A talajfelszíni kéreg képződése és hatása a szélerózióra

Átírás

1 A talajfelszíni kéreg képződése és hatása a szélerózióra Lóki József Négyesi Gábor Bevezetés A hazai különböző genetikai talajok deflációérzékenységének és a szélerózió elleni védekezés lehetőségeinek tanulmányozása során nagy gondot fordítottunk az öntözés hatásának vizsgálatára. A szélcsatornában az öntözött talajokkal végzett kísérletek során felfigyeltünk arra, hogy a felszín száradása közben a különböző genetikai talajokon eltérő vastagságú és keménységű kéreg alakult ki. A kéregdarabok, a méretüktől, illetve vastagságuktól függően, rövidebb hosszabb ideig védelmet nyújtottak a szélerózió ellen. A talajok kérgesedésével, cserepesedésével foglalkozó talajtani tanulmányok (Blaskó L. Karuczka A. 1998a, 1998b) felhívták a figyelmet e talajfizikai tényező jelentőségére. A kialakuló kéreg hatással van a talaj vízgazdálkodására, a növények csírázására, kelésére és fejlődésére. Meghatározták néhány talaj kérgesedési hajlamát, illetve a keletkezett kérgek stabilitási jellemzőit. Az eddigi eredményeik alapján megállapították, hogy a nagyobb agyagtartalmú, Na-ot és Mg-ot tartalmazó talajokon következik be legrövidebb idő alatt a felszíni kéreg kialakulása. A széleróziós kutatások a defláció ellen védelmet nyújtó kéreg kialakításának lehetőségével foglalkoznak, továbbá annak hatását tanulmányozzák. Kísérletek folytak olyan irányban is, hogy különbözõ adalékanyagok segítségével fokozzák a homokszemek kohézióját, és így csökkentsék a széleróziót. A munkálatoknál azt is figyelembe vették, hogy az adalékanyagok egyúttal a homoktalajok termőképességét is fokozzák. Hollandiában és Dániában már régebb idő óta iszapot kevertek a homokhoz, és így az jobban ellenállt a szél támadásának. A lazább talajok szélerózió elleni védelmére eredményesen alkalmazták az agyagot, bentonit szuszpenziót, és a különböző műgyantákat. Hazai viszonylatban a múlt század hatvanas években Gáti F. és Kazó B. (1965) eredményes kísérleteket végeztek agyag humusz polimer (AHP) alapú trágyakészítmények felhasználásával. Később Bodolayné (1974) és M. Dikkeh (1991) különböző vegyi anyagok alkalmazásával végzett széleróziót csökkentő kísérleteket. A most említett eljárások többsége ugyan sikerrel használható a szélerózió elleni küzdelemben, de egyrészt költséges voltuk, másrészt a környezeti ártalmak miatt nem tudtak szélesebb körben elterjedni. Az elmúlt két évtizedben a Debreceni Egyetemen (Lóki J. 1994) folytak laboratóriumi és terepi kísérletek környezetkímélő kéregképző szerek alkalmazására is. Ebben a tanulmányban csak az öntözés (csapadék) hatására kialakuló kéreg és a szélerózió közötti összefüggések eddigi eredményeit mutatjuk be. Kutatásainkat a T számú OTKA támogatásával végeztük. Anyag és módszer A kéreg tanulmányozását 24 helyről származó (1. ábra) 10 genetikai talajtípuson (1. táblázat) végeztük el. A terepen, egyrészt a szedimentológiai, másrészt a szélcsatorna vizsgálatokhoz a különböző genetikai talajtípusokból ugyanabból a felső szántott rétegéből gyűjtöttünk mintát. egyetemi docens Debreceni Egyetem Természeti Földrajzi Tanszék ** V. évf. tájvédő geográfus hallgató Debreceni Egyetem

2 1. ábra A kéregvizsgálatba bevont talajok mintavételi helye (a számok a talajtípust jelentik) 1. táblázat A mintavételi helyek EOV koordinátái és a genetikai talajtípusok száma EOV Genetikai EOV Genetikai Y X Mintavétel helye talajtipus száma Y X Mintavétel helye talajtipus száma Hajdúdorogtól K-re 4.2 km Pusztamonostortól K-re Szentlőrinckáta Orosháza Tiszaigar I Újkígyós vége Mikétől DK-re Doboztól K-re Lipótfától É-ra Mezőberény - Békés 22 között Zabar Szabadkígyós Nagykamarás (Bánkút) Tépe Szabadkígyós-Újkígyós Berettyószentmártontól 23 között D-re Tiszaigar II Komáditól ÉÉNy-ra Hajdúnánástól K-re 2.1 km Mezőgyántól DNy-ra Józsa Szeghalom - Körösladány 23 között Nekézseny Komáditól D-re 29 A laboratóriumi kísérleteket a Debreceni Egyetem Fizikai Földrajzi Laboratóriumaiban végeztük. A vizsgálatainknál nagyon fontos a talajminták szemcseösszetételének mész- és humusztartalmának ismerete. A szemcsemérettől jelentősen függ a felszínre jutott víz beszivárgásának és a kapilláris emelésnek a mértéke. A mész- és humusztartalom pedig a szemcsék

3 összetapadásánál, aggregátumok képződésénél játszik szerepet. A humusztartalom a nedvességmegtartó képesség és a növényzet fejlődése szempontjából is fontos. A talajok szemcseösszetételét szitálással és iszapolással (Köhn-pipetta), mésztartalmát Scheibler készülékkel, humusztartalmát Tyurin-módszerrel határoztuk meg. 2. ábra A Debreceni Egyetem szélcsatornája A széleróziós vizsgálatokat egyetemünk szélcsatornájában (2. ábra) végeztük. A szélcsatorna-kísérletekhez begyűjtött eltérő nedvességtartalmú mintákat szárítószekrényben kiszárítottuk, majd 1.8 mm lyukátmérőjű drótszita segítségével eltávolítottuk a talajban előforduló szennyeződéseket (tarlómaradványok, gyomok, gyökerek, stb.), valamint a nagyobb talajrögöket. Az így előkészített légszáraz talajjal töltöttük meg a 30x50 cm felületű 5 cm mélységű fémtálcákat, majd 0.5, 1.0, 2.0 és 5.0 mm csapadéknak megfelelő vizet egyenletesen (permetezővel) juttattunk a minták felszínére. A szélcsatornában a kísérleteket négy sebességfokozaton végeztük. A kísérletsorozattal azt mértük, hogy a különböző genetikai talajok esetén az egyes sebességfokozatokon mennyi idő szükséges a talajba juttatott víz elpárologtatásához. A kiszáradt, cserepesedett talajokról digitális fényképezővel felvételeket készítettünk, továbbá meghatároztuk a kéregminták szemcseösszetételét, humusz- és CaCO 3 tartalmát. A mérési eredményeket számítógépen dolgoztuk fel. A különböző talajtípusokkal végzett szélcsatorna kísérleteink alapján megállapíthatjuk, hogy a talajok kiszáradásához, és a szélerózió beindulásához szükséges idő nagyon eltérő.

4 Eredmények A 24 talajmintán végzett kísérletek alapján megállapíthatjuk, hogy a talajok kiszáradási üteme a talajok víztartó képességétől függően változott, amely mind a tíz talajtípusnál eltérő volt. A mérésadatok azt mutatják, hogy az egyes talajtípusokon belül, a különböző helyről származó talajoknál, a kiszáradás mértéke változik. A több finom frakciót tartalmazó talajok kiszáradása lassabban megy végbe. Hasonló a helyzet a humusztartalommal is. A száradási idő a talaj szerkezetén kívül függ a levegő hőmérsékletétől, páratartalmától és nem utolsó sorban az áramló levegő sebességétől. Korábbi kísérletekkel (Lóki J. 1994) már igazoltuk, ha a szél sebessége meghaladja a 9 m/s-ot, akkor a száradás üteme gyorsabb lesz. A talajok kiszáradása természetesen attól is függ, hogy az adott sebességű légmozgás mennyi ideig tart. A szélcsatornában mértük a levegő páratartalmát és hőmérsékletét is. A kísérletek eredményei alapján megállapíthatjuk, hogy azonos hőmérséklet mellett a páratartalom kezdeti gyors emelkedése az idő múlásával lelassul. Ez egyrészt azzal magyarázható, hogy a széllaboratóriumban ugyanaz a levegő jár körbe, tehát a nagyobb nedvességtartalmú levegő egyre nehezebben veszi fel a párolgó nedvességet, másrészt pedig azért is, mert a felszín alatti rétegből nehezebben emelkedik felfelé a víz. Ez a talajok szerkezetétől függően változik. A talaj felső rétegének száradásakor elkezdődik a felszíni kéreg kialakulása. Ennek egyik jele a felszín színének változásában mutatkozik meg, de ezt követően hamarosan kisebb repedések képződnek. A repedések hossza és szélessége fokozatosan nő, majd a felszínt teljesen behálózzák. A talaj felszínét különböző alakú és méretű kéregpoligonok borítják. A poligonok felületének nagysága talajtípusonként eltérő (3., 4. ábra). 3. ábra Kéregképződéskor kialakuló repedéshálózat kovárványos barna erdőtalajon A felszíni kéreg képződését a száradó talaj részecskéinek összetapadása okozza, ami az őket körülvevő vízhártya zsugorodása miatt jön létre. A talaj száradása, a víz párolgása anyagveszteséggel, illetve térfogatcsökkenéssel jár, ezért ahol kisebb a részecskéket összetar-

5 tó erő ott alakul ki a repedés. A repedések kialakulásával a felszín érdessége megváltozik. A repedésekbe benyomuló levegő a repedésperemek hatására örvénylő mozgásba kezd, ami egyrészt felgyorsítja a poligonok peremének száradását, másrészt az alsóbb rétegek kiszáradását is elősegíti. A poligonok peremének gyorsabb száradása újabb térfogatcsökkenést idéz elő, ami a peremek felhajlásában mutatkozik meg. Ez a jelenség a növényzetmentes felszínen a szabadban is gyakran megfigyelhető (5. ábra). 4. ábra Kéregképződéskor kialakuló repedéshálózat mélyben sós réti csernozjom talajon 5. Ártéri üledék kérgesedése Tarpa határában

6 A kéregperem felhajlása fokozza a levegő örvénylő mozgását, a kéreg alatti szemcsék kiszáradását. Megfelelő szélerősség esetén szemcsék indulnak el a repedésből és beindul a szélerózió. A kiáramló szemcsék helyére levegő tódul és az idő múlásával a kéreg alátámasztás nélkül bizonytalan helyzetbe kerül (6. ábra). A billegő mozgást végző kéreg tovább szárad, súlya csökken, felszínét pedig a repedésből kijutó, ugráló mozgást végző szemcsék bombázzák. A kéreg vastagságától, méretétől és a szél erejétől függ, hogy mi lesz a további sorsa. A kísérletek során előfordult, hogy a szél az egész kéregdarabot felfordította, összetörte (7. ábra). 6. ábra Alátámasztás nélküli kéregdarabok a szélerózió kezdetén 7. ábra Szél által felforgatott, összetöredezett kéregdarabok A szélerózió során nagyon gyakran előfordul, hogy az ugráló szemcsék hatására vékonyodnak és töredeznek szét a kéregdarabok. A kéreggel nem védett felszínrészeken a szélerózió felerősödése figyelhető meg.

7 ,63 0,63-0,32 0,32-0,2 0,2-0,1 0,1-0,05 0,05-0,02 0,02-0,01 0,01-0,005 0,005-0,002 0,002-0,001 < 0,001 A kérgek védő hatása elsősorban a méretüktől, vastagságuktól függ. Ez pedig talajonként változott, ezért méréseket végeztünk annak megállapítása céljából, hogy mitől függ a különböző talajokon kialakuló kéreg tulajdonsága, illetve az milyen hatással lehet a szélerózióra. A kérgek kialakulása és jellemzőik elsősorban a talajok mechanikai összetételétől, humusz- és CaCO 3 -tartalmától függnek. Ezeken kívül a talajban előforduló különféle alkotóknak és a víznek is szerepe van. Összehasonlítva az eredeti talaj és a kéreg szemcseösszetételét a következőket állapíthatjuk meg: Általánosságban elmondható, hogy a kéregben a szemcsék finomodása figyelhető meg. A nedvesség hatására a talajszemcsék szétesnek, majd a nedves talajban átrendeződnek és száradáskor más-más szemcseméretet alkotva összetapadnak. A futóhomokban pl. gyakori a 0,1 0,2 mm átmérőjű szemcsék arányának növekedése, továbbá az iszaptartalom emelkedése (8. ábra). % 70 A talaj és a kéreg szemcseösszetétele Tiszaigartól É-ra talaj kéreg mm 8. ábra A talaj és a kéreg szemcseösszetételének változása futóhomokban Az alacsony iszap- és agyagtartalom miatt a szemcsék közötti kohézió kicsi, ezért a kéregképződés jelentéktelen. A kéreg keménysége elsősorban a CaCO 3 - tartalomtól függ. Azokban a mintákban, amelyekben magasabb volt a mésztartalom, a kéregben ez még tovább növekedett. Ennek ellek ellenére mégsem alakul ki olyan keménységű és vastagságú kéreg, amely hosszabb ideig védelmet nyújtana a felszínnek. Az aprószemű homok arányának növekedése gyorsítja a széleróziót. A futóhomok talajok humusztartalma általában 1 % alatti, ezért nincs kéregnövelő hatása. A mérések azt mutatták, hogy a humusztartalom még tovább csökkent, de ez elsősorban a beinduló széleróziónak köszönhető. A kötöttebb talajoknál a kéregben a finomabb frakciók arányának növekedése mérhető (9. ábra), azonban az egyes szemcseméretek növekedése talajonként nagy változatosságot mutat. A keményebb kérgek a magasabb agyagtartalmú talajok felületén alakultak ki. A méréseredmények szerint annál a talajnál, amelyiknél a kalcium-karbonát érték nőtt a kéregben, a humusztartalom csökkent. Ugyanez fordítva is igaz: Ha egy talaj kérgének alacsonyabb a kalcium karbonát tartalma, mint magának a talajnak, akkor a kéregben magasabb a humusztartalom, mint magában a talajban.

8 ,63 0,63-0,32 0,32-0,2 0,2-0,1 0,1-0,05 0,05-0,02 0,02-0,01 0,01-0,005 0,005-0,002 0,002-0,001 < 0,001 % 40 A talaj és a kéreg szemcseösszetétele Zabar talaj kéreg mm 9. ábra A talaj és a kéreg szemcseösszetételének változása agyagbemosódásos barna erdőtalajban Összefoglalás A csapadék, vagy az öntözés hatására jól átnedvesedett, majd kiszáradt talaj felszínén kisebb nagyobb stabilitású kéreg alakul ki, amely a széleróziót csökkenti, illetve az ellenállást növeli. Az átnedvesedett feltalajban egyrészt az anyag átrendeződik, másrészt a víz hatására kémiai folyamatok játszódnak le. A felszín száradásakor a részecskéket burkoló vízhártya zsugorodik, aminek következtében a részecskék összetapadása, cementációja figyelhető meg. A száradással együtt járó térfogatcsökkenés hatására a felszínen repedések keletkeznek. A repedéshálózat sűrűsége és a keletkező poligonok mérete talajtípusonként eltérő. A repedések kialakulása után a további száradás hatásaként a kéregdarabok peremei elvékonyodnak és felhajlanak. Egyrészt a felszínen kialakuló repedések, másrészt a felhajló kéregdarabok az áramló levegőben örvényeket alakítanak ki. Az örvényekben felgyorsuló levegő a repedésekben a felszín alatt gyorsítja a talaj kiszáradását, továbbá a fellazuló, kisebb kohézióval rendelkező szemcséket kiszívja. A szemcsék távozása után a kéregdarabok alatt kisebb nagyobb üregek alakulnak ki, ezért a stabilitásuk is csökken. Abban az esetben, ha a szél sebessége a felszín felett 10 cm magasan meghaladja a m/s-ot a kéregdarabok gyakran felfordulnak és összetöredeznek. A kérgek keménysége, vastagsága a talajok mechanikai összetételétől, humusz- és CaCO 3 -tartalmától függ. A különböző talajokon kialakuló kérgek védőhatása nagyon változó, de erős szélben viszonylag rövid ideig nyújt védelmet még a kötöttebb talajokon is. Irodalom Blaskó L. Karuczka A. (1998): Különböző Ca-Mg-Na telitettségű talajok kérgesedési hajlama. XII. Orsz. Környezetvédelmi Konf. Siófok. pp

9 Blaskó L. Karuczka A. (1998):a talajok kérgesedési, cserepesedési hajlama és a felszínlezáródás mérséklési lehetőségei. www. date.hu/kiadvány/tessedik/1/blasko.pdf p. 9. Bodolay I.né (1974): A szélerózió fellépése és megelőzése ásványi eredetű talajainkon. Kandidátusi értekezés. Budapest. p Gáti F. és Kazó B.(1965): Kísérletek anyag-humusz-polimer (AHP) alapú trágyakészítmények felhasználására homoktalajon. Agrokémia és Talajtan. 14. pp Lóki J. (1994): Mezőgazdaság-központú természetföldrajzi vizsgálatok a Duna-Tisza köze É-i felének példáján. Kandidátusi értekezés. Debrecen. p M. Dikkeh (1991): A szélerózió néhány törvényszerüségének és védekezési lehetőségének vizsgálata. Kandidátusi értekezés. Gödöllő. p.128.