A talajok vízgazdálkodása és a talajtermékenység

A talajban a víz mint oldószer, mint reagens és mint szállító közeg játszik szerepet. Részt vesz a talaj (fizikai, kémiai és biológiai) mállási, talajképzõdési és talajpusztulási folyamataiban. A víz ugyanakkor a növényi élet elengedhetetlen feltétele. A talaj nedvességtartalma meghatározza a talajpórusok víz-levegõ arányát, ami szorosan összefügg a talajok levegõ- és hõgazdálkodásával, valamint mikrobiológiai tevékenységükkel. Mindezek hatást gyakorolnak a talajokban lejátszódó anyagvándorlási és átalakulási folyamatokra, melyek viszont a növények tápanyagellátásával, illetve a talaj- és talajvíz-szennyezési folyamatokkal hozhatók kapcsolatba. A talajok termékenységét gátló tényezõk többsége a talajok vízháztartásához kötõdik. Jogosan fogalmazódik meg tehát az az igény, hogy a talajok termékenységén alapuló korszerû földminõsítõ rendszerbe egyik legfontosabb elemként épüljön be a talajok vízgazdálkodási tulajdonságainak figyelembevétele.

A talajok vízgazdálkodási tulajdonságainak és a termékenységi viszonyok közti kapcsolatok vizsgálata során elsõsorban arra kerestünk választ, hogy a talajoknak mely tulajdonság-együttese, milyen mértékben felelõs a – növények vízellátottságának mértékével összefüggésbe hozható – talajtermékenység változásért.

A talajok vízgazdálkodásának legfontosabb tényezõi a víztartó és vízvezetõ képesség (a szikes talajok esetében a talajnedvesség kémiai összetétele is döntõ). A többi talajtulajdonság is e két tényezõn keresztül hat a vízgazdálkodásra. A talajok víztartó képessége telítettség-közeli állapotban a térfogattömeggel, vagy az összporozitással mutat szoros kapcsolatot. Kisebb nedvességtartalom esetén a talajok mikroszerkezete, illetve a mechanikai összetétel határozza meg a visszatartott víz mennyiségét; a legszárazabb körülmények között pedig a talajok szorpciós tulajdonságait meghatározó szerves (humusz) és szervetlen (agyagásványok, fémoxi-hidroxidok) kolloidok mennyisége és minõsége döntõ a víztartó képesség szempontjából. A talajnedvesség mozgásának alapesetei a páramozgás, illetve a két- és háromfázisú talajban bekövetkezõ folyadékmozgás. A talajok vízgazdálkodása szempontjából a két utóbbi a jelentõs. Kétfázisú folyadékmozgás esetében a talaj teljes pórusterét folyadék tölti ki. Sebességét a talaj és a mozgó folyadék tulajdonságai, illetve a szilárd fázis–folyadék fázis kölcsönhatások határozzák meg. A talajtulajdonságok közül a talajok mechanikai összetétele és szerkezetessége a legfontosabb, azonban közvetett módon (talajszerkezet alakító hatásán keresztül) szerepet kap a humusztartalom, karbonáttartalom, fémoxi-hidroxid tartalom, az adszorbeált kationok minõsége, mennyisége és az agyagásvány-minõség. Természetes körülmények között talajainkat leginkább a háromfázisú folyadékmozgás jellemzi. Ilyenkor a szilárd fázis pórusainak csak egy részét tölti ki a folyadék, másik része levegõvel telített. A háromfázisú folyadékmozgás sebességét a kétfázisú rendszerekhez hasonlóan befolyásolják a talajtulajdonságok, azonban itt – a kétfázisú körülményektõl eltérõen – a talajok folyadéktelítettsége határozza meg elsõsorban a talajpórusok folyadékvezetõ képességét. (A vezetõképesség a folyadéktelítettség függvényében nõ.) A talajnedvesség kémiai összetétele a vízgazdálkodás szempontjából a szikes talajoknál kap fõként szerepet, hiszen – dinamikus egyensúlyban lévén a talajkolloidok felületén adszorbeált ionokkal – közvetett módon befolyásolja a pórusméret-eloszlást (differenciál porozitást), illetve ezen keresztül a folyadékvisszatartást, folyadékvezetést.

A Kreybig-féle 5 fokozatú vízgazdálkodási kategóriarendszer továbbfejlesztéseként Várallyay és munkatársai 1980-ban kidolgozták a magyarországi talajok vízgazdálkodási kategóriarendszerét az 1:100000 méretarányú talajtérképeknek megfelelõ részletességgel. Az általuk meghatározott 9 vízgazdálkodási kategóriából az elsõ 5 kategóriába a talajok víztartó és vízvezetõ képesség értékei (szabadföldi vízkapacitás; holtvíztartalom; hasznosítható vízkészlet; a víznyelés sebessége és a hidraulikus vezetõképesség) alapján történik a besorolás, míg a 6. és 7. kategóriába a gyenge vízvezetõ képességû szikes, vagy pszeudoglejes talajok, a 8. kategóriába a láptalajok, a 9. kategóriába pedig a sekély termõrétegûség miatt szélsõséges vízgazdálkodású talajok tartoznak (Várallyay et al., 1980.).

1982-ben szintén Várallyay és munkatársai kidolgozták a talaj fizikai és vízgazdálkodási tulajdonságait, valamint vízháztartását ábrázoló nagy méretarányú (1:10 000–1:25 000) térképezés (FVV: „Fizikai, Vízgazdálkodási és Vízháztartási” tulajdonságok térképezése) módszertanát. Az FVV térképeken 10 jegyû kódszámmal jellemezték a talajok vízgazdálkodási tulajdonságait, a 10 jegyû kódszám mögött egy 10 talajparaméterbõl álló 10 fokozatú kategóriamatrix állt. A vízgazdálkodást definiáló új talajparaméterként megjelent a rendszerben a talajok térfogattömege, a talajvízbõl történõ kapilláris vízutánpótlás, a talajvíz átlagos terep alatti mélysége, illetve egy „rétegváltozás kód”, mely a különbözõ fizikai féleségû talajszintek egymásra-rétegzõdésérõl ad felvilágosítást (Várallyay, 1982.). Az FVV térképezési módszertan azonban nem terjedt el széles körben, mert a térképezendõ területeken általában nem volt mód a kívánt mintasûrûségû vízgazdálkodási jellemzõk begyûjtésére.

Mivel a talajok termékenységét döntõen befolyásolják azok vízgazdálkodási tulajdonságai és a mezõgazdasági táblákról általában nem állnak rendelkezésünkre vízgazdálkodási adatok, a Nemzeti Kutatásfejlesztési Program támogatásával készülõ „D-e-Meter” intelligens környezeti földminõsítõ rendszer kifejlesztése során lehetõségünk nyílt arra, hogy alkalmazzuk és termésadatokat is tartalmazó országos szintû adatbázison ellenõrizzük a talajok vízgazdálkodási tulajdonságainak – a rendelkezésre álló talajtérképi információkat felhasználó – új becslési módszerét, majd számszerûsítsük a vízgazdálkodási sajátságok és a talajtermékenység kapcsolatát.

A célul kitûzött becslõ módszer kidolgozásához és az összefüggés-vizsgálatokhoz Agrokémiai Információs és Irányítási Rendszer (AIIR) és Talajvédelmi Információs és Monitoring rendszer (TIM) adatbázisai álltak rendelkezésünkre. (Az AIIR adatbázist a Növény- és talajvédelmi Szolgálat, illetve annak elõdje által a múlt század nyolcvanas éveiben hozta létre a talajtérképezés, a különbözõ szakhatósági vizsgálatok, táblatörzskönyvi- és termésadatok gyûjtésével. Földhasználati egységenként sokéves agrotechnikai és termésadatokat, illetve talajvizsgálati adatokat tartalmaz.)

Ahhoz, hogy az AIIR adatbázis korlátozott talajtani információit vízgazdálkodási szempontból értékelhessük, illetve a vízgazdálkodási tulajdonságokat a talajok termékenységével összevethessük, elsõként a Várallyay-féle FVV (10 × 10) vízgazdálkodási kategóriamátrix 5 kategóriakódra leegyszerûsített, könnyebben becsülhetõ változatát hoztuk létre. A TIM adatbázison (Várallyay, 1995), statisztikai klasszifikációs módszerekkel (SPSS / Classification tree – CHAID) alakítottuk ki az 5 számjegyû, max. 10 fokozatú vízgazdálkodási kategóriamátrixot (1. táblázat). Ezt követõen – szintén klasszifikációs módszerekkel – kidolgoztunk egy ún. csoportbecslési eljárást, melynek segítségével a talajok a vízgazdálkodási kategóriamátrix szerinti kódszámokkal jellemezhetõk a talajgenetikai információk és a talajtani alapvizsgálati adatok talajtérképi kódjai alapján.

A fenti becslõmódszert alkalmazva az AIIR adatbázis talajaihoz is hozzárendeltük az 5 számjegyû vízgazdálkodási kategóriakódokat, majd növényenként megvizsgáltuk az egyes vízgazdálkodási kategóriákba tartozó talajok termékenységi mutatóit.

Az ábrán növényenként (õszi búza, kukorica, napraforgó, burgonya és lucerna) mutatjuk be az AIIR táblák termésátlagait néhány kiválasztott, jellemzõ vízgazdálkodási kategória esetében. A bemutatott grafikonok alapján megállapítható, hogy a talajok termékenységét eltérõ módon határozzák meg a talajok vízgazdálkodási jellemzõi. Az õszi búza, kukorica és napraforgó növényeknél a legmagasabb átlagtermések – a mezõgazdasági tapasztalatoknak megfelelõen – a jó víztartó és vízvezetõ képességû talajokon voltak elérhetõk, míg a szélsõséges vízgazdálkodású talajokon csökkent a termékenység. Kissé más képet mutatnak azok a növények (burgonya és lucerna), melyek termesztése az ország bizonyos tájaihoz és az e tájakra jellemzõ talajtípusokhoz kötõdik. Ezen növények esetében az AIIR adatbázis csak ezekrõl a tájakról és talajféleségekrõl nyújt megbízható információt, így a kapott eredmények csak részben tekinthetõk reprezentatívnak és kiterjeszthetõnek az ország teljes területére.

A talajok vízgazdálkodási tulajdonságai és a termékenységi viszonyok közti kapcsolatok statisztikai elemzése igazolta a javasolt vízgazdálkodási kategóriarendszer alkalmazásának, illetve a talajtérképi információk alapján végzett vízgazdálkodási becsléseknek létjogosultságát.

Köszönetnyilvánítás:

Munkánk az OTKA T048302. sz.; az NKFP 4/15/2004. sz. és a GVOP (AKF) -2004 – 3.1.1 sz. kutatási pályázatok támogatásával készült.

Felhasznált irodalom:

Várallyay Gy. 1982. A talaj fizikai és vízgazdálkodási tulajdonságait, valamint vízháztartását ábrázoló nagy méretarányú térképezés módszertana, Kézirat. MTA TAKI, Budapest.

Várallyay, Gy. (ed.) 1995. TIM: Talajvédelmi Információs és Monitoring Rendszer. I. Módszertan. FM Növényvédelmi és Agrárkörnyezet-gazdazdálkodási Fõosztálya. Budapest.

Várallyay, Gy. 2005. Magyarország talajainak vízraktározó képessége. Agrokémia és Talajtan, 54. 5–24.