A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I. Laboratóriumi módszertan tesztelése bolygatatlan talajoszlopokon

Átírás

1 AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 58 (29) A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I. Laboratóriumi módszertan tesztelése bolygatatlan talajoszlopokon TÓTH ESZTER, FARKAS CSILLA, KOÓS SÁNDOR és NÉMETH TAMÁS MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet (MTA TAKI), Budapest Bevezetés A szén-dioxid, mint az egyik legjelentősebb üvegházhatású gáz, fontos szerepet játszik a globális felmelegedésben és a klímaváltozásban (RASTOGI et al., 22). Mivel a légkör összetételében bekövetkező változások hozzájárulhatnak a Föld légkörének felmelegedéséhez, egyre növekvő érdeklődéssel fordulunk a nyomgázok forrásainak és elnyelőinek mennyiségi meghatározása felé (FLESSA et al., 22). A mezőgazdasági eredetű CO 2 -emisszió megközelítőleg a teljes emisszió 3%-át fedi le, és között 27%-kal növekedett (LAL, 24). A talaj szén-dioxid kibocsátásának elsődleges forrása a gyökér- és mikrobiális légzés, melynek aránya elsősorban a talajtulajdonságoktól függ (SMITH et al., 23) úgy, mint a talaj hőmérsékletétől, szervesanyag-tartalmától és nedvességtartalmától (SZILI-KOVÁCS et al., 1993). Megállapították, hogy a talajok CO 2 -kibocsátásának időbeli eloszlását a talajok hőmérséklete és nedvességtartalma befolyásolja leginkább (JABRO et al., 28), mivel ezek közvetlenül a gyökerekre és a mikrobiális működésre hatnak (SMITH et al., 23). Általában pozitív összefüggés van a talaj CO 2 -kibocsátása és a talajhőmérséklet között, illetve a talaj nedvességtartalmának a talajlégzésre gyakorolt hatása szintén bizonyított (RETH et al., 25). A talajhasználatban és a talajgazdálkodási rendszerekben bekövetkező változások erősen befolyásolhatják a talaj hő- és vízháztartását, így közvetve egyaránt hatással vannak a talaj CO 2 -kibocsátására (AL-KAISI & YIN, 25) és szénmegkötésére. A trágyázási rendszerek közül elsősorban a szerves trágyát is magukban foglalók hatnak közvetlenül a talaj szervesanyag-tartalmára és emiatt a talajlégzésre is (ZHANG et al., 27, RAJKAI et al., 28). Számos kutatást folytattak a talaj szénraktározásáról és az üvegházhatású gázok emissziójáról, elsősorban a szénmegkötő gyakorlatok alkalmazásának és elterjesztésének elősegítése céljából (AL-KAISI & YIN, 25). A különböző földhasználatok és talajgazdálkodási rendszerek CO 2 -kibocsátását bemutató eredmények azonban gyakran ellentmondásosak (GYURICZA, 24; ZSEMBELI et al., 25), mely azt jelzi, hogy a talajlégzés mögött álló folyamatok erősen talaj- és helyspecifikusak. A talajlégzést és a mikrobiális aktivitást befolyásoló tényezők összetettsége miatt a Postai cím: TÓTH ESZTER, MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet, 122 Budapest, Herman Ottó út teszter@rissac.hu

2 216 T Ó T H e t al. mérés időpontjának (mennyi idővel a talajbolygatás után történik; van-e növénytakaró vagy nincs? stb.) és a mérési feltételeknek (talajhőmérséklet és nedvességtartalom, és ezek állandósága az inkubáció alatt) erős hatása van a kapott eredményekre. Bár az in situ méréseket alkalmazó kutatásoknak nagy jelentősége van, ezeknél a méréseknél a nem szabályozható mérési feltételek, a talaj hőmérsékletében és nedvességtartalmában az inkubációs idő alatt bekövetkező változások nagyon megnehezítik a terepi mérésekből származó adatok értékelését. Így, a talaj CO 2 -kibocsátását befolyásoló különböző tényezők nehezen különíthetők el. Emiatt a terepi módszereket mindig ki kellene egészíteni olyan laboratóriumi mérésekkel, melyek szabályozott körülmények között történtek. Egy másik, a gyakorlatban sokszor előforduló probléma, hogy szerkezet nélküli, bolygatott talajmintákat használnak szerkezetfüggő talajtulajdonságok mint amilyen a CO 2 -emisszió is laboratóriumi vizsgálatához. Ezzel megsemmisítik a talaj szerkezetének és pórusméret-eloszlásának hatását a talajok szilárd-, folyékony- és légnemű fázisainak arányára és ezek erős befolyását a talaj biológiai folyamataira és a CO 2 -emisszióra. A szakirodalmat áttanulmányozva ritkán találkozunk a talaj CO 2 - kibocsátását bolygatatlan talajoszlopokon, ellenőrzött körülmények között végzett kísérletekkel (PRIEMÉ & CHRISTENSEN, 21). Bolygatott minták használata esetén azonban a talaj szerkezeti állapotából eredő információkat elveszítjük. Emellett erősen beszűkítjük annak lehetőségét, hogy mérési eredményeinket a talaj hidrológiai tulajdonságainak függvényében értékeljük. Kutatásunk során három különböző talajművelési rendszer mely a talaj bolygatottságának három különböző szintjét képviseli hatását vizsgáltuk a talaj CO 2 - kibocsátására. Vizsgálataink során nagy (1 cm magas, 1 cm átmérőjű) bolygatatlan talajoszlopokat inkubáltunk klímaszobában. Ezzel a kísérlettel a laboratóriumi és terepi módszerek előnyeit egyesítettük azáltal, hogy a bolygatatlan szerkezetű talajok CO 2 -emisszióját kontrollált hőmérséklet- és nedvességviszonyok között tudtuk vizsgálni. További célunk volt optimalizálni ezt az általunk fejlesztett mérési módszert, külön figyelve az inkubációs idő hosszúságának optimális meghatározására. Anyag és módszer A kísérleti terület és a kezelések. A művelési kísérletet 22-ben állították be a Szent István Egyetem Hatvan közelében található Józsefmajori Kísérleti Telepén enyhén savanyú kémhatású karbonátos csernozjom talajon (WRB besorolása alapján Chernic Calcic Chernozem) (BIRKÁS & GYURICZA, 24). A talajművelési kísérletben sávos elrendezésben, négy ismétlésben. hat különböző talajművelési módot végeznek (GYURICZA, 24). Ezek közül hármat vizsgáltunk: a direktvetés (DV) képviseli a minimális talajbolygatást; a szántás (SZ: 26 3 cm) a hagyományos talajművelési módot; és a mélylazítással kombinált tárcsázás (L+T: 4 45 cm és 16 2 cm) a legnagyobb talajbolygatást eredményező művelést. A területen 27-ben és 28-ban kukoricát, illetve napraforgót termesztettek. A kísérlethez használt talajmintákat 28 áprilisában vettük, az ezt megelőző utolsó talajművelés 27. november 26-án volt.

3 A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I. 217 A talajmintavétel. Mivel a talajlégzés a feltalajban a legnagyobb, ott ahol a mikrobiális aktivitás a legintenzívebb, a mintákat a talaj felső 1 cm-éből vettük. A mintákat 2 cm magas, 1,5 cm belső átmérőjű PVC csövekbe szedtük meg, bolygatás nélkül. A mintavétel során a csöveket 1 cm mélyen bevertük a talajba, majd óvatosan, a lehető legkisebb mozgatással, a bennük lévő talajjal együtt vettük ki őket. A szállítás idejére a csöveket alulról kupakokkal zártuk le. Így összesen 84 db bolygatatlan mintát szedtünk, kezelésenként 28 db-ot. Mindemellett bolygatott talajmintát is vettünk minden kezelésből a talaj kémiai paramétereinek [NH 4 -N, NO 3 - N, összes-n (BREMNER, 1965), ill. AL-P 2 O 5 és AL-K 2 O (SARKADI et al., 1965)] meghatározásához. A bolygatott mintákból vízoldható szerves-c- (WEOC) és vízoldható szerves-n-tartalom (WEON) mérést is végeztünk 1:1 talaj,1 mol CaCl 2 kivonat szűrletéből Apollo 9 Combustion TOC analizátor segítségével (Teledyne Tekmar Co., Mason, Ohio, USA). Szén-dioxid-emisszió mérések. A laboratóriumi emisszióméréseket a minták előkészítése előzte meg. A PVC csövekben lemértük a talajfelszín távolságát a csövek tetejétől, így lehetővé vált, hogy minden talajoszlop térfogata egyedileg kiszámítható legyen. Ezután minden talajoszlop tömegét megmértük. Kezelésenként hét ismétlésben négy különböző nedvességtartalmat hoztunk létre oly módon, hogy a talajoszlopokhoz, 5, 1 és 15 ml vizet adtunk. Ezek a vízmennyiségek, 6,4, 12,8 és 19,1 mm csapadéknak felelnek meg. A kísérlet indításánál azért választottuk ezt a módszert az eltérő talajnedvesség-állapot kialakításához, mert a bolygatatlan talajoszlopok kezdeti nedvességtartalmát nem lehetett a kísérlet előtt közvetlenül meghatározni. Emellett vizsgálataink során nem egy-egy abszolút talajnedvességértéken történő emissziómérésre, hanem sokkal inkább a talajnedvesség-tartalom és a talajlégzés közötti összefüggés meghatározására törekedtünk. Az emissziómérések befejezése után minden talajoszlop kezdeti nedvességtartalmát és térfogattömegét kiszámoltuk a tömegmérések eredményeiből, a talajminták 15ºC-os szárítószekrényben történő kiszárítása után. A talaj CO 2 -emissziójának mérését hetente egy alkalommal, 7 ismétlésben végeztük el klímaszobában, állandó hőmérsékleten, páratartalmon és konstans fényviszonyok mellett. Két hónappal a kísérlet indítása után további, 5, 1 és 15 ml vizet adtunk kezelésenként ugyanahhoz a 7-7 talajoszlophoz, mint a kísérlet kezdetén. Ezzel a párolgásból származó veszteséget pótoltuk. Mivel az elsődleges célunk az volt, hogy a talajművelés emisszióra gyakorolt hatását kimutassuk, semmilyen szerves vagy szervetlen trágyát nem adtunk a talajokhoz. A levegő hőmérsékletét folyamatosan 21ºC-on tartottuk a klímaszobában. A talajoszlopok tömegét minden egyes emissziómérés során lemértük, a talajnedvességtartalom utólagos meghatározása céljából. A fent leírt kísérlet lehetővé tette számunkra, hogy bolygatatlan szerkezetű, pontosan meghatározott térfogatszázalákos nedvességtartalmú talajmintákon a hőmérsékleti tényező kiküszöbölése mellett vizsgáljuk a talaj CO 2 -emisszióját. Az inkubáció során a PVC csövek tetejét légmentesen lezártuk olyan kupakokkal, melyeken egy szeptummal lezárt lyuk van. A talajoszlopok felett található levegőréteg térfogatát minden PVC csőnél külön kiszámoltuk. A különbségek abból

4 218 T Ó T H e t al. adódtak, hogy a mintavételnél nem tudtunk pontosan 1 cm magas mintákat szedni. A levegőminták vétele a szeptummal lezárt lyukon keresztül történt a talajminták feletti légrétegből három hónapon keresztül heti gyakorisággal. Minden mintavételi alkalommal PVC csövenként két mintavétel történt, az első a mérés kezdetekor, amikor a csöveket a kupakokkal lezártuk, majd 3 óra elteltével. A legelső mérési napon a csövek lezárása után 1, 3 és 6 óra elteltével egyaránt vettünk levegőmintát, hogy az optimális inkubációs időt meg tudjuk határozni. Az eredményeket még a következő mérési nap előtt kiértékeltük és a továbbiakban a mintavételi időpontok közül a legoptimálisabbnak talált 3 órás inkubációs idővel dolgoztunk. A levegőmintákat gáztömör fecskendővel vettük (Hamilton 11LTN) és vákuumozott fiolákba tettük (Exetainer tube, Labco Limited, UK), majd a levegőminta CO 2 - tartalmát gázkromatográffal elemeztük (FISONS GC 8). A pontos mennyiségi meghatározáshoz CO 2 standard gázt (Scotty 14; 1 ppm CO 2 in N 2 ) használtunk. A talaj CO 2 -kibocsátását az inkubációs idő alatt bekövetkező CO 2 -koncentráció változása alapján számoltuk a TÓTH és munkatársai (25) által közölt egyenlet alapján. Az első vizsgálati napon mért emisszióértékeket az inkubációs idő függvényében értékeltük, hogy a további méréseknél használandó inkubációs időt optimalizálni tudjuk. A különböző talajművelési módok CO 2 -emisszióra kifejtett hatását ANOVA módszerrel statisztikailag értékeltük, felhasználva a 14 mérési időpont különböző nedvességértékeknél kapott eredményeit. A szignifikáns különbségek elkülönítésére F statisztikát alkalmaztunk mind a különböző inkubációs periódusok, mind pedig a különböző talajművelési rendszerekből származó minták inkubációja során kapott CO 2 -emisszió értékek esetén. Vizsgálati eredmények és következtetések A három különböző talajművelési rendszerből származó talajmintákból mért talajkémiai és talajhidrológiai tulajdonságokat az 1. táblázat tartalmazza. A kezelések közötti fő különbségek a kémiai tulajdonságokban is megjelennek: a direktvetés jóval gazdagabb szerves szénben és nitrogénben, mint a szántás és a mélylazítással kombinált tárcsázás. A talaj felső rétegében értékelhető különbséget nem mutattunk ki a hidrológiai tulajdonságokat illetően. Az inkubációs idő optimalizálása Az első mérési nap során az inkubáció megkezdése után 1, 3 és 6 órával egyaránt történt mintavétel, melyekből a számolt CO 2 -emisszió értékeket az 1. ábrán mutatjuk be. A görbe minden egyes pontja adott talajnedvességnél mutatja a hét ismétlés CO 2 -emisszió átlagát. A görbe alapján elmondhatjuk, hogy a vizsgált talajnedvesség-tartományban a talajnedvesség növekedésével az emisszióértékek is nőttek. Az inkubáció első órája során az emisszióértékek magasabbak, mint a 3 órás és 6 órás inkubációs idő alatt. Hosszabb idejű inkubálás után az értékek jobban kiegyenlítődtek. A szórások (11,27; 8,23 és 7,1 az 1, 3 és 6 órás inkubációnál) és a szórástényező (,64;,63 és

5 A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I táblázat A különböző talajművelési rendszerek 1 cm-es felső talajrétegéből származó minták fontosabb talajkémiai és talajhidrológiai mért tulajdonságai (1) Talajtulajdonságok (2) Direktvetés (DV) (3) Szántás (SZ) (4) Lazítással kombinált tárcsázás (L+T) NH 4 -N, mg kg -1 21,88 7,29 18,23 NO 3 -N, mg kg -1 12,32 43,75 83,86 a) Összes-N, mg kg K 2 O, mg kg P 2 O 5, mg kg WEOC, µg g -1 55,8 44,6 47,6 WEON, µg g -1 22,5 99,6 164,2 b) Térfogattömeg, g cm -3 1,29 1,25 1,26 c) Telítettségi víztartalom, v% 5,7 51,5 51,4 d) Szabadföldi vízkapacitás, v% 34,5 33, 37,9 e) Hervadáspont, v% 16,2 15,8 16,1 f) Hasznos vízkészlet, v% 18,3 17,2 21,8 Megjegyzés: DV: minimális talajbolygatás; SZ: 26 3 cm szántás, hagyományos talajművelési mód; L+T: a legnagyobb talajbolygatást eredményező művelés (4 45 cm és 16 2 cm); WEOC, ill. WEON: vízoldható szerves-c-, ill. szerves-n-tartalom; Hasznos vízkészlet: a növény által felvehető; v%: térfogatszázalék CO2 fluxus (g m -2 nap -1 ) óra 3 óra 6 óra 1 óra 3 óra 6 óra R 2 =,342 R 2 =,6764 R 2 =, Talajnedvesség-tartalom (v%) 1. ábra A talaj szén-dioxid kibocsátása és a talajnedvesség kapcsolata az inkubációs idő (1, 3 és 6 óra) függvényében 28. április 22-én

6 22 T Ó T H e t al.,53 az 1, 3 és 6 órás inkubációnál) csökkenő tendenciát mutatnak az inkubációs idő növekedésével. Statisztikai különbséget (ANOVA; P<,5) találtunk az 1 óra hoszszú inkubáció után és a 3 vagy 6 órás inkubáció után mért fluxusértékek között a teljes, 15 térfogat%-os nedvességtartalom feletti tartományban. A 3 és a 6 órás inkubációs periódus emisszióértékei között azonban szignifikáns különbség nem volt kimutatható. A determinisztikus együttható (R²) alapján megállapítottuk, hogy a CO 2 -fluxus és a talajnedvesség-tartalom közötti kapcsolat erőssége nőtt az inkubációs periódus hosszával. Az 1 órás inkubáció esetén ez a kapcsolat nem volt igazán határozott (R² =,34). A 3 és a 6 órás inkubáció során mért emissziók görbéi nagyon közel helyezkednek el egymáshoz, még azon emisszióértékek esetében is, melyeket különböző kezelésekben mértünk. Mivel a 3 és 6 órás inkubáció R²-értékei között nem volt értékelhető különbség és az illesztett görbe szinte ugyanolyan lefutású, a további mérések tekintetében a 3 óra hosszat tartó inkubációt találtuk indokoltnak. A talajművelés hatása A 2. ábra négy különböző mérési napon végzett inkubáció esetén mutatja be a vizsgált művelési rendszerek hatását a CO 2 -emisszió és a talajnedvesség-tartalom közötti kapcsolatra. A vizsgált talajnedvesség-tartományban, az emisszió a növekvő talajnedvesség-tartalommal emelkedett. A legalacsonyabb emisszióértékeket a szán- CO2 fluxus (g m -2 nap -1 ) 28. április SZ DV L+T május SZ DV L+T CO2 fluxus (g m -2 nap -1 ) június 11. SZ DV L+T július 3. SZ DV L+T Talajnedvesség-tartalom (v%) Talajnedvesség-tartalom (v%) 2. ábra Különböző mérési napokon mért CO 2 -emissziók különböző talajnedvesség-tartalmaknál (7 ismétlés átlaga). Jelmagyarázat: SZ: szántás; DV: direktvetés; L+T: lazitással kombinált tárcsázás

7 A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I. 221 tásból (SZ) származó talajmintákból mértük, mind az ábrán bemutatott napokon, mind azokon, melyeket az ábra nem mutat. A legmagasabb emisszióértékeket minden esetben a direktvetésből (DV) származó mintákból mértük. Ezek az eredmények számos szakirodalomban közölt eredménnyel ellentmondásban állnak. Általában a legalacsonyabb emissziót a bolygatatlan művelésben, a legmagasabb emissziót a hagyományos művelésben mérték (HORN & PETH, 29; GYURICZA, 24). A saját méréseink és GYURICZA (24) által ugyanabban a kísérletben végzett mérési eredményei közötti ellentmondás abból fakadhat, hogy Gyuricza a vizsgálatait pár órával, illetve pár nappal a talajművelés után végezte. Az erősebb talajbolygatás (pl. szántás vagy mélylazítás) magasabb oxigéntartalmat eredményezett a talajban, ami intenzívebbé teszi a méréskor a mikrobiális aktivitást, összehasonlítva a kevésbé bolygatott direktvetéssel. Mindemellett eredményeink összhangban állnak a Józsefmajori Kísérleti Telepen az előző években végzett in situ mérések eredményeivel (TÓTH et al. 25). ZSEMBELI és munkatársai (25) szintén közöltek a miénkhez hasonló eredményeket egy in situ CO 2 -emisszió kísérletből, ahol direktvetést és szántást hasonlítottak össze. A direktvetésből származó talajmintákból mért magasabb emissziót a DV kezelésben mért magasabb N-, P-, K- és szervesanyagtartalommal magyarázhatjuk (1. táblázat). Mindezeken túl a direktvetés kezelésből származó minták mikrobiális aktivitása is jóval magasabb volt, mint a bolygatott kezeléseké. A 3. ábrán azokat a különböző kezelésekben mért talajbiológiai tulajdonságokat mutatjuk be, amelyekkel a talajok mikrobiális aktivitása jól jellemezhető: a szubsztrát indukált respirációt (SIR), a mikrobiális biomassza C- és N-t. Az értékeket a 5 és 5 1 cm mélyről, 3 3 ismétlésben vett bolygatott talajmintákból határoztuk meg. A 3. ábrán jól látszik, hogy mindhárom vizsgált paraméter tekintetében a 5 cm-es mélységben a SZ kezelésben mértük a legalacsonyabb értékeket, a DV kezelésben pedig a legmagasabbakat. A mikrobiális biomassza C és N esetén, az 5 1 cm-es mélységben ugyanez a tendencia figyelhető meg, míg a SIR esetében A B ug CO2-C (g talaj) -1 óra SIR(-5cm) SIR(5-1cm) SZ DV L+T Kezelések ug (g talaj) mikrobiális N(-5cm) mikrobiális N(5-1cm) mikrobiális C (-5cm) mikrobiális C (5-1cm) SZ DV L+T Kezelések 3. ábra Különböző talajművelési rendszerekben 5, ill. 5 1 cm mélységben mért talajbiológiai tulajdonságok. A. Szubsztrát-indukált respiráció (SIR). B. Mikrobiális biomassza C és N. Talajművelési rendszerek: SZ: szántás; DV: direktvetés; L+T: lazítással kombinált tárcsázás

8 222 T Ó T H e t al. nincs jelentős eltérés a három kezelés között. Ezek a mikrobiális aktivitást jellemző paraméterek alátámasztják a CO 2 -emisszió mérésekor kapott eredményeinket. A CO 2 -emisszió értékek a mérések során egyre csökkentek, különösen az első két hét után (2. ábra). Az első mérési napokban 2 3-szor magasabb CO 2 -fluxus értékeket mértünk, mint a kísérlet végén. Ily módon a legmagasabb átlagértékek az első mérési napon, április 22-én voltak a DV, L+T és SZ kezelésekben: 27,6; 14,1 és 1,7 g m -2 nap -1. A legalacsonyabb értékeket (DV: 1,1; L+T: 7,4 és SZ: 3,9 g m -2 nap -1 ) a kísérlet utolsó hetében mértük. Ezek ez eredmények határozott csökkenést jelentenek a mikrobiális aktivitásban. Mivel a levegő- és talajhőmérséklet állandó volt a kísérlet során, azt feltételezzük, hogy a talajminták megszedése, illetve laboratóriumba szállítása és elhelyezése egyfajta bolygatást eredményezett a talajmintákban, különösen a talajfelszínen, mely aktiválhatta a mikrobiális életet extra oxigén biztosításával. A viszonylag magas kezdeti CO 2 -emisszió a megváltozott nedvességtartalomnak tulajdonítható, mely indukálja a mikrobiális aktivitást (LIU et al., 29). Ez e jelenség hasonló ahhoz, amely a talajművelés után figyelhető meg, miszerint a beavatkozást gyors, rövid ideig tartó CO 2 -emisszió növekedés követi (GYURICZA, 24). Elvégeztük a különböző talajművelésből származó, különböző nedvességtartományban mért CO 2 -emisszió értékek statisztikai kiértékelését, melynek eredményeit a 2. táblázat tartalmazza. A legtöbb esetben a legmagasabb emisszióértékeket a DV kezelésből, míg a legalacsonyabb értékeket a SZ kezelésből származó talajmintákból mértük. Ez a kevésbé bolygatott kezelésben a mikrobák számára hozzáférhető magasabb szerves-c-tartalommal magyarázható. 2. táblázat A különböző talajművelési rendszerekből származó talajoszlopok különböző napokon mért CO 2 -fluxusainak (g m -1 nap -1 ) statisztikai értékelése (1) Mérés időpontja (2) Talajnedvességtartalom, Talajművelési mód v% SZ DV L+T (3) Április 24. Április 29. Május 29. Június , 23,6 4,8a 11,1a 1,a 3,1 35,3 3,a 14,2b 9,8a,b 12,6 16,4 4,4a 2,7b 17,2b 27,9 3,7 9,a 21,8b 21,1b 22,7 25,1 1,1a 1,3b 13,8b 27,6 3,4 2,8a 5,4ab 1,5b 23,3 25, 3,a 9,5b 8,9b 28,3 31, 2,9a 8,4b 5,2a Megjegyzés: SZ: szántás; DV: direktvetés; L+T: lazítással kombinált tárcsázás. Az átlagok utáni egymástól eltérő betűk szignifikáns különbséget (p<,5) jeleznek

9 A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I. 223 Összefoglalás Jelen cikkünkben egy olyan kísérletet mutattunk be, melyben a talaj szén-dioxid kibocsátását bolygatatlan szerkezetű nagy talajoszlopokból mértük laboratóriumi körülmények között. Az adatokat kielemeztük és a mintavétel ütemezését optimalizáltuk az adatok alapján. Nem találtunk statisztikai különbséget a 3 és 6 óra hosszan tartó inkubáció után mért emisszióértékek között. Így, az inkubáció időtartalmát 3 órára állítottuk be. A különböző talajművelési módokból [szántás (SZ); direktvetés (DV); mélylazítással kombinált tárcsázás (L+T)] származó mintákból mért emisszióértékek összehasonlítása alapján elmondható, hogy a legmagasabb CO 2 -kibocsátásokat a DV kezelésből, míg a legalacsonyabbakat a SZ kezelésből mértük. Ez a kevésbé bolygatott kezelésben a magasabb hozzáférhető szerves-c-tartalommal magyarázható. A vizsgált talajnedvesség-tartományban a kísérlet elején a talajnedvesség növekedésével emelkedő CO 2 -emisszió értékeket mértünk. A kísérlet negyedik hete után csökkenést figyeltünk meg a CO 2 -emisszió értékeiben a szabadföldi vízkapacitás körüli nedvességtartalomnál. Minden kezelésben az idő múlásával ahogy a szubsztrátok kiürültek az emisszióértékek egyre alacsonyabbak lettek. Eredményeink ismételten rámutatnak arra, hogy a talajban végbemenő folyamatok gyorsasága és összetettsége miatt szükséges és fontos a terepi és laboratóriumi mérések egymást kiegészítő, együttes értékelése. A kutatást az OTKA (T62436, K6-314 és 4832) és a MeH MTA VI. 11. Projekt ( A hazai környezetállapot vizsgálata, különös tekintettel a klímaváltozásra ) támogatta. Kulcsszavak: talaj CO 2 kibocsátása, bolygatatlan talajoszlop, talajművelés, klímaszoba, beállított nedvességtartalom Irodalom ABGEKO, J. F. & KITA, M., 27. A qualitative experiment to analyze microbial activity in topsoil using paper and handmade reflection photometer. J. Chem. Ed AL-KAISI, M. M. & YIN, X., 25. Tillage and crop residue effects on soil carbon and carbon dioxide emission in corn soybean rotations. J. Env. Quality BIRKÁS M. & GYURICZA CS., 24. A talajhasználat és a klimatikus hatások kapcsolata. In: Talajhasználat Műveléshatás Talajnedvesség. (Szerk.: BIRKÁS M. & GYURICZA CS.) Szent István Egyetem. Gödöllő. BREMNER, J. M., Total Nitrogen. In: Methods of Soil Analysis. Part 2. Chemical and Microbiological Properties. (Eds.: BLACK, C. A. et al.) Am. Soc. Agron. Madison, USA.

10 224 T Ó T H e t al. FLESSA, H. et al., 22. Integrated evaluation of greenhouse gas emissions (CO 2. CH 4. N 2 O) from two farming systems in southern Germany. Agr. Ecosyst. & Env GYURICZA, CS., 24. Relationship between land use and greenhouse effect based on measured data. In: Soil Management Tillage effects Soil water. (Eds.: BIRKÁS, M. & GYURICZA, CS.) Szent István University, Gödöllő. HORN, R. & PETH, S., 29. Soil structure formation and management effects on gas emission. Biologia JABRO, J. D. et al., 28. Carbon dioxide flux as affected by tillage and irrigation in soil converted from perennial forages to annual crops. J. Envir. Man LAL, R., 24. Soil carbon sequestration to mitigate climate change. Geoderma LIU, W., ZHANG, Z. & WAN, S., 29. Predominant role of water in regulating soil and microbial respiration and their responses to climate change in a semiarid grassland. Global Change Biology. 15. (1) PRIEMÉ, A. & CHRISTENSEN, S., 21. Natural perturbations, drying wetting and freezing thawing cycles, and the emission of nitrous oxide, carbon dioxide and methane from farmed organic soils. Soil Biol. Biochem RAJKAI, K. et al., 28. Effects of nitrogen fertilization on carbon flows in soils with contrasting texture. Cer. Res. Comm RASTOGI, M., SINGH, S. & PATHAK, H. 22. Emission of carbon dioxide from soil. Current Science RETH, S., REICHSTEIN, M. & FALGE, E., 25. The effect of soil water content, soil temperature, soil ph-value and the root mass on soil CO 2 efflux A modified model. Plant and Soil SARKADI J., KRÁMER M. & THAMM F.-NÉ, Kálcium- és ammonlaktátos talajkivonatok P-tartalmának meghatározása aszkorbinsav-ónkloridos módszerrel melegítés nélkül. Agrokémia és Talajtan SMITH, K. A. et al., 23. Exchange of greenhouse gases between soil and atmosphere: interactions of soil physical factors and biological processes. European J. Soil Sci SZILI-KOVÁCS, T. et al., CO 2 evolution from soils formed on various parent materials in the East-Cserhát mountains (Hungary) during laboratory incubation. Agrokémia és Talajtan TÓTH, E. et al., 25. Carbon-dioxide emission from calcareous chernozem soil. Cer. Res. Comm. 33. (1) TÓTH T. et al., 25. Data on the elements of carbon cycle in a solonetz and solonchak soil. Cer. Res. Comm. 33. (1) ZHANG, X. H., YUAN, H. M. & JIANG, W. J., 27. CO 2 and N 2 O emission from the rape field and their controlling factors. J. Ecol. Rural Environ ZSEMBELI, J. et al., 25. CO 2 -measurements in a soil tillage experiment. Cer. Res. Comm. 33. (2) Érkezett: 29. október 3.

11 A művelés hatása a talaj szén-dioxid kibocsátására I. 225 Effect of tillage on soil carbon dioxide emission I. Testing a laboratory method on undisturbed soil columns E. TÓTH, C. FARKAS, S. KOÓS and T. NÉMETH Research Institute for Soil Science and Agricultural Chemistry (RISSAC) of the Hungarian Academy of Sciences, Budapest Summary Three soil tillage systems, representing three levels of soil disturbance, were tested for their effect on CO 2 emission from the soil. For these studies, large (1 cm high, 1 cm in diameter) undisturbed soil columns were incubated in a climate chamber, thus combining the advantages of laboratory and field methods, as it was possible to record the CO 2 emission from soils with undisturbed structure under controlled temperature and moisture conditions. A further aim was to optimise a newly elaborated measuring technique, with special regard to the determination of optimum incubation time. The data were evaluated and the timing of sample taking was optimised accordingly. No statistical difference was found between the emission values measured after 3 and 6 hours of incubation, so the time was set to 3 hours. A comparison of the emission values recorded for samples originating from the three soil tillage methods [ploughing (SZ), direct drilling (DV), disking combined with deep loosening (L+T)] indicated that the highest CO 2 emissions arose from the direct drilling treatment and the lowest from the ploughing treatment. This could be attributed to the higher available organic C content in the less disturbed treatment. In the soil moisture content range tested, CO 2 emissions were found to rise with an increase in soil moisture content at the beginning of the experiment, but in the fourth week a decrease was observed in the value of CO 2 emission at soil moisture contents around the field water capacity. In all the treatments the emissions gradually declined as the substrates were exhausted. The results confirm that, due to the rapidity and complexity of processes taking place in the soil, it is necessary and important for mutually complementary field and laboratory measurements to be evaluated together. Table 1. Major chemical and hydrological properties measured in samples originating from the upper 1 cm soil layer in various tillage systems. (1) Soil properties. a) Total N; b) Bulk density; c) Saturated water content; d) Field water capacity; e) Wilting point; f) Available water content. (2) Direct drilling. (3) Ploughing. (4) Disking combined with loosening. Note: DV: minimal soil disturbance; SZ: ploughing to 26 3 cm, conventional soil tillage method; L+T: tillage system resulting in the greatest soil disturbance (4 45 cm and 16 2 cm); WEOC and WEON: water-extractable organic C and N contents. Available water content: available to plants; v%: volume percent. Table 2. Statistical evaluation of the CO 2 emission (g m 1 day 1 ) recorded on various days from soil columns originating from different soil tillage systems. (1) Sampling date. (2) Soil moisture content, v%. (3) Soil tillage method. Note: SZ: ploughing; DV: direct drilling; L+T: disking combined with deep loosening. Different letters after the means indicate significant differences at the P<.5 level.

12 226 T Ó T H e t al. Fig. 1. Correlation between soil carbon dioxide emissions and soil moisture as a function of incubation period (1, 3, 6 hours) on 22 April 28. Fig. 2. CO 2 emissions recorded on various sampling dates at different soil moisture contents (means of 7 replications). Legend: SZ: ploughing; DV: direct drilling; L+T: disking combined with deep loosening. Fig. 3. Biological soil properties measured at depths of 5 and 5 1 cm in various soil tillage systems. A. Substrate-induced respiration (SIR). B. Microbial biomass C and N. Soil tillage systems: SZ: ploughing; DV: direct drilling; L+T: disking combined with deep loosening.