Evolution of a salt-affected lake under changing environmental conditions in Danube-Tisza Interfluve, conditions in Danube-Tisza Interfluve. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences.Vol. 14, No. 1, pp. 77-82., 2019 | | Bakacsi Zs, T Tóth, A Makó, Gy Barna, A Laborczi, J Szabó, G Szatmári, L Pásztor: National level assessment of soil salinization and structural degradation risks under irrigation, HUNGARIAN GEOGRAPHICAL BULLETIN, 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
