Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány egy dél-alföldi földcsatorna környezetében

Átírás

1 AGROKÉMIA ÉS TALAJTAN 61 (2012) Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány egy dél-alföldi földcsatorna környezetében 1 BALOG Kitti, 1 FARSANG Andrea és 2 M. TÓTH Tivadar Szegedi Tudományegyetem 1 Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék és 2 Ásványtani, Geokémiai és Kőzettani Tanszék, Szeged Bevezetés Magyarország geotermikus potenciálja kiemelten kedvező az európai országok között; az ország területének mintegy kétharmad részén termelhető ki hévíz. A jelenleg is aktív 850 db kútból összesen mintegy 0,5 millió m³ hévizet hoznak a felszínre naponta (SZANYI, 2004; Magyar Geológiai Szolgálat, 2002-es adat). Eme természeti kincs kiaknázása, felhasználása igen sokrétű: balneológia, energetika, kommunális felhasználás, ásványvíz és ivóvíz (ÁRPÁSI, 2002). Az Alföldön az egyre terjedő termál- és gyógyfürdők növekvő mennyiségben használnak fel termálvizet, melynek kitermelése és használat utáni elhelyezése folyamatos. A zárt rendszerből kikerülő hévíz a felhasználáskor szennyeződik, így visszasajtolása a földtani közegbe tilos. A nagy mennyiségben keletkező csurgalék hévizet tehát az általános gyakorlat szerint földmedrű csatornákban vezetik el a felszíni vízbefogadóig. A szigetelés nélküli csatornákban azonban elkerülhetetlen a használt termálvíz talajba szivárgása, a szikkadás, melynek következtében a hévíz kémiai és fizikai jellemzőitől függően (VARSÁNYI, 1994) a talajban kedvezőtlen változások játszódhatnak le. A potenciálisan megjelenő talajdegradációs folyamatok között említhető a szikesedés (sófelhalmozódás, Na + -felhalmozódás, lúgosodás) (TANJI, 1990) és a hévízben jelen levő mikroelemek feldúsulása (TEDESCHI & DELL AQUILA, 2005, BALOG et al. 2011a,b). Ezen terhelések, valamint a másodlagos szikesedési folyamatok (BELTRÁN, 1999; DE CLERCQ et al., 2008; MANDAL et al., 2008) a talaj pufferképességét és adszorpciós viszonyait, valamint a tápanyagszolgáltató képességet is befolyásolhatják a csatorna környéki mezőgazdasági hasznosítású terülteken. Kutatásunk célja a szikkadás hatására lejátszódó talajtani folyamatok meghatározása többváltozós statisztikai analízis eszközeivel a talajminták kémiai jellemzőiben bekövetkezett változások alapján. Fő célkitűzés azon talajmintacsoportok szétválasztása és jellemzése, amelyek talajkémiai tulajdonságaiban megfigyelhető változás a szikkadás hatására, s amelyekben ez a hatás nem volt kimutatható. Az alkalmazott módszerrel (diszkriminancia analízis) a csatorna mentén a termálvíz-beszivárgás Postai cím: BALOG KITTI, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, 6722 Szeged, Egyetem u kit@earth.geo.u-szeged.hu

2 78 BALOG FARSANG M. TÓTH hatásterülete lehatárolható. További célunk a mintacsoportok elkülönítését meghatározó talajtani háttérfolyamatok azonosítása és nevesítése főkomponens analízis segítségével. Vizsgálati anyag és módszer A mintaterület Vizsgálati területül a Tiszazug kistájba tartozó Cserkeszőlőt választottuk (1. ábra) (DÖVÉNYI, 2010). A településen 1952 óta működik strandfürdő, melynek vizét két gyógyvizes kút és 3 hideg vizes kút szolgáltatja. Ezen kutak kevert vize (hígított használt termálvíz) jut ki a természetbe. Döntésünket indokolta, hogy a cserkeszőlői gyógyfürdőből kikerülő csurgalék termálvíz nem visszasajtolható. A folyamatosan képződő használt hévíz elvezetése során a földmedrű csatorna szigeteletlen volta miatt szikkadás lép fel annak teljes hosszában (9,5 km), ezáltal a talajtani változások jól követhetők. A vizsgált szakaszon a csatornát nem terheli más szennyező forrás. A csurgalékvíz végső befogadója a Körös. A vizsgált terület kis relatív reliefű síkság, mely a folyószabályozások előtt rendszeresen elöntött, meder- és morotvaroncsokkal fedett árterek határán helyezkedik el (ÁDÁM et al., 2010). A terület nagyobb részét homokos löszök, infúziós löszök uralják, ezek képezik a vizsgált szelvények talajképző kőzetét, mely nagyban meghatározza a rajta kialakuló talajtípust. Az agrotopográfiai térkép (MTA TAKI, 1979), valamint terepi tapasztalataink és laboratóriumi vizsgálati eredményeink alapján a magyar genetikai talajosztályozás szerint a mintázott talaj réti csernozjomként határozható meg. Mintavételi módszer A mintavételezésre 2008 októberében került sor. Az 1. ábrán látható és 1. táblázatban leírt mintavételi pontokban talaj- (1t 5t) és talajvíz (3v 6v, 8v) mintákat gyűjtöttünk be. A talajmintákat minden esetben a megütött talajvízszint mélységéig, 20 cm-enként mintáztuk. A talajvízből a nyugalmi talajvízszint beállta után vettünk mintát. A használt termálvizet a csatornába bocsátás pontjában (1v), valamint a csatorna két további szakaszán (2v, 7v) mintáztuk. Fontos szempont volt, hogy a csatorna különböző szakaszain egyenes szegmens mentén különböző távolságokban (a csatornától 10, 30 és 60 m-re) vegyünk mintát, hogy a hatások térbeli értékelhetőségét biztosítsuk. A mintavételi távolságok meghatározásánál több tényezőt is figyelembe vettünk. A csatornához közeli mintákat a csatornát övező nádas-sásos növényzet közvetlen közelében vettük, ahol a termálvíz-hatás biztosan érvényesül. A távolabbi mintapontok helyének meghatározásához előzetesen talajtérképen néztük meg azt a maximális távolságot, ahol a kontrollminta még ugyanazon talajtípusba sorolható, majd a terepi körülményeket is figyelembe véve olyan pontokat választottunk, ahol egyéb befolyásoló tényező (pl. úttest, intenzív mezőgazdasági művelés) nem torzítja el vizsgálati eredményeinket.

3 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány ábra A vizsgált terület mintapontjainak elhelyezkedése 1. táblázat A vizsgált terület mintapontjainak koordinátái és jellemzői (1) Mintaszám (2) EOV koordináták X Y (3) Leírás 1 v a) termálvíz a földcsatornába folyáskor 2 v b) a földcsatorna vize (termálvíz), a befolyástól 75 m-re 1t, 3 v c) talajfurat a csatornától 10 m-re, a befolyástól 75 m-re, és a hozzá tartozó talajvíz (megütött talajvízszint: 1 m) 2 t, 4 v d) talajfurat a csatornától 25 m-re, és a hozzá tartozó talaj víz (megütött talajvízszint: 1,5 m) 3 t, 5 v e) talajfurat a csatornától 50 m-re (kontroll), réti csernozjom, és a hozzá tartozó talajvíz (m. tvsz.: 1,6 m) 4 t, 6 v f) talajfurat a csatornától 10 m-re, a befolyástól 360 m-re, és a hozzá tartozó talajvíz (m. tvsz.: 1,3 m) 7 v g) termálvíz a földcsatornából, a beömléstől 360 m-re 5 t, 8 v h) talajfurat a csatornától 50 m-re, a befolyástól 360 m-re, kontroll a 4 t-hez, kilúgozott csernozjom, és a hozzá tartozó talajvíz (m. tvsz.: 1,6 m) Laboratóriumi módszerek A termálvíz szikkadás okozta talajtani változások kimutatására 11 diagnosztikai paraméter értékét használtunk fel: ph (H 2 O), szódatartalom, mésztartalom, humusztartalom, EC/összes sótartalom, Arany-féle kötöttségi értékszám, Ca 2+ -, Mg 2+ -, K + -, Na + - és HCO 3 - -koncentráció. A ph (H 2 O) meghatározására a MSz :1978

4 80 BALOG FARSANG M. TÓTH 2.1., MSz : alapján WTW inolab ph 720 készüléket használtunk. Az összes sótartalmat a MSz : alapján OK-104 konduktométerrel mért EC-értékekből számoltuk ki. A kicserélhető kationok mennyiségi meghatározását Perkin Elmer 3110 típusú atomabszorpciós és emissziós lángfotométerrel (AAS) végeztük. A K + esetén a MSz 20135: , 4.2., 5.3., 6., a Na + esetén a MSz : , MSz : , a Ca 2+ esetén a MSz : , MSz : , a Mg 2+ esetén pedig a MSz : , MSz : mérési eljárásait alkalmaztuk. A HCO 3 - meghatározását kézi titrálással a MSz :1986 alapján hajtottuk végre. A mésztartalmat Scheibler-féle kalciméterrel mértük a MSz : alapján. A szódatartalom meghatározása titrálásos módszerrel a MSz : alapján történt. A humusztartalmat Helios Gamma UV-VIS spektrofotométerrel mértük a MSz : szerint. A talajminták textúráját fonal próbával határoztuk meg, melyből az Arany-féle kötöttségi értékszám (K A ) is megadható volt (MSz : , 5.1., 5.2). Statisztikai módszerek A többváltozós statisztikai elemzésre az SPSS for Windows 12.0 programot használtuk. A szikkadó használt hévíz talajmódosító hatásait vizsgálva a statisztikai analízis első lépéseként a talajkémiai jellemzőkre korrelációvizsgálatot alkalmaztunk a változók közötti kapcsolat szorosságának elemzésére. A korrelációelemzés alapján megállapítható, hogy melyek azok a változópárok, amelyek szignifikánsan összefüggnek, s ezek egymáshoz képest milyen irányú változást mutatnak. A vizsgált talajparaméterekből egyenként létrehozott hisztogramok tanúsága alapján megállapítható, hogy egy részük a normalitás feltételét nem teljesíti, ezért a kevésbé eloszlásérzékeny Spearman-féle korrelációt (robusztus becslés) választottuk az általánosan használt lineáris Pearson-féle korreláció helyett. A Spearman-féle rangkorrelációs együttható (ρ) a lineáris korrelációs együttható speciális esete. A kapcsolat szorosságának mérésére nem a két változó értékeinek, hanem rangszámainak (r S ) különbségét használja fel (1). N 2 6* di i 1 r = S 1 (1) 3 N N ahol: d i = x i y i az x és y rangjainak különbsége; N = a mintaszám. Az együttható értékei a [ 1,+1] intervallumba esnek: minél közelebb vannak ezek az értékek a 1- hez vagy +1-hez, annál szorosabb a kapcsolat a két változó között. Az abszolút érték mutatja a kapcsolat erősségét, az előjel pedig az irányát (SAJTOS & MITEV, 2007). Ha a kapcsolat előjele pozitív, az adott paraméterek változása azonos irányba tart, ha negatív, ellentétes irányba. Ez az együttható mutatja tehát annak a mértékét, hogy ha az egyik változó növekszik, a másik változó mennyire követi annak növekedését anélkül, hogy ez a növekedés lineáris kapcsolatot jelentene (SHAW, 2003). Az analí-

5 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány 81 zis során a korrelációs koefficiensek megállapítása után parciális korrelációs koefficiens számítással kiszűrtük a virtuális kapcsolatokat, s a valós kapcsolat-rendszert korrelációs profilként ábrázoltuk. TÓTH és VÁRALLYAY (2001) hasonló módszerekkel vizsgálták természetes szikes talajú mintaterületen a sófelhalmozódást befolyásoló tényezőket. Statisztikailag igazolták, hogy a vizsgált terület talajvizei szignifikánsan befolyásolják a talajvízszinthez közeli talajréteg sótartalmát. Ezt követően főkomponens analízis alkalmazásával a hasonló tulajdonságokkal rendelkező változók csoportjait (főkomponensek, ezentúl FK) különítettük el. A módszer célja, hogy a változók számát csoportképzés és összevonás révén minimális információvesztés mellett csökkentse. A nagyszámú korreláló alapadatból ily módon új végeredményben kisebb számú korrelálatlan változók képezhetők, így adataink átláthatóbbá válnak, értelmezésük könnyebb lesz (SAJTOS & MITEV, 2007). A főkomponensek többváltozós terében diszkriminancia analízist hajtottunk végre a termálvíz hatása által érintett és nem érintett (kontroll) talajminták elkülönítésére. A FISHER (1938) által kidolgozott módszer célja a fent említett csoportok lehető legjobb elkülönítése az objektumokat (talajmintákat) jellemző változók lineáris kombinációja (diszkriminancia függvény) által, majd ennek alapján a később megjelenő újabb objektumok csoportokhoz tartozásának lehető legjobb előrejelzése. A kiindulási esetek csoportokhoz tartozása az eljárás kezdetén ismert, a később megjelenő újabb eseteké viszont nem. E módszer tehát alkalmazható a későbbiekben ugyanezen mintaterületről származó talajminták csoportba sorolására a kiszámolt diszkriminancia függvény alapján (KETSKEMÉTY & IZSÓ, 2005; BARCZI et al., 2006; GEIGER, 2007). Vizsgálati eredmények A mintaterületen a szikkadó használt hévizet kedvezőtlenül magas Na + -arány (magas Na%), gyengén lúgos ph és mérsékelten nagy sótartalom jellemzi (VETŐ et al., 2004) (2. táblázat). A DARAB és FERENCZ (1969) által kidolgozott öntözővíz-minőség norma alapján a nagy Na + -arány miatt a IV., legkedvezőtlenebb minőségi osztályba tartozik, amely öntözésre alkalmatlanná teszi. Ezek alapján a szikkadás hatására a talajban Na + feldúsulás és kisebb mértékű sófelhalmozódás jelenhet meg. Feltételeztük továbbá, hogy a talaj típusától, fizikai féleségétől, adszorpciós állapotától függően a használt hévíz beszivárgásából származó hatások a talajvizet is elérhetik. A csernozjom talaj diagnosztikai paramétereinek leíró statisztikai összegzését a 3. táblázatban mutatjuk be. A talajminták kémhatása a gyengén lúgos 7,7 ph-tól az erősen lúgos 10,0 ph-ig változik. Az átlagos mésztartalom 16,1%, 1,9%-os minimum és 32,8%-os maximum érték mellett. A szelvények mészellátottsága jó. A feltalaj humuszban gazdag (max. 4,04%), az altalaj felé haladva fokozatosan a kis, nagyon kis humusztartalmú kategória értékeit veszi fel (min. 0,43%). A talaj szövetét az Arany-féle kötöttségi indexszám jellemzi, ami növekvő agyagtartalommal (és a Na + -mennyiség, valamint a humusztartalom növekedésével) növekvő értéket mutat. Ez a jelzőszám 35-től (ami homokos vályogot takar) 47-ig

6 82 BALOG FARSANG M. TÓTH (1) Jellemző 2. táblázat A használt termálvíz minták (1 v, 2 v, 7 v) kémiai vizsgálati eredményei (2) Termálvíz (3) Felszíni csurgalékvíz 1 v 2 v 7 v (1) Jellemző (2) Termálvíz (3) Felszíni csurgalékvíz 1 v 2 v 7 v ph 7,94 7,98 8,15 Ca 2+, mg l -1 1,27 1,40 1,11 a) Összes K +, mg l -1 6,04 6,77 11,88 só, mg l Mg 2+, mg l -1 1,55 1,63 1,46 CO 2-3, mg l ,21 26,71 Na +, mg l ,9 518,6 428,3 HCO - 3, mg l ,22 647, ,69 Na% 98,63 98,34 97,48 Cl -, mg l SO 2-4, mg l -1 3,91 5,75 8,82 3. táblázat A leíró statisztikai analízis eredményei a csatorna felső [1t, 3t (kontroll)] és alsó [4t és 5t (kontroll)] szakasza melletti csernozjom talajminták vizsgálati eredményei alapján (N = 28) (1) Diagnosztikai paraméter Minimum Maximum (2) Átlag (3) Szórás ph (H 2 O) 7,71 10,01 9,01 0,50 a) Mésztartalom, % 1,85 32,76 17,09 9,62 b) Humusztartalom, % 0,43 4,04 1,91 1,20 c) Arany-féle kötöttségi index szám (K A ) d) Összes sótartalom, % 0,03 0,13 0,06 0,03 e) Szódatartalom, % 0,01 0,36 0,12 0,08 HCO - 3, mg kg , , ,29 659,38 Ca 2+, mg kg , , , ,70 Mg 2+, mg kg , , , ,08 K +, mg kg -1 52,57 551,00 179,93 110,59 Na +, mg kg , ,00 905,03 667,66 Na S % 0,19 3,45 0,97 0,75 SAR 0,06 0,71 0,26 0,19 (ami agyagos vályognak felel meg) változik. A szódatartalom 0,01 és 0,36 v/m% között változik. A talaj összes sótartalmának maximuma 0,13%, ami gyenge sófelhalmozódást jelent. A vizsgált kicserélhető kationok arányát kifejező, s a nátriumos szikesedést indikáló Na S % és SAR-értékek nem érik el a talajra vonatkozó szikesedési határértéket, ami Na S % esetén 5%, SAR esetén pedig 4. Mindezek alapján megállapítható, hogy a használt hévíz szikkadása a környező területeken a növénytermesztést hátrányosan nem befolyásolja. A korrelációelemzés eredményei a 4. táblázatban számszerűsítve olvashatók. A parciális korrelációk kiszűrése után a változók közötti tényleges kapcsolatrendszert a 2. ábrán látható korrelációs profillal lehetett leírni, ahol a folytonos vo-

7 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány 83

8 84 BALOG FARSANG M. TÓTH 2. ábra A vizsgált kémiai paraméterek korrelációs profilja nalak a pozitív, a szaggatott vonalak a negatív korrelációt jelzik. A korrelációs profil három független változócsoportot tartalmaz, melyeken belül páronként minden változó összefügg a többivel. Ez a három változócsoport független, még akkor is, ha a csoportoknak van néhány közös változója. Az első csoport a ph(h 2 O), humusztartalom, mésztartalom, K +, Ca 2+ és Mg 2+ változókból áll össze, a másodikba a szódatartalom, Na + és HCO 3 - sorolható, míg a harmadikba a fizikai féleség (textúra) és az összes sótartalmat jellemző EC tartozik. Az elvégzett főkomponens analízis (Varimax rotációt alkalmazva) négy főkomponenst eredményezett, melyek a teljes variancia 93,03%-át képviselték (5. táblázat). Optimális esetben minden egyes ilyen elkülönített változócsoport megfeleltethető egy független talajtani háttérfolyamatnak, ami az adott paraméterekben megjelenő változásért felelős. Az FK1 tartalmazza a Ca 2+, mésztartalom, szódatartalom, ph(h 2 O), K + és humusztartalom változókat; az FK2 a HCO 3 -, Na +, EC, szódatartalom és ph(h 2 O) változókat. Az FK3 egyedül a fizikai féleséget foglalja magába, míg az FK4 egyedül a Mg 2+ -ot. Habár a korreláció és a főkomponens analízis eredményeként létrejött változócsoportok kis mértékben különböznek, a két módszer eredményei megerősítik egymást. Az FK1 a fő talajjellemzők kumulatív indexeként értelmezhető; a Na 2 CO 3 - és CaCO 3 -tartalom változása maga után vonja a talaj ph-jának ugyanilyen irányú változását; minél nagyobb egy talajban a mész- és szódatartalom, annál magasabb ph-érték mérhető. A humusz- és a K + -tartalom ezzel egyidőben ellentétes irányba változik. A humuszanyagokból felszabaduló savas komponensek elősegítik a mész mobilizálódását, amit a szikkadásból származó víztöbblet kimos a szelvényből. A humusz és a K + mennyiségének változása együtt mozog, a talaj K + -tartalma tehát a szerves anyaghoz kötött. Az FK2 a szikesedési folyamattal függ össze. A szikesedés részfolyamatait indikáló változók jelennek itt meg: a ph, mint a lúgosodás; az EC, mint a sófelhalmozódás; a Na +, HCO 3 - és a szódatartalom pedig a Na + -felhalmozódáshoz forrásul szolgáló komponensek.

9 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány 85 (1) Talajparaméter 5. táblázat A mért talajparaméterek rotált főkomponens mátrixa (2) Főkomponensek FK1 FK2 FK3 FK4 Ca 2+, mg kg -1 0,904 0,127 0,14 0,146 K +, mg kg -1-0,85-0,182 0,141-0,048 a) Humusztartalom, % -0,85-0,293-0,199-0,317 b) Mésztartalom, % 0,833 0,189 0,253 0,413 HCO - 3, mg kg -1 0,236 0,939 0,007-0,021 Na +, mg kg -1 0,212 0,936 0,131-0,107 EC, ms cm -1-0,071 0,869 0,394-0,001 c) Szódatartalom, % 0,539 0,811 0,034 0,087 ph(h 2 O) 0,643 0,655 0,24 0,223 d) Fizikai féleség 0,163 0,234 0,943-0,07 Mg 2+, mg kg -1 0,41-0,1-0,109 0,888 Megjegyzés: Főkomponens analízis, módszer: Varimax rotáció Kaiser normalizációval. Rotáció: 5 ismétlés A talaj fizikai félesége (FK3) mint a vizsgálatba bevont egyetlen talajfizikai jellemző a fenti kémiai paraméterektől függetlennek mutatkozik. A Mg 2+ mobilizációja (FK4) önálló folyamatként jelentkezik a csatorna környékén, ami a szivárgásból származó víztöbblet kilúgozó hatásának tulajdonítható. A statisztikai elemzés záró lépéseként a főkomponensek többváltozós terében diszkriminancia analízist végeztünk annak érdekében, hogy megvizsgáljuk és számszerűsítsük a csatornamederhez közeli, és attól távoli mintapontok talajainak kémiai paramétereiben megmutatkozó különbségeket, ezáltal kimutassuk a használt hévíz szikkadásának a hatását. A diszkriminancia analízisben változóként a fent említett talajalakító folyamatokat jelző főkomponenseket használtuk. A számítás során a stepwise módszert alkalmaztuk Wilks-féle lambda minimalizációval. A létrejött diszkriminancia függvény (2) szerint a vizsgált területen a fő folyamat, ami alapján a mintacsoportok a csatornától való távolság szerint elkülönülnek, a Mg 2+ mobilizáció (FK4) és a fő talajjellemzőkben bekövetkező változás (FK1). A talaj fizikai félesége (FK3) és a szikesedés részfolyamatainak (FK2) a talajparaméterekben megmutatkozó változása nem olyan mértékű, ami a minták szeparációjában döntő szerepet játszhatna: D = 0,65* FK 4 0,45* FK1 0,28* FK3 + 0,18* FK2 (2) A D-függvényt ezután két részre bontottuk: a pozitív előjelű tagokra (Ff1= 0,65*FK4+0,18*FK2) és a negatív előjelű tagokra (Ff2=-0,45*FK1-0,28*FK3), melyek a diszkriminancia diagram abszcissza, illetve ordináta tengelyét alkották. Ezen egyenletek alapján a csatornához közeli talajminták, melyekre hatott a használt termálvíz-szikkadás és a csatornától távoli kontroll talajminták pontfelhői egyértelműen elkülönülnek (3. ábra). Az esetek kb. 10%-án kívül az összes minta a helyes, a priori ismereteink alapján képzett eredeti csoportjába sorolódik a (2)

10 86 BALOG FARSANG M. TÓTH 3. ábra A talajminták szétválása a csatornától való távolság szerint diszkriminancia függvény alapján. A 10%-nyi helytelenül besorolt mintahányadot három kontroll talajminta jelenti, amelyek a csatorna közeli minták csoportjába sorolódtak át. Ez a három minta megfelel a két kontrollszelvény feltalajának (3t 0 40 cm, és 5 t 0 20 cm). Az esetek fennmaradó, majd 90%-ában az a priori ismereteink alapján meghatározott eredeti csoportjukba sorolódtak a talajminták. A fentiek alapján kijelenthető, hogy a csatornából történő használt hévízszivárgás hatást gyakorol a környező talajokra. Az általunk alkalmazott módszer megfelel további, ugyanazon vizsgálati területről származó talajminták csoportba sorolására, megadva az adott minta kémiai paramétereinek számértéke alapján a szikkadó termálvíz által megváltoztatott vagy változatlanul hagyott talajú területeket. A talaj kémiai paramétereiben megmutatkozó térbeli változásokat jól szemlélteti a 4. ábra, amely egyértelműen mutatja a két talajmintacsoport diagnosztikai tulajdonságai között fennálló különbségeket. Az ábrán a szaggatott vonal csekély mértékű növekedést jelez a csatorna mentén a kontrollhoz képest. Ezen a vonalon a Na + és a hozzá kapcsolódó változók az EC, a HCO 3 - -, és szódatartalom helyezkednek el (FK2), utalva kismértékű szikesedési folyamatok, azon belül is főleg a szóda- és a sófelhalmozódás megjelenésére a hosszú távú használt termálvíz-kihelyezés és szikkadás hatására. A humusz- és K + -tartalom átlagértékeiben szintén növekedés mutatható ki. Ezzel szemben a kontrollminták átlagértékeihez képest a csatorna közeli minták átlagértékei csökkent Ca 2+ -, Mg 2+ - és mésztartalmat mutatnak. Összességében a legjelentősebb változás a Mg 2+ - és a mésztartalom csökkenéséhez, valamint a K + - és humusztartalom egyidejű növekedéséhez köthető. Mivel a termálvíz magas Na%-a miatt a szikkadás által garantált a folyamatos Na + utánpótlás, az az adszorbeált Ca 2+ és Mg 2+ ionokat folyamatosan képes lecserélni. A mobilizált kationok a víztöbblet hatására könnyen kimosódnak a csatorna közeli talajszelvényekből. Ez magyarázza a Na + gyarapodását és a Ca 2+ és Mg 2+ mennyiségének egyidejű csökkenését. A csatorna mentén

11 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány ábra A vizsgált csatorna közeli és kontrollminták átlagértékeinek összehasonlítása a kedvező vízellátás és megnövekedett hőmérsékletű környezet miatt nagyobb növénytömeg jellemző, ami a humusztartalomban jelentős növekedést eredményez. Feltételezhetően a folyamatosan fejlődő, majd pusztulásuk után helyben lebomló növényi részek (nád, sás és gyékény) szolgáltatják a többlet K + -koncentrációt. A folytonos vonal (1:1 egyenes) a konzervatív viselkedést illusztrálja, ezen azok a változók foglalnak helyet, amelyek értékeiben nem mutatható ki változás a csatornamedertől való távolság növekedésével. Egyedül a ph és a fizikai féleség az a diagnosztikai paraméter, amely térben változatlannak mutatkozik. A ph konzervatív viselkedése azonban csak látszólagos. A Ca 2+ - és Mg 2+ -kimosódás éppúgy befolyásolja az értékét, mint a K + - és Na + -feldúsulás, nem beszélve a mész és szóda oldódási és kicsapódási reakcióiról, melyek együttes hatására dinamikus egyensúlyi állapot valósul meg. Ez is alátámasztja, hogy a talajlúgosodás folyamatában a csatornában szikkadó hévíznek csak közvetett hatása van. Következtetések A statisztikai vizsgálatok igazolják a használt hévíz szikkadásának hatását a csatorna közeli talajokra. A hatás megmutatkozik: a használt termálvízben dominánsan jelenlévő Na + ioncsere folyamataiban (Na + -felhalmozódás a talajban), a szivárgásból származó víztöbblet ionmobilizáló hatásában (Mg 2+ - mobilizáció, Ca 2+ -mobilizáció), a csatorna környékén a növényi bomlásból származó humusz-, és K + -tartalom növekedésében, a szikesedési folyamatok kismértékű megjelenésében, ami főként a sófelhalmozódáshoz és a szódatartalom növekedéséhez köthető.

12 88 BALOG FARSANG M. TÓTH A diszkriminancia analízis során megtörtént a szikkadás hatása alatt álló és kontroll talajminták csoportjainak elkülönítése az elemzett 11 diagnosztikai paraméter alapján, a csatornától való távolság függvényében. Ennek kapcsán kijelenthető, hogy mivel a szétválogatás sikeres volt, a talaj kémiai jellemzőinek változását előidéző hatások a csatorna mentén lokálisak, horizontálisan a medertől számított m-t még nem érték el. Összefoglalás Hazánk kedvező geotermikus adottságai miatt nagy mennyiségben termelhető ki a változatos hasznosítási módoknak eleget tevő termálvíz. Balneológiai felhasználás után a visszasajtolás tilalma miatt a felszíni csurgalékvíz-elvezetés többnyire földcsatornákon keresztül történik. A vizsgálati területül választott cserkeszőlői gyógyfürdőből a természetbe kikerülő használt hévíz szigetelés nélküli csatornán keresztül a Körösbe ömlik. Az így elszikkadó csurgalék hévíz talajtani hatásait 11 diagnosztikai talajparaméter figyelembevételével főkomponens analízis és diszkriminancia analízis segítségével értékeltük. Megállapítottuk, hogy a beszivárgó használt hévíz nagy Na + -koncentrációja miatt a talajban ioncsere folyamatok játszódnak le, melyek a Na + -koncentráció növekedése és ezzel egyidejűleg a Ca 2+ -tartalom csökkenése irányába hatnak. A diszkriminancia függvény alapján a legjelentősebb háttérfolyamatként a Mg 2+ - mobilizáció azonosítható. A szikesedést jelző paraméterek (EC, szóda-, Na + -, HCO 3 - -tartalom) csak kis mértékben növekedtek, a szikesedési részfolyamatok megjelenése így jelenleg kezdetinek tekinthető. A csatorna környékén a humusz- és K + -tartalom növekedése is kimutatható volt. A diszkriminancia függvény alapján diszkriminancia diagramot szerkesztettünk, melyen közel 90%-os helyességgel különültek el a talajminták a csatornától való távolság szerint a priori ismereteink alapján képzett kontroll és termálvízhatás alatt álló talajmintacsoportokra. A diszkriminancia függvény alapján a továbbiakban a mintaterületről származó bármely talajminta diagnosztikai paramétereinek meghatározása után besorolható lesz a termálvíz hatása által érintett vagy nem érintett csoportok valamelyikébe. Így közvetetten a hatásterület kiterjedéséről is információt nyerhetünk. Ezen az 50 éve termálvízhatás alatt álló területen igazolható volt a hévíz szikkadás talajmódosító hatása, azonban a terepi megfigyelések, laboratóriumi vizsgálatok és a statisztikai analízis tanúsága szerint ezen folyamatok nem érik el azt a mértéket, mely esetén már talajdegradációról beszélhetnénk. Kulcsszavak: használt hévíz, szikkadás, főkomponens analízis, diszkriminancia analízis

13 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány 89 Irodalom ÁDÁM L. et al., Domborzat. In: Magyarország kistájainak katasztere. (Szerk.: DÖVÉNYI Z.). II., átdolgozott és bővített kiadás. 62. MTA FKI. Budapest. ÁRPÁSI M., A termálvíz többcélú hasznosításának helyzete és lehetőségei Magyarországon. Kőolaj és földgáz. 35. (135. évf.) BALOG, K., FARSANG, A. & PUSKÁS, I. 2011a. Characterization of the soil degradation impact of waste thermal waters on the Southern Great Hungarian Plain (Case study about the risk of sewage thermal water seepage on soil medium). Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences. 6. (1) BALOG K., FARSANG A. & CZINKOTA I., 2011b. A használt hévíz szikkadás talaj degradációban betöltött szerepe. Hidrológiai Közlöny BARCZI, A. et al., Reconstruction of the paleo-environment and soil evolution of the Csípő-halom kurgan, Hungary, Quaternary International BELTRÁN, J. M., Irrigation with saline water: benefits and environmental impact. Agricultural Water Management DE CLERCQ W. P., VAN MEIRVENNE, M. & FEY, M. V., Prediction of the soildepth salinity-trend in a vineyard after sustained irrigation with saline water. Agricultural Water Management DARAB K. & FERENCZ K., Öntözött területek talajtérképezése és kontrollja. OMMI. Budapest. DÖVÉNYI Z. (szerk.) Magyarország kistájainak katasztere. II., átdolgozott és bővített kiadás. MTA FKI. Budapest. FISHER, R. A The statistical utilization of multiple measurements. Annals of Eugenics GEIGER J., Geomatematika. Jatepress. Szeged KETSKEMÉTY L. & IZSÓ L., Bevezetés az SPSS programrendszerbe ELTE Eötvös Kiadó. Budapest. MANDAL, U. K. et al., Evaluating impact of irrigation water quality on a calcareous clay soil using principal component analysis. Geoderma SAJTOS L. & MITEV A., SPSS Kutatási és adatelemzési kézikönyv. Alinea Kiadó. Budapest. SHAW, P. J. A., Multivariate Statistics for the Environmental Sciences. Hodder- Arnold, London SZANYI J., Magyarország geotermikus adottságai. Magyar Geológiai Szolgálat Délalföldi Területi Hivatal számára készült tanulmány. TANJI, K. K., Nature and extent of agricultural salinity. In: Agricultural Salinity Assessment and Management. (Ed.: TANJI, K. K.) Am. Soc. Civ. Engineers. New York. TEDESCHI, A. & DELL AQUILA, R., Effects of irrigation with saline waters, at different concentrations, on soil physical and chemical characteristics. Agricultural Water Management TÓTH T. & VÁRALLYAY GY., Egy mintaterület talajának variabilitása a sófelhalmozódás tényezői szerint. Agrokémia és Talajtan VARSÁNYI I., A Dél-Alföld felszín alatti vizei. Eredet, kémiai evolúció és vízmozgás a jelenlegi kémiai összetétel tükrében. Hidrológiai Közlöny. 74. (4)

14 90 BALOG FARSANG M. TÓTH VETŐ I., HORVÁTH I. & TÓTH GY., A magyarországi termálvizek geokémiájának vázlata. Magyar Kémiai Folyóirat-Összefoglaló Közlemények (4) Érkezett: október 24.

15 Használt hévíz szikkadás okozta talajtani változások Esettanulmány 91 Identification of soil processes caused by the seepage of waste thermal water along a channel in the Great Hungarian Plain 1 K. BALOG, 1 A. FARSANG and 2 T. M. TÓTH University of Szeged 1 Department of Physical Geography and Geoinformatics, and 2 Department of Mineralogy, Geochemistry and Petrology, Szeged (Hungary) Summary Due to its favourable geothermal properties, Hungary has large quantities of thermal water suitable for a wide range of purposes. After its use in spas, where re-injection is prohibited, waste thermal water is usually deposited into surface waters through uninsulated channels, in which seepage can occur. Waste thermal water from the Cserkeszőlő spa, selected for investigation, is released into the environment through an uninsulated channel and finally enters the River Körös. The effects of the seepage of thermal water on the soil were assessed by means of statistical analysis (principal component analysis, discriminant analysis) based on 11 diagnostic soil parameters. It was established that ion exchange processes took place in the soil due to the high Na + concentration in the thermal water, causing an increment in the Na + concentration and a simultaneous decrease in the Ca 2+ concentration of the soil. On the basis of the discriminant function, Mg 2+ mobilization was identified as the most significant background process. The values of parameters indicative of salinization (EC, soda, Na +, HCO 3 ) exhibited only a slight increase, suggesting that the salinization process was still in the initial phase. An increment in the humus and K + contents was also detected near the channel due to the enhanced biological activity. On the discriminant diagram constructed from the discriminant function, nearly 90% of the soil samples was correctly separated and classified into a priori "control" and "thermal water-affected" soil groups, based on the distance from the channel. Using this discriminant function, any further soil sample from the sample plot can be classified into one of these groups by determining the relevant diagnostic parameters. Thus, indirect information can be obtained about the extent of the impact area around the channel. On the experimental area, which had been subjected to the effect of thermal water for 50 years, significant soil modifying effects were detected. However, the field observations, laboratory tests and statistical analysis proved that these processes were not yet sufficient to cause soil degradation. Table 1. Coordinates and characteristics of the sample points on the study area. (1) Sample number. (2) EOV coordinates. (3) Sample description. a) Thermal water entering the ground channel; b) Thermal water from the ground channel, 75 m from the entry point; c) Soil and groundwater samples, 10 m from the ground channel and 75 m from the thermal water entry point (standing groundwater level: 1 m); d) Soil and groundwater samples, 25 m from the ground channel (standing groundwater level: 1.5 m); e) Soil and groundwater samples, 60 m from the ground channel (control) (standing groundwater level: 1.6 m); f) Soil and groundwater samples, 10 m from the ground channel (360 m from the thermal water entry point) (standing groundwater level: 1.3

16 92 BALOG FARSANG M. TÓTH m); g) Thermal water from the ground channel, 360 m from the entry point; h) Soil and groundwater samples, 50 m from the ground channel (control to 4t sample, leached chernozem) (standing groundwater level: 1.6 m) Table 2. Chemical parameters of the waste thermal water samples (Nos. 1v, 2v and 7v). (1) Parameter. a) Total salt content. (2) Thermal water. (3) Surface waste thermal water. Table 3. Descriptive statistics for the laboratory results on chernozem soil samples from the upper [1t, 3t (control)] and lower [4t and 5t (control)] sections of the channel (N = 28). (1) Diagnostic parameter. a) Lime content; b) Humus content; c) Upper level of plasticity according to Arany; d) Total salt content. (2) Mean. (3) Deviation. Table 4. Spearman s correlation coefficient for the diagnostic parameters of the soil samples (N=28, soil samples from the 1t, 3t, 4t and 5t profiles). (1) Parameter. (2) Carbonate. (3) Humus. (4) Soda content. (5) Texture. Note: N: Sample number; Significant at the *0.05, **0.01 level. Table 5. Rotated principal component matrix of the measured soil parameters. (1) Soil parameter. a) Humus, b) Carbonate, c) Soda content. (2) Principal components. Note: Principal component analysis, method: Varimax rotation with Kaiser normalization. Rotation: 5 repetitions. Fig. 1. Location of the sample points on the study area. Fig. 2. Correlation profile of the chemical parameters investigated. Fig. 3. Separation of soil samples according to the distance from the channel: control; soil sample near the channel. Fig. 4. Comparison of the mean values of soil samples close to the channel and control samples.