Szélerózió okozta tápanyag veszteség mérése és modellezése csernozjom talajokon
Title in English
Measurment and modeling of wind-blow nutrient transport on chernozem soil
Keywords in Hungarian
szélerózió, talajdegradáció, tápanyag veszteség, tápanyag transport
Keywords in English
wind erosion, soil degradation, nutrient loss, nutrient transport
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 Szatmári, József
Starting date
2010-06-01
Closing date
2013-08-31
Funding (in million HUF)
2.928
FTE (full time equivalent)
1.81
state
closed project
Summary in Hungarian
A talaj makro- és mikroelem forgalmát mezőgazdaságilag művelt területen számos tényező befolyásolja. A természetes és antropogén légköri és talajképző kőzet eredetű forrásokon túl jelentős bevételi forrást jelent a tápanyagpótlás. A tápanyag tőke csökkenése elsősorban a termesztett növények tápanyag kivétele, valamint a kilúgozási folyamatok révén következik be. Az intenzív talajművelésnek és nem megfelelő agrotechnikának, valamint a klímaváltozás eredményezte szárazodási folyamatoknak köszönhetően azonban a talajok tápanyag mérlegében egyre jelentősebb komponens a horizontális elmozdulás, az un. tápanyag erózió. Jelen kutatás központjába Magyarország legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező csernozjom talajú területeinek vizsgálatát helyeztük abból a szempontból, hogy a szélerózió által mozgatott, elhordott talaj milyen tápanyag (makro- és mikroelem) veszteséget okoz. Számszerűsíteni kívánjuk a szél- általi erózióval mozgatott szedimentben történő tápanyag feldúsulást a kiindulási talajhoz képest. Parcella szintre kiterjedő terepi mérési eredményeink, eredeti helyzetben levő, bolygatatlan szerkezetű talajon terepi szélcsatorna segítségével végzett kísérletei eredményeink és a mért adatok alapján történő modell kalibrációt követően TEAM és WEPS modellek segítségével tápanyag veszteség modellezést szeretnénk megvalósítani. Megfelelően kiválasztott modellek segítségével kísérletet teszünk a szél- eróziós tápanyag és szervesanyag áthalmozási adatok térbeli extrapolációjára. Jelen nemzetközi kiegészítő kutatásban az in situ deflációs és tápanyag áthalmozási folyamatok mérésére, majd modellezésére helyezzük a hangsúlyt, melynek fontos eszköze a Kieli Egyetem Földrajzi intézetének tulajdonában levő mobil, terepi szélcsatorna berendezés. Ezt a partner intézet a kutatás keretében rendelkezésünkre bocsájtja, melynek segítségével a jelen pályázat alapjául szolgáló K-73093 OTKA pályázat keretében folyó laborban zajló szélcsatorna méréseinket egészítjük ki. A kooperációs partner széleskörű tapasztalatokkal rendelkezik mind a szél, mind a vízerózió mérés és modellezés terén. A szélerózió modellezés terén kihívást jelent számukra, hogy az általuk É-Németország könnyű homoktalajaira tesztelt és alkalmazott TEAM modellt a nagy termékenységű, szerkezetes, vályog textúrájú talajon is kipróbálják, a modell érzékenységét teszteljék különböző klímatikus és talajtípus feltételek mellett. A kooperációs partner tulajdonában levő labor és terepi körülmények között is alkalmazható szélcsatorna lehetővé teszi az eredeti helyzetben, természetes nedvesség viszonyok között, bolygatatlan állapotban történő méréseket, a mind pontosabb széleróziós ráta és tápanyag veszteség meghatározását. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szervesanyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. A precíziós mezőgazdaság elterjedésével, a megfelelő mennyiségű tápanyag kijuttatásához inputként szolgáló statikus tápanyag térképeken túl ún. „dinamikus adatként” a feltalaj tápanyag tartamának elmozdulását is bevonhatjuk a tervezésbe. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk, a csernozjom milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő, talajvédő művelés következtében kialakuló szerkezet pusztulás, porosodás következményeként kialakuló deflációs károk milyen tápanyag veszteséggel járnak együtt. Az általunk tervezett terepi méréseken alapuló, a csernozjom területeinkről elmozduló tápanyag mennyiség kvantifikálására törekvő munka fontos szerepet játszhat a környezetkímélő tápanyag gazdálkodás tervezéséhez.
Summary
Several factors have influence on macro- and micro element transport of soils on agricultural fields. Besides sources of natural and anthropogenic atmospheric and parent material origin, nutrient supplement, in the form of organic and inorganic fertilizers is significant input source. The nutrients can decrease due to cultivated plant uptake and leaching. However, horizontal movement is frequent enough in nutrient balance of the soils owing to intense cultivation, inadequate agricultural techniques and drought caused by climate change. The chernozems as significant potential of Hungary are studied in the frame of the present project. The main question is what nutrient loss is caused by soil moved by wind erosion. We wish to quantify nutrient enrichment in sediment moved by erosion comparing one in initial soil. After calibration based on measured results, the nutrient loss modeling is executed with the help of TEAM and WEPS models in accordance with results of field measurements on the plots and ones of experiments on undisturbed soils with wind tunnel. We plan to carry out an experiment on spatial extrapolation of wind erosion-, nutrient and organic matter data with right modells. . In this international complementary research, we focus on measurement and modeling of “in situ” deflation and nutrient movement with the help mobile wind tunnel instrument of Geography Institute of University in Kiel. With the help of this instrument of the partner institute, we complete wind tunnel measurement underlying present project (K-73093 OTKA). The co-operation partner has considerable experience in modelling both, water and wind erosion processes. For the topic of wind erosion modelling it will be a scientifc challenge to handle the well tested and allready applied model TEAM not only on light sandy soils in northern Germany but to test the performance of the model on high productive, Chernozem-soils in south-east Hungary as well. The co-operation partner holds a field wind tunnel, which can be used either in the lab or in-situ on the arable land. This gives us the opportunity to investigate the wind erosion dynamic on undisturbed, natural soil and to get insight the problem of additional water supply from the soil and its influence on soil and nutrient erosion rates in the field. Exploration of connections in humus and nutrient movement by wind erosion on chernozems with high agricultural potentials is useful in landscape planning. It can help to determine the optimal land use for reducing soil loss by wind erosion. Beyond static nutrient maps movement of nutrient content of topsoil can be used as a dynamic data by the planning of precision agriculture. We shall see that chernozem, which has the most economic potentials, is exposed to different risks. Improper cultivation causes eroded structures which brings about nutrient loss. Based on proposed field measurements we aim to determine the nutrient quantity moved from chernozem areas in order to plan sustainable nutrient management.
