Az öntözés általános talajtani alapjai (x)

Ezt a helyzetet csak tovább rontja a klímaváltozás hatására szélsőségesebbé váló időjárás. A klímaváltozási szimulációs vizsgálatok ugyan nem jelzik a csapadék éves összegének további jelentős csökkenését, de az éven belüli eloszlás a téli félév csapadék mennyiségének növekedését, illetve a nyári csapadékok csökkenését jelzi előre. Fontos további tényező a szélsőséges csapadékok, intenzív záporok valószínűségének növekedése, ami a magyarországi talajtani adottságok miatt tovább csökkenti a hasznosuló víz mennyiségét. A legfontosabb területeken található agyagos vályog, agyag fizikai féleségű talajok a hirtelen csapadékokat nem tudják befogadni, a víz jelentős része elfolyik a felszínen és nem hasznosul a mg-i termelésben. Ezt az állapotot jelentősen rontja a művelés hatására létrejövő szerkezeti leromlás, ami drasztikusan csökkenti a beszivárgást és a talajok víztározó képességét. Sajnos eljutottunk odáig, hogy a vízgazdálkodási tulajdonságok becsléséhez használt talajtani paraméterek - amik a szerkezetes talajokkal számoltak- teljes mértékben alkalmazhatatlanok a vízgazdálkodást támogató talajtani szakvélemények készítésénél. Az elmúlt időszak öntözési tanácsadási rendszerei nem tartottak lépést a leromló talajállapotokkal, így azok eredményei is gyakran erősen megkérdőjelezhetőek. Mindehhez sajnos önkritikusan meg kell jegyezni, hogy ez sajnos a talajtani szakma és szakértői hálózat gyengeségét is jelzi.

A mezőgazdasági termelés szempontjából legfontosabb alföldi területek azonban nem csak helyi csapadékból táplálkoznak, igen jelentős a Kárpátok területén hulló csapadékok alföld felé történő áramlása is, ami jelentősen csökkenthetné a mezőgazdaság időjárási függőségét. Nem csoda, hogy a réti, réti csernozjom talajokon nagyobb termésbiztonsággal termeszthetők a vízigényesebb fajok, mert a klimatikus víz mennyisége nem mindig fedezi a vízszükségletüket. A medence aljba történő leszivárgást viszont szintén erősen befolyásolják a talajtani viszonyok. A rossz talajtani adottságok megakadályozzák a víz szabad áramlását a talajban, ami végeredményben csökkent beszivárgáshoz, vagy a felszín alá szorult, és oda feljönni nem tudó talajvizet eredményez.  Azt hiszem, hogy ezek a tényezők és folyamatok a mai magyarországi mezőgazdaság legnagyobb problémái.

Ez a rövid bevezetés is érzékelteti, hogy a mezőgazdasági vízhiány távolról sem csak klímaváltozási probléma.  A mezőgazdaság nem csak elszenvedője, hanem részben okozója is ennek az állapotnak. A talajoknak és a talajokon élő növényzet evapotranspirációjának igen jelentős lokális és globális klíma-meghatározó szerepe van. A mezőgazdaság ok-okozati helyzetének meghatározása nem könnyű. De talán itt az ideje annak, hogy megpróbáljuk megérteni a problémákat és tevékenyen, okosan javítani a jelenlegi állapotokon.

Az öntözés az esetek nagy hányadát tekintve tüneti kezelés. A problémákat nem oldja meg, de időszakosan kezeli. Természetesen vannak intenzív kultúrák, ahol az időjárás kiszámíthatatlanságának csökkentése gazdaságilag mindenképpen kifizetődő.  A többi esetben a valódi megoldás a talajaink vízgazdálkodási tulajdonságainak javítása lenne.

A jól kivitelezett öntözésnek természetesen számos előnyös talajtani hatása van, melyek azonban inkább rövidtávú hatást jelentenek. Ezek közül a legfontosabbak a következők:

• Nő a talaj termékenysége
• Tápanyag-feltáródás, oldódás és tápanyagfelvétel elősegítése
• Biológiai, mikrobiológiai folyamatok felgyorsítása
• Szervesanyag lebontás, mineralizáció, humuszosodás
• Szerkezet építés, javuló porozitás viszonyok
• Sóháztartás befolyásolása, talajok kimosása

Összefoglalva a pozitív hatások elsősorban a talaj biológiai állapotát és aktivitását fokozza és ennek közvetett és közvetlen pozitív hatásain keresztül érvényesülnek. Az öntözés azonban számos negatív hatással járhat, különösen akkor, ha nem vesszük figyelembe a talajtani adottságokat, illetve a vízmennyiséget és intenzitást. Az öntözést megvalósító technológia és a technológiai kivitelezési irányelveknek minden esetben a talajtani adottságokat kell figyelembe venniük. A rosszul kivitelezett öntözés talajtani hatásai – ellentétben a pozitív hatásokkal – sajnos hosszú távú, tartós problémákat okoznak a talajtani folyamatokban, talaj jellemzőkben és ezek következtében a talajok termőképességében.  A legfontosabb negatív hatásokat az alábbi felsorolásban tüntetjük fel:

• Szerkezet leromlás
• Aggregátumok szétesése, eliszapolódás
• Porozitás csökkenés
• Reduktív viszonyok kialakulása, másodlagos rétiesedés, láposodás
• Tápanyag vesztés, denitrifikáció
• Tápanyag vesztés, kilúgzás
• Kilúgzás, kalcium kimosódás, telítettlenség és savanyodás
• Sóháztartási viszonyok megváltozása, másodlagos szikesedés, szologyosodás

Érthetőbbé tehetjük a negatív hatásokat, ha azokat csoportosítjuk és egymásra épülő folyamatokban kötjük össze. A legfontosabb 3 folyamatrendszer a fizikai szerkezet átalakulása és leromlása, a tartós víztelítettség, illetve ezek közvetlen tápanyag gazdálkodási okai, illetve a talajok sóháztartásában kialakuló változások, amik közvetve rontják le a szerkezetet és a és indítanak el negatív tápanyag-gazdálkodási folyamatokat.

1. Fizikai szerkezet leromlása

Az egészséges talajt a 3 fizikai fázis, vagyis a szilárdfázis, a talajoldat és a talajlevegő együttes jelenléte jellemzi. A talajnedvesség és a talajlevegő megoszlása a pórus átmerő diverzitásából fakad. A nagyságrendileg 50 mikrométer feletti átmérővel jellemzett vastag pórusok, az úgynevezett gravitációs pórusok, vagy a makro és megapórus tartomány felelős a talajokban a levegő raktározásáért. A nevük is azt jelzi, hogy ők azok, amik eső után gravitációsan kiürülnek, mert a kapilláris erők nem képesek a vízoszlop visszatartására. A vékonyabb pórusok, vagyis az úgynevezett kapilláris pórustér viszont nagy fajlagos falfelülettel rendelkezik, így a víz nagy felületen tud tapadni, kapaszkodni a talajban, vagyis ellen tud állni a gravitáció leürítő hatásának. Ez az a tartomány, ami a talajnedvesség tartós tárolásáért felelős. Persze a nagyon vékony pórusok már nagyon erősen kötik a vizet, így azok már nehezen hozzáférhetők a növények számára. Ezt a vizet nevezzük holt víznek. A szabadföldi vízkapacitás a talajok víztározó képessége, ami a talajok gravitáció ellenében visszatartott vízmennyiségét jelzik. A holt víz és a szabadföldi vízkapacitás víztartalma közötti mennyiség a növények által felhasználható vízmennyiség, amit a növényi gyökerek szívó ereje el tud szakítani a talaj rendszeréből.  

A szerkezet szempontjából értelmezve a 3 fázist kijelenthető, hogy az egészséges talajokban kialakult szerkezeti elemek, talajmorzsák, talaj-aggregátumok, melyeken belül a vékony, víztartó pórusok dominálnak felelősek a víztartásért. A morzsák között kialakult vastag pórusok, a gravitációs pórusok, viszont levegővel vannak kitöltve, így biztosítva a megfelelő aerob környezetet. Csak az egészséges, szerkezetes talajok képesek a 3 fázis együttes fenntartására és az egészséges talajélet, oxidációs állapot biztosítására, ami a nem csak a vízforgalmat, de a tápanyag forgalmat is erősen meghatározza. Az öntözés hatására fellépő szerkezet leromlás ezen a ponton gyengíti a talaj rendszerét és csökkenti a talajok termőképességét. Arról nem is beszélve, hogy a leromlott szerkezetű talajok beszivárgási tényezője erősen leesik, csökkentve a csapadékvíz talajba szivárgásának esélyét. Ez először a belvizek kialakulásában játszik fontos szerepet, de később az elvezetett, elpárolgott belvizek vízmennyisége hiányozni fog a talajból, ami abszurd módon a talajok aszályérzékenységét emeli.

 A rosszul kivitelezett öntözés részben mechanikai, részben kolloid kémiai hatásokon keresztül rontja le a talaj szerkezetét. A csepperózió fogalma ismert, amikor a nagy sebességgel érkező vízcsepp gyakorlatilag szétveri a talajok szerkezeti elemeit. Ez részben a mechanikai ütő, aprító hatás, részben viszont a kapilláris pórusok erős nedvszívása miatt jön létre. A hirtelen, kívülről történő átnedvesedés közben minden irányból befelé nyomuló víz a bezárt levegőt összenyomja és szétrobbantja a szerkezeti elemeket. A folyamat eredményeképpen csökken a szerkezeti elemek mérete, a letört, leütött kisebb darabok, illetve elemi szemcsék pedig a vastagabb pórusokba hullanak, amit kitöltenek, csökkentve a gravitációs pórusteret. Az átnedvesedett, kisebb stabilitású szerkezeti elemeket érő további ütőhatás egyre kifejezettebb és hatékonyabb lehet, ami a felszín teljes elpépesedéséhez, szerkezetvesztéséhez is vezethet. Ez a réteg aztán kiszáradva egy tömör kérget képez a felszínen. Érthető, hogy miért olyan veszélyes a talaj számára a nyári fedetlenség. A legjobban kiszáradt, növényborítás nélküli felszínre érkező nyári zápor talajpusztító hatása is nagyon jelentős lehet. Az öntözési technológia esetén viszont ezek a paraméterek okos, tudatos tervezéssel elkerülhetőek, illetve csökkenthetőek.  Látva azonban az öntöződobos technológia elterjedtségét, melyek ebben a tekintetben talán a legveszélyesebb módszerek, egyelőre még sok munka áll előttünk.

A folyamat tehát először egy mechanikai aprítás, amit aztán a csökkenő beszivárgással rendelkező felületen megpangó vízben szétázó szerkezeti elemek extrém porozitás csökkentő és kérgesedést előidéző hatása követ.

A fenti képeken látható folyamat a kérgesedés, mely a felszínen még szologyosodást is okoz – bár ez utóbbi kifejezést a szikesek esetén szoktuk használni, ahol a Na hatására fellépő kolloid peptizáció, majd később a gyakori pangóvízhatás miatt erős kilúgzás és telítetlen kolloidok létrejötte az apró talajrészecskék lefelé mozgását okozza. A kolloidoldatban peptizált, szuszpenzióban levő szerves anyag és agyagásvány tartalom lefelé mozdulásával a nagyobb inert alkotók, por és homokszemcsék hátramaradnak a felszínen. Ez a folyamat a csepperózióval is hasonlóképpen megy végbe.

A folyamat itt azonban nem áll meg. A túlnedvesedett felszínen a kolloidok szuszpenzióba mennek és elindulnak lefelé a pórusokban, ahol elakadnak, kicsapódnak, kitöltve a vastagabb pórusokat és folyamatosan vékonyítva őket. Ez természetesen fokozatosan csökkenti az összporozitást, de azon belül a gravitációs, vastag pórusokat még inkább. Az eredmény egy szerkezet nélküli, kis porozitású és nagyon vékony kapilláris pórusokat tartalmazó réteg, ami kevés víz hatására is telítetlenné és oxigénhiányossá válik.

2. A szerkezet leromlás és túlnedvesedés tápanyag gazdálkodásban okozott mellékhatásai

A szerkezetleromlás és az azt követő porozitás csökkenés elsődleges hatása a tartós víztelítettség és oxigénhiányos állapot kialakulása. A tartós vízhatás oka az, hogy a pórusok átlagos átmérője nagyon leesik, dominálnak a nagyon vékony pórusok. A talaj tömörödötté válik. A kis porozitás miatt a vízbefogadó képessége nagyon alacsony, a vízmegkötő, vízvisszatartó képessége viszont nagy lesz, vízvezető képessége pedig kicsi. Vagyis kevés víz is telíti a talajt, és a víz erősen kötődik a talajhoz, nem tudja levezetni a vizet a talaj mélyebb rétegei felé. A fentről jövő víz ezért megpang, lassan halad lefelé, miközben kiszorítja a talajból a levegőt. A rossz vízvezetés miatt a lassan áramló víz oxigén tartalma hamar elfogy a mikrobiális tevékenység miatt, ami aztán nem tud után pótlódni, így hamar oxigénhiányos állapot léphet fel. Ezt tovább rontja a felszínen gyakran kialakuló pangó víz, belvíz jelenléte is.

A szélsőségessé váló vízgazdálkodás másik véglete is megtörténhet, amikor száraz időben a vékony pórusok kapilláris vízemelése a talaj nedvességtartalmát megemeli és a felszínig vezeti, ahonnan az gond nélkül elpárolog, maga után húzva a talaj mélyebb rétegeinek nedvességtartalmát, és extrém módon kiszáradó, önmagát a kiszáradástól megvédeni nem tudó talajt hoz létre.

Az öntözés nem megfelelő végrehajtása tehát számos vízgazdálkodási problémát okoz, ami a szélsőséges vízgazdálkodási helyzetek kialakulását eredményezi.

A víztelítettség hatására számos negatív kémia, kolloid-kémia folyamat is elindulhat, ami részben a talajok általános fizikai kémiai állapotát, részben a konkrét tápanyag forgalmat is negatívan befolyásolja. Amennyiben a talajréteg hosszabb ideig vízben áll, akkor lehetőség van a nehezen oldódó ionok telje mértékű, a telített állapotot elérő oldódására is, ami az oldat áramlása esetén kilúgzáshoz és tápanyagvesztéshez vezet. A kilúgzás természetesen fokozza a savanyodást, csökkenti a bázistelítettséget és növeli a rejtett savanyúságot. A kalciumvesztés miatt pedig számos negatív talajszerkezeti változást is okoz.

A kilúgzással leginkább a nitrogén, mint a legjobban oldódó makrotápelem vesztesége a legnagyobb, de jelentős kálium veszteséget is okozhat. A tartós víztelítettség pedig oxigénhiányos állapotot eredményez, amit a talaj mikrobiális rendszere a nitrát ionok oxigénjeinek felhasználásával kompenzál. Ezt a folyamatot nevezzük denitrifikációnak, vagyis a nitrátok nitrogénné való átalakításának. A nitrogén molekulák pedig természetesen a légkörbe távoznak. Ezt a folyamatot lehet gyakran látni a tavasszal az őszi vetések belvizes területein, ahol a növényállomány sárgás-zöld színe jelzi a nitrogén hiányt. Mindez tehát azt jelenti, hogy a nem megfelelő öntözés okozta negatív hatások részben direkt tápanyagveszteséggel járnak, részben pedig a kilúgzás okozta savanyodás miatt a tápanyag feltáródás, oldhatóság, így a növények általi felvehetőség, végső soron a hasznosulás is csökken.

3. Az öntözés okozta szikesedési problémák

Az öntözés negatív hatásai között a leginkább kiemelt és kutatott a szikesedés, másodlagos szikesedés problémája. Ez nem csak nálunk, hanem a világ más, fejlett, intenzív mezőgazdaságot folytató területein is kiemelt probléma. A szikesedés két fő folyamaton keresztül fejtheti ki a hatását. Az egyik a magas sótartalmú öntöző víz használatából fakadó szikesedés, a másik pedig az öntözés hatására megemelkedő, magas sótartalmú talajvíz hatása a talajtulajdonságokra. Nálunk sajnos minkét ok gyakori problémaként merülhet fel, így a talajvíz mélysége és minősége, illetve az öntözésre használt víz kémiai jellemzőinek vizsgálata (összes só tartalma, illetve a magnézium és nátrium ionok aránya) mindenképpen elkerülhetetlen, kiemelt feladat kell, hogy maradjon.

A magyarországi állapotokat jól jellemzi, hogy a kiemelt, öntözés szempontjából fontos területek talajai általában agyagos, agyagos vályog összetételű alluviális üledékek, amelyek alatt a nátrium-karbonátos és nátrium-hidrogénkarbonátos talajvíz okozta másodlagos szikesedési folyamatok az agyagos talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőit is jelentősen átalakítják, ami nehezen visszafordítható folyamatokat eredményez. A szikesedés elkerülésére vonatkozó irodalom igen gazdag, ezek eredményeit a jövőben is fokozott figyelemmel kell kísérni.

Mindezek alapján az öntözés optimalizálásánál technológiai szempontból a következő szempontokat kell szem előtt tartani a talajtulajdonságok leromlásának, a talaj levegőgazdálkodási károsodásának elkerülése érdekében:

• Biztosítani kell a többletvíz elvezetését
• A talajvíz szintjét a megfelelő szinten kell tartani
• El kell kerülni a pangóvízhatást
• El kell kerülni az aggregátumok szétesését, csepperóziót, szétiszapolódást, kérgesedést és az ebből eredő beszivárgás csökkenést

Az öntözés, illetve az öntözési technológiai paraméterek meghatározásának talajtani paraméterei

Az öntözési paraméterek meghatározásánál tehát az aktuális talajnedvességen, illetve annak értelmezésén túl ismerni kell a talaj vízbefogadó, vízmegkötő, illetve vízvezető képességét. Az aktuális nedvesség természetesen önmagában még nem sokat mond, mert nem tudjuk, hogy ez a térfogat százalékos nedvességtartalom a szabad vízkészlet vagy a holtvíz tartalom tartományában helyezkedik-e el. Ennek meghatározására ismerni kell a talajok teljes porozitását, differenciál porozitását, illetve a szabadföldi vízkapacitás és a holtvíztartalom V/V%-os értékeit. Ez utóbbiakat a napi gyakorlatban a hervadásponthoz és a szabadföldi vízkapacitáshoz kötött pF-értékek mérésével, illetve azok becslésével szoktuk megbecsülni. A diszponibilis, vagy felhasználható vízkészlet mennyiségét a holtvíztartalom és a szabadföldi vízkapacitásokat jelző pF 2.5 és pF 4.2-es értékekhez tartozó nedvességtartalom becslések különbségével becsüljük meg. A pF 2.5-ös állapotban a 10 mikron feletti pórusok már levegővel telítettek. A becslési eljárásokhoz sok módszer áll rendelkezésre, a szakértői gyakorlatban számos közelítő regressziós eljárás létezik. Szinte mindegyik az alábbi paraméterek, illetve azok változatainak felhasználásával becsli a nedvességtartalmat.

Az öntözésnél kiemelt fontosságú talajtulajdonságok:

• Fizikai féleség
• Az egyes szemcsefrakciók százalékos értékei
• Humusz tartalom
• Mész tartalom
• Porozitás, differenciál-porozitás
• Talajvíz mélysége és a talajvíz össz só tartalma, azon belül a Na és Mg %
• K és k értékek (vízvezető képesség)
• pF – vízkapacitás értékek (Víztározó képesség)
• Vízzáró, illetve vízvezető rétegek jelenléte

Ezek jelentős része vagy rendelkezésre álló adat, vagy a sokkal könnyebben és olcsóbban mérhető, mint a pF-értékek.

A mechanikai összetételt jelző paraméterek a porozitás becslésére szolgálnak, pl. a fizikai féleség, vagy a szemcsefrakciók aránya. Bár sok esetben ezek a felhasznált paraméterek, de a szerkezetességnek csap a potenciálját fejezi ki, a valós állapotot az agrotechnikai degradációs sokkal jelentősebben tudja befolyásolni. A szerkezet felépülési folyamatokat az agyagon túl a humusz és a mész segíti elő. A humusztartalom a szerkezeti elemek felépültségét, a szerves kolloidok jelenlétét és vízkötő mennyiségét jelezheti. A mész a szerkezetességet jelzi, de egy adott pont felett a másodlagos mészkiválás már nem a szerkezet épülését, hanem a vékony pórusok elzáródását jelentheti. Ebből is látszik, hogy a becslési eljárások bár szükségesek, de nem minden esetben adnak megfelelő megbízhatósággal használható eredményeket. A porozitás becslése szintén fontos eljárás, melynek viszonylag pontos laborelemzési lépései vannak, de a terepi reprezentativitás nagyon megkérdőjelezhető. Az időbeli változásokat pedig egyáltalán nem követi, ami egy szántóföld esetén egy vegetációs perióduson belül igen jelentős változásokon megy keresztül. - A szkenner technológiai ebben segíthet! - Ráadásul a bolygatatlan minta csak az összporozitás értékeit adja meg, a differenciál porozitás értékeit nem ismerjük. Ebben a tekintetben segítség a szerkezetépülést elősegítő talajtulajdonságok felhasználása a becslési eljárásnál.

Sajnos az is tény, hogy egy öntözési rendszer egység 70-80 hektáros táblán belül ezek a tulajdonságok sokszor jelentősen változnak, így nem kezelhető a tábla sem egységesen a talajadottságok sérülése nélkül.

Az öntözés tervezésénél és végrehajtásánál természetesen ennél sokkal több paramétert kell fegyelembe venni. Precíziós öntözés esetén a teljes tábla, illetve környékének talajgenetikai jellemzőinek együttes ismerete szükséges. Minden helyzetben és tulajdonság rendszerben más és más tényezők okozhatják a víztározó és vízvezető képesség változásait, térbeli elrendezettségét, sőt sokszor, különösen a vízgazdálkodás tekintetében a tábla saját rendszerének ismerete sokszor nem is elég. A víz a felszínen és a felszín alatti rendszerekben áramlik a felszínen és a felszín alatt és okoz helyben meg nem magyarázható hiányokat és többleteket. Ezért nem csak, de a domborzati paraméterek együttes vizsgálata is elengedhetetlen alapfeltétele a vízmozgás leírásának. Ezt a megközelítést és módszertant követtük a munka folyamán két minta területen, Beremenden és Szarvason.

Precíziós gazdálkodás csak a talajtani és a domborzati tulajdonságok okszerű értelmezésén keresztül valósulhat meg. A piacon jelenleg található adatok – hozamtérképek, vegetációs indexek, talajok vezetőképességéből származtatott talajnedvesség térképek – csak a pillanatnyi állapotot tükrözik, de a heterogenitás okait és a beavatkozási módot nem feltétlenül képesek magyarázni. Számos példa mutatja, hogy a talajaink valós ismerete nélkül a legnagyobb tudású eszközök sem hasznosulnak megfelelőképpen.

Köszönetnyilvánítás: A kutató munka a Széchenyi 2020 keretében megjelent „Innovációs operatív csoportok létrehozása és az innovatív projekt megvalósításához szükséges beruházás támogatása” című (VP3-16.1.1-4.1.5-4.2.1-4.2.2-8.1.1-8.2.1-8.3.1-8.5.1-8.5.2-8.6.1-17 kódszámú) pályázat támogatásával készült. Pályázat azonosítója:1866004120

Írta: Prof. Dr. Dobos Endre és Csenki Sándor