Modelling of soil nutrient loss by wind and water erosion in chernozem areas  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
73093
Type K
Principal investigator M. Tóthné dr. Farsang, Andrea
Title in Hungarian Víz- és szélerózió által okozott tápanyag vesztés mérése és modellezése csernozjom területeken
Title in English Modelling of soil nutrient loss by wind and water erosion in chernozem areas
Keywords in Hungarian víz erózió, defláció, talaj tápanyag forgalom, feldúsulási faktor
Keywords in English water erosion, wind erosion, soil nutrient balance, enrichment ratio
Discipline
Physical geography (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Geography
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Department of Geoinformatics, Physical and Environmental Geography (University of Szeged)
Participants Barta, Károly
Lóki, József
Négyesi, Gábor
Szatmári, József
Starting date 2008-04-01
Closing date 2013-08-31
Funding (in million HUF) 9.438
FTE (full time equivalent) 2.90
state closed project
Summary in Hungarian
A feltalajtalaj tápanyag és szervesanyag tartalmának csapadék és széleseményekhez kötődő tér- és időbeli elmozdulása nemcsak a növénytermesztés, tápanyagpótlás tervezése számára sarkalatos kérdés. Fontos ennek vizsgálata környezeti szempontból is, különös tekintettel olyan területeken, ahol valamely elemek felhalmozódása, kimosódása, felületi erózióval történő áthalmozása további veszélyeket rejt magában. Kutatásunk eredményei előrelépést jelenthetnek annak érdekében, hogy helyes intézkedéseket tegyünk a felszíni vizek tápanyag-terhelésének kontrolljában, hogy ismerjük a szedimentációs területeken történő tápanyag felhalmozódás mértékét és helyét, majd ezen információkat beépíthessük a környezetkímélő tápanyag gazdálkodási gyakorlatunkba. Jelen kutatás központjában Magyarország nagy mezőgazdasági potenciállal rendelkező csernozjom talajú területein (ÉNy-Mezőföld: Lovasberényi-hát, Dél-Tiszavölgy) tervezünk üledékcsapdás terepi vizsgálatokat annak megítélésére, hogy a víz- és szélerózió által mozgatott, elhordott talaj milyen tápanyag (makro- és mikroelem) tartalommal rendelkezik. Számszerűsíteni kívánjuk a szél- és víz általi erózióval mozgatott szedimentben történő tápanyag feldúsulást a kiindulási talajhoz képest, melynek érdekében a terepi vizsgálatokkal párhuzamosan szélcsatornás méréseket is végzünk. Parcella szintre kiterjedő terepi mérési eredményeink és a mért adatok alapján történő modell kalibrációt követően nagyobb (néhány km2) területre kiterjedő tápanyag veszteség térképeket szeretnénk készíteni. Kísérletet szeretnénk tenni a mért szél- és vízeróziós tápanyag és szervesanyag áthalmozási értékek térbeli extrapolációjára, majd E3D és WEPS szoftwerek segitségével a gyakorlatban is alkalmazható un. dinamikus tápanyag térképek készítésére.
Summary
Mobility of soil organic matter and nutrients due to wind and water erosion is an important question for agriculture in planning nutrient compensation. It also is an essential process concerning environmental points of view, especially in those cases where accumulation, transportation or resedimantation of certain elements may be hazardous environmentally. The results of our studies may contribute to proper steps in controlling nutrient-load in surface waters as well as in understanding accumulation of nutrients in sedimentation areas. Finally this information can be involved in the environment-protecting nutrient management routine. There are agricultural areas of Hungary in the centre of the current project, where the typical soil type is chernozem (NW-Mezőföld, Lovasberényi-hill, S-Tiszavölgy). In the study areas nutrient (macro and micro element) mobility due to wind and water erosion will be measured collecting the transported soil by sediment traps. Enrichment of nutrients in the mobilized soils relative to the original sediments will be quantified. Also nutrient loss will be mapped in larger (up to a few km2) areas using the above data, field measurements as well as model calibration. A spatial extrapolation of nutrient and soil organic matter mobility data is planned what can further be used for constructing dynamic nutrient maps using the software codes E3D and WEPS.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Munkánk első részében a Dunántúli dombság területén található mintavízgyűjtőn modelleztük a talajeróziós folyamatokat, valamint a tápanyag és humusz áthalmozást. A teljes vízgyűjtőre kiterjedő helyszíni vizsgálatokat, mintavételeket, laborvizsgálatokat követően modelleztük a talajerózió mértékét (Erosion2D/3D). Kutatásunk eredményeként a humusz és tápanyag elmozdulás dinamikáját értelmező térképek készültek. Kutatásunk második felében egy dél-alföldi mintaterületen modelleztük a terület deflációveszélyeztetettségi szintjét, valamint kidolgoztunk két módszert a defláció veszélyeztetettségi érték csökkentési lehetőségeinek modellezésére: MezEr- (Mezővédő Erdősáv) modell, EEBW (Ermittlung der Erosiongefahrdung von Böden durch Wind) német szabványon alapuló modell. A modell vizsgálatokkal párhuzamosan csernozjom talajon in situ körülmények között vizsgáltuk a talajveszteség mértékét, a feltalaj szerkezetében bekövetkező változásokat, valamint az ezzel együtt járó humusz és tápanyag áthalmozás nagyságrendjét. Méréseinket eredeti helyzetben levő, bolygatatlan szerkezetű talajon végeztük egy 12 m hosszú, állítható szélerősségű terepi szélcsatorna segítségével. Megállapítottuk, hogy már viszonylag alacsony szélsebességű (50–60 km/h) és rövid idejű széleseményeknél is 1–1,2 t/ha az elszállított talajanyag. A 10 perc hosszúságú fújatási kísérletek során átlagosan mintegy 1.05 kg/ha P, 16.05 kg/ha K és 28.9 kg/ha Ca elmozdulását, valamint 45–50 kg/ha humuszmozgást regisztráltuk.
Results in English
We studied the effects of water and wind erosion to chernozem soils in order to estimate the volume of nutrients (organic matter, P, K, Ca) and total soil loss or movement. In the first phase of our work was focused on the modeling of soil loss in hilly areas including the total amount and the quality of the organic matter removed by water erosion. Based on field measurements, digital elevation model and laboratory results, the spatial pattern of quantity and quality of humic substances and its relationship to the erosion were modeled in the catchment. In the second part of our investigation we calculated the wind erosion hazard and defined methods to model the opportunities of wind erosion hazard decreasing. Two models were created: one of them is MezEr-model based on TEAM and Borelli's method; the other model is the EEBW-model, which was based on DIN19706 German Standard. Parallel to the modeling we focused on chernozem soils in order to determine in situ soil movement and loss, changes in soil structure and nutrient content of upper soil layer. Wind erosion was measured with 12 m long portable wind channel by 3 different wind speed in situ on study plots. The results show that even at relatively low wind speeds (14-16 m/s) and short wind events (10 minutes) the amount of eroded material can reach 1-1.2 t/ha. During the 10 min long experiments the average humus loss was 45-50 kg/ha while P, K and Ca movements were in range 1.05; 16.05 and 28.9 kg/ha.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=73093
Decision
Yes





 

List of publications

  
A. Farsang, G. Kitka, K. Barta, I. Puskás: ESTIMATING ELEMENT TRANSPORT RATES ON SLOPING AGRICULTURAL LAND AT CATCHMENT SCALE (VELENCE MTS., NW HUNGARY), CARPATHIAN JOURNAL OF EARTH AND ENVIRONMENTAL SCIENCES (ISSN: 1842-4090) Vol.7: (Number 4) pp. 15-26., 2012
Farsang A, Szatmári J, Négyesi G, Bartus M, Barta K: Csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyag-áthalmozódásának becslése szélcsatorna-kísérletekkel, AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 60:(1), 2011
Farsang A., Bartus M., Barta K., Szatmári J.: Csernozjom talajok in situ széleróziós vizsgálata terepi szélcsatornával, TALAJVÉDELEM (ISSN: 1216-9560) pp. 157-168., 2013
Kitka G, Farsang A: Az Erosion 3D modell magyarországi adaptálása és alkalmazhatóságának vizsgálata kisvízgyűjtők tájhasználati tervezésében, In: Unger J, Pál-Molnár E (szerk.) Geoszférák 2010: A Szegedi Tudományegyetem Földtudományok Doktori Iskola és a Környezettudományi Doktori Iskola (Környezeti geográfia é, 2011
Bartus M., Farsang A., Szatmári J., Barta K.: Szélerózió becslése és modell alapú területhasználat optimalizáció a defláció veszélyeztetettség csökkentése érdekében, dél-alföldi mintaterületen, TALAJVÉDELEM (ISSN: 1216-9560) pp. 57-66., 2013
Kitka G., Farsang A., Barta K.: A jelen talajeróziós folyamatok vizsgálata korábbi területhasználati szcenáriók tükrében (Esettanulmány egy mezőgazdasági hasznosítás alatt álló kisvízgyűjtőn), In. Kiss T., Mezősi G. szerk. Recens geomorfológiai folyamatok sebessége Magyarországon Földrajzi Tanulmányok Vol. 2. pp. 97-109., 2008
Borcsik Zoltán, Farsang Andrea, Barta Károly, Kitka Gergely: Humuszanyagok mennyiségi és minőségi eróziójának mérése a Tolna megyei Szálka település melletti vízgyűjtőn, Talajaink a változó környezeti és társadalmi hatások között, Talajvédelem különszám 2011. pp. 127-139., 2011
Kitka G: Az Erosion 3D modell magyarországi adaptálása és alkalmazhatóságának vizsgálata kisvízgyűjtők tájhasználati tervezésében, PhD értekezés, SZTE TTIK Földtudományi doktori iskola, 2009
M. Bartus, A Farsang, J. Szatmári, and K. Barta: Model based optimization of wind erosion control by tree shelterbelt for suitable land management, Geophysical Research Abstracts, Vol. 14, EGU2012-13815-2, 2012
Barta K., Kitka G., Farsang A.: Talajeróziós szcenáriók a kisvízgyűjtők tájhasználati tervezésében, in: Szabó V., Orosz Z., Nagy R., Fazekas I. (szerk)IV. Magyar Földrajzi Konferencia, Debrecen 2008 11.14-15. Proceeding, ISBN:978-963-06-6004-4, pp. 25-34., 2008
Farsang A, Barta K, Kitka G: Talajerózió és mikroelem átrendeződési folyamatok kapcsolata, különös tekintettel a Cd területi eloszlására., In: Szendrei G (szerk.)A kadmium környezetgeokémiája: MTA Geokémiai Kutatóint. és az MTA Geok.Albiz előadóülése. Budapest, Magyarország, 2009.05.27, 2009
Farsang A, Borcsik Z., Barta K, Kitka G: Talajerózió és a humuszmennyiség és minőség térbeli változásának kapcsolata kisvízgyűjtőn, Geográfia 2010 Pécs, V. Magyar Földrajzi Konferencia (2010) p. 20., 2010
Farsang Andrea, Kitka Gergely, Barta Károly: Mezőgazdaságilag hasznosított kisvízgyűjtők talajerózióhoz kötődő elemdinamikája, Talajaink a változó környezeti és társadalmi hatások között, Talajvédelem különszám 2011. pp. 339-351., 2011
Farsang A, Barta K, Bartus M, Négyesi G, Szatmári J: Szélsőséges időjárási jelenségek egyik lehetséges talajtani következménye az Alföldön: defláció okozta tápanyag veszteség becslése csernozjom talajainkon, In: Rakonczai J (szerk.): Környezeti változások és az Alföld. Békéscsaba: Nagyalföld Alapítvány, 2011. pp. 271-283. (A Nagyalföld Alapítvány Kötetei; 7.) (ISBN:978-963-85, 2011
A. Farsang, M. Bartus, G. Négyesi, K. Barta, and J. Szatmári: Estimation of nutrient movement caused by wind erosion on chernozems based on wind channel experiments, Geophysical Research Abstracts Vol. 14, EGU2012-13798, 2012
Farsang A., Bartus M., Szatmári J., Barta K.: Deflációs és tápanyag áthalmozási folyamatok in situ vizsgálata csernozjom talajokon terepi szélcsatornával, Kockázat – Konfliktus – Kihívás: A VI. Magyar Földrajzi Konferencia, a MERIEXWA nyitókonferencia és a Geográfus Doktoranduszok Országos Konferenciájának absztrakt kötete., 2012



Back »