Koós Sándor: Szezondinamikai és összefüggés vizsgálatok egy 30 éves tartamkísérlet gyep szakaszában. c. doktori értekezéséről

Átírás

1 OPPONENSI VÉLEMÉNY Koós Sándor: Szezondinamikai és összefüggés vizsgálatok egy 30 éves tartamkísérlet gyep szakaszában c. doktori értekezéséről A bírálandó dolgozat címét tekintve növénytermesztéstani, ezen belül agrokémiai vonatkozású munka, ám már a bevezetőből kiderül, hogy a disszertációban bemutatott vizsgálatok valójában a környezetvédelemmel, a klímaváltozással kapcsolatos kérdésekre keresnek választ: van-e valamiféle kapcsolat a talajokra kijuttatott műtrágyaadagok és a talajok által kibocsátott széndioxid mennyisége közt, illetve milyen ennek az éves dinamikája? Így a munka inkább multidiszciplinárisnak tekinthető, hiszen a kapott eredmények értelmezéséhez nélkülözhetetlen a talajtani, agrokémiai és növénytermesztéstani alapokon túl a talajokban lejátszódó, a széndioxid kibocsájtásban szerepet játszó kémiai és mikrobiológiai folyamatok és az ezen folyamatokat befolyásoló meteorológiai, ásványtani vagy éppen talajfizikai paraméterek szerepének alapos ismerete. Idézek a dolgozatból: a talaj CO 2 -kibocsátását számos különböző tér- és időléptékű folyamat együttes eredményeként mérjük. Ezek a folyamatok a környezet változásaira különböző módon válaszolhatnak, pl. az olyan abiotikus tényezőkre, mint a hőmérséklet vagy a talajnedvesség, így nehéz ezekre a folyamatokra, illetve közös eredőjükre pontos megállapításokat tenni. Eltérő kutatási területemnél fogva sem tekinthetem magamat e komplex témakör minden részterületén egyformán jól felkészültnek, a lehetséges összefüggésekre, azok igazolási módjára viszont kíváncsi voltam, ezért a véleményezésre megkapott írásművet nagy érdeklődéssel olvastam. Bírálatom elsősorban természetesen - az általános formai, szerkezeti értékelésen túl agrokémiai, talajtani, talajfizikai vonatkozású megállapításokat tartalmaz. A benyújtott dolgozat alaki szempontból megfelel az elvárt követelményeknek. Terjedelme mellékletek nélkül 98 oldal, mellékletekkel 110 oldal. A dolgozat betűrendbe szedett irodalomjegyzéket tartalmaz. A megadott irodalmi hivatkozások (161 db) formátuma és tartalma megfelelő. A dolgozat szövegének, ábráinak (58 db), táblázatainak (7 db) és mellékleteinek (11 db) kivitelezése esztétikus, érthető és általában szerkesztési hibáktól mentes. A dolgozat szerkezeti felépítése megfelel az előírt követelményeknek. Az egyes szakaszok jól elkülönülnek egymástól és tartalmuk általában megfelel az adott fejezet címében foglaltaknak. Koós Sándor dolgozatában a gyökérlégzésből és a mikrobiális lebontásból származó CO 2 - kibocsátást vizsgálta szabadföldi körülmények között, egy 30 éves tartamkísérlet négy kiválasztott kezelésének talajaiban. Vizsgálatait 2003-ban, egy, az átlagosnál szárazabb és melegebb évben, március közepétől november végéig folytatta, amikor a kísérletben már harmadik éve gyep volt a termesztett kísérleti növény. A vizsgálati időszakban a kiválasztott kezelések parcelláin kéthetente vett talajmintákat és végzett helyszíni nedvességtartalom, hőmérséklet és CO 2 -kibocsátás méréseket. A három mélységből gyűjtött talajmintákban meghatározta a KCl-kicserélhető nitrát-, ammónium- és a Kjeldahl-féle összes-n tartalmat, valamint az AL-P 2 O 5 és AL-K 2 O tartalmat. A mérések eredményeiből összeállított adatbázis lehetőséget adott a dolgozat gerincét alkotó összefüggés-vizsgálatok elvégzésére.

2 - 2 - Kutatásai során tudomásom szerint hazai viszonylatban elsőként mérte műtrágyázási tartamkísérletek talajaiban a kijuttatott műtrágya hatóanyag mennyiségétől függő CO 2 - kibocsátást. A tartamkísérletek talajainak vizsgálatba vonásakor az elmúlt évek kijuttatott (azonos adagú) műtrágya hatásai összegződnek, így az elmúlt 30 év kumulált műtrágyahatása és a talaj CO 2 -kibocsátás kapcsolatainak elemzésére nyílik lehetőség. A fentiekből látható, hogy a jelölt által készített dolgozat egy ötletes adatgyűjtési és értékelési munka eredményeinek bemutatása. Az alábbiakban ismertetem véleményemet az egyes fejezetekről. A jelölt a dolgozat bevezető fejezetében röviden ismertette az intenzív mezőgazdasági termelés és a globális klímaváltozás lehetséges kapcsolatát, a műtrágya felhasználás és a talajok CO 2 -kibocsátásának összefüggéseit vizsgáló kutatások szükségességét. Az arányos és jól megírt fejezet végén felvázolta a dolgozatban bemutatott vizsgálatok célkitűzéseit. A kutatási témához lazábban kötődő, a témát felvezető általános talajtani, talajművelési, agrokémiai ismereteket összefoglaló hazai és nemzetközi szakirodalmat a szerző 3 alfejezeten keresztül, megítélésem szerint kissé túlméretezett terjedelemben, nagyobbrészt tan- és szakkönyvek alapján mutatja be. Az irodalmi áttekintés ezután következő, részletező fejezetei az egyes makro-tápelemek körforgalmát ismertetik. A dolgozatba kívánkozna a N-, P- és K- forgalommal foglalkozó fejezetek mellé egy, a talajok szénforgalmát részletező fejezet is, hiszen a szénforgalom megértése nélkül nehezen értelmezhető a talajok széndioxid kibocsátása. (Ezt a szerző is érzi, ezért röviden a kibocsátással kapcsolatos fejezetben foglalja össze a szénforgalomról szerzett ismereteit.) A bevezető fejezetek terjedelmének rovására növeltem volna a tápelem-forgalommal foglalkozó fejezetekben feldolgozott irodalmak mennyiségét, elsősorban a talaj tápelem-forgalom időbeni dinamikájának, illetve biotikus és abiotikus tényezőkkel való kapcsolatának megismerése/megismertetése céljából. E témakörökkel bőséges hazai és nemzetközi szakirodalom foglalkozik, a szerző ezek feldolgozása helyett jobbára megelégszik néhány hazai tankönyv megállapításainak átvételével. E fejezetek elnagyoltsága tükröződik később sajnos az eredmények értékelésének elnagyoltságán is. A következő szakirodalmi fejezetek a talajok CO 2 -kibocsátásával, annak mérési módszereivel, illetve a CO 2 -kibocsátás és a víz- és tápanyagforgalom kapcsolatával foglalkoznak. Ez lenne a lényeg, ezeket a fejezetet kellett volna nagyon alaposan kidolgozni, minél több kapcsolódó szakirodalmat összegyűjteni; a hazaiak közül pl. nemcsak tankönyvek, szakkönyvek és bizottsági állásfoglalások megállapításait, hanem a szakcikkekben és doktori dolgozatokban bemutatott tényleges kísérleti eredményeket, valamiféle rendszer szerint (pl. talajműveléssel kapcsolatos vizsgálatok, növényborítottság-függő CO 2 -kibocsátás, klíma hatása a kibocsátásra és viszonthatások, szezonális változások stb.). A későbbi adatfeldolgozás szempontjából fontos többtényezős kapcsolatokat bemutató munkákra koncentráltam volna elsősorban. Kár, hogy a kibocsátás mérési módszereinek ismertetése csak felsorolásszerűen található az alfejezetben, érdemes lett volna az egyes terepi és laboratóriumi módszerek értékelő összehasonlítását leírni, illetve írni arról, hogy hazánkban ki, mikor, melyik módszert használta eddig. Ugyanakkor a ténylegesen alkalmazott műszer működési elvének részletes leírása inkább az Anyag és módszer fejezetbe kívánkozott volna. A víz- és tápanyagforgalom hatását bemutató szakirodalmi fejezet is elnagyolt. Valójában a tápanyagforgalom hatásáról nincs is benne szó, inkább a talajnedvesség és a hőmérséklet hatásával foglalkozik valamelyest, de ezen tényezők együttes hatását pl. szintén csak felületesen érinti. A talajok vízforgalmára ható egyéb (talajfizikai) tényezők hatásáról sincs említés, vagy pl. a pórusrendszer víztelítettségének a levegőfázis áramlásával való kapcsolatára sem történik utalás.

3 - 3 - Az utolsó előtti szakirodalmi fejezet a tartamkísérletek fontosságára hívja fel a figyelmet. A fejezet jobbára szintén csak általánosságokat tartalmaz, a kutatási témához kapcsolódó konkrét vizsgálati eredményeket nem (hazai eredményeket egyáltalán nem!), így a későbbi eredményértékeléseknél nincs mire támaszkodni, nincs összehasonlításra mód. Végezetül a gyepek tápanyagforgalmáról kapunk egy összefogott áttekintést. Sajnálatos módon később, a mérési eredmények értékelésénél a szerző nem használja az itt szerzett és közölt ismereteket. (A fejezet utolsó bekezdésében leírt számpélda a bíráló számára nem igazán érthető.) Összefoglalva: az Irodalmi áttekintés c. nagy fejezetben a szerző rendkívül sok szakirodalmi előzményt sorakoztat fel, ezeket korrektül (szinte hibáktól mentesen) hivatkozza, ám ezek a közlemények jobbára általánosságokat tartalmaznak és kevéssé segítik a későbbi eredmények feldolgozását. A vizsgált mintaterület természeti (földrajzi elhelyezkedés, földtani, talajtani, hidrológiai és meteorológiai) adottságainak bemutatása általában szakszerű, szépen összefogott. (Az idézett irodalmak alapján esetleg a talajfizikai, talaj-vízgazdálkodási paraméterek részletesebb bemutatására és a későbbiekben az eredmények értékelése során a felhasználásukra lett volna lehetőség.) Hasonlóan szépen illusztrált és érthető a 30 éves műtrágyázási tartamkísérlet bemutatása. A vizsgálati módszerek bemutatása a dolgozatban ábrákkal szépen dokumentált. Az alkalmazott terepi és laboratóriumi mérési módszerek közül a CO 2 -kibocsátás mérésének módszere tekinthető újdonságnak, ennek kiválasztását a szerző nem nagyon indokolja. A statisztikai vizsgálatok bemutatása is kissé szűkszavúra sikeredett. Az elmondottakon túl a bírálóban az alkalmazott vizsgálati módszerekkel kapcsolatban felmerül néhány kérdés: A szerző szerint a 2003-as vizsgálati év az átlagosnál kissé melegebb és jóval szárazabb volt. Miért nem ismételte meg a vizsgálatokat az azóta eltelt 9 év alatt legalább még egyszer, egy másik évjáratban? Amennyiben az alkalmazott CO 2 -kibocsátás mérő módszer (az eredményei alapján) gyepeknél nem mutatkozott a legmegfelelőbbnek, miért nem ismételte meg a vizsgálatokat más módszerrel, illetve más növénykultúrákban? Amennyiben később (szintén az eredményei alapján) megállapítja a szerző, hogy a helyszíni mérésen felül célszerű labor körülmények közötti mérést is alkalmazni, miért nem végzett ilyen jellegű méréseket? A későbbiekben (pl. 58. o. 1. bek.) a szerző hivatkozik a rendszeres műtrágyázás hatására bekövetkező mikrobiális aktivitás növekedésére. Miért nem vizsgálta akár nagyon egyszerű mérési módszerekkel is a mikrobiális aktivitás változását a begyűjtött talajmintákban? Végezetül miért nem gondolt a vizsgálati eredmények kiértékelése során némiképp összetettebb hatások kimutatására szolgáló statisztikai módszerek (pl. többváltozós regressziós módszerek, döntési fák stb.) alkalmazására? A leírt kritikai megjegyzések mellett megállapítható, hogy a bevezető fejezetben megfogalmazott célok eléréséhez kiválasztott vizsgálatok (helyszíni és laboratóriumi mérések, statisztikai adatfeldolgozások) módszertanát a jelölt megismerte és a vizsgálatokat elvégezte. Az Vizsgálati eredmények és megvitatásuk c. fejezet a dolgozat legterjedelmesebb (34 oldalas) része, melyben a szerző a vizsgálati eredményeket általában jól szerkesztett táblázatokban és szépen rajzolt, szemléletes ábrákon mutatta be. Két nagy részre tagolódik. Az első 26 oldal az egyes talajparaméterek (NO 3 -N; NH 4 -N; összes-n; AL-P 2 O 5 ; AL-K 2 O; talaj nedvességtartalom; talaj hőmérséklet; talaj CO 2 -kibocsátás) mérési eredményeit dolgozza fel

4 - 4 - egyenként, hasonló séma szerint: a., egytényezős varianciaanalízissel összehasonlítja a kontroll, kis, közepes és nagy adagú NPK kezelésekben a mért paramétereket (összevonva a különböző mérési időpontokat) b., varianciaanalízissel mérési időpontonként is összehasonlítja az egyes kezeléseket c., kétutas MANOVA varianciaanalízis módszerrel vizsgálja a mérési időpontok és a kezelések együttes hatását d., grafikusan is ábrázolja kezelésenként az egyes mért paraméterek szezonális ingadozását. Erről a részről általánosságban elmondható, hogy paraméterről paraméterre megtudhatjuk, hogy mely kezelések kapott eredményei különböznek szignifikánsan egymástól és melyek nem, ám, hogy az eltérések milyen irányúak és főként, hogy mivel magyarázhatóak, arról általában nem kap az olvasó sok támpontot. Elenyésző számban találunk e fejezetrészben utalást a szakirodalmi előzményekre, összehasonlítást más szerzők vizsgálati eredményeivel. A fejezet második része az összefüggés vizsgálatok eredményeit mutatja be. A legígéretesebbnek tűnő rögtön a fejezet elején lévő GLM (general linear model) analízis, mely a varianciaanalízisnek olyan kibővített módszere, ahol folytonos változók hatásait is vizsgálhatjuk a kategóriaváltozók hatásai mellett (kovariancia analízis). A módszerrel lehetőség lett volna arra, hogy a tápanyag ellátottsági szintek, illetve az eltérő mérési időpontok hatásán túl vizsgálja a szerző a talaj NO 3 -N, NH 4 -N, összes-n, AL-P 2 O 5, AL-K 2 O, talajnedvesség és talajhőmérséklet együttes hatását a talaj CO 2 -kibocsátására. Ezt a lehetőséget a dolgozat készítője nem használta ki, helyette csak a folytonos változók hatásait elemezte, ami egyébként egy többváltozós lineáris regressziós elemzéssel talán informatívabb lett volna. (A bíráló javasolta volna egyébként a feldolgozáshoz statisztikai módszerként a korábbiakban már említett döntési fák (pl. CHAID) módszerét, melyet egyébként néhány, a talajok CO 2 -kibocsátásának komplex voltát elemző szakirodalom megemlít: pl. ZEILEIS és mtsai 2005, HOTHORN és mtsai 2006.) Az összefüggés vizsgálatok további részében egyváltozós lineáris regressziós módszerrel vizsgálja a szerző a mért folytonos talajváltozók hatását a CO 2 -kibocsátásra. Mivel ezek a talajparaméterek egymásra is hathatnak (egymás hatásait elfedhetik, illetve felerősíthetik), szezonális dinamikájuk is van, szezonális dinamikájuk elcsúsztatva is jelentkezhet, együttes hatásuk különféle mikrobiális folyamatokon és a talaj transzportfolyamatain keresztül is érvényesülhet stb., az eredményként kapott nem túl szoros összefüggések nem túl meglepőek. Egyébként a dolgozat készítője az eredmények ismertetésének ebben a részében is megelégszik általában a kapcsolatok szorosságának bemutatásával. Azt csak az ábrákról olvashatjuk le, hogy az egyes mért paraméterek hatásai a CO 2 -kibocsátásra milyen irányúak, illetve itt is hiányzik a szakirodalmi előzményekkel történő részletes összevetés és a kapott összefüggések magyarázata. A dolgozat Összefoglalás c. fejezetében a szerző végül röviden összegezte az elvégzett munkát és leírja legfontosabb eredményeit, melyeket azután az Új tudományos eredmények c. fejezetben 4 tézisbe tömörít. A dolgozattal kapcsolatos fenti bíráló észrevételeim természetesen nem kívánnak kisebbíteni jelöltnek általában a Talajtan területén és a saját kutatási tématerületén kivívott szakmai érdemein. A dolgozat és a hozzá kapcsolódó publikációk alapján megállapítható, hogy az értekezés Koós Sándor önálló munkája. A jelölt új tudományos eredményei az alábbiak szerint foglalhatók össze: 1. A talaj tápanyag-tartalma, így a NO 3 -N, összes-n, AL-P 2 O 5, AL-K 2 O és a talaj CO 2 - kibocsátása között - az alkalmazott vizsgálati körülmények mellett, az alkalmazott statisztikai módszerekkel - nem volt kimutatható közvetlen összefüggés. A talaj NH 4 - N tartalmának növekedésével igazolhatóan csökkent a talaj CO 2 -kibocsátása. 2. A talaj nedvesség-tartalma és a talaj hőmérséklete, illetve a talaj CO 2 -kibocsátása között igen gyenge pozitív korreláció mutatható ki.

5 A növekvő NPK műtrágya kezelések hatására a kezeletlen kontrollhoz képest bekövetkező CO 2 -kibocsátás növekedést csupán a legkisebb dózisokkal (N 1 P 1 K 1 ) történő kezelés esetében tudtunk statisztikai módszerekkel igazolni. A közepes (N 2 P 2 K 2 ) és a legnagyobb dózisú (N 3 P 3 K 3 ) kezelés esetében a mért eltérések a kontrollhoz (N 0 P 0 K 0 ) képest nem igazolhatóak. 4. A kísérletben alkalmazott mérési eljárással megállapítható volt, hogy a gyepes mintaterületen, az adott évjáratban a talaj mikrobiális légzése általában nagyobb mértékben járul hozzá a talaj CO 2 -kibocsátásához, mint a gyökérlégzés. A fentiek alapján Koós Sándor jelölt doktori értekezését formai és tartalmi szempontból alkalmasnak tartom a nyilvános vitára bocsátásra, majd ezt követően a védés eredményétől függően az egyetemi doktori fokozat megszerzésére. A nyilvános védésen megválaszolandó kérdések: 1. Véleménye szerint a klímaváltozással összefüggő esetlegesen bekövetkező aszályosabb periódusok miként befolyásolhatják a talajok CO 2 -kibocsátásának mértékét? Mutassa be az egyes hatótényezőket és ezek várható kölcsönhatását! 2. Szakirodalmi ismeretei alapján mutassa be, hogy a csernozjom talajokon beállított gyepkísérletben, egy aszályos évben szerzett tapasztalatai várhatóan mennyiben módosulnának más talajtípusokon, más évjáratokban, más növénykultúrák mellett elvégzett kísérletek során! Keszthely, október 24. Dr. Makó András egyetemi docens