ELÕADÁS ÁTTEKINTÉSE. A talajdegradáció jelei. A vízerózió formái

Átírás

1 ELÕADÁS ÁTTEKINTÉSE TALAJ ÉS VÍZ, MINT KÖRNYEZETI ELEMEK TALAJ ÉS FÖLDVÉDELEM A természeti tényezõk és a szárazulatok felszínének összefüggései A talajok kialakulása és alaptípusai A talaj és víz kapcsolata, vízformák a talajban A talajerózió formái és az ellenük való védekezés A talajok elszennyezése és a szennyezések felszámolása A vízerózió formái Erózió: a víz által okozott talajrombolás 1. természetes: mindig zajlott, és zajlik 2. gyorsított (antropogén eredetû) felszíni o csepp erózió: a vízcsepp energiájának a talaj felszínére gyakorolt romboló, tömörítõ hatása o Lepel erózió: a lejtõn összefüggõ lepelként lecsúszó víz talajszemcséket, kolloidokat, és tápanyagokat szállít magával o Barázdás: még átmûvelhetõ méretû (10-40cm) barázdák keletkeznek o Árkos: 40 cm-nél mélyebb árkok jelennek meg a területen bemosódásos (rejtett). A talaj felszínérõl a mélyebb rétegek felé zajlik látens módon. vízmosás: A táblát véglegesen kettéosztó több méter mély szakadékos árok (fej, torok katlan, láb, hordalékkúp). A talajerózió formái és az ellenük való védekezés A talajdegradáció jelei Vízerózió, defláció Savanyodás és annak következményei Káros só felhalmozódás, szikesedés A talaj vízgazdálkodásának kedvezõtlen irányú megváltozása Talaj tömörödés, levegõtlen talajviszonyok Talajélet romlása, vagy kedvezõtlen mikrobiológiai folyamatok beindulása (biológiai degradáció) A talaj tápanyag szolgáltató képességének romlása A talaj puffer kapacitásának csökkenése, káros anyagok, mérgek felhalmozódása A víz erózió számokban Föld: 1,1 milliárd hektár Európa: 115 millió hektár Magyarország: 3 millió hektár Elhordott talaj/év/ha Enyhe erózió: <40t Közepes erózió: t Erõs erózió: >100t Talajpusztulás: 1 mm = 14 t Tápanyagveszteség 0,75-2 t humusz vagy 1,2-3,5 t NPK mûtrágya Terméscsökkenés: 20-80% Védekezés az erózió ellen Víz- és szélerózió Magyarországon 1. mûszaki talajvédelem 2. agrotechnikai talajvédelem Mûszaki védelem: lejtõszög o lépcsõzés o hullámosítás sövénysor, fasor felszínkötés táblaméretek utak csatornák Agrotechnikai védekezés: szintvonalas mûvelés, váltva forgató ekével való felfelé forgatás talajvédõ vetésforgó növénysûrûség (megemelt tõszám) bõséges tápanyag utánpótlás talajlazítás sávos vetés másodvetések szántás utáni hengerezés Forrás: Stefanovits-Duch 1

2 A talajeróziót kiváltó és befolyásoló tényezõk Kiváltó tényezõk: Csapadék Cseppnagyság Beesési szög Intenzitás (mm/h) Idõtartam Hó csapadék Mennyiség (cm, vagy vízegyenérték) Olvadás ideje, Olvadás gyorsasága Lejtõ Befolyásoló tényezõk: Talaj Szöge (meredeksége) Hossza Alakja: egyenes, kihajló, behajló Kitettsége (Északi és Déli kitettségek a leginkább eltérõek) nedvességi állapota vízgazdálkodása szerkezete, fagyossága Az éves átlagos talajpusztulás becslése A képlet Wischmeier (1959) nevéhez fûzõdik: A = R * K * L * S * C * P, ahol: A = egységnyi területre számított évi átlagos talajveszteség; R = a helyileg várható záporok erózió-potenciálja; K = a talaj erodálhatóságát kifejezõ tényezõ; L = a lejtõhosszúság tényezõje; S = a lejtõhajlás tényezõje; C = a növénytermesztés és gazdálkodás tényezõje; P = a talajvédelmi eljárások tényezõje. A tolerálható talajveszteség (T érték) mértéke Talajaink vízgazdálkodása Szélsõséges Szerzõ(k) Foster és Wischmeier (1974) Növényzet/talaj természetes T érték 0,25-1,48 t*ha - 1* év -1 Rossz Soil Conserv. Society (1985) természetes max. 11 t*ha -1* év -1 Dazzi et al. (1998) természetes 12,5 t*ha -1 *év -1 Sparovek et al. (1998) 1 m vastag talaj 0,2 mm*év -1 Schwertmann et al. (1987) Talaj mélysége T érték < 30 cm 1 t*ha -1 *év cm 3 t*ha -1 *év -1 Közepes cm 7 t*ha -1 *év -1 > 100 cm 10 t*ha -1 *év -1 Jó Forrás: Centeri Cs. Talajaink szervesanyag készlete Magyarország talajainak erodáltsága t/ha < >400 Nem Kissé Közepesen Erõsen Lerakás 2

3 Az erózió mérséklése a lejtés mértékéhez igazított mûvelési ág választással Szántó: 1-5% = sík 5-12% = enyhe lejtõ Szõlõ-gyümölcs: 12-17% teraszolás nélkül 17-25% teraszolással Erdõ: o ártéri erdõ 0% o dombvidéki erõ 0-30% Szántóföldi mûvelésre való alkalmasság Nem szántó Legalkalmasabb Kevésbé Legkevésbé Táblásítás az erózióvédelem eszközeként Szintvonallal párhuzamos hosszanti oldal, amely egyben a mûvelési irányt is jelenti Téglalap alak (paralelogramma és trapéz is lehet 60 -nál nem hegyesebb szögekkel) Homogén talaj A jó tábla egésze azonos kitettségû A jó tábla egyenletes esésû A talajmûvelés, mint az erózió mérséklésének eszköze A forgatásos mûvelés kerülése. Helyette forgatás nélküli mûvelés bevezetése. Szintvonalas mûvelés Talajlazítás Hengerezés Idegen kifejezések a talajkímélõ mûvelési módokra: Minimum tillage, reduced tillage, conservation tillage No tillage, ridge tillage, strip tillage, mulch tillage. Talajvédõ növényállományok Mikor megfelelõ a növényzet védõ hatása? Egyenletes állománysûrûség, Jó árnyékolás (LAI 3,5-4 m 2 /m 2 ), Hosszú tenyészidõ. Mely kultúrák, milyen védelmet nyújtanak? Jók: évelõ pillangósok, pillangósok, gyepek, Közepesek: õszi kalászosok, repce, takarmánykeverékek, tavaszi kalászos növények. Gyenge: tavaszi kapás növények (dohány, kukorica, burgonya, napraforgó), borsó, bab, szója, bükköny. Az erózió elleni védekezés erdészeti beavatkozásokkal Erdõsítés, felújítás: ahol a legnagyobb az eróziós veszély, mert az erdõk védik a leghatékonyabban az ilyen talajokat. Talajvédõ cserjesávok, sövények, véderdõk: a szántóterület lejtõinek megszakítására szolgálnak, ahol a víz mozgása lelassul a kritikus sebesség alá. Vízmosáskötés: a kialakult vízmosások továbbfejlõdésének lassítása, vagy megállítása a cél. Rekultiváció: felhagyott bányagödrök rézsûinek betelepítése cserjékkel, majd fákkal. 3

4 Defláció, a szél talajrombolása számokban Föld: 550 millió hektár Európa: 42 millió hektár Magyarország: 1-1,5 millió hektár A defláció elleni védekezési módok: mezõ védõ erdõsávok uralkodó szél irányára merõleges talajmûvelés agrotechnikai védekezési módok o mûveletek számának csökkentése o tenyészidõ kinyújtása o másodvetés o szármaradványok helyben hagyása o kelesztõ öntözés o talajvédõ öntözés A talajaink érzékenysége savas terhelésekre A savanyodásért felelõs környezeti tényezõk: légköri szennyezések okozta savas kiülepedés és savas esõk mûtrágyázás savanyító hatása Talajaink érzékenysége: Nem érzékenyek: karbonátos talajok Érzékenyek: a csökkent karbonát tartalmú, semleges kémhatású talajok már nem érzékenyek: az erõsen elsavanyodott talajok A magyarországi talajok savasodással szembeni érzékenysége A talajok elsavanyodásának mérséklési lehetõségei 1. Fosszilis tüzelõanyagok kén tartalmának csökkentése. 2. Füstgázok emissziójának csökkentése száraz eljárás: mészkõvel (CaCO3) (kéndioxid kivonás hatékonysága nedves eljárás: CaCO3/CaO szuszpenzióval (90-95 %-os hatékonyság) 3. Okszerû mûtrágya felhasználás Csak a tervezett termésszinthez szükséges tápanyagok kiadagolása Savanyító hatású mûtrágyák elhagyása Forrás: Várallyay A talaj tömörödését befolyásoló tényezõk A tömör talaj következményei Éghajlati tényezõk Talajtényezõk Talajszerkezet Agyagásványok Szervesanyagok Kicserélhetõ kationok Müvelésmódok Nedvességtartalom Talajélet, és talajlakók száma Tömörödési hajlam Nedvességállapot változása Víz halmazállapot változásai Csapadékmennyiség, és intenzitás Kipárolgás Talajhasználat Vetésforgó Gépesítettség színvonala Mûvelési rendszer (hagyományos, forgatás nélküli) Ápolás, növényvédelem Betakarítás és szállítás A víz, levegõ- és hõháztartás romlik A szerves anyag lebontási folyamatok lassulnak A humuszbontó folyamatok erõsödnek, A növények gyökérlégzése, tápanyag- és vízfelvétele csökken A talajok megmûvelése több energia befektetést igényel, A talaj termékenysége csökken A talajélet intenzitása csökken A talaj kultúrállapota romlik Az eróziós és deflációs veszély növekszik 4

5 A talajok elszennyezése és a szennyezések felszámolása A talajszennyezõdés legfontosabb forrásai (Vermes, 1996 nyomán) Pontszerû Ásványi lelõhelyek Geológiai formációk Természetes eredetû Szennyvizek, szennyvíziszapok hígtrágya Hulladékok (folyékony, szilárd, nem toxikus, toxikus) Termelési (ipari) emissziók Emberi (antropogén) eredetû Nem pontszerû Természetes (pl. vulkáni) eredet nedves és száraz kiülepedés a légkörbõl Árvizek, elöntések, nagy esõk Erõs szelek Természetes radioaktív sugárzások Légszennyezésbõl ered száraz és nedves kiülepedés Mezgazdasági vegyszerek: mûtrágyák, növényvédõszerek Közlekedés Atomrobbantások Nemzeti Kármentesítési Program Célja: az állami felelõsségi körbe tartozó, hátrahagyott, tartós környezetszennyezések fölszámolása, a szennyezett területek károsító, veszélyeztet hatásainak megszüntetése 1995: Kormánydöntés Irányító: KTM koordinátor: KGI Kármentesítési Iroda végrehajtó: ÁPV Rt mint tulajdonos alprogramok segítségével I : kárfelszámolás megkezdése, megvalósíthatósági tanulmányok, jogi és mûszaki szabályozás, teljekör felmérés megkezdése II : Nemzeti Kármentesítési Prioritási Lista elkészítése III tól: folytatólagosan a kijelölt kármentesítések végrehajtása Talaj remediálás (gyógyítás) módszerei 1. Helyben (in situ) végzett Fizikai Kémiai Biológiai (pl. fitoremediáció) 2. Kitermeléssel (ex situ) végzett Fizikai Kémiai Biológiai 3. Kiegészítõ eljárások (ex situ) Elszívott gázok kezelése Talajvíz és mosófolyadék kezelése Tisztított talaj revitalizálása Talaj remediálás (gyógyítás) módszerei in situ: Bioremediációs eljárások szabályozott természetes lebomlás gyorsított természetes lebomlás (biodegradáció) átszellõzés (bioventilláció) növényekkel való tisztítás (fitoremediáció) Talajszellõztetés Talajmosás Termikus eljárások ex situ (on site, off site): Agrotechnikai kezelés forgatás lazítás öntözés trágyázás, mûtrágyázás Bioágyas vagy prizmás biooxidáció Bioreaktorban szabályozott aerob lebontás Extrakció Termikus eljárások Bioremediációs eljárások elõnyei és hátrányai Biztonság Elõnyök - természetes mikroflóra, vagy élõ növény - veszélyes vegyszert nem használnak - a tápanyag kijuttatás nem jelent környezeti kockázatot - természetes folyamatokra épül - a szennyezett talaj és víz kezelése az eredeti helyen történhet - kevés hulladék keletkezik - kevesebb eszközt és felszereltséget igényel - olcsóbb eljárások közé tartozik - természetes mikroflóra, vagy élõ növény - veszélyes vegyszert nem használnak - a tápanyag kijuttatás nem jelent környezeti kockázatot Hátrányok - összetett szennyezések esetén nehezen megvalósítható - idõigényes Szennyezett talaj ex situ bioreaktoros remediálása Mosó oldat tartály N 2 Szennyezett talaj tartály M M Anoxiás bioreaktor 2. Aerob bioreaktor O 3. Ülepítõ 2 4. fotoreaktor biotech.szbk.u-szeged.hu/kk_jegyzet/bioremed.ppt 5

6 Szénhidrogén szennyezések remediálása Nehézséget okoz az inhomogenitásuk, mivel származási helytõl és finomítástól függ az összetételük Alkalmazott módszerek: In situ aerob-, anaerob mikrobiális bontás Aerob lebontás (bioventiláció) esetén az oxigenázok szerepe jelentõs Anaerob lebontásnál Fe(III)-, szulfát redukáló, denitrifikáló körülmények Gõzextrakció Pumpálás és air stripping Ex situ bioremediációs eljárások: Agrotechnikai módszerek Bioágyas vagy prizmás biooxidáció Bioreaktorban szabályozott aerob lebontás Termikus eljárások Extrakció Biofilterek alkalmazása bioreaktorokban Mikroorganizmusok élõ bevonatot képezve szilárd felületeken, biofilterként képesek eltávolítani bizonyos komponenseket a az átáramoltatott gázból. Hordozó felületek: - homok - talaj - komposzt - tõzeg - cellulóz (pl. gyökér rostok) Követelmény a hordozófelülettel szemben: - nedvszívó - porozus Lebontási sebesség függ: - fajlagos felülettõl - biomassza koncentrációtól - szubsztrát koncentrációtól - áramlási sebességtõl ELÕADÁS ÖSSZEFOGLALÁSA A talajok védelme több okból is fontos. Segít megõrizni a talajokat a jövõ generációi számára, de egyben a vizeink védelmét is szolgálja, mikor lelassítja azok feliszapolódását, elöregedését. A védelemre számos megoldás kínálkozik. Az elszennyezett talaj helyreállítása szintén fontos feladat, hisz a talaj a légkörrel és a vizekkel is szoros kapcsolatban van, azokat is elszennyezheti. A talajok remediálása, mûszaki, kémiai, biológiai és fizikai eszközöket is igénybe vesz. ELÕADÁS ELLENÖRZÕ KÉRDÉSEI Melyek a talajpusztulás kiváltó tényezõi? Milyen mértékû a talajpusztulás? Milyen eszközökkel lehet lassítani? Mely anyagokkal szennyezõdnek leggyakrabban talajaink? Melyek az elõnyei, esetleges hátrányai az ex situ talajkezeléseknek az in situ kezelésekkel szemben? ELÕADÁS Felhasznált forrásai Szakirodalom: Centeri Cs. Az egyetemes talajveszteségbecslési egyenlet (USLE) (egyetemi elõadások) Stefanovits-Duch talajmûvelés és talajvédelem (egyetemi elõadások) Vermes L A talaj védelme, szennyezése Wischmeier, W. H. (1959): A rainfall erosion index for a Universal Soil Loss Equation. Soil Sci. Soc. Am. Roc. 23: