AZ ÖNTÖZÉS ÁLTALÁNOS TALAJTANI ALAPJAI

A klímaváltozási szimulációs vizsgálatok ugyan nem jelzik a csapadék éves összegének további jelentős csökkenését, de az éven belüli eloszlás a téli félév csapadékmennyiségének 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 mezőgazdasági 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 medencealjba 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 nemcsak elszenvedője, hanem részben okozója is ennek az állapotnak. A talajoknak és a talajokon élő növényzet evapotranspirációjának igen jelentős lokális és globális klímameghatározó 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 rövid távú 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
• Szerkezetépítés, 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, talajjellemzőkben és ezek következtében a talajok termőképességében. A legfontosabb negatív hatásokat az alábbi felsorolásban tüntetjük fel:

• Szerkezetleromlás
• Aggregátumok szétesése, eliszapolódás
• Porozitás csökkenés
• Reduktív viszonyok kialakulása, másodlagos rétiesedés, láposodás
• Tápanyagvesztés, denitrifikáció
• Tápanyagvesztés, kilúgzás
• Kilúgzás, kalciumkimosódás, telítetlenség 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 indítanak el negatív tápanyag-gazdálkodási folyamatokat.

• 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 pórusátmerő 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 jelzi. A holt víz és a szabadföldi vízkapacitás víztartalma közötti mennyiség a növények által felhasználható vízmennyiség, amit a növényi gyökerek szívóereje el tud szakítani a talaj rendszeréből. 

A szerkezet szempontjából értelmezve a 3 fázist kijelenthető, hogy az egészséges talajokban kialakult szerkezeti elemek, talajmorzsák, talajaggregátumok, 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 nem csak a víz-, de a tápanyagforgalmat is erősen meghatározza. Az öntözés hatására fellépő szerkezetleromlás 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 porozitáscsökkentő és kérgesedést előidéző hatása követ.

A fenti képeken látható folyamat a kérgesedés, mely a felszínen még szologyosodást is okoz – bár ez utóbbi kifelyezést a szikesek esetén szoktuk használni, ahol a Na hatására fellépő kolloidpeptizáció, majd később a gyakori pangóvízhatás miatt erős kilúgzás és telítetlen kolloidok létrejötte az apró talajrészecskék lefelé mozgását okozza. A kolloidoldatban peptizált, szuszpenzióban levő szervesanyag- 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.

• A szerkezetleromlás és túlnedvesedés tápanyag-gazdálkodásban okozott mellékhatásai

A szerkezetleromlás és az azt követő porozitáscsökkenés 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 oxigéntartalma hamar elfogy a mikrobiális tevékenység miatt, ami aztán nem tud utánpótlódni, 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 tápanyagforgalmat is negatívan befolyásolja. Amennyiben a talajréteg hosszabb ideig vízben áll, akkor lehetőség van a nehezen oldódó ionok teljes 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 káliumveszteséget 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 sárgászöld színe jelzi a nitrogénhiányt. 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.

• 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 öntözővíz használatából fakadó szikesedés, a másik pedig az öntözés hatására megemelkedő, magas sótartalmú talajvíz hatása a talajtulajdonságokra. Nálunk sajnos mindkét ok gyakori problémaként merülhet fel, így a talajvíz mélysége és minősége, illetve az öntözésre használt víz kémiai jellemzőinek vizsgálata (összes sótartalma, 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 talajtulajdonság leromlásának elkerülése érdekében:

A talaj levegőgazdálkodásának káros irányba való eltolódása

• Biztosítani kell a többletvíz elvezetését
• A talajvíz szintjét a megfelelő szinten kell tartani
• El kell kerülni a pangóvíz-hatást
• 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 holtvíztartalom 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
• Humusztartalom
• Mésztartalom
• Porozitás, differenciál-porozitás
• Talajvíz mélysége és a talajvíz össz sótartalma, 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 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 csak a potenciálját fejezi ki, a valós állapotot az agrotechnikai degradáció 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 technológia 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 figyelembe venni. Precíziós öntözés esetén a teljes tábla, illetve környékének talajgenetikai jellemzőinek együttes ismerete szükséges. Minden helyzetben és tulajdonságrendszerben más és más tényezők okozhatják a víztározó és vízvezető képesség változásait, térbeli elrendezettségét, sőt sokszor, különösen a vízgazdálkodás tekintetében, a tábla saját rendszerének ismerete nem is elég. A víz a felszínen és a felszín alatti rendszerekben áramlik és okoz helyben meg nem magyarázható hiányokat és többleteket. Ezért a domborzati paraméterek együttes vizsgálata is elengedhetetlen alapfeltétele a vízmozgás leírásának. Ezt a megközelítést és módszertant követtük a munka folyamán két mintaterületen, 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 kutatómunka 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”

Prof. Dr. Dobos Endre, Csenki Sándor

A cikk szerzője: Prof. Dr. Dobos Endre