 |
A talaj szerves anyag mennyiségi és minőségi változás hatásai a lebontó talajbiológiai folyamatokra és tápanyagforgalomra
|
súgó 
nyomtatás 
|
Ezen az oldalon az NKFI Elektronikus Pályázatkezelő Rendszerében nyilvánosságra hozott projektjeit tekintheti meg.
vissza »
|
| |
Projekt adatai |
|
|
| azonosító |
126478 |
| típus |
KH |
| Vezető kutató |
Kotroczó Zsolt |
| magyar cím |
A talaj szerves anyag mennyiségi és minőségi változás hatásai a lebontó talajbiológiai folyamatokra és tápanyagforgalomra |
| Angol cím |
The effects of quantitative and qualitative changes of soil organic matter on degrading soil biology processes and nutrient turnover |
| magyar kulcsszavak |
szerves anyag, mikrobiális biomassza, talajbiológiai aktivitás, tápanyagtartalom változás |
| angol kulcsszavak |
organic matter, microbial biomass, soil biological activity, changes in nutrient content |
| megadott besorolás |
| Talajtan, talajbiológia, talajkémia, talajfizika (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 40 % | | Erdészet (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 30 % | | Ortelius tudományág: Erdőgazdálkodás | | Növényi stresszbiológia (Komplex Környezettudományi Kollégium) | 30 % |
|
| zsűri |
Komplex agrártudomány |
| Kutatóhely |
Talajtan és Vízgazdálkodási Tanszék (Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem) |
| résztvevők |
Béni Áron
Fekete István Csaba
Juhos Katalin
Madarász Balázs
Várbíró Gábor
|
| projekt kezdete |
2017-12-01 |
| projekt vége |
2020-01-31 |
| aktuális összeg (MFt) |
20.000 |
| FTE (kutatóév egyenérték) |
2.17 |
| állapot |
lezárult projekt |
magyar összefoglaló A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A globális felmelegedés hatással van a talaj szerves anyagainak bomlására és ezen keresztül a bioszféra szén körforgalmára. Ennek hatására, a hőmérséklet növekedésével fokozódik a talajból történő CO2 kiáramlás, ami mint legfontosabb üvegházhatású gáz, pozitív visszacsatolásban tovább fokozza a felmelegedést. Vizsgálatainkat egy mérsékelt övi cseres tölgyes erdőben, egy nemzetközi tartamkísérlet keretében (Síkfőkút DIRT Project) végezzük. A hőmérséklet, nedvesség, szerves anyag, mikrobák és a klímaváltozás hatásának vizsgálata a talaj tulajdonságaira, egy szabadföldi körülmények között kialakított kísérletben történik. Célunk annak vizsgálata, hogy az avar input mesterséges megváltoztatása milyen módon befolyásolja a talaj legfontosabb abiotikus és biotikus paramétereit, hogyan változtatja meg a talaj fizikai, kémiai és különösen a biológiai tulajdonságait. A tervezett vizsgálatok legtöbb nóvummal kecsegtető része a különböző kezelések szerves anyagainak műszeres analitikus vizsgálata, ill. a szerves anyag átalakulásért felelős mikroorganizmusok vizsgálata eddig nem alkalmazott biológiai módszerek segítségével. A pályázat alapjául szolgáló közleményünkben egyes talajenzimek hatásait tanulmányoztuk a szerves anyagok mennyiségi viszonyaira, megalapozva a fenti kutatásokat. Vizsgálatainkkal arra is válaszokat keresünk, hogy néhány meghatározó elem körforgalmát, felhalmozódását hogyan befolyásolhatják a klímaváltozás kapcsán jelentkező éghajlati, illetve ökológiai folyamatok. Eredményeinket észak-amerikai, ázsiai és egyéb európai DIRT területeken gyűjtött adatokkal összevetve értékeljük, ami nagyban segíti a kapott eredmények kiterjesztését.
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 talaj szerves anyaga az ökoszisztémák működési, szabályozási folyamataiban kiemelkedően fontos szerepet játszik, az ökoszisztéma fontos N tartalékát is képezi, részt vesz a kation cserében, a talaj pH szabályozásban, a szerkezet kialakításában, a hetero-organotróf mikroorganizmusok legfontosabb szubsztrátja. A talaj C tároló, felhalmozó képessége a C globális körforgalmában igen jelentős. A talajban kb. 1,5×1018 g szerves kötésű szén található, amely 2-3-szor nagyobb a vegetáció szén tartalmánál.
Ezért azok a változások, amelyek a talaj szén forgalmát érintik, számottevően befolyásolják a globális C-ciklust is. A talajok szerves anyag készletének az emelkedő hőmérséklet miatti gyorsuló lebomlása hosszabb távon a talaj szerves anyag tartalmának csökkenését eredményezheti, ami a termőhely leromlásához vezethet.
A kutatás specifikus kérdései a következőek:
1. A felszínt érő környezeti hatások, különösen az avarinput (szerves anyag mennyiségi és minőségi) változásai milyen intenzitással érik el a talaj mélyebb rétegeit?
2. Ezek a hatások milyen sebességgel változtatják meg a különböző mélységben található talajrétegek kémiai, biokémiai és elsősorban biológiai jellemzőit?
3. Hogyan változnak a talajban lejátszódó mineralizációs és humifikációs folyamatok, a talaj szerves anyag minőségi és mennyiségi összetétele, dinamikája, a szerves anyagok lebontásában résztvevő talajenzimek aktivitása, a mikroorganizmusok összetétele?
4. Melyek azok a talajokban viszonylag egyszerűen mérhető biológiai aktivitás változások, amik jól használhatóak biomonitoring vizsgálatokként a fent említett hatások tanulmányozásához?
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 pályázat erőssége, hogy az avarmanipulációs kísérletek nemzetközi kontextusában közelebb juthatunk a szerves anyag input, ezáltal a mineralizáció és a humifikáció közötti összefüggések megértéséhez különböző erdőtípusokban és különböző klimatikus feltételek között. A vizsgálatok további jelentőségét abban látjuk, hogy a 17 éve beállított és folyamatosan fenntartott szerves anyag manipulációs kísérleteinkkel nem csak a szerves anyagok átalakulásának dinamikáját tanulmányozhatjuk, de előre modellezhetjük a klímaváltozás várható hatásait is. A vizsgálati adatainkkal és eredményeinkkel hozzájárulhatunk a felmelegedés az avarbomlás sebessége és a talaj szerves anyagforgalma közötti összefüggés jobb megismeréséhez. A projekt célkitűzése annak feltárása, hogy a klímaváltozás, vagy a területhasználatban bekövetkező változások hatására a változó avarprodukció milyen módon befolyásolja a talaj szervesanyag-tartalmát, és milyen folyamatokat idéz elő az adott talajok különböző kémiai, és elsősorban biológiai paramétereiben, elem körforgalmában. Az emberi beavatkozások fontos része a területhasználat, illetve a művelési ág megváltozása, így az erdőségek irtása, vagy egykori szántóföldek újrafásítása. Ez is jelentősen hat az érintett területek avarprodukciójára és ezen keresztül a talajok szerves anyag forgalmára, a talajokban élő mikroorganizmusok aktivitására és diverzitására. Eredmények önmagukban is értékelhetők, a nemzetközi DIRT projektben való részvételünk a kutatás hatékonyságát jelentős mértékben megnöveli. Az azonos módszerekkel kapott eredmények összehasonlítása alapján szélesebb körű, általánosabb érvényű összefüggésekhez juthatunk a talajfejlődési folyamatokról.
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 természetes növénytakaró visszaszorulása, a talajok jellemző paramétereinek megváltozása a klímaváltozás és az antropogén területhasználat következtében világszerte általános jelenség, így vizsgálatuk több szempontból aktuális feladat. Magyarország egyik legnagyobb természeti kincsét a területének felszínét fedő talajok adják. A talajok termőképessége, az onnan származó mezőgazdasági terményeken felül a kitermelhető famennyiség, és az adott területeken tenyésző ökoszisztémák felbecsülhetetlen értékkel bírnak. A talajban élő szervezetek nemcsak elszenvedik az ártalmas beavatkozásokat, de hatékonyan jelzik is azokat, mintegy monitorozva az adott területet érő környezeti hatásokat. A bioindikációs vizsgálatok hatékonyan jelzik egy-egy terület antropogén eredetű terhelését, illetve a rehabilitációs folyamatok eredményességét. A természetes, mezőgazdasági, ipari, vagy egyéb területek környezetállapot változását bizonyos talajbiológiai paraméterek (a talaj mikroflóra és fauna összetételének megváltozása, a talajenzim aktivitás-változások, a talajlégzés intenzitásának módosulása, a talaj szerves anyag tartalmának és ionösszetételének alakulása stb.) vizsgálatával is felmérhetjük, illetve a kedvezőtlen irányban elindult folyamatokat megváltoztathatjuk.
| angol összefoglaló Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The global warming effects on soil organic matter (SOM) decomposition and through the biosphere C cycle well. It can be expected to cause the soil temperature increase with the increase in CO2 emission from the soil, which is the most important greenhouse gas, is enhanced by positive feedback from warming. Our studies were carried out within the framework of Síkfőkút Project. The effects of temperature, moisture, SOM, soil biota and the influence of simulated climate change on soil property were studied in a field experiment in the temperate oak forest. Our aims are to explore whether artificial alteration of litter in the context of the input field litter manipulation experiments which affects the most important abiotic and biotic parameters of the soil, temperature, moisture content, the amount of OM in the soil, the soil C and N dynamics. We explore the artificial alteration of litter inputs how modifies the important parameters-, the physical-, chemical- and especially biological parameters of the soil. Our publication related to this proposal, we studied the effects of some soil enzyme on soil organic matter turnover at the DIRT Project research plots, thereby justified the above-described research. We also are looking for answers on how some key elements cycle and accumulation may affect the changes in climate- and ecological processes related to climate change. We evaluate the results of our surveys in comparison with data collected in North American, Asian, and other European DIRT areas which greatly facilitates the generalizability of the results obtained.
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.
Soil organic C and N are critical components of ecosystems. SOM accounts for virtually all of the ecosystem N reserve, it provides cation exchange and water holding capacity, and it acts as a major control on soil pH. SOM also strongly promotes soil aggregation, which in turn accounts for much of a soil's ability to drain freely (and thus resist erosion) yet retain water for use by plants. Soil C accumulation and turnover are important processes globally: soils contain about 1.5×1018 g C), which is 2-3 times that in vegetation.
Thus, any change in rates of soil C turnover has a remarkable effect on the global C cycle. The litter input quantity and quality are taken into account under most scenarios of global climate change, but the resulting effects on SOM stability and turnover cannot now be predicted accurately. This research deals with the following specific questions:
1. The intensity of environmental impacts on the surface, especially litter input (quality- and quantity changes of organic matter) reaches the deeper layers of the soil?
2. What are the rapidity of these effects on the chemical, biochemical, and mainly biological properties of soil layers in different depths?
3. How to change mineralization and humification processes in soil, the quality and quantity composition and dynamics of soil organic matter, the activity of soil enzymes involved in the degradation of organic matter, the composition of microorganisms?
4. What are the relatively simple biological activity changes in the soil that can be used as biomonitoring studies to study the above-mentioned effects?
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.
Proposals strength is based on litter manipulation experiments carried out under the international DIRT Project we can get closer to better understand the relationship between the organic matter input, mineralization and the humification at different forest types and different climatic conditions. The further importance of our investigations that with our 17 years old, continuously treated organic matter manipulation experiments we can study the dynamics of the transformation of soil organic matters and we can also model the expected effects of climate change.
Our research data and our results can contribute to better knowledge of the relationship between global warming and the rate of leaf litter decomposition.The purpose of the project is to reveal the connection between the modifications of leaf-litter production and the changes of climatic conditions and land use. It also studies how the modifications, decreases or increases in litter production influence the organic material content, the soil chemical- and especially biological processes of soils. Important anthropogenous changes in land use and cultivation, such as deforestation or reforestation of plough-lands, also have a significant impact on leaf-litter production of the aforementioned areas, which modifies the soil organic matter accumulation and the microbial activity of soils. Our results can be studied separately; however, within the scope of the international project, these results enhance the effectiveness of research, since more general and widespread relations can be revealed through the comparison of data, which were collected with same methods.
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.
Decreasing size of natural vegetation cover and changes of characteristic soil parameters are generally observed phenomena since their observation is an actual task in many respects. Soil cover in the area of Hungary is one of the largest natural values of the country. Soil productivity, the amount of exploitable timber as well as agricultural products or the natural biomass of the soil surface are invaluable important components. Besides suffering from damaging interventions, living organisms which live below the soil surface can effectively indicate these alterations by monitoring the environmental impacts on the given area. Bioindication research effectively show the anthropogenic load and the effectiveness of rehabilitation processes in a given area. Changes in the environmental status of natural, agricultural, industrial or other areas can be measured by examination of biological parameters (such as changes in the activity of soil enzymes, modifications in the intensity of soil respiration, organic matter content and ion composition of soil, etc.). These parameters are also appropriate for modifying of unfavourable changes.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Közleményjegyzék |
|
|
| Kotroczó Zsolt, Juhos Katalin, Biró Borbála, Kocsis Tamás, Pabar Sándor Attila, Fekete István: Nemzetközi Tea-avar bomlási kísérlet eredményei hazai lombhullató erdő eltérő avarprodukciójú kezeléseiben, TALAJVÉDELEM Különszám: (2020) pp. 117-132., 2020 | | Kotroczó Zsolt, Veres Zsuzsa, Juhos Katalin, Béni Áron, Várbíró Gábor, Fekete István: Szerves anyag mennyiségi és minőségi változás hatásai egyes talajbiológiai folyamatokra, In: Füleky, György (szerk.) XIV. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, MAG Mezőgazdaságért Alapítvány (2018) pp. 158-164., 2018 | | Kotroczó Zsolt,Veres Zsuzsa,Juhos Katalin,Béni Áron,Várbíró Gábor,Fekete István: Szerves anyag mennyiségi és minőségi változás hatásai egyes talajbiológiai folyamatokra, MAG Mezőgazdaságért Alapítvány, 2018 | | István Fekete, Áron Béni, Andrea Balláné Kovács, Katalin Juhos, Gábor Várbíró, Marianna Makádi, Ibolya Demeter, Zsolt Kotroczó: Nutrient content changes in a detritus manipulation experiment in a forest ecosystem, In: Makádi, M (szerk.) LOTEX 2019 : 2nd Conference on Long-term Field Experiments : book of proceedings, University of Debrecen. Institutes for Agricultural Research and Educational Farm Research. Institute of Nyíregyháza (2019) p. 129., 2019 | | István Fekete, Áron Béni, Riccardo Spaccini, Hiarhi Monda, Gábor Várbíró, Katalin Juhos, Zsolt Kotroczó: Effect of detritus input change on microorganisms in forest soils, In: 7th International Symposium on Soil Organic Matter, (2019) p. 42., 2019 | | Katalin Juhos, István Fekete, Susan Trumbore, Marianna Makádi, Ibolya Demeter, Ornella Francioso, Paola Gioacchini, Daniela Montecchio, Zsolt Kotroczó: Change in physical properties of forest soils in a long-term experiment of detritus input and removal treatment, In: 7th International Symposium on Soil Organic Matter, (2019) p. 61., 2019 | | Kotroczó Zsolt, Fekete István: A talaj biológiai aktivitásának változása avarmanipulációs kísérletek hatására, In: Földes-Leskó, Gabriella; Misik, Tamás (szerk.) ÜNNEPI KÖTET Kárász Imre professzor 70. születésnapja tiszteletére, Eszterházy Károly Egyetem (2019) pp. 46-51., 2019 | | Zsolt Kotroczó, Katalin Juhos, Sándor Attila Pabar, Tamás Kocsis, Imre Berki, Ika Djukic, István Fekete: TeaComposition: Effect of organic matter manipulation on a tea leaf litter decomposition experiment in a deciduous forest, In: 7th International Symposium on Soil Organic Matter, (2019) p. 67., 2019 | | Fekete István, Berki Imre, Veperdi Gábor, Demeter Ibolya, Tóth János Attila, Juhos Katalin, Kotroczó Zsolt: A szerves szénkészlet 4 évtizedes változása a síkfőkúti kutatási területen, In: Szép, Tibor (szerk.) 11. Magyar Ökológus Kongresszus, Magyar Ökológusok Tudományos Egyesülete (2018) p. 34., 2018 | | I Djukic, S Kepfer-Rojas, I Kappel Schmidtb, K Steenberg Larsen, C Beier, B Berg, Kris Verheyen, TeaComposition null, Seres A, Hornung E, Fekete I, Kotroczo Z, Toth Z: Early stage litter decomposition across biomes, SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 628-629: pp. 1369-1394., 2018 | | Katalin Juhos, István Fekete, Zsolt Kotroczó: Change of soil pH in a long-term experiment of Detritus Input and Removal Treatment, In: Rattal, Lal; Flavo, Camargo (szerk.) 21st World Congress of Soil Science, (2018) p. 110., 2018 | | Kate Lajtha, Richard D Bowden, Susan Crow, István Fekete, Zsolt Kotroczó, Alain Plante, Myrna J Simpson, Knute J Nadelhoffer: The detrital input and removal treatment (DIRT) network: Insights into soil carbon stabilization, SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 640-641: pp. 1112-1120., 2018 | | Kotroczó Zsolt, Juhos Katalin, Djukic Ika, Fekete István: TeaComposition: Interkontinentális tea-avarlebomlási vizsgálat eredményei egy hazai lombhullató erdőben, In: Bakacsi, Zs; Kovács, Zs; Koós, S (szerk.) Talajtani Vándorgyűlés : Absztrakt és program füzet, Magyar Talajtani Társaság (2018) p. 53-., 2018 | | Zsolt Kotroczó, Katalin Juhos, Imre Berki, István Fekete: Effect of long-term organic matter manipulation on soil biological activity in a temperate oak forest, In: Rattal, Lal; Flavo, Camargo (szerk.) 21st World Congress of Soil Science, (2018) p. 229., 2018 | | Fekete István,Berki Imre,Veperdi Gábor,Demeter Ibolya,Tóth János Attila,Juhos Katalin,Kotroczó Zsolt: A szerves szénkészlet 4 évtizedes változása a síkfőkúti kutatási területen, Magyar Ökológusok Tudományos Egyesülete, 2018 | | I Djukic,S Kepfer-Rojas,I Kappel Schmidtb,K Steenberg Larsen,C Beier,B Berg,Kris Verheyen,TeaComposition null,Seres A,Hornung E,Fekete I,Kotroczo Z,Toth Z: Early stage litter decomposition across biomes, SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 628-629: pp. 1369-1394., 2018 | | Katalin Juhos,István Fekete,Zsolt Kotroczó: Change of soil pH in a long-term experiment of Detritus Input and Removal Treatment, , 2018 | | Kate Lajtha,Richard D Bowden,Susan Crow,István Fekete,Zsolt Kotroczó,Alain Plante,Myrna J Simpson,Knute J Nadelhoffer: The detrital input and removal treatment (DIRT) network: Insights into soil carbon stabilization, SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT 640: pp. 1112-1120., 2018 | | Kotroczó Zsolt,Juhos Katalin,Djukic Ika,Fekete István: TeaComposition: Interkontinentális tea-avarlebomlási vizsgálat eredményei egy hazai lombhullató erdőben, Magyar Talajtani Társaság, 2018 | | Kotroczó Zsolt,Veres Zsuzsa,Juhos Katalin,Béni Áron,Várbíró Gábor,Fekete István: Szerves anyag mennyiségi és minőségi változás hatásai egyes talajbiológiai folyamatokra, MAG Mezőgazdaságért Alapítvány, 2018 | | Zsolt Kotroczó,Katalin Juhos,Imre Berki,István Fekete: Effect of long-term organic matter manipulation on soil biological activity in a temperate oak forest, , 2018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
