Assessment of wind erodibility of soils with different methods and the possibilities of wind erosion protection  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
115803
Type PD
Principal investigator Négyesi, Gábor
Title in Hungarian A talajok széleróziós veszteségének becslése különböző módszerekkel és a szélerózió elleni védekezési lehetőségek kidolgozása
Title in English Assessment of wind erodibility of soils with different methods and the possibilities of wind erosion protection
Keywords in Hungarian szélerózió, erodálhatósági mérőszámok, aggregálódás, talajfelszíni kéreg, növényzet
Keywords in English wind erosion, erodibility metrics, aggregation, soil crust, vegetation
Discipline
Physical geography (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Geography
Panel Earth sciences 2
Department or equivalent Department of Natural Geography and Geoinformatics (University of Debrecen)
Starting date 2015-09-01
Closing date 2018-08-31
Funding (in million HUF) 6.016
FTE (full time equivalent) 2.10
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

Magyarország területének megközelítőleg 20%-át érinti a szélerózió, ami egyik legértékesebb erőforrásunk, a talaj termőképességének a csökkenését okozza. A szélerózió nagyságrendjének meghatározásához a szélcsatorna mellett különböző olyan mértékszámokat használunk amelyek úgyszintén alkalmasak a talajok erodálhatóságának a mérésére: aggregátum stabilitás, a felszín érdessége, a a talajfelszíni kéreg erőssége, kritikus indítósebesség és az erodálódott anyag mennyisége. A kutatás célkitűzései közé tartozik ezen paraméterek kapcsolatrendszerének, valamint annak feltárása, hogy ezen paraméterek közül melyek a legalkalmasabbak (szélcsatorna hiányában) a különböző talajok erodálhatóságának a jellemzésére.
A széleróziós kutatásokban nagyon fontosak a terepi mérések, ezért kísérleti parcellákon eltérő területhasználat mellett mérjük a különböző időjárási helyzetekben kifújt és áthalmozódott anyag mennyiségét, valamint a légkörből kiülepedett anyag esetén annak minőségi összetételét is.
Mérési eredményeinket felhasználjuk a defláció veszélyeztetettség térképezésének pontosításához, illetve védekezési optimalizációs javaslatok elkészítéséhez. Fontosnak tartjuk a szélerózió elleni védekezési módszerek kidolgozását, illetve a már ismert módszerek (öntözés, növényfedettség) hatásainak finomítását is.

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 kutatás laboratóriumi vizsgálati részének alapkérdése, hogy egyrészt a különböző nemzetközi szakirodalomban használt erodálhatósági indexek mennyiben adoptálhatóak a hazai talajtípusok esetében, illetve mennyire válthatják ki a szélcsatornában végzett konkrét talajveszteséget érintő méréseket; valamint, hogy a különböző szélerózió elleni védekezési lehetőségek milyen hatást gyakorolnak az áthalmozódott anyag mennyiségére.
A terepi mérések során elsősorban arra keressük a választ, hogy (elsősorban) parcella méretben időben és térben hogyan változik a különböző talajok erodálhatósága és a légkörbe jutó por mennyisége a talaj - klíma - talajművelés kölcsönhatás függvényében.
A mezővédő erdősávok felmérésénél pedig az a kulcskérdés, hogy ezek mennyiben töltik be a szerepüket, vagyis, hogy a különböző irányú és szerkezetű erdősávok mennyire csökkentik le a szél sebességét, illetve, az elhelyezésük és kialakításuk megfelel-e a mezővédő erdősávok telepítési szabályainak.

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!

Napjainkban a klimatológiai elemzések arra utalnak, hogy hazánkban a mediterrán hatások erősödnek fel, emiatt az éghajlati szélsőségek felerősödnek, a csapadék többsége rövid időtartamú, nagy intenzitású záporok formájában érkezik, ezért a száraz időszakok hossza megnő. Ez a folyamat csökkenti a talaj termőképességét és növeli a szélerózióra való hajlamot. A szél által a levegőbe juttatott por onnan kiülepedve (a talajszemcséken megkötődött nehézfémekkel, vegyszerekkel együtt) növeli a humán kockázatot. Ezen káros hatások miatt fontos ismerni azokat a módszereket, amelyekkel a szél által transzportált anyag mennyiségét csökkenteni lehet. További jelentősége a kutatásnak, hogy a talajok erodálhatóságának jellemzésére használt paraméterekkel szélcsatorna hiányában is megadható egy adott területre vonatkozó szélerózió-veszélyeztetettség nagysága. Továbbá ezek a paraméterek egy későbbiekben létrehozandó széleróziós modell inputjaiként funkcionálhatnak, valamint a már létező széleróziós adatbankot is gazdagítják. A szélerózió-veszélyeztetettségre vonatkozó adatok pedig a természeti veszélyek lajstromozása során is felhasználhatók.

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 adófizetők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI számára.

Habár a szél által okozott károknak általában nincs olyan hírértéke, mint az egyéb természeti veszélyeknek (áradások, földrengések) mégis, hosszabb időn keresztül ezek is jelentős hatást gyakorolhatnak a mindennapi életre. A szélerózió jelenségének a kialakulását igen gyakran a nem megfelelő talajművelés okozza, hiszen ez jelentős mértékben növelheti a szél számára rendelkezésre álló anyag mennyiségét. Talajaink széleróziós veszélyeztetettsége azonban nem csupán talajvédelmi probléma, hanem gazdasági (tápanyag veszteség) és a mezőgazdasági területek kiporzása kapcsán bizonyos településeken egészségügyi kérdés is. Ennek a kutatásnak a társadalom számára hasznosítható jelentősége az, hogy megpróbálja számba venni a különböző talajok esetén fennálló széleróziós veszteséget, valamint megoldásokat találni a fennálló probléma csökkentésére.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

About 20% of the territory of Hungary is affected by wind erosion, which can cause a significant decrease in the productivity of our best valuable resources, the soil. To assess the magnitude of wind erosion , in addition to wind tunnel measurementswe use such erodibility metrics, which are suitable for the measuring of the erodibility of soils: dry aggregate stability, surface roughness, surface crust modulus of rupture, threshold wind velocity sediment transport rate. The aims of this research are exploring the connection between these parameters, as well as (in the absence of wind tunnel) describing theerodibility of different soils.
The field measurements are very important in the wind erosion research, so we are going to measure the amount of blew and transported material on experimental plots as well as the quality of deposited material under different climatic and land use conditions.
We will use our results to correct the micro and mezo-scaled mapping of wind erodibility, and respectively to prepare protection proposals against wind erosion.
In practical view we consider that very important to elaborate protecting methods against wind erosion,as well as the correction of already known (irrigation, vegetation) methods.

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.

The basic question of the laboratory experimental section of the research that how the erodibility metrics used in the international state of art could be adopted in the case of the Hungarian soils and how could these metrics substitute the wind tunnel measurements (when the amount of soil loss is measured) and what kind of effect have the protection methods against wind erosion on the amount of transported material?
During field wind erosion measurementwe are mainly interested in the parcel-scale exploration of the spatio-temporal changes in the erodibility of different soils and the suspended dust amount in the air as a function of the soil-climate-ploughing interaction? The key question of windbreak-surveying is how can they fill their role in wind erosion protection, in other words, how the windbreaks with different structure and orientation can decrease the velocity of the wind, and how the location cpmply with the plantation rules of shelterbelts.

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.

Nowadays, the climatic analyses suggest that mediterranean effects will increase in our region, thus the climatic extremes will increase, most of the precipitation will fall as short rain showers to the surface, and the lenght of the drought periods will increase. This process will decrease the productivity of soil and increase the inclination for wind erosion. The dust deposited to the air by the wind(together with the heavy metals and chemicals bind on soil particles) increase the human health hazard. Because of this harmful effect it is very important to know what kind of methods are suitable for decreasing the amount of wind-eroded material. Further relevance of the research, is that the application of erodibility metrics enables the the wind erodibility extent description of a given area without a wind tunnel.
Moreover, these parameters can operate as as the input data of a subsequent wind erosion model. The data refer to wind erodibility can be used to register natural hazards too.

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 NKFI in order to inform decision-makers, media, and the taxpayers.

Although, the damages caused by wind erosion are nota s newsworthy things as other natural hazards (floods, earthquakes), however these can cause harmful long term effect on the every day life.
The formation of wind erosion phenomenon is caused by the non convenient cultivation because it can increase significantly the amount of transportable material by wind. Nevertheless, wind erodibility of soils is not only a soil protection problem, but also economical (nutrient loss), and moreover, human health problem as well in some settlements, related to the dustability of agricultural lands.
The importance of this project for the society is that it tries to quantify the soil loss rate of different soils typesand find a solution to decrease the existing problems.





 

Final report

 
Results in Hungarian
A szélerózió témakörébe sorolható kutatásunkat laboratóriumban és terepen végeztük. Mintaterületként hazánk második legnagyobb futóhomok területét a Nyírséget választottuk. A szélerózió és az ellene való környezetkímélő védekezés témakörébe tartozó laboratóriumi kísérleteket a Debreceni Egyetem szélcsatornájában végeztük. A terepi kísérletek mintaterülete a Nyírségben volt. A talajok erodálhatóságának becslésére a talajok kritikus indítósebességét, az erodált anyagmennyiséget és a talajok erodálhatósági faktorértékét használtuk. A méréseredmények alapján potenciális széleróziós térképeket szerkesztettünk és a védekezéshez kapcsolódó adatbázisunk felhasználásával biztonságosabbá válhat a szántóföldi növénytermesztés. A kutatás során elkészítettük a Nyírség különböző időpontokban felvételezett erdősültségi térképét, valamint elvégeztük szélerózió elleni védekezésben nagy szerepet játszó mezővédő erdősávok felmérését is. A kutatási eredményeket statisztikai és geoinformatikai szoftverekben dolgoztuk fel, konferenciákon ismertettük, hazai és külföldi folyóiratokban, illetve könyvrészletekben közöltük.
Results in English
The aeolian research was based on measurements in laboratories and at-a-site. The second largest sand area in Hungary (the Nyírség) was chosen as sample site. The laboratory measurements on wind erosion and the environmentally friendly methods of protection were carried out in the wind tunnel of the University of Debrecen. At-a-site measurements were made in the Nyírség determining the rate of soil loss on different soil types, at different wind speed and different vegetation cover. To assess the erodibility of soils, the critical threshold velocity of soils, the rate of soil loss and the value of erodibility factor (EF) were used. On the basis of our measurements the potential erodibility map of the Nyírség was compiled. Also, by using of our database about the wind erosion protection methods the plant production could be become more safer. During our research, the forest map of the Nyírség in different times was also compiled and we qualified the wind shelterbelts whiches play an important role in tthe struggle against wind erosion. The data were analyzed statistically and by the application of geoinformatics. Based on the data we created maps of potential wind erosion and built a data-base, which could serve the sustainable agriculture. The results were presented on conferences, in national and international journals, in book chapters,
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=115803
Decision
Yes





 

List of publications

 
Búró B, Tóth Cs, Lóki J, Andrási B, Négyesi G: Széleróziós vizsgálatok egy nyírségi garmadán, In: Füleky György (szerk.) (szerk.) XIV. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia. Gödöllő: MAG Mezőgazdaságért Alapítvány, 2018. pp. 47-51., 2018
Négyesi Gábor, Bertalan László, Buró Botond, Andrási Bence: Félig kötött homokformák morfometriai elemzésének lehetőségei a Nyírségben, In: Molnár Vanda (szerk.) (szerk.) Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában IX.: Theory meets practice in GIS. Debrecen: Debreceni Egyetemi Kiadó, 2018. pp. 259-260., 2018
Lóki József, Négyesi Gábor: Fizikai talajféleségek deflációérzékenysége Jász-Nagykun-Szolnok megyében - szélcsatorna mérések alapján, In: Tamás János, Zsembeli József (szerk.) (szerk.) A talajok gyógyítója: Blaskó Lajos 70 éves: Talajművelési kihívások a 21. század 2. évtizedében. Debrecen: Debreceni Egyetem Mezőgazdaság, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, 2017. pp. 190-198., 2017
László Pásztor, Gábor Négyesi, Annamária Laborczi, Tamás Kovács, Elemér László, Zita Bihari: Integrated spatial assessment of wind erosion risk in Hungary, NAT HAZARD EARTH SYS 16: pp. 2421-2432., 2016
Négyesi Gábor, Lóki József: Mezővédő fásítások felmérésének eredményei a Nyírségben, In: Balázs B (szerk.) (szerk.) Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában VIII. = Theory meets practice in GIS. Debrecen: Debreceni Egyetemi Kiadó, 2017. pp. 448-449., 2017
Négyesi Gábor, Lóki József, Buró Botond, Szabó Szilárd: Effect of soil parameters on the threshold wind velocity and maximum eroded mass in a dry environment, ARABIAN JOURNAL OF GEOSCIENCES 9., 2016
LÁSZLÓ PÁSZTOR - ANNAMÁRIA LABORCZI - KATALIN TAKÁCS - GÁBOR SZATMÁRI - GÁBOR ILLÉS - NÁNDOR FODOR - GÁBOR NÉGYESI - ZSÓFIA BAKACSI - JÓZSEF SZABÓ: SPATIAL DISTRIBUTION OF SELECTED SOIL FEATURES IN HAJDÚ-BIHAR COUNTY REPRESENTED BY DIGITAL SOIL MAPS, ACTA Geographica Debrecina Landscape and Environment Series, 2016
A szélerózió veszélyének integrált térbeli becslése Magyarországon: Négyesi Gábor - Pásztor László - Laborczi Annamária - László Elemér - Kovács Tamás - Bihari Zita, Talajtani Vándorgyűlés Program Az előadások és a poszterek összefoglalója, 2016
Négyesi Gábor - Lóki József: Mezővédő fásítások felméréseinek eredményei a Nyírségben, Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában VIII., 2017




Back »