MARTHA: az elsõ részletes talajfizikai adatbázis Magyarországon

A felszín közeli geológiai rétegek víztározó képességét is figyelembe véve a talajvizek formájában tárolt édesvíz-készletek mintegy két nagyságrenddel meghaladják a felszíni édesvíz-készletek mennyiségét. E tározó funkció következtében a talajfelszínre hulló csapadék idõszakos vízellátó jellege kiegyenlítõdik és a növények gyökerei számára többé-kevésbé folyamatosan rendelkezésre állnak a biomassza-termeléshez nélkülözhetetlen vízkészletek. A talajban tárolt hasznos vízkészletek jelentõsen mérsékelhetik azokat a szélsõséges vízháztartási helyzeteket (aszály, belvíz), melyekre a prognosztizálható globális éghajlatváltozás következtében egyre gyakrabban és egyre hosszabb idõtartamban számíthatunk. A talajok és a felszín közeli geológiai rétegek vízháztartásának szabályozása – a pórusrendszer vízzel történõ feltöltõdésének biztosítása és feltöltöttségének megõrzése – a fentieket figyelembe véve Földünk (és hazánk) vízgazdálkodásának és ezáltal a fenntartható fejlõdésnek meghatározó eleme (Várallyay, 2001). A talajok vízgazdálkodása nemcsak a természetes növénytakaró vagy a termesztett növénykultúra vízellátásán keresztül hat a talajok termékenységére. A talajon és talajban mozgó víz (mint oldószer, reagens és mint szállító közeg) a be- és elszivárgás vagy az evapotranspiráció révén meghatározza a talajképzõdési (anyagvándorlási és átalakulási) folyamatok irányát és sebességét, melyek viszont a növények tápanyagellátásával, illetve a talaj- és talajvíz degradációs folyamatokkal hozhatók kapcsolatba. A talajok vízgazdálkodásának szabályozása összetett feladat, melyhez elengedhetetlenül szükséges a talaj vízgazdálkodási jellemzõinek és/vagy a vízgazdálkodást befolyásoló egyéb talajparamétereknek az ismerete.

A talajok vízgazdálkodási jellemzõinek helyszíni és laboratóriumi meghatározására a nemzetközi és hazai talajfizikai szakirodalom egyre korszerûbb és pontosabb mérési módszereket javasol. Mivel azonban e mérések egyre inkább drágák és idõigényesek, sok esetben nincs lehetõségünk az alapvetõ vízgazdálkodási paraméterek (víztartó és vízvezetõ-képesség) kimérésére sem. Ilyen esetekben helyettesíthetjük a méréseket különféle becslési módszerekkel.

A talajok vízgazdálkodási jellemzõinek, így elsõsorban a talajok víztartó és vízvezetõ képességének indirekt módon történõ meghatározására (az egyszerûbben mérhetõ vagy rutin vizsgálati szinten rendelkezésre álló talajtulajdonságok alapján való becslésére) számos kísérlet történt. A pedotranszfer függvény definíciója szerint a rendelkezésre álló adatokat mintegy „átfordítja” a számunkra szükséges adatokká, vagyis egy olyan függvény, mely meghatározott talajtulajdonságokat becsül egyéb könnyen, rutinszerûen vagy olcsón mérhetõ tulajdonságok alapján.

A számítástechnika fejlõdésével és az egyre összetettebb modellek megalkotásával a talajok víz- és oldatszállításának modellezése is gyors fejlõdésnek indult (Farkas et al., 2008). E modellek egyaránt jól használhatóak a talajok termékenységének vizsgálatában és a különféle környezetvédelmi problémák megoldásában. A számítógépes modellek elterjedésével egyre növekedett az igény a talajok víztartó és vízvezetõ képességének ismeretére, hiszen e paraméterek a víz- és oldatterjedési modellek legfõbb talajtani input paraméterei. A megnövekedett igényeket egyre újabb és pontosabb pedotranszfer függvényekkel igyekeznek kielégíteni.

A víztartó képesség becslésére kifejlesztett pedotranszfer függvényeket az alábbi három típusra oszthatjuk fel:

1. Pontszerû becslések: ezek a pedotranszfer függvények egy jól definiált vízpotenciálra becslik a talaj víztartalmát. A pontszerû becslések terjedtek el leginkább hazánkban is (Rajkai et al., 1981).

2. Paraméter becslések (görbebecslések): a parametrikus pedotranszfer függvények megalkotása azon a feltételezésen alapszik, hogy a pF görbék megfelelõ pontossággal leírhatók egy zárt formájú, többparaméteres egyenlettel. A paraméter becsléseket elõszeretettel alkalmazzák a talajvíz-forgalmi modellekben, hiszen e becslések eredményeképpen – a modellekbe könnyen beépíthetõ – folyamatos nyomás-víztelítettség függvényt kapunk (Rajkai & Kabos, 1999).

3. Fizikai-tapasztalati modellek: ebben a megközelítésben fizikai összefüggések alapján képezik a talajjellemzõkbõl a víztartó képesség görbéket. Ilyen lehetõség pl. a mechanikai összetétel adatok alapján talaj pórusméret-eloszlás számítása, majd a pórusméret-eloszlásból a kapillaritás törvényei alapján víztartó képesség görbe becslése.



A vízvezetõ képesség becslések képezik a pedotranszfer függvények másik fontos csoportját. A talajok telítetlen vízvezetõ képességének (kapilláris vezetõképesség függvény) becslésére általában a van Genuchten-Mualem modellt alkalmazzák, mely a számításhoz a talaj illesztett vagy becsült víztartó képessség függvényének paramétereit és a víztelített talaj vezetõképességi értékét (hidraulikus vezetõképesség) használja fel. Sok esetben a hidraulikus vezetõképesség mérésére sincs mód, ilyenkor merül fel a pedotranszfer függvények alkalmazásának szükségessége. Ezek a függvények a hidraulikus vezetõképességre nem adnak ugyan túlságosan pontos becsléseket, ám a talaj vízforgalmi modellek pontosságának sok esetben megfelelnek. A legáltalánosabban alkalmazott, hazai viszonyok közt is leginkább elterjedt Campbell-féle (1985) pedotranszfer függvény a talajok agyag-, por- és homokfrakciójának, valamint a térfogattömegnek ismeretében exponenciális alakú összefüggéssel számolja a hidraulikus vezetõképességet.

A pedotranszfer függvények kidolgozásának alapja a megfelelõ nagyságú, pontosságú és reprezentativitású talajtani adatbázisok megléte. Részletes talajfizikai-vízgazdálkodási adatbázist fejlesztettek ki az USA-ban (UNSODA) és fejlesztés alatt áll egy nagy ausztrál adatbázis is. 1999-re hozták létre 12 európai ország 20 intézetének talajvizsgálati adatait felhasználva az egységes európai adatbázist (HYPRES). Az adatbázisok részletes információkat tartalmaznak az adatok származási helyérõl (talajtípus, szelvényleírás, éghajlati és domborzati leírás, térinformatikai azonosító kódok); az egyszerûen mérhetõ talajvizsgálati paraméterekrõl (agyag%, por%, homok%, szerves szén%, térfogattömeg, egyéb alapvizsgálati eredmények); a mechanikai összetétel, víztartó képesség és vízvezetõ képesség értékekrõl. Az európai adatbázis 1:1 000 000 léptéknek megfelelõ részletessége európai szintû tervezésekhez, modellekhez nyújthat csupán információkat, az országos részletes adatbázisok és pedotranszfer függvények létrehozását és kidolgozását semmi esetre sem helyettesítheti. Hazai viszonylatban jelenleg az MTA TAKI talajtani adatbázisa az egyetlen olyan ellenõrzött adatállomány, mely talajfizikai, vízgazdálkodási becslésekre felhasználható. Az adatbázis 270 db (az extrém talajtulajdonságok kiszûrése után 230 db) talajminta vizsgálati eredményeit tartalmazza. Az adatbázison kifejlesztett pedotranszfer függvények a magyar Alföld mezõgazdasági mûvelésbe vont területeit, illetve a mezõföldi réti csernozjomokat reprezentálják.

2006-ban indított kutatómunkánk elsõdleges célja egy részletes hazai talajfizikai adatbázis (MARTHA: Magyarországi Részletes Talajfizikai és Hidrológiai Adatbázis) megteremtése. Az adatbázisba össze kívánjuk gyûjteni és egységes rendszerbe kívánjuk szervezni a hazai talajfizikai laboratóriumokban mért és jelenleg fellelhetõ talajfizikai és vízgazdálkodási méréseket. Reprezentativitása kiterjedne az ország egész területére (a mezõgazdaságilag mûvelt területekre). Alkalmassá kívánjuk tenni országos és területi pedotranszfer függvények elõállítására éppúgy, mint az úgynevezett „csoport-” vagy „taxonómiai osztály” függvényeknek (a talajrendszertan kategóriaszintjeire jellemzõ vízgazdálkodási paraméterek) a becslésére. Ezáltal jól hasznosítható eszköztárává válhat a hazai talajtani, agrokémiai valamint környezetvédelmi kutatásnak és gyakorlatnak, de lehetõséget nyújt a jelenleg kidolgozás alatt lévõ (és elsõdlegesen a taxonómiai egységeken alapuló) korszerû hazai földminõsítõ rendszer (D-e-Meter) további pontosítására is. Végezetül – területi reprezentativitása révén – összekapcsolható lesz az európai talajtani és vízgazdálkodási adatbázissal (HYPRES), elõsegítve annak továbbfejlesztését. Jelenleg az adatbázis-építés elsõ szakasza lezárult. Egységes adatbázis-rendszerbe foglaltuk a Talajvédelmi Információs és Monitoring Rendszer (TIM) talajfizikai (és általános talajtani) adatait, az MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet és a Pannon Egyetem Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar talajfizikai adatállományát. Mindezt kiegészítettük egy országos adatgyûjtéssel: a Növény- és Talajvédelmi Szolgálat (új nevén: Mezõgazdasági Szakigazgatási Hivatal) Talajvédelmi Csoportjainál fellelhetõ talajfizikai (és a hozzájuk kapcsolódó általános talajvizsgálati) adatok egységes adatrögzítõ programmal, egységes útmutató szerint az ország 19 megyéjében rögzítésre kerültek. A különféle talajtani szakvéleményekbõl származó mintegy 7500 genetikai talajszint rendelkezésre álló adatait rögzítettük. Így összesen a mai napig mintegy 10 000 talajréteg talajfizikai és általános talajtani adatait gyûjtöttük össze és rendszereztük. A begyûjtött adatok feldolgozása során azt tapasztaltuk, hogy az adatsorok területi megoszlása meglehetõsen heterogén: megyénként, illetve talajtani csoportonként változott a begyûjtött talajvizsgálati adatok száma. Mindezek alapján a következõ években célirányos adatgyûjtéseket kívánunk elvégezni az ország „adathiányos” területein.

Elkészítettük a MARTHA adatbázis számítógépes adatbázis kiszolgáló felületét (Firebird 2.0). Az egyszerûen kezelhetõ felület lehetõvé teszi a talajszelvények gyors térképi megjelenítését (internetes környezetben közvetlenül GoogleMap alapon), bemutatja (ha készült) a talajszelvény fotókat, a talajvizsgálati adatokat szelvényenként vagy szelvénysoportonként. Egyszerû szûrési és statisztikai vizsgálatokra is képes, illetve export-import szolgáltatást tartalmaz.

Kutatásunk második fázisában a létrehozott adatbázison olyan pedotranszfer függvényeket kívánunk kifejleszteni, melyek a talajok víztartó és vízvezetõ képességének becslésére alkalmasak. A létrehozandó adatbázis mérete lehetõséget ad arra, hogy a becslõ függvényeket nem csupán a teljes adatállományra, hanem különbözõ mintacsoportokra is elkészíthessük. Így a pF-görbe pontjait számoló (pontszerû becslések) és a teljes görbére felírható (görbe- vagy paraméter becslés) függvényeket, valamint a hidraulikus vezetõképességet becslõ pedotranszfer függvényeket az ország tájegységei és talajtani rendszertani egységek szerint is vizsgálni kívánjuk.



Kutatásunkat a T048302. és 62436. számú OTKA pályázatok támogatásával végeztük.

Makó András–Tóth Brigitta

Pannon Egyetem Georgikon Mezõgazdaságtudományi Kar, Növénytermesztéstani és Talajtani Tanszék