hatása a növénytermelésre

Átírás

1 Nyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar Matematika, Fizika és Informatikai Intézet Varga-Haszonits Zoltán Varga Zoltán A makro és mikroklíma A makro- és mikroklíma hatása a növénytermelésre hatása a növénytermelésre (Fitoklimatológia) Írta MOSONMAGYARÓVÁR 2006

2 Nyugat-Magyarországi Egyetem Mezőgazdaság- és Élelmiszertudományi Kar Matematika, Fizika és Informatikai Intézet A makro- és mikroklíma hatása a növénytermelésre (Fitoklimatológia) Dr. Varga Haszonits Zoltán professor emeritus, MTA doktora Dr. Varga Zoltán egyetemi docens, PhD Mosonmagyaróvár 2006

3 Tartalom Bevezetés 1. AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS A NÖVÉNYEK Az éghajlati rendszer, éghajlatalakító tényezők... 1 A Föld energiamérlege... 1 Az üvegházhatású gázok... 4 Az aeroszolok... 7 Irodalom Az éghajlati rendszer változékonysága... 8 Éghajlati változékonyság... 8 Az éghajlatváltozás lehetősége Az éghajlatváltozás kialakulása és hatásai Az éghajlatváltozás felismerésének problémái Az éghajlatváltozás következményei A lehetséges társadalmi reagálások Az éghajlati rendszer és a mezőgazdasági termelés közötti kölcsönhatás Az éghajlati viszonyok Az éghajlati hatások formái Az éghajlatra ható mezőgazdasági tevékenységek Az éghajlati rendszer növénytermelésre gyakorolt hatásának elemzése A földtörténeti korok éghajlatváltozásainak hatásai Az éghajlat és a biomok Az éghajlat és az agroökoszisztéma AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Az éghajlati viszonyok tér- és időbeli jellemzői Sugárzási viszonyok Hőmérsékleti viszonyok Nedvességi viszonyok Az éghajlati elemek által meghatározott időszakok A napsugárzás által meghatározott periódusok A hőmérséklet által meghatározott periódusok Száraz és nedves időszakok Éghajlati körzetek, éghajlati potenciál Agroklimatológiai körzetek Éghajlati potenciál A zöld növények sugárzáshasznosítás... 90

4 3. AZ ÉGHAJLAT, MINT KOCKÁZATI TÉNYEZŐ Áttelelési viszonyok Téli alacsony hőmérsékletek Havazás és hótakaró A fagyok évenkénti előfordulásának jellemzői Az éven belüli változékonyság Az évi átlagok változékonysága A nyári félév magas maximum értékei Nikto- és fotohőmérsékletek magas értékei A magas nikto- és fotohőmérsékletek éven belüli változékonysága Az évi átlagok változékonysága A hőmérsékleti ingás változékonysága Erős besugárzás A nedvesség okozta extrém hatások Belvíz Nagyintenzitású csapadékok Aszály AZ ÉGHAJLAT, MINT HATÓTÉNYEZŐRENDSZER Az éghajlati elemek hatása a növényekre Az üvegházhatású gázok és a növények A napsugárzás hatása a növényekre A hőmérséklet hatása a növényekre A vízellátottság hatása a növényekre Az éghajlat és a növényi életfolyamatok Az éghajlat hatása a növényfejlődésre Az egyes meteorológiai tényezők hatása a növényfejlődésre Az éghajlat hatása a növények növekedésére A meteorológiai tényezők hatása a szerves anyag termelésre Az éghajlat hatása a terméshozamokra A terméshozamok agroklimatológiai elemzése Az éghajlat és az agrotechnika Az éghajlat hatása a talajművelésre Az éghajlat hatása a műtrágyázásra Az éghajlat hatása az öntözésre az éghajlat és a növényvédelem A kórokozók fellépését befolyásoló tényezők Az időjárás-kórokozó kapcsolat modellezése Az egyes meteorológiai tényezők hatása a kórokozók és a kártevők életfolyamataira A meteorológiai tényezők hatása a betegségek és kártevők terjedésére Tárgymutató

5 Bevezetés Ebben a jegyzetben az éghajlatot, mint a növénytermesztés erőforrását, kockázati tényezőrendszerét és hatótényezőrendszerét mutatjuk be. Ugyanakkor a címében azért nem az éghajlat, hanem a makro- és mikroklíma növényekre gyakorolthatása szerepel, mert szerettünk volna már a címben utalni arra, hogy ebben a jegyzetben a hangsúly az éghajlat növényekre gyakorolt hatásának elemzésén van, kiemelten hangsúlyozva, hogy az éghajlat változékony rendszer. Tulajdonképpen az éghajlatnak egyetlen igazán állandó tulajdonsága van, ez pedig a változékonyság. Amikor egy természeti jelenség hatásáról akarunk beszélni, akkor célszerű először magát a jelenséget a lehető legnagyobb pontossággal meghatározni. Az éghajlat azonban rendkívül bonyolult, összetett rendszer, ezért esetében ezt nem könnyű megtenni. Már sokan és sokféleképpen definiálták, de egyetlen pontos és általánosan elfogadott meghatározása nincs. Ezenkívül az éghajlat definiálása mint minden más természeti jelenség meghatározása magában hordozza azt az ellentmondást, hogy mielőtt megvizsgálnánk, pontosan meg kellene fogalmazni, hogy mi is az, amit vizsgálni akarunk. Ugyanakkor éppen azért vizsgáljuk, mert nem ismerjük elég pontosan és szeretnénk jobban megismerni. Ezért a definiciót úgy kell értelmezni, mint egy adott ismereti szinten megadott meghatározást, amelyet ismereteink gyarapodásával és mélyülésével bizonyos időközönként módosítani kell. Az elmondottak figyelembevételével az éghajlatot a következőképpen határozhatjuk meg: Az éghajlat egy adott helyen, hosszabb időszak (rendszerint néhány évtized) alatt a környezetével állandó kölcsönhatásban lévő légkör egymáshoz kapcsolódó tulajdonságainak és folyamatainak a rendszere (Varga-Haszonits Zoltán: Agrometeorológia, Mezőgazdasági Kiadó, Budapest,1977, 14. oldal). Ennek a rendszernek a változékonyságát és az agroökoszisztémákra gyakorolt hatását elemeztük. Az éghajlat tehát rendszer, mégpedig az agroökoszisztémák környezetének legváltozékonyabb rendszere. Mivel az emberiség története során először fejlesztett ki olyan technikai eljárásokat, amelyek jelentős energia-felhasználással járnak, s ennek az energiának az előállításához szükséges anyagok elégetése során üvegházhatású gázok kerülnek a légkörbe, a jövőben számolnunk kell azzal, hogy az emberi tevékenység hatására az éghajlati rendszerben változások állhatnak be. Egy esetleges éghajlatváltozás lehetősége pedig befolyással lesz az agroökoszisztémákra, s ezen keresztül az élelmiszertermelésre. Ezért tulajdonítottunk fontosságot annak, hogy e jegyzetben - ahol arra lehetőség nyílt - rámutassunk az éghajlat esetleges megváltozásának várható következményeire. Ugyanis ezekhez a következményekhez alkalmazkodni kell, vagy kedvezőtlen hatásukat amennyiben lehetséges enyhíteni kell. Fontos tehát, hogy megismerjük az éghajlat növényekre gyakorolt hatását, s azt is, hogy a változó éghajlati viszonyoknak a növények termesztésére vonatkozóan milyen várható következményeik lesznek. Mosonmagyaróvár, szeptember 1. A szerzők

6

7 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS A NÖVÉNYEK A mezőgazdaság történelmi idők kezdetétől az emberi civilizáció alapja volt és az is maradt. A letelepedett ember számára az adott helyen kellett megtermelnie a szükséges élelmet. Ez a termelési folyamat a növénytermesztésre épül, amelynek során a gazdaságilag hasznos növények a napsugárzás energiáját megkötik és azzal az emberek és a haszonállatok táplálkozásához nélkülözhetetlen szénhidrátokat állítanak elő. A növénytermesztés és az állattenyésztés által megtermelt élelmiszermennyiség tartja fenn a Föld lakosságát. Mivel a lakosság fokozatosan növekszik, ennek arányában növelni kell az élelmiszertermelést is, hogy a lakosság számára a szükséges élelem mindig rendelkezésre álljon. Ha ez nem sikerül, vagy valamilyen okból (nem tudják megvásárolni) nem jut el a lakossághoz a szükséges élelem, akkor az emberek éhezni fognak. A növénytermesztés a világon mindenütt a szabad ég alatt történik, ezért ki van téve a légkörben uralkodó meteorológiai viszonyoknak, hosszabb időszakot figyelembe véve pedig az adott hely éghajlati viszonyainak. Ezért az éghajlat a növénytermesztés egyik legfontosabb meghatározó tényezője, amely a vetéstől az érésig befolyással van a növények életére. S emiatt egyúttal az éghajlat az emberiség egyik legfontosabb természeti erőforrása, amely a növénytermesztés számára feltételrendszerként szolgál, amelyet hasznosítani lehet, ugyanakkor kedvezőtlen hatásaival kockázati tényező is lehet. Arra kell törekedni, hogy a kedvezőtlen hatásokat enyhítsük vagy elkerüljük. Lényegét tekintva az éghajlati rendszer a légköri tényezőknek egy olyan rendszere, amely a vetéstől az érésig állandó befolyást gyakorol növények életére és évről-évre bekövetkező változásaival a terméshozamok ingadozásait idézi elő. Fontos tehát az, hogy az éghajlatot és a növényekre gyakorolt hatását megismerjük, a benne fellépő jelenségekhez és a benne végbemenő folyamatokhoz, változásokhoz minél jobban alakalmazkodjunk, hogy az emberiség számára szükséges élelem folyamatosan biztosítva legyen. 1.1 Az éghajlati rendszer, éghajlatalakító tényezők Az éghajlati rendszer a légkör állapotát hosszútávon alakító és befolyásoló tényezők és folyamatok egymáshoz kapcsolódó, összefüggő együttese. Éghajlatalakító tényezőnek nevezzük azokat a tényezőket, amelyek hatással vannak a Föld energiamérlegének alakulására, s ezen keresztül a Föld középhőmérsékletének alakulására. A legfontosabb éghajlatalakító tényezők: a napsugárzás energiája, a napsugárzást felfogó felszínek (tengerek, szárazföldek, hó- és jégtakaró, növényzet) és az energiaáramlások (általános légkörzés, tengeráramlások). A Föld energiamérlege A fő éghajlatalakító tényező a napsugárzás, amely ennek a rendszernek a fő energiaforrása és az egész rendszert működésben tartja. A Napból az energiamennyiség minden irányban kiáramlik. Ha a közepes Nap-Föld távolságnak megfelelő sugarú gömbfelületet képzelünk el, 1

8 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK akkor a Föld Nap felé fordított része az egy másodperc alatt kiáramló energiának mintegy egy milliárdod részét kapja (Campbell 1977). A besugárzás. Ez az energiamennyiség elérve a légkör felső határát, belép a légkörbe és halad a földfelszín felé. A légkört alkotó gázok: a nitrogén (78%), az oxigén (21%) és a nemes gázok (1%), valamint az ózon (O 3 ) az ultraibolya sugárzásnak azt a részét, amely sejtroncsoló hatású, ezért káros az élőlényekre, elnyelik és nem engedik a légkör alsó rétegeibe, ahol az élet lehetséges. A napsugárzás többi része kisebb mértékben elnyelődik és szóródik, nagyobb részben áteresztődik a légkörön egészen a földfelszínig ( ábra). A Napból érkező sugárzásnak azt a részét, amely a növények szerves anyag termeléséhez szükséges energiát szolgáltatja, a légkör kevés veszteséggel átengedi. A légkör tehát a látható fény tartományában érkező sugárzás, a fotoszintetikusan aktív sugárzás számára ablakot nyit. A napsugárzást felfogó felszínek. A légkörön áthaladó sugárzás a földfelszínt elérve visszaverődik vagy elnyelődik, attól függően, hogy a felszínt milyen közeg alkotja. A földfelszín mintegy 70%-át víz borítja (hidroszféra), ezért ez a legnagyobb közeg, amely a légkörrel kölcsönhatásban van. A víz a ráeső sugárzás jelentős részét elnyeli, s mivel nagy a hőkapacitása, jelentős mennyiségű hőt képes raktározni. A fennmaradó 30% szárazföld (litoszféra). A szárazföld több sugárzást ver vissza, mint a víz, kis hőkapacitása miatt azonban gyorsabban felmelegszik és gyorsabban le is hűl, mint a víz. Az óceánok és a szárazföldek pólusokhoz közeli területein különböző vastagságú hó- és jégtakaró borítja a felszínt (krioszféra), amelynek kiterjedése évszakonként változik. Itt a nagy sugárzásvisszaverő képesség a jellemző. Az óceánok, a szárazföldek és a légkör adnak helyet az élővilágnak (bioszféra), amelyből a napsugárzás felszíni visszaverésében vagy elnyelésében elsősorban a növénytakaró játszik szerepet. A különböző felszínek jelentősége abban van, hogy eltérő fizikai tulajdonságaik miatt különböző mennyiségű energiát nyelnek el, különböző mennyiségű energiát képesek magukban tárolni és különbözőképpen melegszenek fel ábra. A besugárzás és kisugárzás útja a légkörben. A Föld kisugárzása. A különböző felszínek által elnyelt hő hatására a földfelszín felmelegszik. A felmelegedett földfelszín a nála hűvösebb bolygóközi tér felé hőmérsékleti 2

9 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK (hosszúhullámú) sugárzást bocsát ki. Ennek a hosszúhullámú sugárzásnak ugyancsak a légkörön kell áthaladnia, így a légkör összetételétől függően a sugárzás különböző hányadát engedi át vagy tartja vissza. Ha a Föld légkörében nem lenne vízgőz, széndioxid, s más olyan üvegházhatású gázok, amelyek a hosszúhullámú sugárzás jelentős részét nem engedik eltávozni, akkor a Föld középhőmérséklete 18 fok lenne (Hartmann 1994). Jelenlegi légköri összetétel mellett a Föld középhőmérséklete 15 fok. A légkörben található vízgőz, széndioxid és egyéb üvegházhatású gázok tehát azzal, hogy elnyelik és visszasugározzák a földfelszínre a hosszúhullámú sugárzást, a Föld középhőmérsékletét mintegy 33 fokkal emelik. Ez a hatás úgy érvényesül, mintha a légkör hőtakaró -t terítene a felszín fölé. Ezt a hatást nevezzük üvegházhatás -nak, mert a légkör ugyanúgy, mint az üveg a rövidhullámú sugárzást átengedi, de a hosszúhullámú kisugárzást nem engedi távozni, s ezzel emeli a hőmérsékletet. Ez tapasztalható az üvegházakban is, innen az elnevezés. Amint az 1.2 fejezetben be fogjuk mutatni Houghton (2004) számítása szerint azonban a vízgőz és az üvegháuhatású gázok hiányában a Föld középhőmérséklete -6 fok volna, vagyis az üvegházhatás eredményeknét a Föld középhőmérséklete 21 fokkal lett magasabb. Ez utóbbi számítás tűnik reálisabbnak. Akár a 21 fokos hőmérséklet-emelkedést, akár a 33 fokos hőmérséklet-emelkedést vesszük figyelembe, ez a hatás a földi élet szempontjából meghatározó. Egyensúlyi hőmérséklet. Azt a hőmérsékletet, amely úgy alakul ki, hogy a földfelszín ugyanannyi sugárzást nyel el, mint amennyit kisugároz, egyensúlyi hőmérsékletnek nevezzük. Ezt a hőmérsékletet tekintjük a Föld középhőmérsékletének. Addig, amíg ezt a rendszert semmilyen kényszer ki nem mozdítja jelenlegi állapotából a Föld középhőmérséklete viszonylag állandó marad, a különböző éghajlattípusok jellege és földrajzi eloszlása lényegében nem változik. Ha viszont több energia áramlik be, mint amennyi energia kiáramlik vagy kevesebb energia áramlik ki, mint amennyi beáramlik, akkor az egyensúlyi hőmérséklet magasabb lesz. Ha pedig kevesebb energia áramlik be, mint amennyi kiáramlik vagy több energia áramlik ki, mint amennyi beáramlik, akkor az egyensúlyi hőmérséklet csökken. Mindkét esetben várható, hogy az egyes éghajlattípusok jellege és földrajzi eloszlása is módosulni fog. Az energiaáramlások. A földfelszínre érkező energiamennyiség nem egyformán oszlik el a Föld Nap körüli keringése, tengelyének dőlésszöge és tengelye körüli forgása következtében. A legtöbb energia az egyenlítő körüli területekre érkezik, s a leérkező energiamennyiség a pólusok felé haladva fokozatosan csökken. A földfelszínen kialakult egyenlőtlen energiaeloszlás következtében a légkörben kiegyenlítő mozgások indulnak meg, amelynek hatására kialakul az általános légkörzés. Az általános cirkuláció alkotta légkörzési rendszerben hazánk a nyugati szelek övezetében fekszik, s ez az oka annak, hogy a tőlünk legtávolabb fekvő tenger, az Atlanti óceán gyakorolja éghajlatunkra a legjelentősebb hatást. A tengerek egyenlőtlen felmelegededésének hatására ott is megindul a víztömegek mozgása és kialakulnak a tengeráramlások, amelyben az általános légkörzés által létrehozott szeleknek is jelentős szerepe van. Az Atlanti óceánban a Golf áram melegítő hatása érvényesül. Ez a nyugati szelek segítségével érezteti hatását hazánk éghajlatában is. A hatás elsősorban a téli hónapok enyheségében nyilvánul meg. A januári középhőmérsékletek közel 4 fokkal magasabbak hazánkban, mint amennyinek a földrajzi szélesség miatt kellene lenniök ( ábra). A Golf áramlásban bekövetkező változások ezért érintenék hazánk éghajlatát is. Esetleges megszűnése teleink zordabbá válásában jelentkezne, ami a növények áttelelését nehezítené. 3

10 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK ábra. A januári középhőmérsékletek eltérése a sokévi átlagtól. A napsugárzás, a légkör és az élet. A légkörbe érkező napsugárzásnak az ultraibolya tartományba eső része, különösen a rövidebb hullámhosszúságú sugarak, magasabb energiatartalmuk miatt sejtroncsoló hatásúak. A légkör nitrogén, oxigén és ózon molekulái azonban ennek a sugárzásnak jelentős részét elnyelik, s ezáltal a földi élet számára védelmet jelentenek. Mivel ebben a szűrésben az ózon játszik fő szerepet, ózonpajzs -nak szokták nevezni. A légkörben lévő üvegházhatású gázok pedig 10 mikron körüli sugárzást képesek elnyelni. A Föld kisugárzásának jelentős része pedig a 10 mikron körüli hullámhosszakon történik. Az elnyelt kisugárzás egy részét az üvegházhatású gázok a földfelszín felé sugározzák vissza, ahol ez a többlet hő a hőmérséklet emelkedését idézi elő. Ez a folyamat olyan, mintha az üvegházhatású gázok takaró -t (hőtakarót) terítenének a földfelszín fölé, hogy melegebben tartsák. Ezáltal a Földön az élet számára kedvező hőmérsékleti körülmények alakulnak ki. Az ózonpajzs és a hőtakaró között van egy nyitott ablak, amelyen keresztül a látható fény tartományában érkező fotoszintetikusan aktív sugárzás bejut a légkörbe, s eléri az asszimiláló növényi szerveket, ahol a növények a napsugárzás energiája segítségével szervetlen anyagokból (széndioxid, víz stb.) olyan szerves anyagokat állítanak elő, amelyek az állati és emberi táplálkozás alapjául szolgálnak. A légkör tehát olyan rendszer, amely megvédi az életet a káros besugárzástól, a kisugárzást mérséklő hatásával pedig kedvező hőmérsékleti feltételeket teremt az élet számára, s lehetővé teszi, hogy az asszimilációhoz nélkülözhetetlen sugárzás eljusson az asszimiláló növényi szervekhez. Ügyelni kell tehát arra, hogy ez a rendszer ne sérüljön, mert ez biztosítja az élet és a táplálék előállítása számára kedvező körülményeket. Az üvegházhatású gázok Az üvegházhatás azt jelenti, hogy a légkörben vannak olyan gázok, amelyek a Napból érkező rövidhullámú és a látható fény tartományában érkező sugárzást kevés veszteséggel átengedi. A felmelegedett földfelszín által kibocsátott hosszúhullámú sugárzást viszont jelentős részben elnyeli és részben visszasugározza a földfelszínre hőtöbbletet biztosítva ezzel a talaj és az alsó légrétegek számára. Elnevezését onnan kapta, hogy ugyanígy viselkedik az üvegház is, mivel az üveg a napból érkező rövidhullámú sugárzást beengedi az üvegházba, de 4

11 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK az üvegház talaja által kisugárzott hőt az üveg visszatartja, s ezáltal többlet hőt biztosít az üvegház számára ( ábra) ábra. Üvegházhatás az üvegházban és a légkörben (Rosenzweig és Hillel 1998) Üvegházhatású gáznak nevezzük azokat a gázokat, amelyek elnyelik az infravörös spektrumnak egy részét jelentő 10 mikron körüli (8-14 mikron közötti) hullámhosszúságú sugárzást, amelyen a Föld a bolygóközi térbe kisugároz. Már nagyon korán felismerték a széndioxidot, mint üvegházhatású gázt. Ennek a légköri koncentrációja gyors ütemben növekszik. Ma már más olyan üvegházhatású gázokat is ismerünk, amelyeknek koncentrációja az utóbbi időben ugyancsak növekszik. Ilyenek a metán (CH 4 ), a dinitrogén oxid (N 2 O), a halogénezett szénhidrogének, a freonok (CFC-11 és CFC- 12) és maga az ózon (O 3 ) is. A vízgőz (H 2 O) ugyancsak ide tartozik. Vannak olyan gázok is, amelyek nem üvegházhatású gázok, mint a szénmonoxid (CO) és a nitrogén oxid (NO), de amelyek kémiai reakciókon keresztül üvegházhatású gázokat képesek létrehozni. Széndioxid. A légkörben lévő széndioxid-koncentráció az iparosodás előtti 280 ppm értékről napjainkig 360 ppm értékre emelkedett, ami megközelítőleg 30%-os emelkedést jelent. Ez megváltoztathatja a Föld sugárzással kapcsolatos viselkedését, s azután az éghajlatot is, mégpedig azáltal, hogy megváltoztatja a légkörnek a rövidhullámú napsugárzással és a hosszuhullámú kisugárzással szembeni áteresztőképességét. A légkör alsó rétegeinek melegebbé válási folyamata mint már említettük a széndioxid és más üvegházhatású gázok infravörös sugárzással kapcsolatos viselkedésének a következménye, amelyet üvegházhatás -nak szokás nevezni. Ennek a felmelegedési folyamatnak az időzítése, az intenzitása, de jelenleg még a létezése is erősen vitatott (Witwer 1995). Mindazonáltal van néhány általánosan elfogadott tény. A légköri széndioxid-tartalom növekszik, ez dokumentált tény. A Manua Loa-i mérések 12%-os növekedést mutatnak, ami az 1959-ben mért 316 ppm-ről az 1990-ben mért 354 ppm-re való emelkedést jelenti. A jelenlegi növekedés 0,5% vagyis 1,6 ppm/év. A légköri széndioxid mennyiségének előrejelzésére kidolgozott modellek a 21. század második felére a légköri széndioxid-tartalom megduplázódását prognosztizálják. A másik tény, hogy a növekedés valóban globális. Ez azt mutatja, hogy a légkör hatékonyan teríti szét a kibocsátott széndioxidot, függetlenül attól, hogy a forrás természetes vagy az ember által létrehozott. Egy újabb jól ismert tény, hogy a Mauna Loa-i mérések a légköri széndioxid évi ingadozását mutatják. Bár a széndioxid átlagos szintje az évek folyamán emelkedik, vagy egy jellegzetes évi ingadozás. A széndioxid-tartalomnak télen van a maximuma. Ennek oka a növényi asszimiláció hiánya, amelynek során a növények a légkörből széndioxidot vonnak ki. Ehhez járul még télen a fűtésből származó többlet széndioxid. Tavasszal a vegetáció 5

12 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK megindulása után a széndioxid-tartalom elkezd csökkenni. Ez a csökkenés a nyári hónapokban folytatódik, hiszen ekkor a legdúsabb a növényzet, s a legerősebb a széndioxidassszimiláció. Különösen igaz ez az északi féltekére, ahol a legnagyobb a szárazföldek aránya és így a legnagyobb a növénytakaró. Ennek hatására a vegetációs periódus végére lesz a legkisebb a légkör széndioxid-tartalma. Majd ezt követően a növényzet pusztulásával a széndioxid-tartalom ismét növekszik, egészen a tél közepéig, amikor eléri a maximumát. Ez az ingadozás évről-évre megismétlődik, s az ingadozás amplitudója évről-évre még mintegy 0,5%-kal növekszik is, ami azt mutatja, hogy a Földön a biomassza mennyisége vagy állandó vagy inkább még növekszik is, de semmiképpen nem csökken. Metán. A metán (CH 4 ) hatékonyabb üvegházhatású gáz, mint a széndioxid. A lebomlási ideje 7-10 év, ami hosszabb időszakon át redukált hatékonyságúvá teszi, mint üvegházhatású gázt. Mindazonáltal mintegy 1 %-os évi növekedési üteme van a légkörben, ami kétszerese a széndioxid növekedési ütemének. Jelenlegi koncentrációja 1,7 ppm. Mivel azonban a légkörben fotokémiai rekciók útján részt vesz az ózon, a széndioxid és a vízgőz képződésében, az üvegházhatású melegedésben a részesedése mintegy 15 % körüli. Dinitrogén oxid. A dinitrogén oxid (N 2 O) jelenlegi koncentrációja a légkörben 310 ppb. Évi növekedési üteme évi 0,2%. Hozzávetőlegesen olyan hosszú ideig marad a légkörben, mint a széndioxid. A legtöbb légköri dinitrogén oxid a bioszféra természetes nitrogén ciklusából kerül a légkörbe, amelyben a talajban található denitrifikáló baktériumok és gombák játszanak közre. A légkörben tapasztalható kis mértékű növekedésének a forrása nem állapítható meg pontosan, de hozzákapcsolható a növekvő műtrágya-használathoz és a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséhez az üzemekben és a motorokban. Ezért a dinitrogén oxid növekedése a jövőben is folytatódni fog, mert folytatódik az állandóan növekvő lakosság élelmiszer és energia igénye. Halogénezett szénhidrogének (freonok). A halogénezett szénhidrogének (CFC-11 és CFC-12), amelyeket freon néven ismerünk, az 1960-as évek folyamán kerültek széleskörű használatba a hűtőberendezésekben és szórópalackokban (spraykben). A kémiai jelölésüket onnan kapták, hogy a metánban (CH 4 ) lévő hidrogén atomokat fluor vagy klór atomokkal helyettesítik. A freon gázok kémialilag semlegesek, nem bomlanak szét és nem lépnek vegyi reakcióba más légköri gázokkal. Emiatt sokáig megmaradnak, s ha van utánpótlásuk, akkor egyre növekvő mennyiségben gyűlnek össze. Ez történt a légkörben is, ahol eleinte évi 10-15%-ban növekedett a mennyiségük, de napjainkra már ez a növekedés évi 4%-ra csökkent. Igen hatékony üvegházhatású gázok, mivel elnyelési sávjuk a 10 mikron körüli hullámhossztartományba esik. A lebomlási ütemük lassú, a sztratoszférikus fotolízis az egyetlen eszköz, amellyel a légkörben lebonthatók. Százéve fennmaradási idejükkel minden valószínűség szerint a leghatékonyabb üvegházhatású gázok. Vízgőz. A vízgőz ugyancsak üvegházhatású gáz. Lényegében légnemű halmazállapotú víz (H 2 O), láthatatlan, nem azonos a szabadban látható, a látástávolságot rontó párával, mert az parányi, cseppfolyós állapotban lévő cseppecskékből áll. A légkör vízgőztartalma alapvetően a földfelszíni vízek párolgásából származik, s csak igen kis része az, amely az élőszervezetek párologtatásából kerül a levegőbe. A felszín közeli rétegekből a vízgőz a konvektív és turbulens emelőmozgások segítségével jut fel a magasabb légrétegekbe. A vízgőz elsősorban a troposzférában található. A hőmérséklet magassággal való csökkenése miatt a vízgőz lehűl és még a troposzférában kicsapódik. A vízcseppek felhőkké állnak össze, majd visszahullnak a földfelszínre. A vízgőz számára ez hideg csapda, amely nem engedi meg, hogy a vízgőz a légkörből eltávozzon. A sztratoszférába is csak nagyon kevés vízgőz kerül. Emiatt a sztratoszféra száraz. A vízgőz másik fontos jellemzője az, hogy a hőmérséklet emelkedésével nemcsak a párolgás intenzitása növekszik meg, hanem a levegő párabefogadóképessége is. Ezért a légkör 6

13 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER ÉS AZ ÉGHAJLATALAKÍTÓ TÉNYEZŐK vízgőztartama amennyiben a párolgás számára az utánpótlás biztosítva van folyamatosan növekszik. Mivel a vízgőz üvegházhatású gáz, ezért légköri koncentrációjának a növekedésével a hőmérséklet tovább növekszik. A növekvő légköri vízgőztartalom tehát a hőmérséklet emelkedése szempontjából pozitív visszacsatolást jelent, azaz a megkezdett felmelegedési folyamatot tovább erősíti. Az aeroszolok A légkörben található és a sugárzást befolyásoló anyagok között fontos szerepet játszanak még a levegőben lebegő szilárd részecskék, az aeroszolok. A szárazföldek felett a szél emelőmozgása segítségével jutnak a levegőbe porszemek, az ipari és háztartási tüzelésből, valamint az erdő- és bozóttüzekből korom, a növényekről spórák, pollenek stb. Az aeroszolok azonban leggyakrabban a tengervízből keletkeznek, amikor kisebb cseppek a tenger felszínéről a levegőbe jutnak, ahol a víz elpárolgása után visszamarad a sószemcse. Az aeroszolok mérete változatos. Általában a levegő molekuláknál kissé nagyobb mérettől egészen néhány tíz mikrométer nagyságúak lehetnek. A 20 mikronnál nagyobbak a gravitáció hatására hamar kihullanak a levegőből. Többnyire a kisebb méretű aeroszolok dominálnak a levegőben. Az aeroszolok a napsugarak visszaverésében játszhatnak szerepet. A legnagyobb hatásuk a tengervízből származó kéntartalmú részecskéknek van, amelyeknek a felhőképződésben van jelentőségük. Ezek növelik a felhőzet albedóját, s ezzel csökken a felszínre érkező energia mennyisége. A vulkánkitörések is jelentős mennyiségű hamut és egyéb szilárd szemcséket képesek bejuttani a levegőbe. Ezek az anyagok feljutnak egészen a sztratoszférába. A nagyobb részecskék rövid idő után kihullanak, de az apróbbak hosszú ideig a levegőben maradhatnak. Ezek a hamú és részecske felhők a kitörés után szétterjednek a magas légkörben, s erőteljes sugárzáscsökkentő hatásukkal jelentős hatást gyakorolnak a meteorológiai viszonyokra. Nevezetes az indonéziai Tambora vulkán 1815-ben történt kitörése, amelynek során mintegy 150 km 3 -nyi hamú és szilárd részecske került a levegőbe. A kitörés ereje olyan nagy volt, hogy 50 km-es magasságba is képes volt részecskéket feljuttatni. Néhány hónap alatt a vulkáni felhő szétterjedt az egész Földön, s hatását Európában is lehetett észlelni. A részecskék két éven át fennmaradtak a sztratoszférában. Feljegyezték, hogy a kitörés utáni évben (1816-ban) nem volt nyár Európában és Észak-Amerikában, mert az átlagosnál sokkal hűvösebb volt. Észak-Amerikában szokatlan tavaszi és nyáreleji fagyok voltak, New Englandban pedig 15 cm-es hótakaró volt június második hetében. Nem állítható azonban, hogy ezek a rendellenességek kizárólag a Tambora vulkán kitörésének voltak tulajdoníthatók, mert az egész évtized ( ) valamivel hidegebb volt az átlagosnál. Irodalom Campbell, I.M. (1977): Energy and atmosphere. A physical chemical approach. John Wiley and Sons LTD, London. Hartmann, D.L. 1994: Global Physical Climatology. Academic Press, New York, 411 oldal. Houghton, J. 2004: Global Warming. The Complete Briefing. Third Edition, Cambridge University Press, Cambridge, 351 oldal. Rosenzweig, C., D. Hillel (1998): Climate Change and the Global Harvest. Potential Impact of the Greenhouse Effect on Agriculture. Oxford University Press, Oxford. 324 oldal. Wittwer S.H. (1995): Food, Climate and Carbon Dioxide. The Global Environment and World Food Production. Lewis Publisher, New York, 236 oldal. 7

14 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA Az éghajlati rendszer változékonysága Mivel az éghajlati viszonyok esetében hosszabb időszakokról van szó, azokat az egymás után következő állapotokat leíró éghajlati (meteorológiai) elemek átlagaival szokták jellemezni. A megfigyeléseket és méréseket naponta végzik, s az egymásra következő napokban mért meteorológiai elemekből számítanak dekád, havi, évi és évtizedes átlagokat. Az átlagokkal jellemzett éghajlat azonban a valóságban nem létezik. Mivel az éghajlatot átlagokkal jellemezzük, az éghajlati elemeknek ezek az átlagai könnyen azt a benyomást keltik, mintha az éghajlat állandó lenne. Az éghajlat a valóságban nem állandó, mert az egyes elemeinek az értékei nem ismétlődnek, hanem különböző szélességű tartományokon belül ingadoznak. Ezért azt mondhatjuk, hogy az éghajlat legfontosabb tulajdonsága a változékonyság. Éghajlati változékonyság Éghajlatingadozás. Amikor az éghajlati elemek értékei egy megadott érték körül ingadoznak, vagy az egymás után következő értékek mutatnak eltéréseket, akkor éghajlatingadozásról beszélünk. Nyilvánvaló, hogy az éghajlatingadozásnak két interpretációja lehetséges: az egyik az évi érték és a sokévi átlag közötti különbség, a másik az egymásra következő évek értékei közötti különbség. Előfordulhat, hogy a két különböző interpretáció ellentétes eredményre vezet. Azonos definició esetén eltérő következtetéseket lehet levonni akkor is, ha különböző változókat használunk. Ugyanazon időszakra (sőt azonos meteorológiai tényezőre is, mondjuk a nedvességre) két különböző változó esetén az egyik mutathat növekvő, a másik csökkenő tendenciát. A klimatológusok közötti vita elsősorban a definició és a változók önkényes megválasztása miatt van, nem pedig az eltérő interpretáció miatt (Schneider és Londer 1984). Amikor az éghajlatingadozást a középértékek körüli ingadozásokkal jellemezzük, az ingadozás abszolút nagyságát a maximum és a minimum közötti különbség adja meg. Természetesen maguk a szélső értékek is változhatnak. A változás lehet valamelyik szélső érték túllépése, ilyenkor éghajlati rekordról beszélünk. Lehet olyan jellegű is, hogy az értékek valamilyen irányban eltolódnak, s ennek megfelelően a szélső értékek is eltolódnak abba az irányba. Ekkor az egyik irányban a szélső értékek körüli értékek gyakorisága megnövekszik, ebben az irányban többször is új rekordok születhetnek. Ugyanakkor a másik szélsőségnél jelentősen kisebb értékek születnek, a gyakran előforduló értékek a középérték irányába visszahúzódnak. Egy idő után a folyamat visszafordul, s a másik irányba növekszik meg a középértéktől vett eltérések száma. Különösen a növénytermesztés szempontjából fontos, hogy ne csak az átlagértékeket, hanem a szélsőértékeket, azok előfordulásának időszakait és gyakoriságait is ismerjük. Tehát nem elég azt tudni, hogy mondjuk egy adott helyen az évi középérték 10 fok, vagy mondjuk a vegetációs periódus középhőmérséklete 7 fok, hanem azt is ismerni kell, hogy mikor és milyen gyakorisággal fordulnak elő bizonyos küszöbérték alatti (pl. 10 fok alatti) és bizonyos küszöbérték feletti (pl. 30 fok feletti) értékek. Mezőgazdasági szempontból ezek sokszor fontosabbak, mint a sokévi átlagok, mert a növények rendszerint az átlagértékekhez közeli viszonyokhoz alkalmazkodnak, s kevésbé toleránsak az attól jelentős eltérést mutató viszonyokkal szemben. Az éghajlat változékonysága időben és térben egyaránt megnyilvánulhat. Az időbeli változékonyságot további két csoportra szokták osztani. Megkülönböztetik: az éven belüli változékonyságot és az évek közötti változékonyságot. 8

15 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA A térbeli változékonyság fő jellemzője az, hogy a meteorológiai elemek értékei pontról pontra változnak, ezért a hosszabb időszakra meghatározott átlagaik is eltérnek egymástól. Általában a folytonos meteorológiai elemek értékei nagyobb területre vonatkozóan közel azonos értékűek maradnak. A nem-folytonos elemek értékei azonban már kis távolságon belül is jelentősen eltérhetnek egymástól. Extrém jelenségek. Az agrometeorológiában az extrém jelenségek nemcsak a meteorológiai elemek intenzitás-küszöböt átlépő értékeit, hanem a növények életét befolyásoló küszöbértékek átlépését is magukba foglalják. Meteorológiai küszöbértékek. A meteorológiai elemeknek a legalacsonyabb vagy legmagasabb értékekhez közeli értékeit nevezzük extrém értékeknek. Az extrém értékeket általában a saját értékeikkel szokták megadni, jelezve, hogy a szélső értéktől számított milyen nagyságú intervallumba esnek. De megadhatók a középértéktől vett eltéréssel is. Az extrém értékeknek fontos jellemzőjük az előfordulási gyakoriságuk is. Az extrém jelenség előfordulhat oly módon, hogy csak egyetlen meteorológiai elem lép túl egy bizonyos értéket (pl. nagy intenzitású zápor = felhőszakadás), s előfordulhat úgy is, hogy egyszerre több meteorológiai elemnél fordul elő extrém érték (pl. a felhőszakadás orkánszerű széllel és jégesővel jár együtt). Ez utóbbi esetben a szűkebb értelemben vett extrém jelenségről van szó. Amikor tehát egyes meteorológiai elemek értékei meghaladnak valamilyen intenzitásküszöböt, akkor extrém értékekről, ha több elem intenzitás-küszöbének a túllépése egyszerre fordul elő, akkor a szűkebb értelemben vett extrém jelenségekről beszélünk. Tágabb értelemben az extrém jelenség fogalmába magukat a meteorológiai extrém értékeket is bele kell érteni. Kockázati tényezők. Mezőgazdasági szempontból azért kell a szélső értékeknek kiemelt jelentőséget tulajdonítani, mert a növények általában a legnagyobb gyakorisággal előforduló középérték körüli viszonyokhoz alkalamazkodnak, ezért az azoktól eltérő értékekre, különösen, ha nagy az eltérés, kedvezőtlen következményekkel reagálnak. Ezért amikor a haszonnövények termesztéséről van szó, akkor az extrém jelenségek a várt bevétel elmaradása következtében vagy a védekezési költségek miatt gazdasági szempontból kockázati tényezőt is jelenthetnek. Növényi küszöbértékek. Az agrometeorológiában nem csak akkor beszélünk extrém jelenségekről, ha a meteorológiai elemek a szélső értékekhez közeli értékeket vesznek fel, hanem akkor is, amikor a növényi élet szempontjából fontos küszöbértékeket meghaladnak. Ilyen érték lehet az, amelynél télen az áttelelő növények kifagynak, tavasszal fagykárt szenvednek, a fotoszintézis intenzitása nullára csökken, intenzív, a fotoszintézis intenzitását túllépő légzést idéz elő, a növényi gyökerek már csak nehezen vagy egyáltalán nem tudnak vizet felvenni, a levegő teljesen kiszorul a talajpórusokból, a gyökerek nem jutnak oxigénhez stb. Természetesen több más, meteorológiai és növényi szempontból fontos küszöbérték is létezik, itt csak néhány gyakrabban előforduló küszöbértékre hívtuk fel a figyelmet. Speciális értékek. Vannak olyan meteorológiai jellemzőértékek is, amelyek elsősorban növénytermesztési szempontból jelentősek. Ilyen a hőmérsékleti összeg, amely azt szeretné kifejezni, hogy a hőmérséklet intenzitásával és tartamával egyszerre hat, a nappali középhőmérséklet, amely a fotoszintézis intenzitását befolyásolja, az éjszakai középhőmérséklet, amely a sötétben végbemenő légzés intenzitására van hatással, a napi hőmérsékleti amplitudó, amely a nettó szerves anyag képződéssel mutat összefüggést, 9

16 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA az evapotranszspiráció, amely a csupasz talaj és a növényzet együttes párolgását fejezi ki stb. Mivel ezek az agrometeorológiai értékek szorosan kapcsolódnak valamilyen növényi tulajdonsághoz vagy életfolyamathoz, szélső értékeik még fokozottabb jelentőségűek. Az éghajlatváltozás lehetősége Éghajlatváltozásról akkor beszélhetünk, ha az éghajlati elemek ingadozásának tartományai vagy a magasabb vagy az alacsonyobb értékek irányába észrevehető módon eltolódnak és ez az állapot hosszabb időszakon át fennmarad. Az éghajlatváltozást nagyon nehéz definiálni, s nehéz megkülönböztetni az éghajlatingadozástól. Előfordulhat, hogy az ingadozás tartománya jelentősen eltolódik a magasabb értékek irányában, s ott hosszabb ideig fennmarad. Ezt önmagában éghajlatváltozásnak lehet tekinteni. Azonban nem lehet kizárni, hogy egy hosszabb időszak elteltével az ingadozás intervalluma az alacsonyabb tartományokba helyeződik át. Ez esetben a két egymásutáni időszakot együtt figyelembe véve ismét csak éghajlatingadozásról beszélhetünk. A jelenlegi mérések szerint a Földre áramló energia mennyisége nem változik. Változik azonban a légkörben lévő üvegházhatású gázok mennyisége, valamint a légköri aeroszol koncentráció. Az üvegházhatású gázok hosszú élettartamúak. Ha egyszer a légkörbe kerülnek, akkor ott maradnak évtizedekig vagy esetleg évszázadokig. Ez azt jelenti, hogy ha a kibocsátásuk változatlan vagy növekvő intenzitással folytatódik, akkor a légköri koncentrációjuk is hosszú ideig növekszik még az elkövetkező időkben és a Föld melegebbé válik. De még a csökkenő mértékű kibocsátás esetén is számolni kell hosszabb idejű légköri tartózkodásukkal. Ez arra hívja fel a figyelmet, hogy hamarosan tennünk kell valamit annak érdekében, hogy megkezdjük a kibocsátás csökkentését. Az aeroszolok hamarabb kihullanak a légkörből. Velük ezért rövidebb ideig kell számolni, azonban szem előtt kell tartani, hogy az üvegházhatású gázokkal együtt mindig kerül szilárd anyag is a levegőbe. Szerepük kettős. Egyrészt visszaverik a beérkező sugárzás egy részét, másrészt mint a felhőképződés nélkülözhetetlen anyagai, segítik a felhők kialakulását, amelyek a beérkező sugárzást ugyan erőteljesen visszaverik, de a földi kisugárzást nem engedik távozni, ezért hozzájárulnak az üvegházhatás növeléséhez. A légkör összetételének változása tehát hatással van a besugárzási és kisugárzási viszonyok alakulására. Az üvegházhatás fizikai törvényeken alapszik. Ezért joggal feltételezhető, hogy az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjának a növekedése a Föld középhőmérsékletének emelkedéséhez vezet. Vizsgáljuk meg először azt, hogy ha a légkörben nem lennének üvegházhatású gázok, hogyan alakulna a Föld középhőmérséklete. Aztán azt elemezzük, hogy az ipari forradalom kezdete óta hogyan alakult a légköri szén-dioxid koncentráció és hogyan a Föld középhőmérséklete. A Föld középhőmérséklete üvegházhatású gázok jelenléte nélkül. Tételezzük fel, hogy a légkör alapvetően kétatomos nitrogén és oxigén molekulákból áll, tehát üvegházhatású gázokat nem tartalmaz. Ezek a molekulák nemcsak a rövidhullámú sugárzás, de a látható fény tartománya és a hosszúhullámú sugárzás szempontjából is átlátszóak. Először ebben az esetben kell meghatározni a Föld középhőmérsékletét, amelyet Hartmann (1994) gondolatmenete alapján mutatunk be. Egy test egyensúlyi hőmérséklete esetén annyi energiát sugároz ki, amennyi energiát elnyel, vagyis Napsugárzásból elnyelt energia = Kisugárzott energia 10

17 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA ábra. A Földre érkező napsugárzás Először adjuk meg a napsugárzásból elnyelt energia mennyiségét. Ehhez szükség van a közepes naptávolság esetén a napsugárzásra merőlegesen elhelyezett 1 m 2 felületre érkező energiamennyiség (napállandó = S 0 ) ismeretére. Ez a mennyiség ismert, mert méréssel és számítással egyaránt meghatározható. A bolygóra érkező energiamennyiség meghatározásához ismerni kell a bolygó napsugárzás által megvilágított területét. Ez tulajdonképpen annak az árnyékterület -nek a nagyságával adható meg, amelyet a Föld a Napból érkező sugárnyalábban létrehoz ( ábra). Ez tulajdonképpen a Föld átmérőjének megfelelő nagyságú kör területe (r 2 π). A Földet körülvevő légkör mérete olyan kicsi, hogy azt az árnyékterület szempontjából nem vesszük figyelembe. A planetáris albedónak (α) megfelelő sugárzásvisszaverődést kell még figyelembe venni, s így Napsugárzásból elnyelt energia = S 0 (1- α) r 2 π Ezután a kisugárzott energia mennyiségét kell meghatározni. Egy fekete test által egységnyi felületen (1 m 2 ) kisugárzott energia mennyiség: σt 4. A kisugárzás a Föld teljes felületén (4r 2 π) történik, mivel a felmelegedett felszín a megvilágított és a sötét területeken egyaránt kisugároz. Vagyis Kisugárzott energia = 4r 2 π σt 4 A két energiamennyiséget egymással egyenlővé téve, az egyenlet mindkét oldalát 4r 2 π-vel osztva azt kapjuk, hogy S 0 4 (1 α) = σt 4 Ebből a kisugárzó felszín hőmérséklete meghatározható. Az összefüggésbe helyettesítsük be a Houghton (2004) által megadott értékeket. Először a napállandó értékét (S 0 =1370 W m 2 ) adjuk meg. A visszavert sugárzás (albedo) meghatározásánál abból indulunk ki, hogy a tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkör molekulái a sugárzásnak csak egy kis részét, mintegy 6%-át verik vissza a bolygóközi térbe, a földfelszínről és az óceánok felszínéről pedig körülbelül a sugárzás 10%-a verődik vissza. A tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkörön áthaladó sugárzást tehát hozzávetőlegesen 16% (α=0,16) visszaverődésből származó veszteség éri. A Stefan-Boltzman állandó értéke: 5, W m -2 K -4. Ezeket az értékeket az előző egyenletbe behelyettesítve és T-re megoldva kapjuk, hogy 11

18 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA T = 4 S 0 4 (1 α) σ = (1 0,16) 4 8 5,67 10 = 267 o K 6 o C Amennyiben tehát a Föld légkörét csupán nitrogén és oxigén alkotná, s nem tartalmazna üvegházhatású gázokat, akkor nem lenne képes visszatartani a Föld felszínéről történő infravörös hőkisugárzást és a Föld középhőmérséklete 267 Kelvin fok, vagyis 6 Celsius fok lenne. Mivel a Föld középhőmérséklete napjainkban 15 fok, az üvegházhatású gázok légköri jelenléte miatt mintegy 21 Celsius fokkal magasabb középhőmérsékletet eredményez. Korábbi számításokban (Hartmann 1994) még 30%-os (α=0,30) albedót tételeztek fel, ezért a Föld középhőmérsékletére -6 fok helyett -18 fokot kaptak. Ebben az esetben az üvegházhatás miatt 33 fokkal magasabb középhőmérséklet adódna. Korábbi munkánkban mi is ezt a számítást ismertettük (Varga-Haszonits et al. 2004). A korábbi számítással kapcsolatban az a probléma merült fel, hogy 30%-os albedó abban az esetben adódik, ha a légkörben vízgőz, felhőzet, üvegházhatású gázok és aeroszolok is vannak. Ha viszont tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkört tételezünk fel, akkor csak e két gáz molekuláinak, valamint a földfelszín és a tengerfelszín visszaverőképességével kell számolni. Ezért a Houghton (2004) által megadott értékekkel történő számítás eredménye reálisabbnak tűnik. A Föld középhőmérséklete a légkör jelenlegi összetétele mellett. A Földön a hőmérsékletet számos helyen mérik. A rendelkezésre álló mérőhelyek átlagértéke adja a földfelszíni középhőmérsékletet, amely a jelenlegi számítások szerint megközelítőleg 15 fok ábra. Az üvegházhatású gázok koncentrációja az elmúlt 1000 évben (IPCC 2001) Ha a Wien törvény alapján kívánjuk meghatározni a kisugárzó test hőmérsékletét, akkor meg kell adnunk azt a hullámhosszat, amelyen az adott test a legintenzívebben sugároz ki, ami a Föld esetében 10 mikron. Tehát 12

19 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA T = λ MAX 2880 = = o K = 15 o C Azt mondhatjuk tehát, hogy a Föld középhőmérséklete tisztán nitrogénből és oxigénből álló légkört feltételezve -6 fok lenne, mivel azonban jelenlegi összetételében üvegházhatású gázokat is tartalmaz, a középhőmérséklete +15 fok. Ez azt jelenti, hogy az üvegházhatás jelenleg is érvényesül, s a Föld középhőmérsékletét 21 fokkal magasabban tartja, s ezzel a jelenlegi viszonyokat kedvezővé tette az élet számára. Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációja. A Grönlandi és Antarktiszi jégtakaró egymás alatti rétegeibe bezárt levegő elemzése alapján kimutatható, hogy az üvegházhatású gázok koncentrációja a légkörben az elmúlt 1000 év első nyolc évszázadában alig változott, majd amint az ábrán látható a légköri koncentrációjuk növekedése a 19. század közepétől felerősödött. Ez az ábra két dologra hívja fel a figyelmet. Az egyik, hogy a légkörben az üvegházhatású gázok mennyisége növekszik. A másik, hogy a növekedés kezdete lényegében egybeesik sz iparosodás kezdetével, amikor megindult az üvegházhatású gázok levegőbe bocsátása, vagyis ez az éghajlatot befolyásoló hatás emberi eredetű. Emelkedik a Föld középhőmérséklete. A Föld középhőmérséklete a 19. század közepétől fokozatosan emelkedett egészen az 1940-es évek elejéig. Ezután egy enyhén csökkenő szakasz következett, amelyet az 1980-as évektől meredek emelkedés követett ( ábra) ábra. A Föld középhőmérsékletének alakulása az elmúlt 140 évben (IPCC 2001) Az ábra jó egyezést mutat az üvegházhatású gázok emelkedésével, ami azt jelenti, hogy a kettő között szoros kapcsolat feltételezhető. Az üvegházhatású gázok antropogén eredetű növekedése tehát hatással van a Föld középhőmérsékletének alakulására. Az emberiség történetében ez az első eset, amikor arra utaló jelenséggel találkozunk, hogy az emberi tevékenység hatással lehet az éghajlatra. A földtörténeti idők éghajlatainak tanulmányozása azt mutatja, hogy az éghajlat állandóan változásban lévő rendszer. A földtörténeti korok éghajlatváltozásai azonban természetes okok következményei voltak. Ezenkívül ezekben a korokban a változás üteme sem volt olyan gyors, mint az üvegházhatású gázok növekedése következtében a globális éghajlati modellek által prognosztizált változások várható üteme. Az ábrából látható tehát, hogy a Föld középhőmérséklete az elmúlt 140 évben az 1940 és 1970 közötti enyhén csökkenő hőmérsékletű időszakot leszámítva fokozatosan emelkedett. A sztratoszféra aló rétegeinek hőmérséklete csökken. A sztratoszférában az üvegházhatású gázok növekedése nagyobb sugárzásveszteséget okoz, s emiatt csökken a 13

20 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA sztaroszféra hőmérséklete. A sztratoszférában lévő ózon csökkenése miatt csökken az ultraibolya sugárzás elnyelése és ez ugyancsak a melegedést mérsékli a sztratoszférában.ez a két folyamat együtt eredményezi a sztratoszféra hűlését. Angell (1986) kimutatta, hogy az évszázad utolsó negyedében a sztratoszféra rétege (9 és 16 km magasban a földfelszín felett) és az alsó sztratoszféra (16 és 20 km között) lehűlt és ez növekvő magassággal nagyobb ütemű hőmérséklet-változást (hőmérsékleti gradienst) eredményezett. Az alsó sztratoszféra lehűlése nagyobb volt a déli féltekén, mint az északi féltekén. A rádiószonda és a műhold mérések adatai szerint a középső sztratoszférára (30 km) is jelentős lehűlési trend mutatható ki az északi félteke közepes és magas szélességein. Az éghajlatváltozás kialakulása és hatásai Az antropogén jellegű éghajlatváltozás kialakulásának és hatásainak komplex áttekintését láthatjuk az ábrán. Induljunk ki az ábra jobb alsó sarkában lévő társadalmi-gazdasági fejlődést reprezentáló négyszögből. Nyilvánvaló, hogy a gazdasági növekedéssel, a technika fejlődésével, az ipar egyre több üvegházhatású gázt és aeroszolt juttat a légkörbe. Ez a gáz- és aeroszolkibocsátás növeli a légkörben az üvegházhatású gázok és az aeroszolok mennyiségét, s ezzel befolyást gyakorol a légkörbe érkező rövidhullámú és a földfelszínről távozó hosszúhullámú sugárzásra. Ennek következménye az éghajlatváltozás, ami hőmérsékletemelkedéssel, tengerszintemelkedéssel, a csapadékmennyiség megváltozásával, aszályok és belvizek fokozott előfordulásával járhat együtt. Az éghajlatnak ez a változása hatással lesz a természetes ökoszisztémákra, az agroökoszisztémákra és az emberi társadalomra. Ezekhez a megváltozott viszonyokhoz az élővilágnak alkalmazkodnia kell. A folyamat irányát az óramutató járásával megegyező irányú nyilak jelzik. A társadalmi-gazdasági tevékenység természetesen közvetlenül is hatással lehet a természeti rendszerekre (pl. az erdőirtással, a biodiverzitás befolyásolásával, a földhasználat módjával) és az emberi társadalomra (pl. városi hőszigetek kialakulása), ezt érzékelteti az óramutató járásával ellentétes irányú (felfelé mutató) nyíl ábra. Az antropogén éghajlatváltozás kialakulásának okai és a természeti és társadalmi környezetre gyakorolt hatása (Houghton 2004) Az ábrán az is látható, hogy az egyes nyilakon a befolyásolhatóság lehetősége is fel van tüntetve. Az előidéző okok esetében a befolyásolást a mérséklés jelenti, a hatások tekintetében pedig az alkalmazkodás. 14

21 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA A mérséklés egyik lehetséges módja az energiával való takarékosság. Előnyben részesítenek olyan módszereket, amelyek kevesebb energia elfogyasztásával azonos hatásfokot eredményeznek (ilyen pl. a gépkocsiknál az azonos sebesség melletti kisebb benzinfogyasztás). Ide sorolható az erdőirtás csökkentése is, mert a nagyobb erdőségek több szén-dioxidot képesek kivonni a légkörből. Ugyanezen okból jelentős az új erdők telepítésének ösztönzése és támogatása is. Hosszabb távon természetesen az lenne a megoldás, hogy olyan energiaforrásokat vegyünk igénybe, amelyeknek használata nem jár aeroszolok és üvegházhatású gázok kibocsátásával. Ilyen energiaforrásoknak tekinthetők a napenergia, a vízenergia, a szélenergia, a geotermikus energia, az atomenergia (mely iránt viszont sokak ellenérzéssel viseltetnek) és a biomasszából illetve az árapály jelenség kihasználásából származó energia. Azoknak a módszereknek a kidolgozása azonban, amelyek lehetővé teszik ezeknek az energiaforrásoknak a gazdaságos felhasználását, még sok időt és munkát igényel. Az emberi tevékenység következtében kialakuló éghajlatváltozás hatással lesz mind a természeti környezetre, mind pedig a társadalomra. Fontos, hogy ezekhez a hatásokhoz mind a természeti környezet rendszerei, mind pedig az emberi társadalom minél rugalmasabban alkalmazkodjon. A természetes ökoszisztémák közül az egyéves növények alkalmazkodnak hamarabb az új viszonyokhoz, míg a hosszabb élettartamú fák csak nehezebben. A rendszer komplex jellege miatt maga az éghajlatváltozás is összetett formában jelentkezik, de a növények termésére és elterjedésére gyakorolt hatása szempontjából leggyakrabban a növekvő szén-dioxid tartalmat és az emelkedő hőmérsékletet emelik ki. Sok esetben a hőmérsékletemelkedés termésre gyakorolt befolyását kedvezőnek tartják, ugyanakkor a termelési kockázat növekedése is várható az éghajlati szélsőségek (aszály, vízbőség és hőmérsékleti extrém értékek) gyakoribb előfordulása miatt. A szén-dioxid rövidtávú hatása közvetlenül és a fotoszintézisen keresztül érvényesül, hosszabb távon közvetett módon a környezeti stressz enyhítését okozza (Tuba 2005). A növényi adaptációt elsősorban az új körülményekhez jobban alkalmazkodó egyedek szaporodása, másrészt a kedvező természeti viszonyok irányában történő földrajzi elterjedés fogja jellemezni. Az agroökoszisztémák esetében pedig az új viszonyoknak megfelelő új fajták és agrotechnika alkalmazására lesz szükség. Az elővigyázatosság elve azt mondja ki, hogy ahol súlyos vagy visszafordíthatatlan kár fenyeget, a teljes tudományosság hiánya nem használható fel indokolásként a környezetromlást megakadályozó intézkedések elhalasztására (Láng 2005). Az éghajlatváltozás felismerésének problémái Az éghajlatváltozás lehetősége tehát az elmondott okok következtében fenáll. Láttuk, hogy az éghajlatváltozást kiváltó okok és a Föld középhőmérsékletének emelkedése is változás irányában mutat. Tudjuk azonban, hogy az éghajlat természetes ingadozása következtében is létrejöhetnek az egyes elemek évenkénti ingadozásában emelkedő és süllyedő tendenciák. Ezért az a kérdés, hogy a meglévő tendenciákat csupán egy éghajlatingadozás részének tekintjük vagy már egy elkezdődött éghajlatváltozás jeleként fogjuk-e fel. A bizonytalanságot okozó problémák. Ezek olyan problémák, amelyek miatt mégsem állíthatjuk határozottan, hogy felmelegedési folyamat kezdődött el? A Föld középhőmérsékletének meghatározásával kapcsolatos problémák. Két dolgot szoktak megemlíteni. Az egyik a meghatározáshoz felhasznált állomásszám, a másik a Föld felszínén az állomások elhelyezkedése. A Föld középhőmérsékletét és annak ingadozásait 1860 óta változó számú meteorológiai állomás adataiból számították. Az állomások száma az 1860-as években kevesebb volt, mint 100. Ez az állomásszám 1960-ra 1700-ra növekedett, azóta azonban csökken. A különböző 15

22 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA időszakokban meghatározott hőmérsékleti értékek tehát különböző számú állomás alapján történtek. Az állomások túlnyomó többsége a szárazföldön található, míg a Föld felületének csak 30%-a szárazföld, 70%-a pedig tenger. A Föld középhőmérsékletének meghatározása emiatt nem pontos. A Föld középhőmérsékletének évenkénti ingadozásai. A Föld középhőmérsékletének sokévi átlag körüli ingadozása egyes kutatók szerint nem haladja meg a véletlenszerű ingadozás mértékét. Ezért ennek alapján nem állítható, hogy a felmelegedési folyamat elkezdődött. A légkör-óceán kölcsönhatás nem ismeretes kellő mélységben. A légkör és az óceánok közötti kölcsönhatásnak számos olyan mozzanata van, mint az óceánoknak a szén-dioxid körforgalmában játszott szerepe, az óceánok hőátadást késleltető szerepe vagy a tengeráramlások éghajlatot befolyásoló szerepe, amelyek még nem ismeretesek teljes mértékben. A légkör-óceán kölcsönhatás mélyebb elemzése szükséges tehát ahhoz, hogy az éghajlat jövőbeli alakulásáról pontosabb képet alakíthassunk ki. A légköri aeroszolok szerepe. Felmerül annak a lehetősége is, hogy a különböző utakon a légkörbe kerülő szilárd részecskék (az aeroszolok) mennyisége kompenzálja vagy legalábbis csökkenti a felmelegedés mértékét, mivel ezek a részecskék szórják és visszaverik a sugárzást, s ezzel hűtőhatást fejtenek ki. A felhőzet szerepe. A felhőzet pedig bizonytalan mértékű kettős hatást fejt ki. Egyrészt a légkör vízgőz tartalmának kicsapódásából keletkező felhőzet erőteljesen visszaveri a a Napból érkező sugárzást s ezzel csökkenti a felmelegedést, másrészt a földi kisugárzást elnyeli és visszasugározza, ezzel viszont a felmelegedési folyamatot erősíti. Az elmondottak miatt nem lehet tehát határozottan azt állítani, hogy a Föld középhőmérsékletének az emelkedése csupán a természetes éghajlatingadozás része, sem azt, hogy egy kezdődő éghajlatváltozásról van szó. Az éghajlatváltozás következményei Az antropogén jellegű éghajlatváltozás hatása többféle formában is hatást fog gyakorolni a növénytermelésre. Ez a hatás természetesen lehet kedvező is, kedvezőtlen is. Az üvegházhatású gázok légköri koncentráció növekedése. Az ipari termelés kezdete óta egyre több üvegházhatású gáz kerül a légkörbe. A növénytermelés szempontjából a széndioxidnak van kiemelt jelentősége, mivel a növények a szerves anyag termeléséhez szükséges szén-dioxidot közvetlenül a légkörből veszik fel. Ha magasabb a légkör szén-dioxid tartalma, akkor intenzívebb lesz a növények szén-dioxid felvétele, több szerves anyag termelődik és nagyobb mennyiségű gazdasági termés alakul ki. Ezt az üvegházakban végzett kísérletek is igazolják, de a szabad területeken is hasonló eredményeket kaptak a kutatók (Wittwer 1995). Ritkábban, bizonyos növényeknél vannak olyan eredmények is, melyek nem támasztják alá ezt a pozitív hatást (Helyes et al. 2005). Ugyanakkor a szén-dioxid tartalom növekedésének közvetett következményei is vannak, például Antal (2001) szerint mérsékli az öntözővíz-igényt. Hazánkban végzett kísérletek azt mutatták, hogy a megnövekedett szén-dioxid koncentráció fotoszintézisra gyakorolt hatását a megnövekedett sztómaellenállás alaposan leronthatja (Anda 2005). Mindezek arra hívják fel a figyelmet, hogy bár a légköri szén-dioxid koncentráció növekedése a terméshozamok szempontjából általában kedvező lehet, azonban nem szabad elhanyagolni a többi egymáshoz kapcsolódó meteorológiai elem komplex hatását sem. A Föld középhőmérsékletének emelkedése. A fizikából ismert okok miatt az üvegházhatású gázok hatására a Föld középhőmérséklete emelkedik. Hazánkban a 20. századi 16

23 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA évi középhőmérsékletek párhuzamosan változnak a Föld középhőmérsékletével. Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjának emelkedése következtében tehát valószínűnek látszik, hogy hazánkban is a hőmérséklet emelkedése várható. Az agroökoszisztémák nem a Föld középhőmérsékletére, hanem a közvetlen környezetük hőmérsékletének változásaira reagálnak. Hazánkban a 20. század folyamán az egyes helyeken az évi középhőmérsékletek 7,4 fok (Nyíregyháza, 1940) és 12,9 fok (Pécs, 1934) között változtak, vagyis elég széles sávban ingadoztak, s ez lehetőséget adott az alkalmazkodással kapcsolatos tapasztalatszerzésre is. Ugyanakkor nem szabad azt gondolni, hogy a jelenlegi éghajlati viszonyok minden tekintetben optimálisak, s ezért az tőlük való eltérés feltétlenül kedvezőtlen. Lehetséges, hogy 1-2 fokos hőmérséklet-emelkedés bizonyos körülmények között még kedvezőbb is lehet a növénytermelés szempontjából (elsősorban olyan növények esetében, amelyek termesztésük északi határán vannak). Arra is fel kell hívni a figyelmet, hogy mint már korábban is említettük a növénytermelés szempontjából fontosabb az éghajlati változékonyság, mint a középértékek alakulása (Katz és Brown 1992). A szélső értékek előfordulási gyakoriságának növekedése pedig inkább okozhat problémát a növénytermelésben. A különböző irányú szélső értékek (fagyok, magas hőmérsékleti stressz) kedvezőtlen hatása közismert. A légkör vízgőztartalmának várható növekedése. A hőmérséklet emelkedésével növekszik a különböző felszínekről történő párolgás és a légkör párabefogadóképessége is, ezért magasabb lesz a légkörben a vízgőz mennyisége. Az emelkedő mozgásokkal a magasabb, hűvösebb rétegekbe jutó vízgőz kicsapódik, felhőzet keletkezik, s várhatóan növekszik a csapadék mennyisége. Ugyanakkor a megnövekedett felhőzet a beérkező rövidhullámú napsugárzásnak jelentős részét visszaveri, ezért a felmelegedés gyengül. A földfelszínről történő kisugárzást pedig a vízgőz elnyeli, ezért egyúttal a felmelegedést is segíti. Abban az esetben pedig, ha nincs megfelelő vízutánpótlása a párolgásnak, akkor egy idő után száradási folyamat indul meg. A lehetséges társadalmi reagálások A társadalomnak mindenképpen reagálnia kell a légkörben felhalmozódó üvegházhatású gázok okozta változásokra. A reagálás elkerülhetetlen, mert a mezőgazdaság termeli meg az emberiség létéhez elengedhetetlenül szükséges élelmiszer mennyiségét. Ez a termelés a szabad ég alatt történik, s ki van téve az éghajlat hatásának, s ha az éghajlat változik, változik az élelmiszertermelésre gyakorolt hatása is. Az élelmiszert pedig biztosítani kell az egyre növekvő létszámú emberiség számára. A társadalom kétféle formában tud befolyást gyakorolni a kialkult helyzetre. Az egyik lehetőség az üvegházhatású gázok kibocsátásának mérséklése, a másik a megváltozott éghajlati viszonyokhoz való alkalmazkodás. Az üvegházhatású gázok kibocsátásának mérséklése. E korlátozást szintén két formában lehet megoldani. Az egyik a szennyezés mennyiségének valamilyen formában történő csökkentése, a másik új, megújuló energiaforrások használata. A kibocsátás mennyiségének mérséklése. Az egyik legalapvetőbb lehetőség a fosszilis tüzelőanyagok elégetésének visszafogása olyan módon, hogy változatlan hatékonyság mellett csökken az elfogyasztott üzemanyag mennyisége. Új, megújuló energiaforrások használata. Ennél lényegesen hatékonyabb megoldás lenne, ha a fosszilis tüzelőanyagok elégetését sikerülne megújuló energiaforrásokkal (napenergia, geotermikus energia, bioenergia stb.) felváltani. 17

24 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA Mindkét esetben számolni kell azonban azzal, hogy az üvegházhatású gázoknak hosszú a légkörben való tartózkodási ideje, ezért hatásuk csökkenő mértékű kibocsátás vagy más energiaforrásokra való váltás után is egy ideig még fennmarad. A megváltozott éghajlati viszonyokhoz való alkalmazkodás. Az éghajlati viszonyok megváltozása szükségessé tesz a hozzájuk való alkalmazkodást. A növénytermelés területén három kiemelkedő lehetőség adódik erre. (1) Új fajták kinemesítése. Olyan fajtákra van szükség, amelyeknek a hidegtűrése, a melegtűrése és a szárazságtűrése széles intervallumot ölel át. Az elmúlt évtizedekben az ilyen fajták kinemesítése tette lehetővé, hogy egy adott termőhelyen nagyobb hozamokat érjenek el, s hogy egyes növények termesztése olyan helyen is lehetséges legyen, ahol addig arra nem volt lehetőség. Ezt az utat kell folytatni, figyelembe véve az éghajlati viszonyokban bekövetkezett változásokat. (2) Új fajták alkalmazása a köztermesztében. Ki kell választani azokat a fajtákat, amelyek a megváltozott körülményekhez a legjobban képesek alkalmazkodni. Ha pedig a változások olyan méretűek lesznek, hogy az adott területen más növényfajok termesztésére kell áttérni, kiválasztásuk alapjának abban az esetben is a megváltozott viszonyokhoz való minél jobb alkalmazkodóképességnek kell lennie. (3) A megváltozott viszonyokhoz illeszkedő agrotechnika alkalmazása. A kialakult viszonyokhoz a szántóföldi munkák (vetési időpont megválasztása, öntözés stb.) végzési időpontjainak és módjainak megválasztásával, a tápanyag-utánpótlás és a növényvédelem módszereinek helyes megválasztásával is lehet alkalmazkodni. Jolánkai (2005) szerint a gazdálkodók szintjén számos biológiai, termesztési és technológiai fejlesztést lenne célszerű elvégezni. Kiemeli az éghajlati viszonyokhoz jobban alkalmazkodó, stressztűrő fajták kinemesítését és alkalmazását, a vízmegőrző és talajvédő művelési módszerek alkalmazását, valamint a mindenkori természeti adottságoknak megfelelő munkagépek alkalmazását. Irodalom Anda A. (2005):A klímaváltozás hazai mezőgazdasági következményei. AGRO-21 Füzetek, 41: oldal. Angell, J.K. (1986): Annual and seasonal global temperature changes in the troposzphere and low stratosphere, US Department of Agriculture. Monthly Weather Review 114: oldal. Antal E. (2001): A növényi vízellátottság hazai kérdőjelei a jövő évtizedekben a globális éghajlatváltozás tükrében. Berényi Dénes jubileumi ülés, Debrecen oldal. Hartmann, D.L. (1994): Global Physical Climatology. Academic Press, New York, 411 oldal. Helyes L., Tuba Z., Balogh J., Réti K. (2005): Production ecophysiology of Hungarian green pepper under elevated air CO2 concentration. Journal of Crop Improvement. 13 (1-2): oldal. Houghton, J. (2004): Global Warming. The Complete Briefing. Third Edition, Cambridge University Press, Cambridge, 351 oldal. IPCC (2001): Climate Change 2001: The Scientific Basis. Cambridge University Press, Cambridge. Jolánkai M. (2005): A klímaváltozás növénytermelési hatásai. AGRO-21 Füzetek, 41: oldal. Katz, R.W., Brown, B.G. (1992): Extreme events in a changing climate: variability is more important than averages. Climate Change, 21: oldal. Láng I. 2005: Klímaváltozás és várható hatásai. AGRO-21 Füzetek, 41: 3-6. oldal. Schneider S.H.., Londer R. (1984): The Coevaluation of Climate and Life. Sierra Club Books, San Francisco. Tuba Z. (2005): Is the long-term elevated air CO2 environment beneficial for plants, crops and vegetation? Journal of Crop Improvement. 13 (1-2): 1-6. oldal. 18

25 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER VÁLTOZÉKONYSÁGA Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs. (2004): Az éghajlati változékonyság és az extrém jelenségek agroklimatológiai elemzése. Monocopy Kft., Mosonmagyaróvár, 264 oldal. Wittwer, S.H. (1995): Food, Climate, and Carbon dioxide. The Global Environment and World Food Production. Lewis Publishers, New York, 236 oldal. 19

26 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA Az éghajlati rendszer és a mezőgazdasági termelés közötti kölcsönhatás Az éghajlat mezőgazdasági termelésre gyakorolt hatásának tanulmányozásához abból kell kiindulni, hogy az éghajlati rendszer az adott területre jellemző éghajlati viszonyokon keresztül fejti ki a hatását ( ábra). Mindenekelőtt azt kell megvizsgálni, hogy az adott termőhelyen (1) milyenek az éghajlati viszonyok, (2) milyen változékonyságot mutatnak és (3) hogyan hatnak a a mezőgazdasági termelés tárgyaira és folyamataira. Az éghajlati viszonyok Az egyes éghajlati elemek mérése és megfigyelése és ezen elemek által kialakított éghajlati viszonyok tanulmányozása már a 18. században megkezdődött, a 19. század közepétől pedig intenzíven folyik az európai kontinensen, így hazánkban is. A leghosszabb megfigyelési sorok ezért meghaladják a 200 évet, 100 évnél hosszabb sorok pedig számos megfigyelőhelyen rendelkezésre állnak. Mégis azt kell mondanunk, hogy ezek a éves adatsorok nem nyujtanak elégséges alapot ahhoz, hogy az éghajlati viszonyok időbeli és térbeli alakulásának a törvényszerűségeit olyan mélységig megismerhessük, amelynek alapján az éghajlati viszonyokban bekövetkező változások előrejelezhetők lennének. Ezért az éghajlati viszonyok jövőbeli alakulását illetően kénytelenek vagyunk a lehetséges éghajlati jövőképek minél szélesebbkörű felmérésére hagyatkozni, s egy lehetséges éghajlatváltozásra a ábra. Az éghajlati viszonyok hatása a növénytermelésre lehetséges jövőkép-változatok (szcenáriók) ismerete alapján felkészülni. Abból indulhatunk ki, hogyha az éghajlat nem változik, akkor a jelenlegi viszonyokkal számolhatunk a jövőben is, ha változik, akkor az lehet folyamatos vagy ugrásszerű. A folyamatos változásokat a lehetséges jövőképek bizonyos valószínűséggel várható változatai (szcenáriók) alapján határozzuk meg. Ennek alapján a lehetséges éghajlati 20

27 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA jövőképek segítségével felmérhetjük azok növénytermelésre gyakorolt hatását is (Varga- Haszonits 2003). Az éghajlati viszonyok jellemzése A meteorológiai elemek a levegőnek mint gáznak az állapotát jellemző tulajdonságok. Ha a levegő egy adott tulajdonságát csak rövidebb időszakra jellemezzük, akkor időjárási elemről beszélünk, ha ugyanazt a tulajdonságot hosszabb időszakra vonatkozóan jellemezzük, akkor éghajlati elemről. Ha egy adott pillanatban vagy egy rövidebb időszak alatt a légkör állapotát az egymáshoz kapcsolódó meteorológiai elemek együttesével jellemezzük, akkor időjárási viszonyokról beszélünk. Ha az egymáshoz kapcsolódó elemek együttesével a légkör állapotát hosszabb időszakra vonatkozóan jellemezzük, akkor éghajlati viszonyokról beszélünk. Egy adott időszak éghajlati viszonyai. Az éghajlati rendszer működésének eredményeként az éghajlati elemeknek egy sajátos együttese (rendszere) alakul ki, amelyet éghajlati viszonyoknak nevezünk. Mivel az éghajlati viszonyokat 30 éves időszakra szokták meghatározni, hatásukat is az adott több évtizedes értékeik alapján vizsgálhatjuk. Célszerű ezt a vizsgálatot úgy végezni, hogy a hangsúly a változékonyság elemzésén legyen. Az éghajlati elemek jelentős hatást gyakorolnak a növények termesztésére, mert a napsugárzás, a hőmérséklet és víz a növények életjelenségeit befolyásoló legfontosabb környezeti tényezők. Az adott területre jellemző éghajlati viszonyok és adott agrotechnikai módszerek (hibridek, műtrágya-mennyiség és növényvédelmi módszerek) alkalmazása mellett kialakuló terméshozamoktól jelentős eltérések lehetnek azokban az években, amikor az éghajlati viszonyok kedvezőbbé válnak és azokban az években, amikor kedvezőtlenebbé válnak. A kedvezőtlen viszonyok olyan mértékben romolhatnak, hogy egy-egy évben igen kis mennyiségű gazdasági termés jöhet létre, vagy esetleg terméskiesés következik be. Ha feltételezzük, hogy az éghajlat a jövőben nem változik jelentősen, akkor a hatásvizsgálatok eredményei a jövőben is érvényesnek tekinthetők. Az éghajlati jövőkép. Az éghajlat jövőbeli alakulásának előrejelzése napjainkban még nem megoldott feladat. Tekintettel a feladat bonyolultságára, megoldása a közeli jövőben nem is várható. Napjainkban az éghajlat egy adott jelenlegi állapota ismereteink szerint meghatározott valószínűséggel különböző jövőbeli állapotokba mehet át. Hogy abból melyik realizálódik az a kindulási időszakban nem adható meg egyértelműen. Ezért az éghajlat várható, jövőbeli alakulását forgatókönyvek, scenáriók segítségével adják meg. A forgatókönyv az éghajlat egy lehetséges jövőbeli állapotát írja le vagy statisztikai paraméterek vagy szimulációs modellek segítségével. Az éghajlatváltozási szcenáriót úgy lehet definiálni, mint az éghajlati viszonyok változásának egy valószínű kombinációját, amelyet a lehetséges hatások tesztelésére és a rájuk történő reagálások értékelésére lehet használni. Az éghajlatváltozás szcenáriói jelentik az első lépést az éghajlatváltozás hatásának becslésében. Az éghajlatváltozási szcenáriókat fel lehet használni arra is, hogy meghatározzuk az éghajlatváltozás szempontjából mennyire sebezhető a mezőgazdaság (vagy bármely más gazdasági-társadalmi szektor), hogy felismerjük azokat a küszöbértékeket, amelyeknél a hatás negatívvá vagy nagyon súlyossá válik. Arra is felhasználhatók, hogy ugyanabban a régióban összehasonlítsák a különböző gazdasági-társadalmi szektorok sebezhetőségét vagy pedig a hasonló szektorok sebezhetőségét a különböző régiókban. Emiatt az éghajlatváltozási szcenáriókat, hogy hasznosaak legyenek, regionális skálán kell alkalmazni (Kellogg és Zhao 1988). Amíg létezik egy tudományos konszenzus abban, hogy az üvegházhatású gázok megnövekedett koncentrációja valószínűleg emelni fogja a globális hőmérsékletet (a globális csapadékmennyiség növekedésével és a tengerszint emelkedésével együtt), nincs konszenzus abban, hogy milyen gyorsan és mennyire változik meg az éghajlat, hogy a különböző régiók 21

28 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA milyen változásokat tapasztalhatnak, vagy hogy az éghajlati elemek (valamint középértékeik) ingadozásai mennyire fognak változni. Azért, hogy megbirkózzunk ezekkel a bizonytalanságokkal különböző éghajlatváltozási scenáriókat fejlesztettek ki a területi hatások elemzésére. Ezek a szcenáriók az éghajlati elemek önkényesen feltételezett változásain, a megelőző időszakokban előfordult felmelegedési analógiákon, valamint az általános cirkulációs modellek (GCM = General Circulation Model) és a regionális éghajlati modellek szimulációján alapszanak. Egy hatástanulmány tervezése gyakran magába foglal néhány olyan scenáriót, amelyek a globális éghajlatváltozással kapcsolatos ismereteink adott időszakra vonatkozó állapotát tükrözik. Mivel az időszakra vonatkozó ismereteink közismerten nem teljesek és bizonytalanságokkal vannak tele, kívánatos, hogy a szcenáriók a lehetséges éghajlati viszonyok széles skáláját fogják át. Több szcenárió elemzésével a potenciális reagálások relatív nagyságát és irányát meg lehet becsülni. Tanulmányokat lehet készíteni egy, több vagy sok alternatív scenárió segítségével. Mindazonáltal nehéz, ha nem lehetetlen a különböző éghajlati szcenáriók bármelyikének meghatá-rozott valószínűséget tulajdonítani az üvegházhatású gázok és a troposzférikus aeroszolok jövőbeli kibácsátásának és az éghajlati rendszer ezen kibácsátásokra történő potenciális reagálásának a bizonytalansága miatt. Emiatt azok a hatástanulmányok, amelyek az ábra. Az éghajlati viszonyok változásának lehetséges módjai (IPCC 2001) éghajlatváltozási szcenáriókon alapszanak nem adnak tényleges előrejelzést, inkább a hipotetikus lehetőségeket írják le. Mindenesetre ezek hasznosak annyiban, hogy a kritikus biofizikai és társadalmigazdasági rendszerek számára megadják a változások irányát és relatív nagyságát, valamint az éghajltra érzékeny folyamatok lehetséges kritikus küszöbértékeit. Ezeknek az eszközöknek a segítségével a kutatók és az erőforrások menedzserei képesek olyan gyakorlati feladatokat megoldani, amelyek segítik őket a jövőbeli viszonyok előrelátásában és elő tudnak készíteni ezekhez a viszonyhoz rugalmasan alkalmazkodó eljárásokat. Logikailag feltételezhető változások. Folyamatos változást feltételezve az egyes meteorológiai elemek értékeinek meghatározott nagyságú (pl. 1 fokos, 2 fokos stb.) vagy meghatározott arányú (pl. 5%-os, 10%-os stb.) emelkedését vagy csökkenését tételezzük fel. S 22

29 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA azt vizsgáljuk, ha ilyen jellegű változás bekövetkezne, az milyen hatással lenne a mezőgazdasági termelés tárgyaira (növények, állatok) és folyamataira (növekedés, fejlődés, produktivitás). A statisztikai jellemzők megváltozása.az éghajlati viszonyok megváltozásának többféle módja lehetséges. Közülük a három alapvető formát a ábrában mutatjuk be. Az ábrán található legfelső változat a középérték eltolódását jelenti valamilyen irányban, mégpedig anélkül, hogy a szórás változna. A középső változatban a szórás változik, miközben a középérték változatlan marad. Végül a legalsó változatban mind a középérték, mindpedig a szórás megváltozik. Bármelyik változási forma is következne be, a növényekre gyakorolt hatás tekintetében is módosulással lehet számolni. Felmerül az a kérdés, hogy e változatok közül melyik az, amely a hatás szempontjából a legjelentősebb. Az összefüggés vizsgálatok eredményeinek számításba vétele. Az éghajlati elemek és a növények növekedése, fejlődése és produktivitása között statisztikailag igazolt összefüggéseket lehet megállapítani. Ha feltételezzük, hogy bár az egyes éghajlati elemek értékei az adott helyen változnak, de a növényekre gyakorolt hatásukat kifejező összefüggések jellege nem, akkor a változó viszonyok között is következtetni tudunk a hatás jellegére és nagyságára. A hatások lineáris és nem-lineáris jellege. Az éghajlati elemek és a növények életjelenségei közötti kapcsolatok lehetnek lineáris jellegűek és lehetnek nem-lineárisak. A lineáris hatások esetében várható, hogy az éghalati elem egységnyi változására, a növény valamely tulajdonságának ugyanakkora megváltoztatásával reagál. Ha a hatás nem lineáris, akkor a növényi tulajdonság megváltozása egy éghajlati elem értékének egységnyi megváltozásakor különböző értékintervallumokban különböző nagyságú lehet. A kérdéssel már számos kutató foglalkozott, s voltak olyan kutatók is, akik úgy találták, hogy mezőgazdasági szempontból a változékonyságnak talán nagyobb szerepe van, mint akár magának a változásnak (Abelson 1992; Kane et al. 1992; Katz és Brown 1992; Wittwer 1995). Analógiás következtetésre alapozott változások. A rendelkezésre álló éves éghajlati adatsorokból a múltban bekövetkezett, s a jelenlegi viszonyoktól valamilyen mértékben vagy arányban eltérő viszonyokat választunk ki. S azt várjuk, hogy ha a jövőben ilyen viszonyok következnének be, akkor az általuk kiváltott hatás is hasonló lenne ahhoz, amit a múltban tapasztaltunk. Hazánkban pl. az évi középhőmérséklet 1-2 fokos emelkedése esetén az 1943 és 1953 közötti meleg időszak jelenthet analógiát. Ennek tanulmányozása adhat alapot a felmelegedés okozta hatások megítélésére. Éghajlati modellekre alapozott változások. Az éghajlati modellek az alapvető mozgásegyenletekre épülve, valamint a légkör és a különböző környezeti rendszerek közötti összefüggéseket figyelembe véve írják le az éghajlat egyik állapotból a másikba történő átmenetét. Ezt kétféle formában teszik. Az egyik esetben a jelen állapotból egy jövőbeli állapotba való átmenetet folyamatosan számítják (tranziens modellek). A másik esetben egy éghajlatot befolyásoló tényező valamilyen jövőbeli állapotát feltételezik (pl. a szén-dioxid tartalom megduplázódása) és meghatározzák a hozzátartozó viszonyokat (egyensúlyi modellek). Az ugrásszerű változások figyelembe vétele nem lehetséges. Ha ilyen változások egyáltalán előfordulnak, elsősorban a természeti katasztrófák (pl. egy esetleges meteor becsapódás, vulkánkitörés) következményeiként várhatók.. Az éghajlati hatások formái A Napból a földfelszínre érkező energia mennyisége, valamint a földfelszínről történő kisugárzás erőssége a változó légköri összetevők függvénye. Az ily módon szabályozott 23

30 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA energia mennyisége erős befolyással van az egyes légköri elemek alakulására és a légkörben lejátszódó folyamatokra. Ezek együttesen alakítják ki a légkör pillanatnyi állapotát, az időjárást és a hosszabb időszakra meghatározott állapotát, az éghajlatot. Ezért sokszor nem is légköri erőforrásokról, hanem vele egyenértékűen éghajlati erőforrásokról szoktak beszélni. Az éghajlat, mint természeti adottság. Hazánk egyik legfontosabb természeti erőforrása az éghajlat. Az éghajlat szerepe a mezőgazdasági termelésben azért különösen jelentős, mert a növénytermesztés a szabad ég alatt folyik, vagyis mindig meghatározott környezeti, köztük meteorológiai viszonyok között végezhető. Ezekhez a viszonyokhoz, területi sajátosságaikhoz a mezőgazdasági termelésnek alkalmazkodni kell. Így az éghajlat a szabad ég alatt folyó növénytermesztésnek feltételrendszere, amely megszabja, hogy egy adott helyen milyen növények termeszthetők, s azt is, hogy az év melyik időszakában. Mivel a növények termesztése a szabadban történik, azt mondhatjuk, hogy egy adott termőhely éghajlata a növénytermesztés elsődleges feltételrendszerét képezi. Mivel az éghajlat az egyik legkevésbé befolyásolható környezeti rendszer, elsődleges feladatunk alkalmazkodni hozzá. Ehhez pedig mindenekelőtt meg kell ismernünk, hogy az adott termőhelyen milyen éghajlati viszonyok uralkodnak. Meg kell ismernünk azt a hatásmechanizmust, amelyen keresztül az éghajlat a növények életét befolyásolni képes. Az éghajlat, mint kockázati tényező. A mezőgazdasági termelés sajátossága, hogy a megfelelő időben, kellően előkészített magágyba vetett és gondosan nevelt növények sem biztos, hogy termést hoznak, vagy esetleg hoznak termést, de csak lecsökkentett mennyiségben. Egyes légköri tényezők ugyanis meghatározott intenzitási szintet elérve (fagy, szárazság, vihar stb.) a termést jelentős mértékben károsíthatják, vagy teljesen el is pusztíthatják. Ezért bizonyos légköri jelenségek a mezőgazdasági termelés olyan káros tényezői közé tartopznak, amelyek egyúttal a termelés alapvető kockázati tényezőit is jelentik. Az adott termőhelyen a növények a leggyakrabban előforduló viszonyokhoz alkalmazkodnak. Ezért a kutatók egy jelentős része úgy látja, hogy a növényekre a ritkán előforduló és/vagy szélsőséges jelenségek sokszor nagyobb hatással vannak, mint a gyakran előforduló viszonyok változása. Az extrém jelenségek jelentős károkat okozhatnak a növények termelésében, sőt gyakran a növények teljes pusztulását is okozhatják, ezért az extrém jelenségek vizsgálatára is nagy gondot kell fordítani. Az éghajlat, mint hatótényezőrendszer. A termeléshez energia és nyersanyag szükséges. A növénytermelés az energiát és a nyersanyagot is a környezetétől kapja. A szerves anyag termeléséhez szükséges energiát a napsugárzás biztosítja, a szerves anyagok képzéséhez szükséges szervetlen anyagok: a szén-dioxid és a víz, a légkörből kerülnek a növényekhez, de a légzéshez nélkülözhetetlen oxigén vagy a növények tápanyagellátása szempontjából fontos nitrogén is. Emiatt a légkört a növénytermesztés erőforrásának tekinthetjük. A légkör egy olyan közeg, amely állandó változásban van. Ugyanazok a hatótényezői évente más-más intenzitással és/vagy tartammal jelennek meg. Ezek a légkörben lejátszódó változások azután befolyással vannak a növényekben lejátszódó folyamatokra. Hol gyorsítják, hol lassítják a növények életét meghatározó biokémiai folyamatokat. Ennek megfelelően alakul a növények növekedése és fejlődése is, s végső soron a produktivitásuk is. Ez okozza az évről-évre történő termésingadozásokat. Az éghajlat, mint a környezete által befolyásolt rendszer. A 21. század népességi és technikai viszonyait figyelembe véve, mindenkor szem előtt kell tartani, hogy az egyes emberi tevékenységek jelentős befolyással vannak a környezetünkre. Különösen vonatkozik ez az ipari termelésre, de a környezet-befolyásoló emberi tevékenységek közé sorolható a mezőgazdasági termelés is. A legismertebb ilyen mezőgazdasági tevékenységek: - az erdőírtás, amely csökkenti a széndioxid elnyelését végző zöld növényzetet, - a mocsarak lecsapolása, mert csökkenti a párolgást és növeli az albedót, - az öntözés, mert növeli a párolgást és csökkenti az albedót és 24

31 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA azok a tevékenységek (szántás, ásványi eredetű trágyák használata, tarlótüzek, erdőtüzek stb.), amelyek a levegőbe szilárd részecskéket vagy üvegházhatású gázokat juttatnak. Az emberi tevékenység éghajlat-befolyásoló hatása területi méretben a hatás intenzitásától függően globális, regionális és lokális szinten szokott jelentkezni. A fenti felsorolásban trópusi erdők nagy méretű irtása jelenti a globális szintet, míg a többi tényező inkább csak regionális vagy helyi szinten hat. Éghajlati potenciál. Az adott növény termesztése szempontjából optimális környezetiéghajlati viszonyok között elérhető maximális terméshozamot tekinthetjük lehetséges éghajlati potenciálnak, az adott környezeti-éghajlati viszonyok közötti maximális terméshozamot pedig tényleges éghajlati potenciálnak. A vegetációs periódusok évenként változó meteorológiai viszonyai jelentős mértékben befolyásolják a terméshozamokat. Ezért a termésstabilitás alapvetően a meteorológiai tényezők függvénye. A mindenkori terméshozamok és az éghajlati potenciál közötti különbség lényegében megmutatja, hogy az adott termőterület környezeti (meteorológiai) viszonyainak további kihasználásában milyen lehetőségek rejlenek. Az éghajlatra ható mezőgazdasági tevékenységek A mezőgazdasági termelés is egyike azoknak a tevékenységeknek, amelyek hatással vannak az éghajlatra. Az emberi tevékenység éghajlat-befolyásoló hatása, a hatás intenzitásától függően területi méretben három szinten szokott jelentkezni, mégpedig lokális, regionális és globális szinten. A mezőgazdásági tevékenység befolyása elsősorban lokális és regionális szinten jelentkezik, de bizonyos esetekben globális szinten is figyelembe kell venni. A mezőgazdasági tevékenység éghajlatra gyakorolt hatása amint már korábban is bemutattuk alapvetően a következőkkel kapcsolatban figyelhető meg: - az erdőirtás és a mezőgazdasági terület kiterjesztése, - az ásványi trágyák használata, - a melioráció és az öntözés alkalmazása és - a légkör összetételét befolyásoló tevékenységek végzése. Erdőirtás és a szántóterület kiterjesztése. Távérzékeléssel kapott adatokra épülő statisztikai becslések szerint a Földön az erdők által borított terület nagysága km 2. Ez hozzávetőlegesen 10%-a az egész Föld felszínének és 33%-a a szárazföldek felszínének. A vegetáció által asszimilált széndioxid 42%-a az erdőkre esik. A mezőgazdasági célokat szolgáló erdőirtás, erdőtüzek, fakivágások és vegetáció-égetés miatt csökken a légköri CO 2 elnyelése, s emiatt növekszik a légkör szén-dioxid tartalma. A vegetációtól megtisztított területeket rendszerint mezőgazdasági célokra hasznosítják, ezért felszántják. A művelés alá vont talajok pedig a talaj-humusz oxidációja miatt fokozatosan vesztik el széndioxid tartalmukat, amely szintén a légköri széndioxid mennyiségét növeli. Ez évente jelentős mennyiséget tehet ki, bár becsült értékei szerzőnként eltéréseket mutatnak. Egyes szerzők szerint az erdők kiirtása és a szántóföldek növelése következtében eddig már tonna széndioxid halmozódott fel a légkörben, s ez évente további tonnával növekszik. Más szerzők becslése szerint viszont az évi növekedés elérheti a tonnát. A légkör széndioxid tartalmának növekedése az "üvegházhatás" néven ismert jelenség felerősödéséhez vezethet, ami fokozatos hőmérsékletemelkedést idézhet elő. Az erdőirtás és a szántóföldek kiterjesztésének másik következménye a felszín sugárzásvisszaverő képességének, az albedónak a változása. Egyes adatok arra engednek következtetni, hogy az elmúlt 6000 év alatt az északi féltekén 0,138-ról 0,157-re növekedett az albedó, a déli féltekén pedig 0,141-ről 0,154-re. Ez a növekedés valószínűleg a felszíni globális hőmérséklet 0,13 fokos csökkenéséhez vezetett. Numerikus kisérletek azt mutatják, hogy a visszaverő képesség 10%-os változása a 25

32 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA felszínen, az átlagos globális hőmérséklet megközelítőleg 1 fokos változását eredményezheti. Egyes modellkísérletek szerint ha a szántóterület évente 1%-kal nőne, és az albedó ezzel párhuzamosan a csernozjom talajnak megfelelő 0,07-ről a művelt területekre jellemző 0,25-re emelkedne, akkor a Föld hőmérséklete 1 fokkal csökkenne. Az utóbbi 200 év alatt a Földön a mezőgazdasági terület nagysága km 2 -ről km 2 - re nőtt. Ez a növekedés azonban csak 5-10%-a a szárazföldek teljes területének és mindössze 1,5-3,0%-a a Föld egész felszínének. Ennek következtében az albedóban és a párolgásban (hőmérsékletben) bekövetkezett változások az északi féltekén legfeljebb csak regionális éghajlatmódosuláshoz vezethettek. Az erdőirtás és a szántóterület növekedése (talajművelés) tehát egyrészt növeli a légkör CO 2 tartalmát, s emiatt intenzívebb fotoszintézissel és emelkedő hőmérséklettel lehet számolni. Másrészt növekszik az albedó is, ennek pedig a nagyobb sugárzásvisszaverő képesség miatt hőmérsékletcsökkenés lehet a következménye. Ásványi eredetű trágyák használata. A világszerte alkalmazott nitrogéntartalmú műtrágyák mennyisége eléri az évi 36 millió tonnát. Használatuk következtében nitrogéntartalmú vegyületek kerülnek a légkörbe, amelyek növelik a légkörben az üvegházhatású gázok mennyiségét. Ugyanakkor emiatt a sztratoszférában lévő ózon-koncentráció is csökkenhet. Így a napból érkező ultraibolya sugárzás nagyobb mennyiségben éri el a földfelszínt, ami kedvezőtlen az éghajlatra. Melioráció és öntözés. A melioráció területén legjelentősebb tevékenység: a mocsarak lecsapolása, a fásítás stb. és végeredményben maga az öntözés. Ez utóbbit azonban fontossága miatt kiemelten szokás kezelni. Az említett emberi tevékenységek elsősorban a párolgási viszonyokat képesek befolyásolni. A mocsarak lecsapolása csökkenti a szabad vízfelszínt, s ezzel csökkenti a párolgáshoz rendelkezésre álló vízmennyiséget, s emiatt csökken a párolgás is. Ugyanakkor a lecsapolt területen megnövekszik az albedó, ami csökkenti a hőmérsékletet és így a párolgást is. A világ mezőgazdasági területeinek mintegy 17%-án folyik öntözéses gazdálkodás. Az öntözés megnöveli a talajok nedvességtartalmát, s ezért párolgás-növelő hatású. Ezt a hatást azonban regionális méretekben már nagyon nehéz kimutatni. Például egy nagyobb öntözött terület felett 10 m magasságban vagy egy víztárolótól 1 km távolságban már alig van észrevehető hatás. Az Egyesült Államokban azonban sikerült kimutatni nagyobb csapadékmennyiséget az öntözött területek szomszédságában június, július és augusztus hónapokban, az öntözés idején, míg április, május és szeptember hónapokban, amikor nem öntöztek nem volt kimutatható eltérés. A légkör összetételét befolyásoló tevékenységek. A légkörbe kerülő anyagok jelentős része természetes forrásokból (vulkánok, tengerek, sivatagok stb.) és ipari termelésből származik. Ezenkívül azonban a mezőgazdasági tevékenységek során is kerül szennyező anyag a légkörbe. Ilyenek például a fosszilis tüzelőanyagok, amelyeknek elégetése következtében jelentős mennyiségű CO 2 kerül a légkörbe, a biomassza égetés (a véletlenül vagy szándékosan előidézett sztyeppe- és erdőtüzek, a tarlómaradványok elégetése stb.), amikor CO 2 és szilárd részecskék kerülnek a légkörbe, a szűzföldek feltörése, amikor a szántás következtében a talajból CO 2 kerül a levegőbe, a trágyák bomlása, amelynek során metán keletkezik, az árasztásos rizstermelés, amelynek során ugyancsak metán keletkezik. A modern intenzív mezőgazdaságban lényegesen több energiára van szükség, mint amennyit a hagyományos mezőgazdaság irényelt, hiszen fosszilis tüzelőanyagok elégetése szükséges a szántóföldön végzett munkákhoz (pl. talajművelés, aratás), a különböző szállításokhoz (pl. 26

33 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYEKRE GYAKOROLT HATÁSA betakarítás) és a szemszárításhoz. A fosszilis tüzelőanyagok elégetése és a biomassza maradványok elégetése során jelentős mennyiségű szennyezőanyag kerül a levegőbe. Az egyes tényezők által okozott légköri szennyezőanyag-gyarapodás nagyságát külön-külön nehéz megítélni. Hozzávetőlegesen az összes szennyezőanyagnak mintegy 10%-át teszi ki a mezőgazdasági tevékenységből származó rész. Ezek az anyagok egyrészt az üvegházhatást erősítik, másrészt a légkörbe került szilárd részecskék a formájuktól és átmérőjük nagyságától függően verik vissza, vagy szórják szét a Napból érkező sugárzást, a levegőben lévő víz kicsapódásához pedig kondenzációs magokként szolgálnak. Irodalom Abelson P.H. 1992: Agriculture and Climate Change. Science, 247: 9. oldal. IPCC 2001: The Scientific Basis. J.T. Houghton, Y. Ding, D.J. Griggs, M. Noguer, P.J. van der Linden, X. Dai, K. Maskell, C.A. Johnson eds. Intergovernemental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge. Kane, S.J., Reilly, J., Tobey, J. 1992: An Imperial Study of Economic Effects of Climate Change on World Agriculture. Climate Change, 21: oldal. Katz, R.W., Brown, B.G. 1992: Extreme events in a changing climate. Variability is more important than averages. Climate Change, 21: oldal. Kellogg, W.W., Zhao,Z.C. 1988: Sensitivity of soil moisture to doubling of carbon dioxide in climate model experiments. I. North America. Journal of Climate, I: oldal. Varga-Haszonits Z. 2003: Az éghajlat mezőgazdasági hatásának elemzése, éghajlati szcenáriók. Agro-21 Füzetek, 31. szám, oldal. WittwerS.H. 1995: Food, Climate and Carbon Dioxide. The Global Environment and World Food Production. Lewis Publisher, New York, 236 oldal. 27

34 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE Az éghajlati rendszer növénytermelésre gyakorolt hatásának elemzése Lényegében háromféle módszert szoktak alkalmazni annak felderítésére hogy a növények hogyan reagálnak az éghajlati elemek változásaira. Ezek a következők (Gates 1980): 1. A földtörténeti korok éghajlati hatásainak az elemzése. Ennek segítségével azt vizsgálják, hogy a földtörténeti korok éghajlati viszonyai és azok változásai milyen módon befolyásolták a növények életét és alkalmazkodóképességét. A földtörténeti korokban folyamatosan ingadozó és változó éghajlati viszonyok közepette létező és átalakuló növényzet tanulmányozása számos olyan ismeret megszerzésére ad lehetőséget, amely a jelenkori éghajlati viszonyok között már nem lenne megismerhető. 2. A nagykiterjedésű növénytársulásokra gyakorolt éghajlati hatások elemzése. Ennek a módszernek a segítségével a növényi élőközösségek viselkedése és a makrometeorológiai viszonyok közötti kapcsolatot elemzik. Földi méretekben az egyes éghajlati övek és a biomok közötti kapcsolat elemzésétől a növényállományoknak a kisebb térségek meteorológiai viszonyaihoz való alkalmazkodásáig sikeresen alkalmazható módszer. 3. Az egyes növényállományokra gyakorolt éghajlati hatások elemzése. Ezt a módszert alkalmazva azt vizsgálják, hogy milyen kölcsönhatások vannak az egyes növények és a közvetlen környezet meteorológiai viszonyai között. A fiziológiai megfigyelések és kísérletek segítségével nagyon fontos ismerhetők meg mind az egyes növények, mind pedig az ökoszisztémák életére vonatkozóan. Ez a módszer különösen a meteorológiai viszonyokban évről-évre tapasztalható különbségek és a növényi produktivitás közötti kapcsolat felderítésében hatékony. A földtörténeti korok éghajlatváltozásainak hatásai A földtörténeti korok éghajlatváltozásaiból sokat lehet tanulni. Meg kell értenünk, hogy miért változtak az éghajlatok a múltban és miért fognak változni a jövőben. Szerencsére ma már rendelkezünk olyan általános cirkulációs modellekkel, amelyekkel a múlt éghajlatai modellezhetők és értelmezhetők. A hőmérséklet megközelítő meghatározása. A hőmérő feltalálása után a hőmérséklet mérése folyamatosan egyre pontosabb lett, a műholdas mérések pedig lehetővé tették, hogy az olyan területeken is, ahol kevés a felszíni mérés, folyamatosan mérjék a hőmérsékletet. Ahhoz azonban, hogy a műszeres mérések előtti korok hőmérsékletét fel lehessen deríteni, meg kell bízni különböző közelítő módszerekben. A fák évgyűrűinek az évenkénti gyarapodása, a tavakban évente képződött üledék, a jégben található izotópok összefüggésbe hozhatók a modern műszeres hőmérsékleti mérésekkel, s ezáltal a hőmérsékleti megfigyelések kiterjeszthetők visszamenőleg a múltba évekre, mert ezek a megfigyelések az évi középhőmérsékletre valamilyen utalást tartalmaznak. Ezen túlmenően, de még ezen az időkereten belül is, a tavak üledékében található pollen-koncentráció, a talajban található megkövült szervezetek, üledék vagy sziklák, valamint az óceán üledékeiben található oxigén izotópok felhasználhatók arra, hogy a hőmérsékleti megfigyeléseket néhány százezer vagy akár néhány millió évre visszamenőleg kiterjesszük. Ezek a megfigyelések tehát hőmérsékleti utalásokat tartalmaznak évtizedekre, évszázadokra vagy hosszabb időszakokra. A kövületekben található bizonyos flora és fauna kapcsolódások is hasznosak lehetnek a paleoklíma rekonstruálására. Sok szervezet, a mikróbáktól a nagy emlősökig és a 28

35 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE planktonoktól az erdei fákig jól definiálható éghajlati igényekkel rendelkeznek, amelynek alapján kideríthető a klíma,a melyben éltek. Izotópos hőmérséklet-meghatározások. Az izotópos hőmérsékleti meghatározások rövid története mindenképpen érdekes dolog. A Nobel-díjas Harold Urey a zürichi Technische Hochschule professzora fedezte fel a nehéz hidrogént (deutérium). Kimutatta, hogy egy elem izotópja bár ugyanúgy viselkedik kémiailag, mint az elem, a tömegük különböző, ezért a fizikai folyamatokban különbözőképpen hatnak. A víz (H 2 O) molekeulák három oxigén izotópot tartalmaznak (atomtömegük 16, 17 és 18) három különböző módon párolognak. A könnyű izotópos vízmolekulák gyorsabban el fognak párologni, mint a nehezebb izotópos vízmolekulák. Ezért egy idő után a víz gazdagabb lesz a ritkább és nehezebb izotópokban. Az óceánok, amelyek hosszabb ideig ki vannak téve ennek a párolgási elkülönülésnek kissé gazdagabbak lesznek nehéz vízben, mint például a friss esővíz Az elmúlt 1000 év éghajlatának változásai. Az olyan meteorológiai elemek, mint a hőmérséklet, a csapadék, légnedvesség, szél stb., amelyeket az utóbbi hozzávetőlegesen 200 évben már mérünk, a korábbi időszakokban nem voltak mérhetők. Természetesen, az említett 200 évben is minél távolabbra megyünk vissza, annál ritkábbak a mérések és annál inkább kétségeink támadnak a műszerek elhelyezésének megfelelő sűrűségét illetően is. Ezenkívül 200 évvel ezelőtt a hőmérők sem voltak megfelelően kalibrálva és megfelelően kihelyezve. Ugyanakkor számos naplóíró és író készített meteorológiai feljegyzéseket különböző időszakokban. Ezenkívül is számos olyan forrás van, amelyből időjárási és éghajlati információkat lehet összerakni. Közvetett információkat szolgáltatnak a jégtömbökbe zárt levegőbuborékok, a fák évgyűrűi, a tavak üledékei, a gleccserek kiterjedése és visszahúzódása, a növényi pollen-maradványok eloszlásai, s ezek felhasználhatók az éghajlat történetének rekonstruálására ábra. Az elmúlt 1000 évi középhőmérsékletei az Kelet Európában (Climate and Food 1976 módosított változata). Ilyen közvetlen és közvetett forrásokból lehetett összeállítani az Kelet Európa évi középhőmérsékleteinek alakulását az elmúlt 1000 esztendőre ( ábra). Ez az ábra lehetővé teszi a 11. és 14. század között egy viszonylag meleg időszak, a Középkori meleg időszak, s egy viszonylag hűvös időszak a 15. és 19. század között kialakult úgynevezett Kis jégkorszak azonosítását. Ez a hőmérsékleti eloszlás Északi Félteke jelentős részére érvényes. Látható az ábrán a 20. századi jelentős hőmérséklet-emelkedés. A 20. században is 29

36 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE az 1990-es évek tekinthetők az Északi Féltekén a vzsgált 1000 év legmelegebb időszakának, az 1998-as év pedig a vizsgált 1000 év legmelegebb évének. Bár az 1000 és 1900 közötti évek hőmérsékletének változásaira nincsen tudományosan megalapozott magyarázat, az nyilvánvaló, hogy az üvegházhatású gázok (pl. széndioxid vagy metán) nem okozhatták a változásokat. Az 1800-as évek előtt a légkör összetétele viszonylag stabil volt, a légköri széndioxid koncentráció 3%-nál is kisebb érték körül ingadozott. Valószínűleg a vulkánkitörések és a Nap által kibocsátott energiamennyiségben jelentkező ingadozások bizonyos esetekben magyarázatul szolgálhatnak (Houghton 2004). A Középkori meleg időszak egyik jellemzője volt, hogy ebben az időszakban az Atlanti óceán észak része jobban hajózható volt, s a vikingek telepeket létesítettek Grönlandon, amelyet ők neveztek el Greenland-nek, azaz zöld országnak, mert állataik számára megfelelő legelőket találtak ott. A 14. század közepétől azonban az éghajlat hidegebbre fordult, elkezdődött a Kis jégkorszak -nak nevezett időszak és a viking telepek elpusztultak. A földtörténeti korok éghajlatváltozásának tanulságai. Az éghajlat és az élet szoros kapcsolatban vannak egymással. Az Ipari Forradalom előtti időszakban az éghajlatváltozás az emberi időkeretek figyelembe vételével lassan ment végbe. Az 5 fok nagyságrendű természetes változások évek során bonyolódtak le, tehát elég lassan ahhoz, hogy az állatok és a növények fokozatosan kedvezőbb éghajlati viszonyok közé vándoroljanak. A növény és állatfajoknak az interglaciálisokban (a jégkorszakok közötti időszakokban) a magasabb szélességek felé történő vándorlása, a jégkorszakokban pedig az alacsonyabb szélességek felé vándorlása jól dokumentált jelenség. A globális éghajlati rendszerben fellépő kis zavarok is gyors és drámai változásokhoz vezethetnek a globális vagy regionális éghajlatok szintjén és ezek fajok kihalását eredményezhetik. Becslések szerint a valaha élt összes fajnak ma már 95%-a kihalt. A fajok kihalásának jelentős része éghajlatváltozáshoz kapcsolódott. Példaként lehet megemlíteni azt az elméletet, amely szerint 65 millió évvel ezelőtt egy meteor becsapódása és az általa előidézett porfelhő, amely drámai lehűlést idézett elő, vezetett a dinoszauruszok kihalásához. A növényi pollen-maradványok azt mutatják, hogy a növényvilágban is jelentős változások mentek végbe az éghajlat megváltozásának a hatására. Végső következtetésként megállapíthatjuk, hogy lassú változások esetén a biota képes alkalmazkodni vagy elvándorolni, de a gyors változásoknak messzemenő következményeik lehetnek, beleértve egyes fajok kihalását is. Az éghajlat és a biomok A növénytársulások legnagyobb kiterjedésű, a különböző éghajlattípusokhoz alkalmazkodva elrendeződő egységei a biomok. Az éghajlati övek szerint elkülöníthetünk trópusi (esőerdő, szavanna, monszúnerdő) szubtrópusi (keménylombú erdő, babérlombú erdő, sivatag), mérsékelt övi (füves puszta, lombos erdő, tűlevelű erdő) és poláris övi (tundra, tajga) biomokat. Ezeknek a nagykiterjedésű növénytársulásoknak az eloszlása az évi középhőmérsékletek és az évi csapadékmennyiségek alapján jól érzékeltethető módon elkülöníthető ( ábra). A főbb vegetációs típusok földrajzi eloszlásának eltolódása. A nagyobb vegetációs típusok térbeli eloszlása a történeti idők folyamán markánsan megváltozott az éghajlatváltozások következtében. Az utóbbi évben például, ahogy az éghajlat melegedett, a lucfenyő-erdők Európában észak felé mozogtak s elfoglalták jelenlegi területüket Észak-Európában és Oroszországban. 30

37 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE ábra. Az évi középhőmérsékletek, az évi csapadékmennyiségek és a biomok (Hardy 2004) ábra. A nyarak középhőmérsékletének és a Picea rubens százalékos arányának változása (Hardy 2004) 31

38 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE A vegetáció területi eloszlásában az ilyen változások lassan, ezer évek során mentek végbe. A mostani antropogén jellegű változási tendenciák esetében azonban az egyes növényfajok földrajzi eloszlásában bekövetkező eltolódások gyorsabban mehetnek végbe. Észak- Amerikában pl. a vörös lucfenyő New Englandban 40%-os területi fedettségről 6%-ra csökkent 1830 és 1987 között, miközben ugyanazon idő alatt a nyarak középhőmérséklete 2,2 fokkal növekedett ( ábra). Az éghajlat és az agroökoszisztéma Az agroökoszisztémák felépítése. Az agroökoszisztémák nem különböznek jelentősen a természetes ökoszisztémáktól, mert magukba foglalják a természetes ökoszisztémák minden alapelemét és összefüggését (Petr et al. 1985). A különbséget csupán a termelő ember és a társadalom fenntartó és szabályozó szerepe jelenti. Az agroökoszisztéma lényegében négy alapvető komponensből tevődik össze ( ábra): 1. az élettelen környezet tényezői, 2. növényi és állati szervezetek, 3. ökológiai folyamatok és 4. az ember és a társadalom. Az élettelen környezet tényezői közé soroljuk a légköri tényezőket, a talajtényezőket, valamint a vizet, amelyek lényegében az élőhelyet, a mezőgazdasági termelés szempontjából pedig a termőhelyet alkotják. A növényi és állati szervezetek közé azok a növényi és állati közösségek tartoznak, amelyek részt vesznek az agroökoszisztéma felépítésében. Az ökológiai folyamatok azokat a folyamatokat (energiaáramlás, vízforgalom, tápanyagfelvétel, fajok közötti versengés stb.) foglalják magukba, amelyek hozzátartoznak az agroökoszisztémák működéséhez. Az ember és a társadalom szerepe abban nyilvánul meg, hogy az agroökoszisztémákat fenntartja és működésüket szabályozza. A hatáselemzés formái. Az éghajlat és a növények közötti kapcsolat elemezése nagyon fontos feladat, hiszen az emberiség mindig adott éghajlati viszonyok között termeli meg a számára szükséges élelmet Mivel ezek a viszonyok az ember által nem szabályozhatók, a legfontosabb feladat, hogy alkalmazkodjunk hozzájuk. Ahhoz azonban, hogy alkalmazkodni tudjunk, meg kell ismernünk azokat a ábra. A légkör és az agroökoszisztéma közötti kapcsolat. törvényszerűségeket, amelyeken keresztül az éghajlati rendszer a növények életét befolyásolja. A hatáselemzés módszereit két nagy csoportba lehet osztani. A legkézenfekvőbb módszer a rendelkezésre álló meteorológiai és növényi adatoknak a matematikaistatisztikai módszerekkel történő elemzése. A másik lehetőség a 32

39 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE modellezés, ami azt jelenti, hogy az adott időszak ismeretei alapján a hatásmechanizmus működését leegyszerűsített formában megkíséreljük matematikai összefüggésekkel meghatározni. Az agroklimatológiában alkalmazott modelleket sokféleképpen lehet rendszerezni. Ezekkel a kérdésekkel korábban Baier (1973; 1979; 1981), Biswas (1980), Sakamoto (1981a;1981b) és Haun (1983) foglalkozott részletesen. A hazai viszonyok közötti alkalmazások elvimódszertani kérdéseit (Varga-Haszonits 1987) foglalta össze. Az éghajlat-növény kapcsolat modellezésének jelenlegi helyzetéről Gates (1993), Wittwer (1995), valamint Rosenzweig és Hillel (1998) monográfiái adnak jó áttekintést. Figyelembe véve az elmondottakat az agroklimatológiai hatáselemzések a következőképpen csoportosthatók. Agroklimatológiai analízis. Ez a párhuzamos meteorológiai és növényi adatsoroknak mind az időbeli, mind pedig a térbeli matematikai-statisztikai elemzését magába foglalja. Ebbe a témakörbe tartozik a sugárzás- és vízhasznosulás, a termésstabilitás és a terméspotenciál elemzése is (Rosenzweig, Hillel 1998). Éghajlat-növény modellek. Az éghajlat növényekre gyakorolt hatásának vizsgálatát napjainkban már többnyire modellek segítségével végzik. Ezek a modellek az éghajlat és a növények közötti kölcsönhatás jelenlegi ismeretére épülnek. Két nagy csoportra szokták osztani őket: statisztikai modellekre és dinamikus modellekre. A statisztikai modellek előnye, hogy az éghajlat és a növény közötti statisztikai összefüggések segítségével alkalmassá tehetők a termés előrejelzésére, hátrányuk viszont, hogy gyakran nem ok-okozati összefüggésekre épülnek. A dinamikus modellek előnye, hogy ok-okozati összefüggéseken alapszanak, azonban előrejelzéseik gyakran bizonytalanok. Statisztikai modellek. A regresszióanalízis segítségével meghatározott fenológiai, növekedési és terméshozamra vonatkozó összefüggéseket foglalják magukba, ezért regressziós modelleknek is szokták nevezni őket. Ezek a modellek különösen nagy szolgálatot tesznek a fenológiai és termésmodellek kidolgozásában. Meg kell azonban említeni, hogy számos kutató (Katz 1977; Biswas 1980; Hayes al. 1982; Rosenberg 1982) kritizálta a regressziós modellek használatát, mert nincs ok-okozati megalapozottságuk, nagyon nehéz elkülöníteni a meteorológiai és nem-meteorológiai (agrotechnikai) hatásokat és azon az értéktartományon túli értékekre, amelyekre meghatározták őket, nem extrapolálhatók. Ez utóbbi problémát jelent az éghajlatváltozások hatásának elemzésénél is. Különösen alkalmasak az éghajlati ingadozások növényekre gyakorolt vizsgálatára. Az éghajlatváltozások elemzésénél a statisztikai modellekkel inkább a kisebb méretű változások elemezhetők. Dinamikus modellek. Ezek a modellek lényegében félempirikus modellek, amelyekben nagyszámú mérési adat mutatja a növényeknek az éghajlat és a talaj hatásaira történő reagálását, kiegészítve számos fiziológiai információval (Gates 1993). A modellezés során felhasznált formulák egyaránt leírják az alapvető fizikai és fiziológiai folyamatokat, valamint a növény és a környezete közötti energia és anyag szállítást. A napjainkig kifejlesztett éghajlat-növény modellek strukturájában számos empirikus és ok-okozati összefüggés található. Ezeknek az összefüggéseknek az alapján képes a modell meghatározni a növény produktumát különböző viszonyok között. Ezért szokták őket egyszerűen szimulációs modelleknek is nevezni. Ma már minden fontosabb növényre kidolgoztak dinamikus modellt. Ezek a modellek hozzákapcsolhatók a GCM modellekhez oly módon, hogy a GCM modellek által megadott kimeneti állapothoz, meg lehet határozni velük a növény produktumát. A modellben szereplő változókat aszerint is meg szokták különböztetni, hogy az ember által szabályozhatók-e, vagy nem, illetve változó vagy állandó értéket képviselnek-e. Eszerint a következők változatok lehetségesek. 33

40 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE (1) Külső vagy ember által nem befolyásolható változók, amelyek elsősorban a meteorológiai változókat (sugárzás, hőmérséklet, csapadék stb.) foglalják magukba. (2) Szabályozható, az emberi tevékenységgel összefüggő változók, amelyek alapvetően az agrotechnikához kapcsolódó tevékenységeket (vetési időpont, vetésmélység, sor- és tőtávolság, műtrágyamennyiség, öntözővízmennyiség stb. megállapítása) ölelik fel. (3) Rendszer paraméterek, amelyek az analitikus kifejezések állandói. Az ily módon felépített dinamikus modellek lehetővé teszik, hogy velük meghatározzuk a növények időbeli gyarapodását (innen van a dinamikus modell elnevezés). A naponként értékek alapján történő nyomon követés pedig lehetőséget ad a növények meteorológiai elemek iránti érzékenységének a vizsgálatára is. A dinamikus modelleket a következő feltételek mellett lehet használni: 1. Feltételezzük, hogy gyomok, betegségek és rovarok nem fordulnak elő, s így nincsenek semilyen hatással a növényre. 2. A tápanyagok korlátlan mennyiségben állnak rendelkezésre. 3. A talaj normál állapotú: nem savas, nem lugos, nincsenek benne mérgező elemek, s nem hiányoznak belőle a szükséges ásványi anyagok. 4. Extrém meteorológiai jelenségek (jégeső, aszály stb.) nem fordulnak elő. Irodalom Baier, W. 1973: Crop-weather analysis model: review and model development. Journal of Applied Meteorology oldal. Baier, W. 1979: Note on terminology of crop-weather models. Agricultural Meteorology, 20: oldal. Baier, W. 1983: Agroclimatic modeling: an overview. In: Agroclimatic Information for Development. Ed. D.F. Cusack, Westview Press, Boulder, oldal. Biswas, A.K. 1980: Crop-climate models: A review of stateof the art. In: J.Ausubel and K.A. Biswas eds.: Climate Contraints on Human Activities. IIASA Proceedings Ser. V. 10, Pergamon Press, Oxford, oldal. Climate and Food 1976: A Report of the Comitee on Climate and Weather Fluctuation and Agricultural Production. National Academy of Sciences, Washinhton, 212 oldal. Gates, D.M. 1980: Biophysical Ecology. Springer Verlag, New York, 611 oldal. Gates 1993: Climate Change and its Biological Consequences. Sinauer Associates Inc. Publisher, Sunderland, 280 oldal. Hardy, J.T. 2004: Climate Change. Causes, Effects and Solutions. John Wiloley &Sons Ltd. Chichester, 247 oldal. Haun J. R : Mathematical models in agrometeorology. CAgM Report No. 14, Geneva. Hayes, J.T., O Rourke, A., Terjung, W.H., Todhunter, P.E. 1982: A feasible crop yield model for worldwide international food production. International Journal of Biometeorology, 26(3): oldal. Houghton, J. 2004: Global Warming. The Complete Briefing. Third Edition, Cambridge University Press, Cambridge, 351 oldal. Katz, R.W. 1977: Assessing the impact of climatic change on food production. Climatic Change, 1: oldal. Rosenberg, N.J. 1982: The increasing CO 2 concentration in athmosphere and its implication on agricultural productivity. II: Effect through CO 2 -induced climatic change. Climate Change, 4: oldal. Rosenzweig, C., D. Hillel (1998): Climate Change and the Global Harvest. Potential Impact of the Greenhouse Effect on Agriculture. Oxford University Press, Oxford. 324 oldal. Sakamoto, C.M. 1981a: Climate-cropregression yield model.: an appraisal. In: Application of Remote Sensing to Agricultural Production Forecasting. Ed. A. Berg, Rotterdam, oldal. Sakamoto, C.M. 1981b: The technology of crop-weather modelling. In: Food-Climate Interaction, ed. W. Bach et al. Reidel Publishing Company, London, oldal. 34

41 AZ ÉGHAJLATI RENDSZER NÖVÉNYTERMELÉSRE GYAKOROLT HATÁSÁNAK ELEMZÉSE Varga-Haszonits Z. 1987: Az időjárás-növény modellek elvi-módszertani kérdései. Időjárás, 91, oldal. WittwerS.H. 1995: Food, Climate and Carbon Dioxide. The Global Environment and World Food Production. Lewis Publisher, New York, 236 oldal. 35

42 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Az ember természeti környezetét a légkör (atmoszféra), a felszíni és felszín alatti vizek (hidroszféra), a szilárd talajfelszín (litoszféra) és az élővilág (bioszféra) alkotják. Közülük az első három az élettelen természet összetevőit (abiotikus tényezők) foglalja magába, az utolsót pedig a növények, az állatok és végső soron maga az ember (biotikus tényezők) jelentik. Ezt a természeti környezetet az ember és az emberek által alkotott társadalom szempontjából vizsgálva azt tapasztaljuk, hogy a környezet egyrészt nékülözhetetlen életfeltételeket elégít ki, másrészt anyag- és energiaforrásul szolgál. A természeti környezet által biztosított életfeltételeket, anyag- és energiaforrásokat, amelyeket az ember a termelés egy adott szintjén szükségleteinek kielégítésére hasznosít természeti erőforrásoknak nevezzük. A légkör a Földet körülvevő légnemű burok, amelynek jelenlegi összetétele az élővilággal szoros kapcsolatban alakult ki. A légkör és az élővilág közötti szoros kapcsolat most is fennáll. Napjainkban is a légköri hatótényezők a legfontosabbak környezeti tényezők a növények növekedése, fejlődése és produktivitása szempontjából. A haszonállatok élete is alapvetően az általuk fogyasztott növényektől függ, ezért közvetve a haszonállatok is a légköri viszonyok függvényei. Természetesen az állatok közvetlenül is érzékenyek a meteorológiai hatásokra, elsősorban a hőmérsékletre és a nedvességre. Ily módon az egész élelmiszertermelés erőteljesen függ a meteorológiai viszonyoktól. A légkör állapotát hosszútávon az éghajlat jellemzi, amely megszabja, hogy egy adott helyen milyen növények termeszthetők, az év melyik időszakában termeszthetők és milyen hatékonysággal termeszthetők. A meteorológiai viszonyok éven belüli és évek közötti ingadozásai az elsődleges okai a terméshozamokban mutatkozó ingadozásoknak, egyes meteorológiai extrém jelenségek pedig (fagyok, aszály, jégeső stb.) a mezőgazdasági termelés alapvető kockázati tényezői. És ez még a magas agrotechnikai szint mellett folyó termelés esetén is igaz. Egy adott éghajlat azt is behatárolja, hogy az egyes gazdasági növényeknél milyen maximális hozamok érhetők el (éghajlati potenciál). Mindent összevetve a légkör a mezőgazdaság számára egyrészt természeti adottságot jelent, másrészt a termelés erőforrása és kockázati tényezője. 2.1 Az éghajlati viszonyok tér- és időbeli jellemzői Az éghajlat jellemzésére a növénytermesztési szempontból legfontosabb éghajlati elemek (napsugárzás, hőmérséklet, nedvesség és szél) idő- és térbeli eloszlását fogjuk bemutatni az 1881 és 2000 közötti időszak különböző hoszúságú adatsorai alapján. Sugárzási viszonyok Minden anyag (amelynek hőmérséklete az abszolút nulla fok felett van) elektromágneses sugárzást bocsát ki magából. Ez a folyamat energiaveszteséggel jár. Ennek az energiának a térbeli terjedését nevezzük sugárzásnak.. A sugárzás olyan energiaszállítási mód, amelynél nincs szükség közbeeső anyagra, a terjedés sebessége (300 km/s) pedig nagy. Ha egy másik anyag ezt a sugárzást elnyeli, akkor energiát vesz fel és felmelegszik. A Földre a Nap energiája sugárzás útján érkezik. 36

43 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Az egyik legfontosabb éghajlatalakító tényező a napsugárzás, mert a légkörben lejátszódó folyamatokhoz szükséges energiát szolgáltatja. A napsugárzás energiája szolgál a talaj és a levegő felmelegítésére, a különböző felszínekről a víz elpárologtatására és a növények fotoszintetizáló tevékenységéhez is ez adja a szükséges energiát. A növények által előállított szerves anyag pedig az állatok és az ember táplálékának alapja. A napsugárzási energia felhasználását a sugárzási egyenleggel lehet leírni: Q = G + H + E + F (2.1.1) ahol Q a földfelszínre érkezett sugárzási energia mennyisége, G a talaj által elnyelt sugárzási energia, H a levegőnek átadott sugárzási energia, E a párolgásra fordított energia és F pedig a fotoszintézis által hasznosított energiamennyiség. A napsugárzás szerepe tehát egyaránt meghatározó a légköri mozgások és az élővilág számára. A napsugárzás tartama és intenzitása azonban nem állandó, hanem folyton változik. Az élővilág mind a napsugárzás tartamára mindpedig az intenzitására érzékenyen reagál. Ezért a napsugárzásnak mind a tartamát, mind pedig az intenzitását vizsgálni kell. Napfénytartam. Azt az időtartamot, amelynek során a közvetlen napsugárzás (a napsütés) egy adott felszínen érzékelhető, napfénytartamnak nevezzük. Abban az esetben, ha nem lenne légkör, vagy ha a légkör ideálisan tiszta lenne és nem akadályozná, hogy a napsugarak elérjék a felszínt, akkor a közvetlen napsugárzás napkeltétől napnyugtáig érzékelhető lenne. A napkeltétől napnyugtáig tartó időszakot ezért csillagászatilag lehetséges napfénytartamnak nevezzük. A közvetlen napsugarak azonban nem érik el minden esetben a felszínt, mert a levegő magas páratartalma és a felhőzet megakadályozza őket ebben. Amikor hosszabb vagy rövidebb ideig magas a levegő páratartalma vagy felhőzet borítja az eget, akkor kevesebb ideig kap közvetlen napsütést a felszín, mint amennyi a csillagászatilag lehetséges napfénytartam szerint lehetséges volna. Azt az időszakot, amelynek folyamán a napsütés eléri a felszínt tényleges napfénytartamnak nevezzük. Ha a nap folyamán semmi nem akadályozza a közvetlen napsugárzást abban, hogy a felszínt elérje, akkor a tényleges és a csillagászatilag lehetséges napsugárzás egybeesik. Csillagászatilag lehetséges napfénytartam. A csillagászatilag lehetséges napfénytartam összege egy adott földrajzi helyen minden évben ugyanannyi óra. A különböző földrajzi szélességen fekvő helyeken és ugyanazon helyen az éven belül azonban a Föld Nap körüli keringése és a tengelyének dőlésszöge, valamint tengelye körüli forgása következtében a nappalhosszúság változik. Hazánk területén három szélességi kör fut keresztül (a 46., a 47. és a 48.). Közülük a 47. szélességi kör az ország középső részén halad át. Ezért a 47. szélességi körhöz közel fekvő Kecskemét adatain mutatjuk be a nappalhosszúság éven belüli változását (2.2.1 ábra). A legrövidebb nappalok a téli napforduló idején tapasztalhatók. Ekkor a nappalhosszúság csak kevéssel hosszabb 8 óránál. Ettől az időponttól kezdve a nappalok hossza fokozatosan növekszik és március 23-án a nappalok és éjszakák hossza egyaránt 12 óra. A nappalok hossza ezt követően is növekszik egészen a nyári napfordulóig (június 22). Ekkor a nappalok hossza megközelíti a 16 órát. Ezt követően a nappalok hossza ismét csökken, szeptember 22- én újra napéjegyenlőség van (12 óra a nappal is, s az éjszaka is). A csökkenés december 21-ig tart. 37

44 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS ábra. A nappalhosszúság évi menete A nappalhosszúság az ország egész területén hasonló évi menetet mutat, de a Kecskeméttől északabbra fekvő területeken télen rövidebb a nappal, nyáron pedig hosszabb. A délebbre fekvő területeken viszont télen hosszabbak a nappalok, nyáron pedig rövidebbek. A különbség azonban az ország kis területe miatt mindössze tized órákban mutatható ki. Mivel a sugárzás alakulását befolyásoló tényezők az üvegházhatás növekedése miatt létrejövő éghajlatváltozás esetén nem változnak, ezért ezzel az évi menettel lehet számolni a jövőben is. Tényleges napfénytartam. Mind az időbeli, mind pedig a térbeli eloszlása fontos a növénytermesztés szempontjából. Budapest Középértéktől vett eltérések (óra) Évek ábra. Budapest évi napfénytartam összegeinek ingadozásai ( ) Az időbeli eloszlás jellemzésére először a napfénytartam évi összegeinek 20. századbeli ingadozásait (évek közötti változékonyságát) mutatjuk be. Az adatok 1907-től állnak 38

45 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS rendelkezésre. Láthatjuk a ábrán, hogy a napfénytartam évi összegei az évszázad első évtizedeiben emelkedtek, majd az 1940 és 1970 közötti időszakban csökkentek, s a század utolsó két évtizedében pedig erőteljesen emelkedtek. Ez az időbeli eloszlás, mint a későbbiekben látni fogjuk az évi középhőmérsékletek 20. századbeli eloszlásával nagyfokú hasonlóságot mutat. Egyik évről a másikra is jelentős változások voltak észlelhetők, amint az ábrán látható. A 20. században három változási tendencia volt megfigyelhető. A század első évtizedeiben emelkedett az évi napsütéses órák száma egészen az 1930-as évek közepéig. Innen fokozatos csökkenést lehetett megfigyelni az 1970-es évek közepéig. Ettől kezdve ismét az emelkedés volt jellemző a század végéig. Jól látható a ábrán, hogy a napsütésben leggazdagabb időszak az 1920-as évek vége és az 1950-es évek eleje között található. Napsütésben szegény időszak kettő is volt, az egyik a 20. század első évtizedében, a másik pedig 1970 és 1980 között. Az közötti időszak 30 évenkénti átlagai. Hosszabb napfénytartam adatsorokkal csak Budapesten rendelkezünk. Itt 1907 óta folynak napfénytartam mérések. Azért, hogy a vizsgálatban az éghajlatkutatásban szokásos módon teljes évtizedek álljanak rendelkezésre, az közötti időszakot elemeztük. A táblázat tartalmazza az közötti időszak budapesti havi napfénytartam adatainak 10 év eltolódással számított 30 évi átlagait. Látható, hogy a 30 évi átlagokban is jelentős változások lehetnek. A vizsgált időszakban az évi összeg legkisebb 30 évi átlaga 1921 óra volt, míg a legnagyobb 2095 óra. A havi összegek 30 évi átlagai között is jelentős különbségek lehetnek. Januárban a legkisebb és legnagyobb 30 évi átlag között 10 óra a különbség, februárban közel 20 óra, márciusban 12 órára esik vissza. Áprilisban a különbség 15 órára emelkedik, májusban pedig már újra növekszik és meghaladja a 30 órát. Májustól augusztusig a különbség mindegyik hónapban 30 óra felett van. A legnagyobb júliusban, ekkor 46 óra. Szeptemberben és októberben 20 és 30 óra között van. Novemberben és decemberben 15 óra alá csökken táblázat. A havi napfénytartam összegek 30 évi átlagainak ingadozásai Állomás Január Február Budapesti napfénytartam összegek Március Április Május Június Maximum: Átlag: Minimum: Július Augusztus Szeptember Október November December Év Az közötti időszak évi értékei. A 90 évi adatsor azt mutatja, hogy a legkisebb évi napfénytartam-összeg 1912-ben fordult elő. Ekkor mindössze 1533 napsütéses óra volt 39

46 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS egész évben. A legtöbb napsütéses óra 1931-ben volt, ekkor 2300 órán át sütött a nap. A legkisebb és a legnagyobb évi napfénytartam-összeg közötti különbség majdnem eléri a 800 órát. A 90 évi átlagérték 1999 óra. A 90 évből összesen 13 évben volt 2200 óra vagy annál hosszabb napsütés. Meg kell említeni, hogy 1928 és 1932 között a napfénytartam összege minden évben meghaladta a 2200 órát. Ez az 5 éves időtartam volt a 90 éves periódus legnapsütésesebb időszaka. A fennmaradó 7 év, amelyben a napsütéses órák száma meghaladta a 2000-t: 1935, 1943, 1946, 1949, 1967, 1997 és 2000 volt. Érdekes, hogy a 2200 napsütéses óra feletti évek mind a legnapsütésesebb 5 év után következtek be. Ugyanakkor 1600 óránál kevesebb napsütés csak 2 évben volt. Az egyik 1912-ben, a már említett 90 évi minimummal, a másik pedig 1970-ben (1557 óra). Az évi napfénytartam-összegek gyakorisági eloszlása azt mutatja, hogy a magasabb értékek fordulnak elő gyakrabban. A 90 évből mindössze 5 olyan év volt, amikor 1700 óra alatt volt a napsütéses órák összege. Leggyakoribbak tehát az 1700 és 2300 óra közötti évi összegek. A magasabb gyakorisági értékkel a 2000 óránál nagyobb napsütésű évek fordultak elő. A ábra az éves napfénytartam összegek területi változékonyságát mutatja be. A leginkább napfényes Dél-Alföld és a minimumot mutató Nyugat-Dunántúl különbsége meghaladja a 200 órát. Az ország középső, déli területein van a legtöbb napsütés. Inne észak, északkelet felé haladva a napsütéses órák száma fokozatosan csökken. Hasonlóképpen nyugat, északnyugati irányban is a napsütéses órák csökkenése mutatható ki. Ebben is a medence-hatás játszik szerepet. A hegyek felé haladva, fokozottabb felhőképződéssel lehet számolni, ami a napsütéses időszak csökkenésével jár együtt. Ugyanakkor a medence középső, sík területei felett gyakrabban derült az ég, s több a napsütés. Bár hazánkban már a 20. század elején megkezdődtek a sugárzásmérések (Major 1976), homogénnek tekinthető hosszú sorozatok már csak a műszerek folyamatos korszerűsítése miatt sem állhatnak rendelkezésre. Tudjuk azonban, hogy a napfénytartam és a sugárzás adatok között szoros összefüggés van. Ezért ésszerűnek látszik feltételezni azt, hogy a globálsugárzás értékei hasonló évi változékonysági tendenciákat mutatnak. Mivel a sugárzás alakítja a léghőmérsékletet, amint látni fogjuk, ezek a tendenciák a léghőmérséklet évi ingadozásaiban is kimutathatók ábra. Az évi napfénytartam eloszlása Magyarországon ( ) 40

47 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Globálsugárzás. A napsugárzás intenzitása sem folytonos elem. Ugyanúgy, mint a napfénytartam, a Föld tengelykörüli forgása miatt ciklikus változásokat mutat. Mérésére ma már rendelkezünk korszerű sugárzásmérő műszerekkel. Korábban azonban csak néhány állomáson mértek sugárzást. Az állomások többségén csak a napfénytartamot mérték. Hazánkban a sugárzásmérési adatok első átfogó klimatológiai értékelését Major és munkatársai (1976) végezték el. A napfénytartam adatok és a mért sugárzási adatok közötti összefüggések számításával hosszabb sugárzási adatsorokat is elő lehet állítani. A sugárzási adatokat a Varga-Haszonits és Tölgyesi (1990) által ismertetett módon számítottuk ki. Ez az eljárás az Angström féle módszeren alapszik. Az évi sugárzásmennyiségek. Az egyes években különböző mennyiségű sugárzás érkezik a talajfelszínre. A ábrán láthatók az közötti időszak évi globálsugárzás mennyiségeinek ingadozásai Mosonmagyaróváron. Az évek közötti eloszlás érdekessége, hogy 1951 és 1985 között az évi sugárzásmennyiség lényegében 4100 és 4500 MJ m -2 között változott, de amíg 1951 és 1970 között az évek többségében 4300 és 4500 között ingadozott, 1971 és 1985 között inkább a 4100 és 4400 közötti értékek voltak a jellemzők. Majd az 1985 és 2000 közötti másfél évtizedben pedig már a 4300 és 4600 közötti értékek domináltak. Az 1951 és 2000 közötti időszakban Mosonmagyaróváron 4068 MJ m -2 és 4611 MJ m -2 között változott az évi sugárzás mennyisége. Az átlagérték 4366 MJ m -2, tehát a maximum 6%-kal haladta meg az átlagot, a minimum pedig 9%-kal maradt az átlag alatt. Az évek közötti ingadozás tehát 10%-on belül maradt, ami arra mutat, hogy a sugárzás évek közötti változékonysága tekintetében a hazai növénytermesztésben az egyik legkevésbé változékony éghajlati elem ábra. A globálsugárzás évi összegeinek ingadozásai Látható az ábrán, hogy az évszázad közepe tájától az 1970-es évek végéig tartó sugárzásintenzitás csökkenés volt a jellemző, s azután az 1980-as évektől emelkedő tendencia alakult ki. Mivel a Föld középhőmérsékletének alakulásában is az említett trend érvényesült, s ezt a hazai hőmérsékleti sorok is mutatják, elképzelhető, hogy a változási tendenciákban nemcsak az üvegházhatású gázok hatása jelenik meg, hanem a velük együtt a légkörbe kerülő aeroszolok sugárzásvisszaverő szerepe is érvényesül (Mészáros 1998). A globálsugárzás területi eloszlása. A globálsugárzás 15 évi mérési adatsoraiból Major és munkatársai(1976) elkészítették hazánkra vonatkozóan a globálsugárzás területi eloszlását bemutató térképet. Ezen a térképen az ország középső, alföldi területein van a sugárzás maximuma és innen északkeleti és északnyugati irányban is fokozatosan csökken a 41

48 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS globálsugárzás mennyisége. Hasonló eredmények adódtak a 25 évi adatok alapján is (Major és Takács 1985), amint az a ábrán látható ábra. A globálsugárzás közötti 25 évi átlagos területi eloszlása Magyarországon (Major és Takács 1985). Érdekes azonban, mint arra egy későbbi munkájában Major (2005) is felhívja a figyelmet hogy az Alföldre jellemző, zárt izovonalakkal jellemzett sugárzási maximum műholdas mérésekkel nem mutatható ki (Mersich és munkatársai szerk. 2002). A sugárzás legmagasabb értékei azonban az ország középső és déli területein találhatók, s az északkeleti és északnyugati irányú fokozatos csökkenés sugárzási viszonyaink jellemzője. Hőmérsékleti viszonyok A Napból érkező sugárzás a talajfelszínt melegíti fel. A felmelegedett talajfelszín a hőjét egyrészt az alatta lévő talajrétegeknek adja át. Ez a hőátadás vezetés utján történik. A hővezetés függ a talaj fizikai tulajdonságaitól, ezért a hő a különböző fizikai talajféleségekben különböző sebességgel terjed a felszín alatti hűvösebb rétegekbe. A felmelegedett felszín azonban nemcsak lefelé ad át hőt, hanem felfelé is. A felette lévő néhány milliméteres levegőrétegnek vezetés útján. Ez a felmelegedett levegő azután kitágul, sűrűsége csökken és a magasba emelkedik. A levegő feláramlásának ezt a módját, amikor a levegő a felvett hőt is magával viszi, konvekciónak nevezzük. A hőátadásnak ez a módja kevesebb időt vesz igénybe, ezért a felső légrétegek kisebb időkéséssel melegszenek fel, mint a talaj. Amennyiben a növény és környezete közötti hőmérsékleti kapcsolatot kívánjuk megvizsgálni, akkor abból kell kiindulni, hogy meg kell különböztetni a) a talajhőmérsékletet, b) a léghőmérsékletet és c) a növényhőmérsékletet. Látni kell természetesen azt is, hogy az általunk vizsgálandó közegek hőmérséklete között milyen összefüggések vannak. A hatás és a kölcsönhatás elemzése szempontjából ez rendkívül fontos. A hőmérséklet egy adott területen időben állandóan változik. Az adott területen belül az időbeli változásokban is lehetnek eltérések. A változások vizsgálatánál azonban mindig az 42

49 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS időbeli változásokból célszerű kiindulni. Ezeket a változásokat három nagy csoportra lehet osztani: 1) a napi hőmérsékleti változásokra, 2) az évszakos (éven belüli) hőmérsékleti változásokra és 3) az évek közötti hőmérsékleti változásokra. A növénytermesztés szempontjából mind a napi, mind az évszakos, mind pedig az évek közötti változások nagy jelentőséggel bírnak. A napi és éven belüli változások azt mutatják meg, hogy a növények az egyes tenyészidőszakokon belül milyen hőmérsékleti hatásoknak vannak kitéve, az évek közötti változások pedig az egyes tenyészidőszakok közötti különbségeket mutatják meg. Célszerű azonban a bemutatott sorrendtől eltérően először azt megvizsgálni, hogy az egyes tenyészidőszakok milyen lehetőségeket biztosítanak a növények számára, miben különbözhetnek egymástól, s csak azután érdemes az egyes tenyészidőszakokon belüli hőmérsékleti különbségeket elemezni. Összefüggés a léghőmérséklet és a talajhőmérséklet között. A napsugarakkal érkező hőenergia elsősorban a talaj felső rétegét melegíti fel. Ez adja át a hőt a felette lévő levegőnek és az alatta lévő talajrétegeknek. A meteorológiai állomásokon mind a talajhőmérsékletet, mind pedig a léghőmérsékletet mérik. Mosonmagyaróvár ,0 20,0 rséklet Talajhőmé 15,0 10,0 5,0-5,0 y = 1,0041x - 0,0072 R 2 = 0,9956 0,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0-10, 0 Léghőmérséklet ábra. Összefüggés a 2 méterben mért léghőmérséklet és a 2 cm-ben mért talajhőmérséklet 5 évi napi átlagai között A mosonmagyaróvári meteorológiai állomás léghőmérsékleti és talajhőmérsékleti adatainak 1995 és 2000 közötti ötéves napi átlagain mutatjuk be a léghőmérséklet és a 2 cmes talajhőmérséklet közötti összefüggést ( ábra). Látható az ábrán, hogy a kettő között szoros lineáris kapcsolat van. A talajban lefelé haladva a hő hővezetéssel terjed, ezért az alsóbb szintekre bizonyos késéssel érkezik. Összefüggés a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet között. A növény a gyökereivel a talajba kapaszkodik, zöldtömege pedig a talajfelszín feletti levegőben helyezkedik el. Ezért a gyökerekben lejátszódó élettevékenységet a talajhőmérséklet befolyásolja, a zöldtömegben lévő biológiai folyamatokat pedig a levegő hőmérséklete. Mivel a növényeknek nincs saját hőmérsékletük (poikiloterm élőlények), ezért a környezetükkel állandó hőcsere folyamatban vannak. Nyilvánvaló, hogy a gyökérzet és a szilárd talaj között lévő szoros kapcsolat miatt a gyökérhőmérséklet kevéssé tér el a környezetében lévő talaj hőmérsékletétől, mint a földfeletti zöld részek hőmérséklete a körülöttük szinte állandó mozgásban lévő levegő hőmérsékletétől. 43

50 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Tehát a gyökérhőmérséklet és a növényhőmérséklet, valamint a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet között szoros kapcsolat van. A léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti összefüggésre vonatkozó általánosnak tekinthető kapcsolatot Robertson (1953) határozta meg. Az összefüggés konstansokkal leírható egyszerűbb formája a következő: T N QR QE = T L + (2.1.2) 1 + 0,01 u ahol T N a növényhőmérséklet, T L a léghőmérséklet, Q R a növény által felvett hőmennyiség, Q E a növény által a transzspirációra fordított hőmennyiség, az u pedig a szélsebesség ábra. A léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti összefüggés (Linacre 1964) Az összefüggésből látható, hogy a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet párhuzamosan változik. A besugárzási időszakban általában magasabb a növényhőmérséklet, mint a léghőmérséklet. A kisugárzás időszakában fordított a helyzet. A léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti különbség függ a növények nedvességi viszonyaitól is. A növény által felvett hőmennyiség minél nagyobb hányada fordítódik transzspirációra, annál kevesebb jut a hőmérséklet emelésére és megfordítva. Sokan mérték kísérleti úton is a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti különbséget. Linacre (1964) azt tapasztalta, hogy az egyes kutatók eredményei lényegesen eltérnek egymástól. Ezért önkényesen kiválogatta azokat az adatokat, amelyeket déltájban mértek. A kiválogatás a Föld különböző területeiről tartalmaz adatokat (sarkvidéki területek adatai, dél-afrikai üvegházakban mért adatok stb.). A mérési adatokat különböző növényekre különböző mérési módszerekkel gyűjtötték. A kapott eredmények az ábrán láthatók. Az ábrán az egyes mérési eredmények x -szel vannak jelölve. A folytonos vonal a léghőmérséklettel azonos növényhőmérsékleteket köti össze (ekvivalencia hőmérséklet). A szaggatott vonal a különböző szerzők által mért növényhőmérsékleteknek megfelelő regressziós egyenes (r=0,90). A két egyenes a 30 fok feletti értéknél metszik egymást, ami azt jelenti, hogy értékeik ekkor megegyeznek egymással. A növényhőmérsékletek általában ezen érték alatt magasabbak, ezen érték felett peddig alacsonyabbak, mint a léghőmérséklet. 44

51 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Az éghajlatváltozás és a talaj-, növény és léghőmérséklet megváltozása. A három különféle közeg: a levegő, a talaj és a növény közül az üvegházhatású gázok koncentrációjának hatására mind a háromnak emelkedik a hőmérséklete. A léghőmérséklet, a talajhőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti szoros kapcsolat következtében tehát a növény, amelynek gyökérzete a talajban van, zöld részei pedig a levegőben, mindegyikkel érintkezvén, növekvő hőhatás alá kerül. Arra kell tehát számítani, hogy arra fog törekedni, hogy a párologtatás növelésével a hőleadást fokozza. Ha ehhez nem áll rendelkezésére elegendő vízmennyiség, akkor a növény hőmérséklete is emelkedni fog. Hőmérsékleti viszonyok alakulásának vizsgálata hosszú adatsorok segítségével. Agroklimatológiai szempontból az egyik legfontosabb jellemzőérték a hőmérséklet. Éghajlati szempontból az egyik legkedvezőbb áttekintést akkor kapjuk a hőmérsékleti viszonyokról, ha először egy hosszabb időszakot veszünk alapul. Hazánkban az évtől tudunk egy olyan 120 évi sorozatot előállítani, amely 25 meteorológiai állomás havi adatain alapszik. Ezen időszak különböző hosszúságú adatsorai alapján elemezni tudjuk az évszakos (az éven belüli) és az évek közötti változékonyságot ábra. Az évi középhőmérsékletek Közép-Európában (Földi környezetünk atlasza 2004) Területi eloszlás. A ábrán az évi átlagos középhőmérsékletek eloszlását láthatjuk a hazánkat körülvevő szűkebb közép-európai térségre vonatkozóan. Az ábrán jól kivehető a medence hatás. A Kárpát-medence középső sík területei a legmelegebbek, s innét bármely irányban haladunk a hegyek felé a hőmérséklet csökken. A ábrán láthatjuk hazánk évi középhőmérsékleteit a 20. századi megfigyelések adatai alapján. Természetesen a hőmérséklet eloszlásának jellege ugyanolyan, mint amit az előző ábrán láthattunk. A középső déli, alföldi jellegű területek a legmelegebbek. Az északkeleti országrész és a nyugati határmenti területek pedig a leghűvösebbek. Mindkét területről a középső déli területek felé haladva az évi középhőmérséklet fokozatosan növekszik. Érdekességként említjük meg a főváros körüli magasabb hőmérsékletű területet, amelynek alapját minden valószínűség szerint a nagyváros hősziget hatása képezi, méretét azonban felnagyítja, hogy a térképet viszonylag kevés állomás adatai alapján lehetett megrajzolni, mert az 1990-es években számos meteorológiai állomás beszüntette a működését. 45

52 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Az ábra alján található színskálából az is kiderül, hogy egy-egy színárnyalat 0,3 tized fokos évi középhőmérsékleti különbséget reprezentál, s e szűk intervallum is közrejátszik abban, hogy bár hazánk területe viszonylag kis kiterjedésű számos átmeneti hőmérsékleti zóna alakul ki. Ez viszont lehetővé teszi, hogy jó áttekintést kapjunk hazánk hőmérsékleti viszonyainak területi eloszlásáról. 9,4-9,6 9,6-9,8 9,8-10,0 10,0-10,2 10,2-10,4 10,4-10,6 10,6-10,8 10,8-11, ábra. Az évi középhőmérsékletek alakulása Magyarországon 1901 és 2000 között Az évek közötti ingadozások. A vizsgált 13 állomás átlagában megadhatjuk az évi középhőmérsékletek évről-évre történő ingadozását is. Ez látható a ábrán. Területi átlag ,0 12,0 y = -0,0029x + 15,86 R 2 = 0,0137 Évi középhőmérséklet 11,0 10,0 9,0 8, ábra. Az évi középhőmérsékletek ingadozásai a 20. században A ábra azt mutatja, hogy a 20. század első évtizedeibe n az évi középhőmérsékletek emelkedtek. A legmelegebb időszak az 1940-es években volt. Igaz, hogy ezt 1940 körül nagyon hideg évek előzték meg. Az 1950-es évektől az 1970-es évek végéig az évi középhőmérsékletek fokozatosan csökkentek, s az 1980-as évektől kezdtek el meredeken emelkedni. Ezt mutatja a kékszínű trendvonal. Évek 46

53 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Területi átlag ,84 Az évi középhőmérsékletek szórásai 0,82 0,80 0,78 0,76 0,74 0,72 0,70 y = 0,0405x + 0,3436 R 2 = 0,1728 0,68 9,2 9,4 9,6 9,8 10,0 10,2 10,4 10,6 10,8 11,0 11,2 Az évi középhőmérsékletek átlagai ábra. Összefüggés az évi középhőmérsékletek és szórásaik között Ha a változási tendenciát egy egyenessel reprezentáljuk, akkor kismértékben csökkenő tendenciát kapunk, ahol a csökkenés mértéke 100 év alatt 0,29 fok. Az évi középhőmérsékletek emelkedésével a szórás növekszik ugyan, de ez az összefüggés nem túl szoros ( ábra). Gyakorisági eloszlás. Ha kiválasztjuk a két viszonylagos szélsőséget képviselő meteorológiai állomást, az ország legmelegebb területén fekvő Szegedet és a leghűvösebb területen találhat Szombathelyt, s egyetlen grafikonon ábrázoljuk gyakorisági eloszlásukat, akkor a ábrán látható képet kapjuk. Látható, hogy Szombathelyen lényegesen alacsonyabb évi középhőmérsékletek fordulnak elő, mint Szegeden. Szombathelyen 8 fok alatti évi középhőmérsékletek is előfordulnak, míg Szegeden 9 fok alattiak sem. Míg Szegeden a 10 foknál alacsonyabb évi középhőmérsékletek előfordulása meglehetősen ritka, addig Szombathelyen a 9 és 9,5 fokos évi közepek gyakoriak, a 10 fokos érték pedig a leggyakoribb. Szegeden a 11 fokos érték a legnagyobb gyakoriságú, Szombathelyen pedig ez már csak nagyon kis esetszámmal fordul elő. Szegeden a 11 és 12 fok közötti értékek a leggyakoribbak, míg Szombathelyen ezek az értékek alig fordulnak elő. Sőt Szegeden még 13 fokhoz közeli értékekkel is számolni lehet. Azt látjuk, hogy az átlagokban megmutatkozó 1 fokos hőmérsékletemelkedés azt eredményezi, hogy a maximumok irányában a szélsőértékek gyakorisága is eltolódik. Noha a maximumok és a minimumok közötti különbség (Szombathelyen 3,7 fok, Szegeden 3,8 fok) szinte azonos értékű, a szélsőértékekben jelentős az eltolódás. A két gyakorisági eloszlást úgy lehet tekinteni, mint amelyek középértéke egymáshoz képest másfél fokkal eltolódott a hőmérsékleti tengelyen, szélsőértékeikben pedig jelentős változás van. 47

54 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Gyakorisági eloszlás Előfordulási gyakoriság Szeged Szombathely 5 0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 Évi középhőmérsékletek ábra. Szombathely és Szeged évi középhőmérsékleteinek gyakorisági eloszlásai Az éven belüli ingadozások. A hőmérséklet változásai az éven belül követik a napsugárzás változásait. Ahogyan a decemberi 21-i legrövidebb nappalhossztól kezdve a nappalhosszúság és vele együtt a besugárzás intenzitása is elkezd növekedni, úgy lesznek egyre magasabbak a hőmérséklet értékei is. A nappalhosszúság június 22-én eléri a maximumát, a sugárzás intenzitása azonban csak némi késéssel, júliusban lesz a legnagyobb. A sugárzás intenzitásával párhuzamosan alakul a hőmérséklet évi menete is ( ábra). Mosonmagyaróvár ,0 20,0 Napi középhőmérséklet 15,0 10,0 5,0 0, ,0 Az év napjai ábra. A napi középhőmérsékletek évi menete A hőmérsékleti menet jelentősége abban van, hogy ennek alapján az évet fel lehet osztani olyan időszakokra, amikor a napi középhőmérséklet bizonyos küszöbérték felett marad. Ez a növénytermelés szempontjából azért fontos, mert az egyes növények csak akkor tudnak létezni, ha a napi középhőmérséklet tartósan a bázishőmérsékletük felett marad. Egy esetleges éghajlatváltozás következtében ezért egyes fajták vagy növények termeszthetősége is változna egy adott helyen, s a változáshoz való alkalmazkodás miatt a termeszthető növények szerkezetében is változást kellene végrehajtani. 48

55 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS A hőmérséklet napi menete is jelentőségel bír a növények számára, mert a nappali órák besugárzása és magasabb hőmérséklete kedvező a szerves anyag termelése szempontjából, míg éjszaka a légzés dominál, s minél alacsonyabbak az éjszakai hőmérsékletek, annál kevésbé intenzív a légzés, vagyis a szerves anyag lebomlása.. Mosonmagyaróvár Hőmérséklet (fok) 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0-1,0-2,0-3,0-4, Órák ábra. A hőmérséklet napi menete egy tavaszi napon A ábrán bemutatunk egy hőmérsékleti menetet olyan tavaszi napon, amikor a hőmérséklet éjszaka még fagypont alá süllyed. Ebben az esetben az éjszakai hőmérséklet kedvezőtlen a növények számára, különösen a friss hajtások szenvedhetnek jelentős károkat ábra. A hőmérséklet hatása a növények földfelszín alatti és a földfelszín feletti részeire 1 = levél, szár 2 = gyökér 3 = virág 4 = termés A napi hőmérsékleti változások hatása a növényekre. Befolyással van a talajok felmelegedésére az is, hogy a napsugarak csupasz talajra vagy növénnyel borított talajra érkeznek. Ha az adott területen növénytermelés folyik, akkor még attól is függ a felmelegedés mértéke, hogy hogyan művelték meg a talajt, s milyen a talaj növénnyel való borítottsága. Látható az ábrán, hogy a gyökér (szaggatott vonal) jellemzője, hogy széles hőmérsékleti határok között képes létezni, s alacsony hőmérsékleti értékeket is képes elviselni. Növekedésének optimális hőmérséklete 15 fok körül van, ekkor a növekedés napi 49

56 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS üteme meghaladja a 20 mm-t. A földfeletti részek létezésének hőmérsékleti intervalluma általában szűkebb, s pozitív hőmérsékleteket igényelnek. A szár és a levél hasonlóan a gyökérhez szélesebb hőmérsékleti intervallumban képes létezni. A növekedésükhöz szükséges optimális hőmérséklet 25 fok körül van és a gyökér növekedésének üteméhez hasonlóan 20 mm/nap feletti értéket tudnak elérni. A virágok és termés létezésének intervalluma még inkább a magasabb hőmérsékletek felé tolódott, s növekedésük üteme is alacsonyabb (15 mm/nap körüli érték). Nedvességi viszonyok A víznek sok egyedi tulajdonsága van. Ilyen az, hogy a Föld hőmérsékleti viszonyai között szilárd, folyékony és gáznemű állapotban egyaránt előfordul. Lehetséges az is, hogy a három különböző halmazállapot együtt létezik, de a legfontosabb a számunkra az, hogy az egyik halmazállapotból a másikba hogyan megy át, különösen a folyadék állapotból a gőzállapotba való átmenet nagy jelentőségű. A Földön található vízkészlet ( táblázat) mennyisége mintegy 1, km 3, amelynek 97%-a tengerekben található sósvíz. Mivel az óceánok egymáshoz kapcsolódnak, ezeket együtt világóceánként kezelhetjük. Óceánok borítják a Föld felszínének 71%-át. Az óceánok átlagos mélysége 3729 m. A világóceán az éghajlati rendszer egyik kulcsfontosságú eleme. Nagy mennyiségű hőt képes tárolni az évszakoktól az évszázadokig terjedő időskálán. Az Egyenlítőtől a sarkokig történő energiaszállításnak, amely melegíti a pólusokat és hűti a trópusokat mintegy a felét az óceánok szolgáltatják. Természetesen a világóceán úgyis felfogható, mint egy hatalmas víztartály, amely vízgőzt szolgáltat a csapadékhulláshoz táblázat.a Földön található vízkészlet mennyisége (Hartmann 1994) Természetes víztároló egységek Az összes %-ában Óceánok 97 Jégtakaró és gleccserek 2,2 Talajvíz 0,7 Tavak és folyók 0,013 Talajnedvesség 0,013 Légkör 0,0009 Teljes mennyiség 100 Az élőszervezetek a vizet többnyire folyékony állapotban veszik fel, s az élőszervezetekben is a víz majdnem teljes egészében folyékony állapotban van jelen, s csak kisebb mértékben gőzállapotban. Természetesen a párologtató felszínek feletti levegőben lévő vízgőznek is hatása van a növényekről történő párolgásra és így a vízgőz is befolyást gyakorol a növények életére. A víz a növénytermesztés nélkülözhetetlen eleme. Jelentősége abban áll, hogy a növények testének egyik fontos alkotóeleme, nélkülözhetetlen a fotoszintézis során, mivel a növényeknek a szén-dioxidon kívül vízre is szükségük van ahhoz, hogy szerves anyagot állítsanak elő, ami az élet alapja. A tápanyagok ugyancsak vízben oldott állapotban kerülnek a talajból az asszimiláló szervekbe. A növények a talajban tárolt vizet veszik fel. A talajban lévő víz a talajpórusokban tárolódik a levegővel együtt. Ezért mindig szem előtt kell tartani, hogy a víz és a levegő egymás rovására képes teret foglalni a pórusokban. Ha túl sok a víz, akkor kiszorul a levegő a 50

57 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS pórusokból, s a növények az oxigénhiánytól szenvednek. S megfordítva is igaz, ha kevés a víz, akkor a pórusok nagyobb részét levegő tölti ki, s a növényeknél fellép a vízhiány. Az a kedvező állapot, amikor a talajban elegendő víz van ahhoz, hogy a növények könnyen felvegyék és elegendő levegő ahhoz, hogy ne szenvedjenek az oxigénhiánytól. A víznek a talajból el kell jutnia az asszimiláló szervekhez. Mindenekelőtt megfelelő mennyiségű vízre és meghatározott küszöbhőmérséklet feletti értékekre van szükség ahhoz, hogy a víz a talajból a gyökerekbe kerüljön. Szükség van továbbá a transzspirációra, amely biztosítja a víz áramlását a gyökerektől egészen a levelekig, majd a felesleges víz a levegőbe távozik. A növények gyökereikkel a talajban, zöld részeikkel pedig a levegőben foglalnak helyet, ezért egyaránt fontos számukra a talaj felvehető víztartalma, a levegő nedvességtartalma, valamint a levegő párologtatóképességének hatására a gyökerektől az asszimiláló szervekig (levelekig) mozgó, s onnan a levegőbe távozó víz. Ez utóbbi fontosságát még az is emeli, hogy a tápanyagok is vizben oldott állapotban jutnak el a talajból a fotoszintetizáló részekhez. Emiatt szükséges, hogy a növények vízellátása folyamatos és zavartalan legyen. Ezt a talajok vízkészlete biztosítja, amely a lehulló csapadékmennyiség és az elpárolgó vízmennyiség együttes hatására alakul ki. Amikor csapadékos időszak van, akkor a vízbevétel kerül túlsúlyba és a talaj vízkészlete növekszik. Amikor nem hullik csapadék, akkor a párolgás szerepe válik meghatározóvá, s a talaj vízkészlete csökken. Az elmondott jelenségek és folyamatok alakulásában a meteorológiai tényezők meghatározó szerepet játszanak. A lehulló csapadék és a párologtatást előidéző energiamennyiség évi alakulása megszabja a talaj vízkészletének alakulását is. Ez alapvető fontosságú a gazdasági növények termesztése szempontjából, mivel meghatározza, hogy mikor és milyen mértékben van szükség a csapadékvíz öntözéssel való pótlására. Ezért fontos ennek a kérdésnek a sokévi adatokon alapuló agroklimatológiai vizsgálata. A víz körforgása. A víz a légkörben vízgőz formájában van jelen. Ha a hőmérséklet fokozatosan lehűl, akkor elér egy olyan hőmérsékleti értéket, amelynél a vízgőz kicsapódik, azaz csepfolyossá válik. Ehhez szükség van arra is, hogy a levegőben apró szilárd anyagok (por, korom, stb.) lebegjenek, amire a kicsapódás megtörténhet. Ezeket a szilárd részeket nevezzük aeroszolnak. A kicsapódott vízcseppek felhőkké állnak össze, s ezekből a víz visszahullik a földfelszínre. A Föld felszínének mintegy 70%-át tengerek borítják, 30%-át pedig szárazföldek. Ha a lehulló csapadék a tengerekbe kerül, akkor növeli a tengerekben tárolt víz mennyiségét. Ha a szárazföldekre hull, akkor egy része a felszínről elpárolog, egy része a felszínen elfolyik, s csak a fennmaradó rész szivárog be a talajba. A talajba beszivárgott víz jelentős mennyiségét a talaj felső rétegei képesek visszatartani a nehézségi erővel szemben. Azt a maximális vízmennyiséget, amelyet a talaj a nehézségi erővel szemben képes vissaztartani, szántóföldi vízkapacitásnak nevezzük. Azt a vízmennyiséget pedig, amelyet a talajszemcsék olyan erősen magukhoz kötnek, hogy a növények már nem tudják felvenni holtvíznek, vagy hervadási pontnak nevezzük. A szántóföldi vízkapacitás és a hervadási pont közötti vízmennyiség a hasznos víztartalom, amelyet a növények képesek felvenni a talajból. A szántóföldi vízkapacitást meghaladó vízmennyiség többnyire az alsóbb talajrétegekbe szivárog és ott talajvíz formájában felhalmozódik. A tengerekben és a szárazföldek talajaiban tárolt víz a napsugárzás intenzitásától függő mértékben felmelegszik és a levegőbe párolog. A felszíni formáknak megfelelően a növénytermesztés szempontjából háromféle párolgást szoktak megkülönböztetni: a szabad vízfelszínről történő párolgást (potenciális párolgást vagy a levegő párologtatóképességét), a csupasz talaj felszínéről történő párolgást (evaporációt) és a növények által történő párologtatást (transzspirációt). 51

58 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS A levegőben felhalmozódott vízgőz és a telített levegő vízgőztartalma közötti különbség mutatja a levegő telítettségi hiányát, amely egyúttal a levegő párabefogadó képességét is jelzi. Ez jelentős mértékben befolyásolja a párolgás intenzitását. A száraz levegőbe történő párolgás a legintenzívebb, majd a levegő páratartalmának növekedésével a párolgás intenzitása csökken, végül a telített levegőbe már egyáltalán nem párolog a felszínekről víz. A növények vízellátottsága szempontjából a csapadékhullás, a talajban történő tárolás és a párolgás a meghatározó. Csapadék. A csapadékoknak különböző formái lehetségesek. Megkülönböztetünk hulló (eső, jégeső, hó) és nem hulló (harmat, zúzmara, dér) csapadékokat, valamint cseppfolyós (eső, harmat) és szilárd (jégeső, hó, zúzmara, dér) csapadékokat. A csapadékok növénytermesztési jelentősége abban van, hogy a talajba szivárogva növelik a talaj vízkészletét, amit a növények hasznosítani képesek ábra. Közép-Európa évi átlagos csapadékösszegei (Földi környezetünk atlasza 2004) Agroklimatológiai szempontból a hőmérséklet mellett a másik fontos jellemzőérték a nedvesség. Éghajlati szempontból az egyik legkedvezőbb áttekintést akkor kapjuk a nedvességi viszonyokról, ha először egy hosszabb időszakot alapul véve az elemzést a csapadékviszonyok elemzésével kezdjük. Hazánkban a 20. századra vonatkozóan tudunk egy olyan 100 évi csapadéksorozatot előállítani, amely 13 meteorológiai állomás havi adatain alapszik. Ezek alapján elemezni tudjuk az évek közötti és az évszakos (éven belüli) változékonyságot is. Az évek közötti ingadozások elemzése a növénytermelés szempontjából azért fontos az évi csapadékmennyiség, mert az tájékoztat arról, hogy az adott termőterületen az évek többségében mennyi természetes forrásból származó vizzel tudunk számolni. A csapadék évi menete pedig képet ad arról, hogy az évenként rendelkezésre álló csapadékmennyiség az éven belül hogyan oszlik el. Területi eloszlás. Az egyes évek csapadékviszonyait az évi csapadékmennyiségek alapján vizsgálhatjuk. Nézzük meg először azt, hogy az évi csapadékösszegek területi eloszlása hogyan alakul. Ezt elsőként Közép-Európa csapadékviszonyaiba ágyazva célszerű tanulmányozni ( ábra). A ábrán jól kivehető a hazánkban is érvényesülő 52

59 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS medence-hatás, amely abban nyilvánul meg, hogy a medence középső része kapja a legkevesebb csapadékot és a hegyek felé közeledve a csapadék mennyisége fokozatosan emelkedik. A legtöbb csapadékot a délnyugati országrész kapja, s onnét észak és kelet felé haladva a csapadék mennyisége csökken. Ha ebbe a képbe szeretnénk beilleszteni az elmúlt 100 év csapadékviszonyait, akkor a ábrán látható csapadékeloszlást kell elemeznünk ábra. Hazánk évi csapadékmennyiségeinek eloszlása az közötti időszakban Látható a ábrán, hogy a délnyugati országrészek kapják a legtöbb csapadékot. A csapadék mennyisége a Dunántúl legnagyobb részén meghaladja a 600 millimétert, csak a Dunántúl északi és északkeleti területei kapnak 600 milliméternél kevesebb évi csapadékmennyiséget. A Dunától keletre már az évi 550 mm alatti csapadékmennyiségek jellemzők. A legkevesebb évi csapadékösszegek a Közép-Tisza vidéki területekre jellemzőek. Ugyanakkor az alföldi területek egésze is 500 mm alatti évi csapadékmennyiségeket kap. Ha az elmondottakat összevetjük a hőmérsékletnél tapasztaltakkal, akkor azt mondhatjuk, hogy a délnyugati országrészek a leghűvösebb és legnedvesebb területek, az Alföld középső és déli területei pedig a legmelegebb és legszárazabb területek. Időbeli eloszlás. Az egyes területek csapadékmennyiségei is évről-évre eltérőek lehetnek. Az évenkénti ingadozás jellemzője lehet az is, hogy bizonyos ideig tartó egyirányú (emelkedő és csökkenő tendenciájú) változások léphetnek fel. A ábrán látható, hogy a 20. században az évi csapadékmennyiségek évenkénti ingadozásai (szaggatott vonal) az első 50 évben nem mutattak felismerhető tendenciát. Az 1950-es évektől azonban egy észrevehető csökkenés figyelhető meg egészen az 1980-as évek közepéig, onnét pedig a század végéig emelkedő vízbevétel érvényesül. Ha azonban a változás tendenciáját egyenessel közelítjük meg, akkor az egész 20. századot csökkenő jelleg jellemzi. A csökkenés 10 évenként 8 mm-t tett ki, az évszázad egésze alatt tehát 80 mm-es csökkenés adódott. 53

60 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS ábra. Az évi csapadékmennyiségek ingadozásai a 20. században ábra. Zalaegerszeg és Szeged évi csapadékmennyiségeinek gyakorisági eloszlásai Gyakorisági eloszlás. Hazánk legcsapadékosabb területe a Délnyugat-Dunántúl, s legkevesebb csapadékú területe pedig a Dél-Alföld. Kiválasztottunk mindkét helyen egy-egy állomást: Zalaegerszeget és Szegedet, s meghatároztuk mindkét állomáson az évi csapadékmennyiségek gyakoriságát. Látható a ábrán, hogy a két gyakorisági eloszlás esetén mind a leggyakoribb érték, mind pedig a gyakorisági eloszlás terjedelme eltérő. A leggyakoribb érték Szegeden mm, Zalaegerszegen pedig mm. Az eloszlások különböznek abban is, hogy a leggyakoribb értékek előfordulási gyakorisága is különbözik. Amíg Szegeden a leggyakoribb érték 41 alkalommal fordult elő, Zalaegerszegen csak 33 alkalommal. Az is látható, hogy Szegeden kisebb a gyakorisági eloszlás terjedelme, mint Zalaegerszegen. 54

61 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Megvizsgáltuk ezért azt is, hogy milyen kapcsolat van a középérték és szórás között. A ábrán látható, hogy az évi átlagos csapadékmennyiségek és szórásuk között lineáris kapcsolat állapítható meg, vagyis minél magasabb az átlagos évi csapadékmennyiség, annál nagyobb a szórása. Vagyis a csapadékmennyiségével növekszik az évenkénti ingadozásuk is, a csapadékmennyiségek csökkenésével pedig csökken az ingadozás is ábra. Összefüggés az évi átlagos csapadékmennyiség és a szórásuk között Amint az ábrából leolvasható, ha az átlagos évi csapadékösszegek mm közötti értékről mm közötti értékre emelkednek, akkor a szórás mintegy 25 mm-rel növekszik. Vagyis minden 200 mm-es évi csapadékmennyiség változásnál a szórásnak hozzávetőlegesen 25 mm-es változásával lehet számolni. Az ábrán látható determinációs együttható értékéből (R 2 ) leolvasható, hogy az átlagos évi csapadékmennyiségek változása 50%-ban befolyásolja a szórások változását. Azt gondolhatjuk tehát, hogy egy esetleges éghajlatváltozás esetén a csapadék növekedésével az ingadozás növekedése, a csapadék csökkenésével pedig az ingadozás csökkenése is együtt fog járni. Az éven belüli ingadozások. Az év folyamán rendelkezésre álló csapadékmennyiség eloszlása (az évi menet) azt mutatja meg, hogy a növénytermelés igénye és a valóságos helyzet mennyire felel meg egymásnak. A ábrán Kecskemét 1951 és 2000 közötti havi adatain mutatjuk be a csapadék éven belüli eloszlását. Látható az ábrán, hogy hazánkban a csapadék minimuma az év első hónapjaiban van. Az ország több helyén a december hónap is kis csapadékmennyiségével tűnik ki. Áprilistól a havi csapadékösszegek fokozatos emelkedése tapasztalható. Ez a növénytermelés szempontjából rendkívül kedvező, hiszen a tavasszal emelkedő hőmérsékletek mellett az emelkedő csapadékmennyiségek is kedveznek a növények növekedésének és fejlődésének. A maximumok a legtöbb helyen június hónapban vannak, a délnyugati országrészre jellemző a magas júliusi csapadék, amely meghaladhatja a júniusi értéket is. Amíg a június hónapra általában a nedves légtömegekkel érkező kisebb intenzitású csapadék a jellemző, a két utolsó nyári hónapot inkább a záporszerű csapadékok uralják. Ezért ekkor magas havi csapadékösszeg mellett is néhány nap alatt lehullhat a havi csapadékmennyiség zöme, s utána meleg, csapadéknélküli napok következnek. Ezt a lehetőséget a nyári csapadékok és a növénytermelés kapcsolatának elemzésekor mindig szem előtt kell tartani. Ősszel a csapadék 55

62 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS eloszlásában egy másodminimum figyelhető meg, amely hol szeptemberben, hol pedig októberben jelentkezik. Közvetlenül ezután novemberben másodmaximum van, amely a csapadékeloszlásban megnyilvánuló mediterrán hatásra Kecskemét ,0 70,0 Havi csapadékösszeg (mm) 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Hónapok ábra. A csapadék havi összegeinek évi menete Ha az éven belüli alakulást a napi átlagos csapadékmennyiségek segítségével jellemezzük, akkor a ábrán látható eloszlást kapjuk, ami csak a napi bontásban különbözik az előző ábrától. A pontok az egyes napi csapadékátlagok, a vastag vonal pedig a hatodfokú polinommal meghatározott trend. A főminimum az év 40. és 60. napja (február 9. és március 1.) között van. A fokozatos emelkedés egészen a napok közötti időszakig ( június 9.- től és június 29-ig) tart. Innen a napi csapadékátlagok csökkenése tapasztalható egészen az őszi napok közötti időszakig (szeptember 17-től október 17-ig). Majd a másodmaximum az év 340. napja (december 6.) táján alakul ki. Kecskemét Napi átlagos csapadékmennyiség (mm) 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 y = -1E-13x 6 + 1E-10x 5-5E-08x 4 + 7E-06x 3-0,0002x 2-0,0052x + 1,0872 R 2 = 0,2888 0, Az év napjai ábra. A napi csapadékátlagok évi menete Látható az ábrán az is, hogy az egyes pontok erősen szóródnak, s az egyes napokon meglehetősen széles intervallumon belül fordulnak elő. Jellemző a szóródásra, hogy a 56

63 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS minimumok közelében a szóródás intervalluma összeszűkül, a maximumok környezetében pedig kitágul. Különösen erős a szóródás a főmaximum körüli nyári hónapokban. A napi csapadékösszegek gyakorisága. Célszerű azt is megvizsgálni, hogy egyetlen nap alatt mennyi csapadék szokott leesni. Ezt az eloszlást a ábrán láthatjuk Gyakoriság (nap) Mosonmagyaróvár y = -6E-06x 5 + 0,0011x 4-0,0738x 3 + 2,4329x 2-38,318x + 232,05 R 2 = 0, Napi csapadékmennyiség A napi csapadékösszegek előfordulásának gyakorisága Természetesnek vehetjük azt, hogy leggyakrabban csapadéknélküli napokra lehet számítani, hiszen hazánkban a csapadékmentes napok száma átlagosan nap körül mozog, vagyis általában három nap közül kettőn nem várható csapadék. Az ábrán leolvasható, hogy azokon a napokon, amikor hullik csapadék, akkor is az esetek túlnyomó többségében 5 mm vagy annál kevesebb a mennyisége. Még az 5-10 mm közötti csapadékok is előfordulhatnak alkalommal. Ezután azonban fokozatosan csökken a magasabb napi csapadékösszegek előfordulásának valószinűsége. Azt mondhatjuk, hogy 20 mm-nél nagyobb csapadékmennyiségek egy nap alatt csak ritkán hullanak. A ábrán láthattuk, hogy különösen a maximumok idején nagy a napi csapadékösszegek szóródása. Ezért az várható, hogy ha egy esetleges éghajlatváltozás esetén a napi csapadékösszegek változékonysága megnövekedne, akkor az a maximumok táján lenne várható. A talajvíz, mint vízbevételi forrás. Korábbi felmérések szerint a talajvízből kapilláris emeléssel jelentős mennyiségű, Magyarország teljes öntözési kapacitásának mintegy kétháromszorosát kitevő mennyiségű víz kerül a talajvíz feletti talajrétegekbe. Ennek a vízmennyiségnek a meghatározására négylépcsős számítógépes modell áll rendelkezésre (Várallyay 2005a). Fontos tehát annak ismerete is, hogy ez a talajnedvesség-tározó tér hogyan töltődik fel és hogyan hasznosul vagy hogyan hasznosítható (Rajkai 2004; Várallyay 2005a). Párolgás. A folyékony állapotban lévő víz gőzneművé alakulását párolgásnak nevezzük. Ehhez a folyamathoz hőre van szükség. Az a többlet hőmennyiség, amely szükséges a folyékony víz gőzneművé alakításához, a vízgőzben látens hő formájában tárolódik. A potenciális párolgás az a maximális vízmennyiség, amely adott sugárzási, hőmérsékleti és légnedvességi viszonyok között a szabad vízfelszínről képes elpárologni. Mivel ebben az esetben a víz korlátlanul rendelkezésre áll, a párolgás mennyisége alapvetően a légköri viszonyoktól függ, ezért a potenciális párolgást szokás a levegő párologtatóképességének is nevezni. 57

64 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS A csupasz talajról történő párolgást evaporációnak, a növényeken keresztül történő párolgást transzspirációnak nevezzük. A növénnyel borított talajról történő párolgást pedig, tehát a csupasz talaj és a növény együttes párologtatását evapotranszspirációként határozzuk meg. Az evapotranszspiráció várhatóan akkor lesz maximális, ha a talaj nedvességtartalma a maximális hasznos vízmennyiség 70-80% között mozog. Ha a talajban ennél több a víz, akkor a pórusokban kevés a levegő, így a növények élettevékenysége és ezért a vízfelvétele sem lesz zavartalan. Ha pedig az említett értékköznél kevesebb víz van a talajban, akkor a növény már nehezebben veszi fel a vizet. Ezért a lehetséges legmagasabb evapotranszspiráció, azaz a potenciális evapotranszspiráció nem akkor következik be, amikor a talaj vízkapacitásig telített, hanem akkor, amikor a talaj víztartalma a növény számára optimális. Ezért Antal (1968a) a maximális evapotranszspirációt optimális evapotranszspirációnak nevezi. A maximális evapotranszspirációt akár potenciális, akár optimális evapotranszspirációnak nevezzük mindenekelőtt azt kell szem előtt tartani, hogy az nem a maximális talajnedvesség esetén, hanem az optimális talajnedvesség mellett fordul elő. Szolnok Potenciális evapotranszspiráció (mm) Az év napjai Kukorica Búza Burgonya ábra. Három szántóföldi növény potenciális evapotranszspirációja Potenciális párolgás. A párolgás akkor lehet potenciális, ha a rendelkezésre álló vízmennyiség nincsen korlátozva, ami tiszta formában a szabad vízfelszínről történő párolgás esetén valósul meg. A növénnyel borított talajok esetében pedig akkor, ha a talajnedvesség a növény számára optimális szintek között marad. Ekkor a párolgás a rendelkezésre álló energiamennyiségtől, a levegő párabefogadó képességétől és a légmozgástól függ. A növények esetében azonban még figyelembe kell venni azt is, hogy a növények párologtató felszíne, a levélfelület nagysága a tenyészidőszak folyamán folyamatosan változik ( ábra). Ezért a növényállomány potenciális evapotranszspirációját (PE) a következőképpen tudjuk meghatározni: PE = k(lai) E 0 (2.1.3) ahol k(lai) alapvetően a levélfelület nagyságától függő paraméter, E 0 pedig a potenciális párolgás (a levegő párologtatóképessége). Ez utóbbi meghatározására hazánkban különféle lokális formulákat dolgoztak ki (Antal 1968b, Dunay et al. 1968, 1969, Szász 1973). 58

65 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Ezért a potenciális evapotranszspirációval kapcsolatban a növénytermelés szempontjából két dolgot kell kihangsúlyozni. Az egyik, hogy ha a talaj nedvességtartalmát az optimális intervallum alsó határa felett tudjuk tartani (Szalóky 1989), akkor a potenciális evapotranszspiráció az adott növény párolgási vízigényének felel meg. Ebben ez esetben a nedvességellátottság szempontjából kedvező terméshozamok várhatók. A másik, hogy a maximális levélfelület (párologtatófelület) esetén a legnagyobb a potenciális evapotranszspiráció, vagyis ekkor legnagyobb a növény párolgási vízigénye. Attól függően, hogy a potenciális párolgást milyen módszerrel határoztuk meg, különféle növényi paramétereket (k értékeket) kapunk (Antal és Posza 1970, Posza 1980, Posza és Stollár 1983). A potenciális párolgás értékeit a Dunay et al. (1968, 1969) által kidolgozott módszerrel adtuk meg. Számításainkban a Posza (1980) által A kádra meghatározott értékeket használtuk. Szolnok Potenciális evapotranszspiráció (mm) Zöldborsó Parad. Vör.hagy Az év napjai ábra. Három kertészeti növény potenciális evapotranszspirációja A ábrán láthatjuk, hogy az őszi búzánál a legnagyobb párologtatás időszaka az év napja közötti időszakban (május 10. és május 30. között), a burgonyánál a napok közötti időszakban (június 29. és július 9. között), a kukoricánál pedig a napok közötti időszakban (július 9. és augusztus 8. között) van. A legnagyobb párolgás idején a napi maximumok a kukoricánál a legmagasabbak, az őszi búzánál pedig a legalacsonyabbak a három vizsgált növény esetében. A ábra alapján azt mondhatjuk, hogy a zöldborsó maximális párologtatásának időszaka az év 150. napja (május 29.) táján van, a vöröshagyma esetében ez az időszak a napok között (május 29. és július 18. között) található, míg a paradicsom esetében az év napja közötti időszakban (július 18. és augusztus 7. között) következik be. A levélfelület nagysága függ a hőmérséklet alakulásától. Ezért felmelegedés esetén a fejlődés felgyorsul, s a legnagyobb levélfelület is korábban alakul ki és a legnagyobb párolgási vízigény időszaka is ehhez fog igazodni. Az éghajlatváltozással kapcsolatban felmerülhet a csapadékellátottság változása is, ezért a növények vízigényének (Szalóky 1991) és természetes vízhasznosításának (Szász 1995) figyelembe vételével felmerülhet a fokozottabb öntözés szükségessége is (Posza 1987, Szalóky 1991). Talajnedvesség. A növényi élet szempontjából rendkívül fontos, hogy a talaj képes jelentős mennyiségű vizet tárolni. Ennek a víznek a fő bevételi forrása a csapadékból 59

66 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS származó víz, a fő kiadási tényezője pedig a talajokon és növényeken keresztül történő párolgás. A talajban tárolt víz szerepet játszik a talajok levegő- és hőgazdálkodásának a szabályozásában is és befolyással van a talajban tevékenykedő élőlényekre is. Ezért a talajban tárolt víz mennyiségének idő- és térbeli alakulása fontos jellemzője a talajoknak. A talajok víztározó képessége. A talaj hazánk legnagyobb kapacitású természetes víztározója (Várallyay 2005b). A talaj felső, egyméteres rétege hatalmas mennyiségű víz befogadására képes, amelynek mintegy 40-45%-a a növények számára hasznosítható vízmennyiség, a fennmaradó 55-60% pedig a növények számára nem-hozzáférhető holtvíz (Várallyay 2005a). A talajnedvesség értékeit a Varga-Haszonits (1991) által kidolgozott modellel határoztuk meg. A modellt az Országos Meteorológiai Szolgálat által működtetett talajnedvesség-mérő hálózat adatain verifikáltuk, felhasználva a talaj hasznos vízkapacitásának (a talaj maximális hasznos vízmennyiségének) meghatározására a Várallyay és mtsai által (1980) végzett vizsgálatok eredményeit. A talajnedvesség évi menete. A csupasz talaj nedvesség nedvességtartalmának évszakos eloszlása hazánkban azt mutatja, hogy a téli félévben, amikor alacsonyabbak a hőmérsékletek, s emiatt erősen lecsökken a párolgás, a talajok víztartalma viszonylag magas, a nyári félévben pedig, amikor a növények vízfogyasztása is jelentős, a talajok víztartalma alacsony ( ábra) Relatív talajnedvesség (%) Szombathely Szeged Az év napjai ábra. A talajnedvesség közötti napi átlagainak évi menete egy nedves területen lévő hely (Szombathely) és egy száraz területen lévő hely (Szeged) adatai alapján. Összehasonlítva a nedves terület és a száraz terület talajnedvességtartalmának alakulását, láthatjuk, hogy az évi menet párhuzamosan alakul, csupán az értékek nagysága különbözik. Hozzávetőlegesen az év vége felé közeledve, az év 350. napja (december 16) után és a következő év első 100 napjában (április 10-ig) a talaj nedvességtartalma még 50 évi átlagban is közel van a telítettséghez. Utána a talajok víztartalma fokozatosan csökken s általában az év 200. (július 19) és 300. (október 27) napjai között a legkisebb. Az évi átlagos talajnedvesség évenkénti változásai. Ismét a nedves területen lévő Szombathely és a száraz területen lévő Szeged adatait hasonlítottuk össze. Itt észrevehető különbség mutatkozik az eloszlásban. A nedvesebb területen a talajnedvesség tartalmának évi ingadozásai nem mutatnak olyan hullámzást, mint a száraz területen. A nedves területen a 60

67 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS legmagasabb talajnedvesség értékek az közötti évtizedben fordultak elő, míg a száraz területen a maximum inkább az közötti évtizedre tehető. A minimum értékek mindkét helyen az 1980 és 1990 közötti évtizedben fordultak elő. Az 1990 és 2000 közötti évtizedben azonban az évi talajnedvesség másként viselkedett a nedves területeken, mint a száraz területeken. A nedves területeken ugyanis nem látszott jelentős ingadozás, míg a száraz területeken az évtized elejét emelkedő tendencia, az évtized végét pedig csökkenő tendencia jellemezte. A talaj évi átlagos nedvességtartalmának évenkénti változásai 100,0 90,0 Relatív talajnedvesség (%) 80,0 70,0 60,0 50,0 Szombathely Szeged Poly. (Szombathely) Poly. (Szeged) 40, Évek ábra. Az évi átlagos talajnedvesség évenkénti változásai ( ) A két megfigyelőhely adatainak összehasonlításából kitűnik, hogy a nedves területen egy alkalommal még 90%-ot meghaladó évi átlagos talajnedvesség is előfordult, de a nedves éveket a 80% fölötti átlagos talajnedvesség jellemezte. Itt a száraz évek jellemzője az volt, hogy az évi átlagos talajnedvesség 70% alatt maradt. A száraz területen ugyanakkor a 70% fölötti nedvességű évek számítottak nedvesnek és a 60% alattiak pedig száraznak. Irodalom Antal E. (1968a): Az öntözés előrejelzése meteorológiai adatok alapján. Kandidátusi értekezés, Budapest, 147 oldal. Antal E. (1968b): Új módszer a potenciális evapotranszspiráció számítására. Beszámolók az ben végzett tudományos kutatásokról. OMI Hivatalos Kiadványai, XXXIV. Kötet, oldal. Antal E., Posza I. (1970): A különböző növényállományok növénykonstansai és a változásuk a tenyészidőszak folyamán. Beszámolók az 1968-ban végzett tudományos kutatásokról, OMI Hivatalos Kiadványai XXXV. Kötet, oldal. Dunay S., Posza I., Varga-Haszonits Z. (1968): Egyszerű módszer a tényleges evapotranszspiráció és a talaj vízkészletének meghatározására. I. rész: A párolgás meteorológiája. Öntözéses gazdálkodás. VI. kötet, 2. szám. Dunay S., Posza I., Varga-Haszonits Z. (1969): Egyszerű módszer a tényleges evapotranszspiráció és a talaj vízkészletének meghatározására. I. rész: A tényleges párolgás. Öntözéses gazdálkodás. VII. kötet, 2. szám. Földi környezetünk atlasza (2004): Cartographia Kft. Budapest, 19. oldal. 61

68 AZ ÉGHAJLAT, MINT TERMÉSZETI ERŐFORRÁS Hartmann, D.L. (1994): Global Physical Climatology. Academic Press, New York, 411 oldal. Linacre, E.T. (1964): A note on feature of leaf and air temperature. Agricultural Meteorology, Vol. 1: oldal. Major Gy., Morvai A., Takács O., Tárkányi Zs., Weingartner F. (1976): A napsugárzás Magyarországon OMSz Hivatalos Kiadványai. Magyarország éghajlata 10. szám. Budapest. 78 oldal. Major, G. and Takács, O. 1985: Main Characteristics of Solar Radiation in Hungary. International Agrophysics 1, No. 1, pp oldal. Major Gy. (2005): Néhány adat a napsugárzásról. Kézirat. 8 oldal. Mersich I., Práger T., Ambrózy P., Hunkár M., Dunkel Z. szerk. 2002: magyarország éghajlati atlasza. Országos Meteorológiai Szolgálat, Budapest. 107 oldal. Mészáros E. (1998): Éghajlat és emberi tevékenység: a jövő nagy kihívása. Meteorológiai Tudományos Napok 97, OMSz, Budapest, oldal. Posza I. (1980): Konzervnövények evapotranspirációja. Beszámolók az 1978-ban végzett tudományos kutatásokról, OMSz Hivatalos Kiadványai XXXIX. Kötet, oldal. Posza I., Stollár A. (1983): A tényleges párolgás számításához használt növénykonstansok értékei többévi mérés alapján. Időjárás, 88. évf. 3. szám, oldal. Posza I. (1987): Az öntözés agrometeorológiai alapjai. Időjárás, 91. évf szám, oldal. Rajkai K. 2004: A víz mennyisége, eloszlása és áramlása a talajban. MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet, Budapest, 208 oldal. Robertson, G.W. (1953): Some agrometeorological problems in Canada. Royal Meteorological Society, Canadian Branch, Toronto. Szalóki S. (1989): A növények vízigénye, vízhasznosítása és öntözővíz-szükséglete. Az öntözés gyakorlati kézikönyve. Szerk.: Szalai Gy. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, oldal. Szalóki S. (1991): A növények vízigénye és öntözésigényessége. Öntözés a kisgazdaságokban. Szerk.: Lelkes J.-Ligetvári F. Fólium Könyvkiadó Kft., Budapest, oldal. Szász G. (1973): A potenciális párolgás meghatározásának új módszere. Hidrológiai Közlöny, oldal. Szász G. (1995): Főbb termesztett növények természetes vízhasznosulása Magyarországon. Éghajlati és agrometorológiai tanulmányok. OMSz, oldal. Várallyay Gy., Szűcs L., Rajkai K., Zilahy P., Murányi A. 1980: Magyarországi talajok vízgazdálkodási tulajdonságainak kategória rendszere és 1: méretarányú térképe. Agrokémia és Talajtan, 29: oldal. Várallyay Gy. 2004: A talaj vízgazdálkodásának agroökológiai vonatkozásai. AGRO-21 Füzetek, 37: oldal. Várallyay Gy. 2005a: A talaj vízgazdálkodása és a környezet. In: Németh T. szerk.: A talaj vízgadálkodása és a környezet. MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézet, Budapest, oldal. Várallyay Gy. 2005b: Magyarország talajainak vízraktározó képessége. Agrokémia és Talajtan, 54: oldal. Varga-Haszonits Z. - Tölgyesi L. (1990): Az alapvető agroklimatológiai jellemzőértékek meghatározása. Agroökológiai Információs Rendszer Program, Tanulmány, Budapest, 57 oldal. 62

69 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK Az éghajlati elemek által meghatározott időszakok Az egyes meteorológiai elemek értékei időben jelentős mértékben változnak. A napsugárzás értékei azért, mert az év folyamán a Föld ellipszis alakú pályán kering a Nap körül és ennek során hol közelebb, hol távolabb kerül a Naphoz, s ezért a Földre érkező sugárzás mennyisége is változik. Mivel tengelye sem merőleges a keringés síkjára és a tengelye körül 24 óra alatt egy teljes fordulatot tesz meg, a Földre érkező sugárzás mennyisége a nap folyamán is változik. S ennek megfelelően alakul a hőmérséklet is mind az év, mind pedig a nap folyamán. Emiatt az évnek vannak meleg és hideg időszakai és a hidegből a meleg időszakba, valamint a melegből a hideg időszakba történő átmeneti szakaszai. Ugyanígy a napnak is vannak a nappal folyamán melegebb, s az éjszaka alatt pedig hűvösebb szakaszai, s a kettő között átmeneti szakaszok. Változik a higrikus elemek éven belüli eloszlása is, részben közvetlenül a napsugárzás hatására, részben a sugárzási viszonyok által is meghatározott cirkulációs viszonyok hatására. Ennek alapján az éven belül meg lehet különböztetni nedves és száraz időszakokat, s köztük az egyikből a másikba történő átmenet időszakait. Ezek a meteorológiai viszonyok által meghatározott természetes periódusok adják az adott termőhely növénytermesztési szempontból jellegzetes adottságait. A napsugárzás által meghatározott periódusok A napsugárzás az intenzitásával és a tartamával is hat a növények életére. A Napból érkező sugárzás intenzitása szolgáltatja a növények számára fotoszintézishez szükséges energiát. A növények egy adott helyen alkalmazkodnak a napsütéses időszakok hosszához és ezt a tulajdonságukat (rövidnappalos, hosszúnapalos növények) megtartják akkor is, ha más területre helyezik át őket. A napsugárzás intenzitása és tartama együtt fejti ki a hatását, a kettőt együtt azonban meglehetősen nehéz egyszerre figyelembe venni. Az agroökoszisztémák olyan közegben helyezkednek el, ahol az energia állandóan áramlik egyik helyről a másikra. A növények és a környezetük közötti folyamatos energiaáramlást, jól érzékelteti a ábra (Gates 1980). Látható az ábrán, hogy a Napból érkező közvetlen, szórt és visszavert sugárzást a növények elnyelik, s ennek hatására felmelegszenek. Mivel a növényeknek nincsen állandó hőmérsékletük, a környezetükkel folyamatos hőcserét bonyolítanak le. A hőt részben hőmérsékleti sugárzás formájában adják le, részint párolgás útján, látens hő formájában. Ebben a hőcsere folyamatban szerepet játszik a szél is, amely elsősorban a keverő hatásával a hőmérsékleti különbségek kiegyenlítésére törekszik. Amennyiben a növény és környezete között nincsen hőmérsékleti különbség, akkor a két közeg között a hőáramlást tekintve nyugalmi állapot áll be. A növény és környezete közötti energiaáramlásnak az év folyamán szabályos változásai vannak. Vannak olyan időszakok, amikor hosszabbak a napsütéses időszakok és intenzívebb a besugárzás, s vannak rövidebb napsütésű és kevesbé intenzív sugárzású időszakok. Ugyanakkor az egyes években leérkezett sugárzásmennyiség is változik. a sugárzásmennyiség évenkénti változásai azonban nem mutatnak olyan jellegzetes szabályszerűségeket, mint a sugárzás éven belüli változásai. Az egyéves növények számára az éven belüli változások a fontosak, mivel életük folyamán ezek gyakorolnak rájuk hatást. Ugyanakkor a növénytermesztő számára azt is fontos tudni, hogy az egyes években a napsugárzás intenzitásában és tartamában milyen változások lehetnek az adott helyen. 63

70 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK ábra. Energiaáramlás a növényi környezetben (Gates 1980). Napfénytartam. Napfénytartamnak kétféle formája ismeretes. A csillagászatilag lehetséges napfénytartam, amely a napkelte és a napnyugta közötti időszakot foglalja magába, s az adott időszakban a lehetséges leghosszabb napsütéses időszak. A tényleges napfénytartam pedig a napkelte és a napnyugta között olyan időszak, amelynek során a napsugarak a napfénytartammérő műszer szalagján képesek égési nyomot hagyni. Ha egy nap folyamán több ilyen időszak is váltakozik napsütés nélküli, borúlt időszakokkal, akkor az egész napra vonatkozó tényleges napfénytartamot úgy határozzuk meg, hogy az egyes napsütéses időszakok tized órákban mért tartamát összeadjuk. Gyakorlatilag tehát a tényleges napfénytartam párásság és a felhőzet által nem gyengített, direkt napsütéses időszakok napi együttes időtartamát jelenti. A Földnek a saját tengelye körüli forgása miatt a nappalok és éjszakák, azaz a világos és a sötét időszakok váltakoznak egymással. Ha a forgástengely a Nap körüli keringés síkjára merőleges lenne, akkor a nappalok és az éjszakák azonos (12-12 óra) hosszúságúak lennének. A Föld forgástengelye azonban a függőlegessel 23 fokos szöget zár be, ezért a nappalok és az éjszakák hossza az év folyamán folyamatosan változik. Ehhez a jelenséghez alkalmazkodtak a növények, s ezt nevezik fotoperiodizmusnak. A csillagászatilag lehetséges nappalhosszúság. A napkelte és napnyugta közötti időszak (a csillagászatilag lehetséges napfénytartam) a földrajzi szélesség függvénye. Az Egyenlítő körüli területeken 12 óra körüli értékek a jellemzők. A magasabb földrajzi szélességeken nyáron a nappalhosszúság növekszik, télen pedig csökken. Időbeli változása jellegzetes évi menetet mutat, ami elsősorban a mérsékelt övre jellemző. A téli napforduló (december 21) idején vannak a legrövidebb nappalok, amelyek a téli napfordulótól távolodva fokozatosan 64

71 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK növekszenek. Március 23-án a nappalok és éjszakák egyforma hosszúságúak (napéjegyenlőség). A nappalok hossza ezután is tovább növekszik, s a nyári napforduló (június 22) idején érik el legnagyobb hosszúságukat. Ezután csökkeni kezdenek és szeptember 23-án a nappalok és éjszakák hossza ismét egyenlővé válik, majd tovább csökkenve a nappalhosszúság közeledik a decemberi minimum értékhez. Ezt a jellegzetes évi menetet mutatják a hazai adatok is. Az előző fejezetben az ország középső területén fekvő Kecskemét adatait mutattuk be, most összehasonlítási lehetőségként Mosonmagyaróvár ( északi szélesség) csillagászatilag lehetséges nappalhosszúságainak (piros vonal) és tényleges napfénytartamának (lila pontok és vonal) évi menetét tüntettük fel a ábrán. Látható, hogy mindkét esetben a csillagászatilag lehetséges nappalhosszúság hazánkban nagy vonalakban 8 óra és 16 óra között változik. Mosonmagyaróvár Pot. napfény Tényl. napfény Napfénytartam (óra) 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0, Az év napjai ábra. A potenciális napfénytartam évi menete Mosonmagyaróváron. A csillagászatilag lehetséges nappalhosszúság szempontjából ha a minimum idején kialakuló 8 órás nappalhosszúságot, majd a napéjegyenlőség alakalmával kialakuló 12 órás nappalhosszúságot és a maximum idején bekövetkező közel 16 órás nappalhosszúságot tekintjük küszöbértéknek, akkor az évet, a következő időszakokra oszthatjuk. 1. A december 21 és március 23 közötti időszakban a nappalok hossza 8 óráról 12 órára növekszik. A 8 óra a legrövidebb nappalhosszúság, a 12 órás nappalhosszúság pedig azt jelenti, hogy a nappalok és az éjszakák egyforma hosszúságúak. 2. A március 23 és június 22 közötti időszak, amikor a nappalok hossza 12 óráról 16 órára nő. Ez tehát a napéjegyenlőség napjától a leghosszabb napfénytartam napjáig tart. 3. A június 22 és szeptember 23 közötti időszak, amikor a nappalok hossza 16 óráról 12 órára csökken. A leghosszabb napfénytartamról csökken a napéjegyenlőség napjának 12 órás napfénytartamára. 4. A szeptember 23 és december 21 közötti időszak, amikor a nappalok hossza 12 óráról 8 órára zsugorodik. A napéjegyenlőség napjától csökken tovább egészen a lerövidebb nappalhosszúságig. Hazánkban a fontosabb egynyári szántóföldi növények vegetációs időszakának (áprilisszeptember) a legnagyobb része a március 23 és a szeptember 23 közötti időszakra esik, 65

72 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK amikor a nappalok hossza meghaladja a 12 órát. Egyes gazdasági növények (pl. a borsó) esetében azonban vetés ideje a március 23 előtti időszakra, tehát a 12 óránál rövidebb nappalhosszúság időszakára esik. Vannak olyan fontosabb gazdasági növények is (pl. kukorica, cukorrépa), amelyeknek az érési ideje október hónapra esik, amikor a nappalok hossza már 12 óra alá csökken. Az őszi gabonák vegetációs periódusának (október-június) legnagyobb része a szeptember 23 és június 22 közötti időszakra esik, ami azt jelenti, hogy a vegetációs periódus kezdeti szakaszában december 21-ig a nappalok fokozatosan 8 órára csökkennek. Ezután március 23- ig 12 órára, majd június 22-ig 16 órára emelkednek. A vegetációs periódus tehát egy csökkenő nappalhosszúságú és egy emelkedő nappalhosszúságú szakaszra osztható. A legrövidebb nappalok idején van a növényeknél a nyugalmi időszak. A tényleges napfénytartam. Csak abban az esetben egyezik meg a csillagászatilag lehetséges napfénytartammal, ha napkeltétől napnyugtáig a napsugarak földfelszínre érkezését semmi nem akadályozza. A legfőbb akadályozó tényező a levegő páratartalma és a felhőzet. A nagyon vastag felhőzet, még az erőteljes nyári besugárzás idején is alkonyati szürkületet okozhat (vastag zivatarfelhők esetén). A tényleges napfénytartam évi menetét az ábrán lévő lila vonal mutatja. Az egyes pontok az közötti 50 év adatai alapján meghatározott napi napsütéses órák középértékét jelenti. A görbe a pontok alapján meghatározott trendvonal, amelyet hatodfokú polinommal írhatunk le. A polinom korrelációs hányadosa 0,98, ami azt jelenti, hogy a kapcsolat jól megközelíti a determinisztikus összefüggést. Látható, hogy a tényleges napfénytartam átlagértékei és a csillagászatilag lehetséges napfénytartam értékei között jelentős különbség van, ami a felhőzet következménye. Globálsugárzás. A napsugárzás szolgáltatja a talaj és a levegő felmelegítésére szolgáló energiát, s a növények fotoszintetizálásához szükséges energiát. A növények számára szükséges energia a levegőn keresztül a légkör közvetítésével jut el a növényekhez. A levegőt alkotó gázok és a levegőben lévő különböző anyagok jelentős mértékben képesek szabályozni a sugárzás erősségét és összetételét. Mosonmagyaróváron évi összegben minden négyzetméterre MJ energia érkezik. Mosonmagyaróvár 25,0 20,0 Globálsugárzás (MJ/m 2 ) 15,0 10,0 5,0 0, Az év napjai A globálsugárzás évi menete. 66

73 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK A besugárzásból származó energiamennyiség a napsugárzás erősségétől és a tartamától függ. Amint ismeretes a napsugárzás intenzitása pedig elsősorban a napsugarak beesési szögétől függ, amely decembertől júniusig fokozatosan növekszik, majd júniustól decemberig csökken. A napsugárzás tartamát alapvetően a Földnek a Nap körüli keringése és a tengelye körüli forgása határozza meg. Ennek megfelelően decemberben a legrövidebbek a nappalok, júniusban a leghosszabbak. A két időszak között tavasszal nő a nappalhosszúság és a sugárzás beesési szöge, júniustól pedig mindkettő fokozatosan csökken. Ez okozza azt, hogy a közepes szélességeken a téli időszakban kevés sugárzás érkezik, majd fokozatosan nő a leérkező sugárzás mennyisége. A legnagyobb sugárzásmennyiség a nyári hónapokra jellemző, s innen ismét csökken egészen a téli minimumig. Ez az éven belüli sugárzás eloszlás látható a ábrán. Nagyobb ingadozások elsősorban a júniusi csapadékmaximummal járó vastagabb és gyakoribb felhőzet, illetve a júliusra jellemző derült időjárás miatt lépnek fel. Látható az ábrán, hogy decemberben megközelítőleg átlagosan 3 MJ m -2 energia érkezik a felszínre, míg június-júliusban ennek több, mint 7-szerese. Az év folyamán tehát a felszínre érkező sugárzás mennyisége erősen változik. Nagy vonalakban az év 40. napja (február 9) és 110. napja (november 6) között a napi sugárzási mennyiségek 5 MJ m -2 felett vannak. Az év 80. napja (március 21) és 280. napja (október 7) között 10 MJ m -2 felettiek a napi globálsugárzás értékei. Az év 110. napja (április 20) és 250. napja (szeptember 7) közötti időszak a sugárzásban leggazdagabb hazánkban, 15 MJ m -2 feletti napi átlagos sugárzásmennyiségekkel. A november 6 és február 9 közötti időszak pedig a sugárzásban legszegényebb időszak. Tavasszal február 9 és április 20 között van egy növekvő api átlagos sugárzásmennyiségekkel jellemezhető szakasz, ősszel pedig szeptember 7 és november 6 között van egy csökkenő sugárzásmennyiségekkel jellemezhető időszak. Ezek a sugárzási periódusok jellemzőek az egész országra, az egye időszakok kezdeti és befejező időpontjában azonban az rszág különböző helyein a sugárzás területi eloszlásának megfelelően eltérések lehetnek. Március közepétől október elejéig vagyis a vegetációs periódus jelentős részében átlagosan naponta több, mint 10 MJ m -2 energiával lehet számolni, azaz hektáronként több, mint MJ-lal. Ebből a gazdasági növények Burgos (1986) és Campbell (1977) elméleti számításai alapján maximálisan 22-24%-ot lennének képesek felhasználni. A valóságban azonban a szerves anyag képzésére felhasznált energiamennyiség mindössze néhány százaléka a leérkező teljes energiamennyiségnek. Hat szántóföldi növény (őszi búza, őszi árpa, kukorica, cukorrépa, napraforgó és burgonya) közül hazánkban a cukorrépa hasznosítja legjobban a sugárzást, 2-10 %-ban, a napraforgó pedig a leggyengébben, sugárzáshasznosítási értékei 1% alatt maradnak (Varga-Haszonits et al. 1999). A sugárzás tehát olyan tényező, amely napjainkban csak kis mértékben van kihasználva a növénytermesztésben. A hőmérséklet által meghatározott periódusok A hőmérséklet alakulását elsősorban a Napból érkező energia mennyisége határozza meg. Ezért a hőmérséklet időbeli alakulása szorosan követi a napsugárzás időbeli alakulását, mind a nap folyamán, mind az éven belül, mind pedig az egyes évek egészére vonatkozóan. S mivel a növények élettevékenysége hőmérsékleti küszöbértékek által erősen meghatározott, az egyes termőhelyek megítélésében fontos szerepet játszanak azok az időszakok, amelyek folyamán a hőmérséklet egy meghatározott küszöbérték alá süllyed, vagy egy meghatározott küszöbérték fölé emelkedik. Vegetációs periódus. A vegetációs periódust többféleképpen meg lehet határozni. Mindenekelőtt meg kell különböztetni a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódust a tényleges vegetációs periódustól. A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus azt az 67

74 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK időszakot jelenti, amikor a napi középhőmérsékletek egymást követő napokon folyamatosan az adott növény bázishőmérséklete felett vannak. A tényleges vegetációs periódus pedig azt az időszakot jelenti, amelynek során az adott növény a vetéstől eljut az érésig. A növény adott területen való termeszthetőségéhez az szükséges, hogy a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hossza meghaladja a tényleges vegetációs periódus hosszát (Varga- Haszonits 1981). Hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus. Magát a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódust is többféleképpen szokták meghatározni. Leginkább a hőmérséklet évi menete alapján, mint a bázishőmérsékletek tavaszi és őszi átlépési időpontjai közötti időszakot. Gyakori még, hogy azonosítják a fagymentes időszakkal, azaz az utolsó tavaszi fagy és az első őszi fagy közötti időszakkal. Itt problémát jelent a többféle értelmezhetőség. Mindenekelőtt azt kell eldönteni, hogy a meghatározáshoz a hőmérőházban mért minimum hőmérsékletet vagy a talajközelben mért minimum hőmérsékletet vesszük alapul. Néha szoktak az adott helyen kiválasztani egy olyan naptári időszakot, amely a vegetáció számára meghatározó. Mosonmagyaróvár ,0 20,0 Hőmérséklet (fok) 15,0 10,0 5,0 0, Hűvös időszak Felmelegedési Meleg Lehűlési Hűvös időszak időszak időszak időszak -5,0 Az év napjai ábra. A hőmérséklet által meghatározott periódusok. (1) A küszöbértékek alapján meghatározott vegetációs periódus. Mint ahogyan arra már utaltunk, a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódust (HLVP) egy adott növényre vonatkozóan úgy szokták meghatározni, hogy az a növény bázishőmérsékletének tavaszi átlépési időpontja és az őszi átlépési időpontja közötti időszaknak tekintik (Chmielewski és Köhn 1999, 2000; Mitchell és Hulme 2002). Ekkor a napi középhőmérsékletek a növény bázishőmérséklete felett vannak, ezért a növény képes élettevékenységet folytatni. Chmielewski és Köhn (2000) a vegetációs periódus küszöbértékének az 5 fokot választotta. Mivel a növények életfolyamatai a vízhez kötöttek, a vegetációs periódus kezdete a fagypont feletti hőmérsékletek bekövetkezése után várható, s ez rendszerint a C 3 típusú növények (azaz a hazánk termesztett növényeinek döntő többségét adó, mérsékelt égövi származású típus) esetében valóban 4-5 fokos hőmérsékletet jelent. A melegigényes növények esetében a küszöbhőmérséklet magasabb, 10 fok vagy 15 fok körüli érték. Ezeknek az értékeknek a tavaszi és őszi átlépési időpontja a hőmérséklet évi menete alapján meghatározható (lásd a ábrát) és ebből a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hossza számítható. 68

75 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus kezdetét úgy határozták meg, hogy az 5 fok tavaszi átlépésének az az időpontja, amely után következő időszakban az alábbi feltétel teljesül: Σ( t 5) 0 (2.2.1) Azaz az 5 fok átlépése után a napi középhőmérsékletek (t) és az 5 fokos küszöbérték közötti különbség összege nem csökken nulla alá. Értelemszerűen ez a feltétel alkalmazható egyéb küszöbértékek esetén is. A (2.2.1) összefüggés alapján meghatároztuk 13 állomáson az 1881 és 2000 közötti időszakra vonatkozóan a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hosszát. Az ábra illesztett hatodfokú trendfüggvénye alapján jól látható, hogy a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hosszának területi átlaga hasonló módon változik, mint a Föld középhőmérséklete és hazánkban az évi középhőmérsékletek területi átlaga. A 19. század utolsó évtizedeiben a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hossza növekedett, majd a 20. század első felében megközelítőleg egy állandó érték körül ingadozott. Az 1960-as évektől kis mértékben rövidebbé vált, majd az 1980-as évektől erőteljesen kezdett hosszabbodni. Területi átlag Az HLVP hossza (nap) ábra. A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hosszának évi ingadozásai. Ez arra hívja fel a figyelmet, hogy hazánkban az évi középhőmérsékletek, valamint az egyes növények élettevékenységéhez szükséges tenyésznapok száma viszonylag nagy hasonlósággal együtt változik a Föld középhőmérsékletével. Mivel a légkörben az üvegházhatású gázok mennyisége fokozatosan növekszik, s ezzel párhuzamosan különösen az 1980-as évek után mind az évi középhőmérsékletek, mind pedig a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hossza is észrevehetően elkezdett növekedni, fel kell készülni arra, hogy lehetséges egy melegebb időszak bekövetkezése. Természetesen azt, hogy ez egy esetleges éghajlatváltozás kezdete vagy csupán egy hosszabb-rövidebb ideig tartó melegedési szakasz, azt ma még nem lehet pontosan megmondani. Évek 69

76 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus tartama azáltal meghatározott, hogy hogyan változik a periódus kezdetének és végének időpontja. A ábra a HLVP kezdeti időpontjainak az elmúlt 120 évben mutatott évi ingadozásait jeleníti meg. Területi átlag Az év napjainak sorszáma Évek ábra. A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus kezdetének évi ingadozásai. Területi átlag Az év napjainak a sorszáma Évek ábra. A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus végének évi ingadozásai. Látható a ábrán, hogy a vegetációs periódus kezdete némileg eltérő változásokat mutat. A 19. század utolsó évtizedeiben csökkenő tendencia tapasztalható, amit az illesztett függvény mutat, s ez azt jelenti, hogy a HLVP egyre korábban kezdődött. A 20. évszázad középső évtizedeiben lényegében egy viszonylag állandó érték körül ingadozott, majd az 70

77 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK es évektől a vegetációs periódus kezdete egyre korábbi időpontra tevődött át. Az as évek után ebben is egy erőteljesebb csökkenés látszik. Tehát a 20. század második felének első évtizedeiben mutatkozik eltérés, mert miközben a vegetációs periódus hossza csökkent, a kezdeti időpont is egyre korábbra tolódott. Meg kell tehát vizsgálni a vegetációs periódus befejezésének időpontjait is, hogy a 120 év folyamán milyen változásokat mutatnak. Ezt láthatjuk a ábrán, amely a hőmérsékleti változásokkal kifejezetten jó egyezést mutat a 20. század második felében is. A befejezési időpontot a 19. század utolsó évtizedeiben emelkedő tendencia jellemzi (lásd az illesztett trendfüggvényt!), amelyet a 20. század első évtizedeiben egy viszonylag állandó érték körüli ingadozás, majd egy enyhe emelkedés jellemez. A 20. század második felében azonban viszonylag meredek a csökkenés, majd ezt követően pedig az emelkedés. Úgy tűnik tehát, hogy a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus változásaiban a vegetációs periódus befejeződési időpontjainak változása játszott nagyobb szerepet. A legutóbbi későbbre tolódó időpontok a hosszabb őszt jelentik. Azt is érdemes megjegyezni, hogy a lehetséges vegetációs periódus hosszának megnövekedése és kezdetének korábbi időpontra tolódása a hideg időszak rövidülését jelenti. Hazánkban előfordulnak olyan melegebb égövről származó növények is, mint például a kukorica vagy a cirok, melyek bázishőmérsékleteként egy magasabb, általában 10 Celsius fokos értéket szokás elfogadni. Természetesen e növények számára a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus lerövidül. Az 5 fok feletti időszak esetén bemutatott tendenciák érvényesülnek a 10 fok tavaszi és őszi átlépési időpontjának és a 10 fok feletti időszak hosszának alakulásában is azzal a különbséggel, hogy ez az időszak kb. két hónappal rövidebb; tavasszal mintegy egy hónappal később kezdődik, ősszel pedig jó egy hónappal korábban fejeződik be. (2) A fagymentes időszakkal azonosnak tekintett vegetációs periódus. Vannak kutatók, akik a hőmérsékletileg lehetséges vegtációs periódus hosszát azonosnak szokták tekinteni a fagymentes periódus hosszával (Chmielewski 2003). (3) Naptári időszakként meghatározott vegetációs periódus. Hazánkban a tenyészidőszakot az éghajlati vizsgálatokban (Bacsó et al. 1953; Bacsó 1959; Bacsó 1973) az április 1. és szeptember 30. közötti időszakként határozták meg. A küszöbértékek szerint meghatározott vegetciós periódusok azonban jobban kapcsolhatók a növények éghajlati igényeihez. Ezért az agroklimatológiai vizsgálatokban előnyben részesítettük (Varga-Haszonits 1981; Varga- Haszonits és Boncz 1985; Varga-Haszonits et al. 1996; Varga-Haszonits et al. 2000) a küszöbértékek alapján történő meghatározást. Tényleges vegetációs periódus. A termesztett növények esetében a vetés és érés (néha a betakarítás) közötti időszak adja a tényleges vegetációs periódus hosszát, azaz a növény számára szükséges tenyésznapok számát. A vadontermő növények esetében a tavaszi nedvkeringés megindulása vagy a rügyfakadás jelenti a vegetációs periódus kezdetét, ősszel pedig a levelek elszíneződése vagy a levélhullás mutatja a befejeződését. Vizsgáltuk ezen időszak hosszának alakulását egyik legfontosabb gazdasági növényünk, a hazai szántóföld kb. egynegyedét elfoglaló kukorica 3 legelterjedtebb éréscsoportja esetén. A vizsgálatok alapját egyrészt az Országos Fajtakísérleti Intézet által az 1960-as évektől a 80-as évek közepéig megfigyelt adatok, másrészt az Országos Meteorológiai Szolgálat agrometeorológiai megfigyelő hálózata által az 1980-as és 90-es években gyűjtött adatok jelentették. Ilyen módon a hazai fajtaválaszték döntő többségét kitevő korai érésű és középérésű (FAO szám: illetve ) hibridekre vonatkozóan illetve közötti több évtizedes fenológiai adatbázis áll rendelkezésre, míg a harmadik legjelentősebb, késői éréscsoportra (FAO szám ) 11 éves ( ) adatsorunk van. 71

78 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK ábra. A tényleges vegetációs periódus hosszának alakulása az állomások átlagában három éréscsoport esetén ( ) Láthatjuk a ábrán, hogy a tényleges vegetációs periódus hosszának alakulását az évi középhőmérsékletek ingadozásai határozzák meg. Az 1960-as évek elejétől az évi középhőmérsékletek fokozatos csökkenése hatására a fejlődés lassulása, s így a tényleges tenyészidőszak hosszának növekedése figyelhető meg. Ez a növekedés az 1970-es évek végéig tart. Ettől kezdve a század végéig a hőmérséklet emelkedése nyomán az időszak lerövidülése tapasztalható. Azaz a tényleges vegetációs periódus hosszának változása ellentétes a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs perióduséval. A hőmérséklet csökkenésének hatására rövidebb időszak áll a növények rendelkezésére, ráadásul azok lassabban is fejlődnek, így a hosszabb tényleges tenyészidőszak egyre nehezzebben fér bele az éghajlatilag determinált fejlődési időszakba. Ez jellemezte az 1970-es évek végét, s a 80-as évek elejét. Az utóbbi két évtizedben azonban ezzel ellentétes hatás érvényesül: az emelkedő hőmérsékletek hosszabb hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódust biztosítanak az amúgy is gyorsabban fejlődő növények számára, így egyre hosszabb tenyészidejű hibridek termesztése válhat lehetővé. Az ábrán az is látható, hogy a különböző éréscsoportok tenyészidejének változásai párhuzamosak egymással, s a középérésű csoport értékei pár nappal meghaladják a korai éréscsoport tényleges vegetációs periódusának hosszát. A késői éréscsoportra viszonylag kisszámú adat áll rendelkezésre, valószínűleg ennek tulajdonítható, hogy a tényleges vegetációs periódus hosszának alakulását bemutató görbe kevésbé szabályos, mint a két másik éréscsoportnál. A vegetációs periódus és a hőmérséklet közötti kapcsolat. A kukorica bázishőmérséklete 10 fok. A kukorica hőmérsékletileg lehetséges periódusát tehátaz áév folyamán a 10 fok feletti középhőmérsékletű tenyésznapok száma adja. Nyilvánvaló, hogy ha egy év folyamán magasabb napi középhőmérsékletek a jellemzők, akkor a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus id hosszabb lesz, mert tavasszal várhatóan korábban emelkednek a napi középhőmérsékletek 10 fok fölé, ősszel pedig később süllyednek 10 fok alá. A hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hossza tehát kapcsolatban van a hőmérséklettel. Ezt a kapcsolatot mutatja a ábra. 72

79 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK Az évi középhőmérséklet és a 10 fok feletti hőmérsékletű időszak hossza közötti összefüggés (A 13 állomás közötti átlaga) 230 A 10 fok feletti hőmérsékletű időszak hossza (nap) y = 9,588x + 91,833 R 2 = 0, ,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 Évi középhőmérséklet ábra. A 10 fok feletti hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hossza és az évi középhőmérséklet közötti összefüggés. Látható az ábrán, hogy az évi középhőmérséklet emelkedésével a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus is hosszabbá válik. Az ábráról jól leolvasható módon az évi középhőmérséklet 1 fokos változása mintegy 10 napos változást jelent a hőmérsékletileg lehetséges vegetációs periódus hosszában. Ebben az esetben a hőmérséklet csökkenése a hőmérsékletileg lehetséges tenyészidőszak hosszának rövidülését, a hőmérséklet emelkedése pedig a meghosszabbodását eredményezi. Vizsgáljuk meg a tényleges vegetációs periódus középhőmérséklete és a tényleges vegetációs periódus hossza közötti kapcsolatot. Bár ez a kapcsolat többnyire nem-lineáris (Charles-Edwards et al.1986), mi az egyszerű gyakorlati felhasználás kedvéért - lineáris kapcsolatot határoztunk meg. Az összefüggésvizsgálatot elvégeztük mindhárom éréscsoportra. A kapott ereményeket azonban a ábrán csak a középkorai érésiidejű csoportra mutatjuk be. A hőmérséklet és a korai érésidejű kukorica-hibridek (FAO ) közötti lineáris kapcsolat korrelációs koefficiense A kapcsolat szerint minél magasabb a hőmérséklet, annál rövidebb a tényleges vegetációs periódus. Az 1 fokos hőmérséklet-emelkedés a tényleges vegetációs periódus 10 napos megrövidülését eredményezheti. Természetesen a kapcsolat azt is tartalmazza, ha a hőmérséklet 1 fokkal süllyedne, akkor a tényleges tenyészidőszak 10 nappal hossszabb lenne. Egy éghajlatváltozás esetén feltételezve, hogy a jelenlegi kapcsolat fennmarad 1 fokos hőmérsékletváltozásra másfél hetes tényleges tenyészidőszak változással lehet számolni. Hasonló megállapításokat tehetünk a középkorai érésidejű kukorica-hibridekkel (FAO ) kapcsolatban is. A hőmérséklet és a tényleges vegetációs periódus hossza közötti lineáris kapcsolat korrelációs koefficiense országosan A ábráról leolvasható, hogy 1 fokos hőmérsékletváltozáshoz 12 nap tényleges vegetációs periódus hosszváltozás tartozik. Azaz a középérésű hibridek tényleges tenyészidőszaka valamivel erőteljesebben reagál a hőmérséklet megváltozására, mint a korai éréscsoport. 73

80 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK ábra. A tényleges vegetációs periódus középhőmérséklete és a középérésű kukoricahibridek tényleges vegetációs periódusának hossza közötti összefüggés országosan ( ) A kései érésű hibridek (FAO ) esetén a hőmérséklet 63.2 %-ban határozza meg a tényleges vegetációs periódus hosszát. Erre az éréscsoportra viszonylag kevés adat áll rendelkezésre; ez is oka lehet a gyengébb összefüggésnek, valamint azt is megkérdőjelezi, hogy mennyire pontos az 1 fokos hőmérsékletváltozásra adódó 7 napos tényleges vegetációs periódus hosszváltozás. Ugyanakkor matematikai statisztikai módszerekkel vizsgálva a szignifikanciát (Sváb 1981), úgy találtuk, hogy hasonlóan a másik két éréscsoportnál tapasztalthoz ez az összefüggés is a legmagasabb, 99,9 %-os megbízhatósági szinten szignifikáns. Gyakorlatilag tehát a két fő éréscsoport esetében 1 fokos hőmérsékletváltozás másfélkéthetes tényleges tenyészidőszak változást jelent; a korai hibridek vegetációs periódusának hossza 94 és 202 nap között változott a tényleges tenyészidőszak 13.7 és 22.2 fokos átlaghőmérséklete mellett, míg a középérésű hibridek nap alatt értek be fokos hőmérsékletek hatására. A kései hibridek magasabb hőmérsékletek mellett fordultak csak elő ( Celsius fok), de a tényleges tenyészidőszakuk hossza nem tért el lényegesen ( nap). Egy esetleges felmelegedés olyan módon hatna, hogy a hosszabb tenyészidejű fajták termesztése észak felé tolódna. E megállapítás megegyezik Wittwernek (1995) az Egyesült Államok területére vonatkozó előrejelzésével. Láthattuk, hogy a hőmérséklet emelkedésével a növények fejlődése meggyorsul, s rövidebb idő alatt jutnak el a vetéstől az érésig. Ugyanakkor a hőmérséklet emelkedésével több tenyésznap áll a rendelkezésükre. A hőmérséklet emelkedése tehát az adott termőhelyen lehetővé teszi hosszabb tenyészidejű fajták termesztését is. Száraz és nedves időszakok A nedvességi viszonyokat sokféleképpen jellemezhetjük. Használhatjuk erre a célra a vízháztartás bármely összetevőjét, de gyakran alkalmazzák a potenciális párolgás és a 74

81 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK csapadék egymáshoz viszonyított arányát is (Walter 1979). Ha ezt a hányadost úgy határozzuk meg, hogy a lehullott csapadékmennyiséget a potenciális párolgás mennyiségéhez hasonlítjuk, akkor potenciális párolgás/csapadék indexről vagy egyszerűen csak szárazsági (ariditási) indexről szoktunk beszélni. Ezt az indexet havi adatokra célszerű meghatározni (Varga-Haszonits és Varga 2004). A potenciális párolgás (E 0 ) és a csapadék (P) hányadosa, mint szárazsági index (ARI) a következő formában írható: E 0 ARI = (2.2.2) P Az index értéke 1 lesz, ha ugyanannyi csapadék hullott, mint amennyi víz a potenciális párolgás révén eltávozhat a talajból. Az 1-nél magasabb értékek esetén a levegő több vizet képes elpárologtatni, mint amennyi csapadék az adott időszakban lehullott, ezért az időszakra a vízhiány a jellemző (száraz időszak). Az 1-nél kisebb értékek esetén pedig több csapadék hullott le, mint amennyit a levegő képes elpárologtatni, emiatt az időszakot víztöbblet jellemzi (nedves időszak). Ilyen módon a száraz és nedves időszakok mennyiségileg is jól elkülöníthetők egymástól. Ez a formula, amely relatív vízmérlegnek is tekinthető, mivel a fő vízbevételi forrást jelentő csapadékot és a fő vízkiadást jelentő párolgást viszonyítja egymáshoz, elsősorban a havi és évi átlagértékek esetében ad megfelelő információt, főleg hosszú sorok esetében. Száraz és nedves időszakok a 20. században. A növénytermesztés szempontjából fontos ismernünk azokat az időszakokat is, amikor az év folyamán kevesebb csapadék hullik, mint amennyit a levegő képes elpárologtatni. Ezek az időszakok évről-évre változnak, hol korábban, későbben kezdődnek vagy fejeződnek be. Így az egyes növények vegetációs periódusának is hol kisebb, hol nagyobb részét teszik ki táblázat A párologtatóképesség és a csapadék hányadosaként meghatározott szárazsági indexek ( ) Év Budapest 0,30 1,18 2,94 2,55 3,09 3,39 7,39 9,50 10,34 5,27 0,98 0,42 1,80 Debrecen 0,19 0,45 2,09 2,16 2,90 2,48 4,36 4,37 7,09 3,48 0,99 0,34 1,57 Iregszemcse 0,38 0,88 1,41 2,21 4,00 2,64 6,45 4,95 3,51 3,49 0,81 0,33 1,39 Kaposvár 0,40 1,03 1,36 1,57 2,06 2,13 3,49 3,13 4,64 2,42 0,81 0,32 1,20 Kecskemét 0,32 1,04 2,86 3,04 3,66 3,39 7,52 7,73 8,17 4,73 1,18 0,40 1,83 Miskolc 0,32 0,70 2,91 2,51 2,27 2,32 3,43 4,08 6,71 4,22 0,91 0,33 1,48 Nyíregyháza 0,20 0,46 2,13 2,42 2,67 2,52 3,95 3,88 6,81 4,36 0,95 0,31 1,55 Pápa 0,36 1,02 1,37 2,05 3,37 3,06 3,16 4,58 3,30 3,07 0,95 0,49 1,37 Pécs 0,36 0,87 1,52 2,14 2,67 2,74 4,98 4,58 7,73 3,05 2,15 0,44 1,53 Szeged 0,35 1,05 2,47 2,20 3,56 3,27 5,69 5,87 6,97 5,06 1,43 0,51 1,91 Szombathely 0,30 0,92 1,12 1,64 2,00 1,97 2,21 2,17 2,42 2,10 0,71 0,32 1,15 Zalaegerszeg 0,31 0,74 1,20 1,69 1,79 2,12 2,31 2,35 2,31 2,51 0,64 0,32 1,08 Orsz. átlag: 0,32 0,86 1,95 2,18 2,84 2,67 4,58 4,77 5,83 3,65 1,04 0,38 1,49 Száraz és nedves jellegű hónapok. A potenciális párolgás havi értékeinek és a havi csapadék-mennyiségek értékeinek ismerete lehetővé teszi, hogy megvizsgáljuk, az év folyamán mikor kezdődnek, meddig tartanak és mikor fejeződnek be a száraz és a nedves hónapok. Természetesen a havi adatok alapján csupán közelítő számításokról beszélhetünk, amelyek azonban jó áttekintést adnak arról, hogy az egyes hónapokban a potenciális párolgás (párologtatóképesség) és a csapadék értékei hogyan viszonyultak egymáshoz. 75

82 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK A 20. századra vonatkozóan szárazsági indexek havi és évi ingadozásait az táblázatban mutatjuk be. A táblázatból látható, hogy hazánkban a 20. században a vizsgált állomások mindegyikén egy-két kivételtől eltekintve nedves jellegűnek volt tekinthető 4 hónap: november, december, január és február. A nedves időszakból a száraz időszakba való átmenet hónapja a március, amely a vizsgált állomásokon már száraz jellegűnek tekinthető. Kecskemét és Szeged azonban, amelyek az ország legmelegebb és legszárazabb középső és, déli területén fekszenek, már nemcsak száraz márciussal, hanem száraz jellegű novemberrel is rendelkeznek. Budapest esetében a száraz február véleményünk szerint a városi hősziget eredménye. Áprilistól októberig a hónapok száraz jellegűek, ez a száraz időszak. Novemberben azonban az ország területein a nedves jelleg kezd uralkodóvá válni és megkezdődik az átmenet a nedves időszakba. Tehát az 5 fok feletti időszak, ami a vegetációs periódusnak felel meg és a száraz időszak nagyvonalakban egybeesik és ez azt jelenti, hogy az egynyári növények vegetációs periódusa meleg és száraz jellegű. 7,00 6,00 5,00 Szárazsági index 4,00 3,00 2,00 1,00 0, Hónapok ábra. A szárazsági index havi értékeinek évi menete. Ha a táblázat utolsó sorában található átlagértékeket vesszük figyelembe, akkor képet kapunk arról hogyan változik az éven belül a hónapok száraz és nedves jellege. Amennyiben ezt grafikusan ábrázoljuk, akkor az ábrán látható eloszlás tárul elénk. A szárazsági (ariditási) index azt mutatja, hogy a levegő a lehullott csapadék hányszorosát lenne képes elpárologtatni. Minél nagyobb ez az érték, annál erősebb az adott hónap száraz jellege. Az ábrán látható, hogy a hónapok száraz jellege fokozatosan növekszik az év elejétől egészen májusig. A júniusi csapadék maximum következtében egy kisebb visszaesés tapasztalható. Utána az ariditási index értéke júliusig magasabb lesz. Július és augusztus hónapokban közel azonos szinten marad. Majd szeptemberig tovább emelkedik, s csak szeptember után kezd rohamosan csökkenni. Ekkor már a hőmérséklet-csökkenés és a csapadék őszi másodmaximuma érezteti a hatását. Amikor az ariditási index értéke 1-nél kisebb, akkor az (2.2.2) összefüggés szerint több csapadék hullik, mint amennyit a levegő képes elpárologtatni, ezért ez a nedves időszak. Amikor az ariditási index értéke 1 felett van, akkor a levegő a lehullott csapadéknál több vizet is képes lenne elpárologtatni, így ekkor van a száraz időszak. 76

83 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK Országos átlag 3,00 Szárazsági index (Pár.kép/Csap.) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Évek ábra. Az évi szárazsági index alakulása a 20. században. Száraz és nedves jellegű évek. A száraz és nedves évek meghatározása azért fontos, mert ennek alapján képet kapunk arról, hogy az adott növény termesztése az egyes években milyen vízellátottsági körülmények között ment végbe. Amint az ábrán látható, a 20.században az első 30 évben a levegő a lehullott csapadéknak kevesebb, mint a másfélszeresét tudta elpárologtatni, de az évek száraz jellege fokozatosan növekedett. Ezt követően a 30-as évektől a 80-as évekig az évi szárazsági index értéke valamivel 1,5 fölött volt, majd 1980 után észrevehetően emelkedni kezdett. Ez azt jelenti, hogy a 20. század utolsó két évtizedének melegedésével a száraz jelleg is fokozódott. Az egynyári növények vegetációs periódusának száraz és nedves jellege. Az egyes évek vegetációs periódusai is jelentős eltéréseket mutathatnak abban, hogy mennyire voltak nedvesek vagy szárazak. Célszerű ezért megvizsgálni azt, hogy a fő vízbevételt jelentő csapadék és a fő vízkiadást jelentő párolgás hogyan alakult az egynyári növények vegetációs periódusai alatt. Vegetációs periódusnak a havi adatok vizsgálata alapján az áprilisszeptember időszakot tekintettük. Vizsgáljuk meg először a csapadék alakulását ( ábra). Az ábra a vegetációs periódusok alatti csapadékok országos átlagait tartalmazza, amelyet 12 állomás (Budapest, Debrecen, Iregszemcse, kaposvár, Kecskemét, Miskolc, Nyíregyháza, Pápa, Pécs, Szeged, Szombathely és Zalaegerszeg) adatai alapján számítottunk ki. Látható az ábrán, hogy a 20. században az egynyári növények vegetációs periódusa alatt hullott a csapadék mennyisége az évek folyamán lassan csökkent. A csökkenés 10 évenként azonban csak mindössze 4 milliméter (folytonos vonal). Látható, hogy az egyes évek vegetációs periódusainak csapadékmennyiségei között jelentős ingadozások voltak. A vegetációs periódusok csapadékmennyiségei azonban minden évben meghaladták a 200 millimétert, s 500 mm-nél több csapadék is csak két esetben hullott: 1940-ben 571 mm és 1965-ben 507 mm. Az egynyári növények vegetációs periódusa alatt országos átlagban 1917-ben (212 mm) és ben (211 mm) hullott a legkevesebb csapadék. Az ábrán az is látható (szaggatott vonal), hogy az évszázad első évtizedei csapadékosak voltak, 1930 és 1960 között volt egy szárazabb szakasz (bár 1940-ben volt a legtöbb csapadék), 1960 és 1980 között kevés 77

84 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK csapadéknövekedés volt tapasztalható, majd az 1980 utáni csökkenést az 1990-es évek eljén ismét emelkedés váltotta fel. 600 Április-szeptemberi csapadékmennyiség Csapadékösszeg (mm) y = -0,3967x ,6 R = 0, Évek ábra. Az egynyári növények vegetációs periódusa alatti csapadékmennyiségek országos átlagainak alakulása a 20. században. Április-szeptemberi potenciális párolgás Potenciális párolgás (mm) y = -0,2961x ,2 R = 0, Évek ábra. Az egynyári növények vegetációs periódusa alatti potenciális párolgás országos átlagainak alakulása a 20. században. A csapadékviszonyok elemzése után tekintsük meg a párolgási viszonyok alakulását. A potenciális párolgás adatait szintén ugyanarra a 12 állomás adataira határoztuk meg, mint a csapadék esetében. A kapott eredmények országos átlagait a ábrán tüntetük fel. A potenciális párolgás vegetációs periódus alatti országos átlagai ugyancsak csökkenő tendenciát mutatnak (folytonos vonal). A csökkenés üteme 10 évenként 3 milliméter. Mindössze 1 mm-rel lassúbb a csökkenés, mint a csapadék esetében. Az értékek ingadozása azonban lényegesen nagyobb volt: 600 mm és 900 mm között változott. Mindössze 5 olyan év 78

85 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK (1932, 1934, 1946, 1947 és 1950) volt azonban csak, amikor a vegetációs periódus alatti csapdékátlag meghaladta a 800 mm-t. Ugyanakkor 650 mm-nél kisebb érték is csak 3 évben (1978, 1980 és 1984) fordult elő. A ábra és ábra összehasonlításával megállapítható, hogy a potenciális párolgás országos átlagai évi ingadozásainak változási tendenciái (szaggatott vonal) erőteljesebbek voltak, mint a csapadéké, bár a jellegzetes időszakok hasonlók voltak. Vagyis az évszázad első három évtizedében viszonylag kisebb volt a vegetációs periódus alatti potenciális párolgás, majd hozzávetőlegesen 1930 és 1960 között kialakult a maximum. Az 1960 és 1980 közötti években a csökkenő tendencia volt jellemző, amit az 1980-as évek után lassú emelkedés váltott fel. Április-szeptemberi ariditási index Ariditási index 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 y = 0,0016x - 1,1087 R 2 = 0,0077 0, Évek ábra. Az egynyári növények vegetációs periódusa alatti potenciális párolgás országos átlagainak alakulása a 20. században. Az október-júniusi időszak országos csapadékátlagai Csapadék (mm) y = -0,7182x ,2 R 2 = 0, ábra. Az őszi gabonák vegetációs periódusának csapadékviszonyai a 20. században. Látható a ábrán, hogy az ariditási index ingadozásai jól mutatják a potenciális párolgás és a csapadék együttes hatását, s e két elem ingadozásainak közös időszakait Évek 79

86 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK (szaggatott vonal). Az elmondottak következtében azonban az évszázad folyamán az egynyári növények vegetációs periódusai alatti ariditási indexek országos átlagai nem mutatnak észrevehető változást (folytonos vonal). Az őszi gabonák vegetációs periódusának száraz és nedves jellege. Hazánkban az őszi búza, az őszi árpa, s napjainkban már kisebb mértékben az őszi rozs az év hideg időszakában is szántóföldi viszonyok között él. Hasonló a helyzet a gyümölcsfáknál is. Ezért az ősziekkel kapcsolatosan is meg kell vizsgálni a vegetációs periódus főbb jellemzőit. Az őszi gabonák vegtációs periódusa jelentős mértékben az év nedves időszakára esik. Ebben az időszakban ( ábra) többnyire mm csapadék esik, szemben az egynyári növények vegetációs periódusa alatt lehulló mintegy milliméterrel. Ebben az időszakban 1951-ben hullott a legtöbb csapadék, 664 mm. Az évszázad folyamán ez volt az egyetlen eset, amikor az őszi gabonák vegetációs periódusa alatti csapadék mennyisége meghaladta a 600 millimétert. Ugyanakkor 1970 után már csak egyetlen est volt, amikor 500 mm feletti csapadékot mérek ebben az időszakban. Az 1970 utáni években tehát már csak 300 és 500 mm között ingadozott az időszak csapadékmennyisége. Az elmúlt 100 évben mindössze három olyan év volt, amikor 300 milliméternél kevesebb csapadék hullott: ban 241 mm, 1976-ban 299 mm és 1990-ben pedig 282 mm. Mind a három eset a század második felében következett be. Az október-júniusi időszak potenciális párolgásának országos átlagai Potenciális párolgás (mm) y = -0,2683x + 977,37 R 2 = 0, Évek ábra. Az őszi gabonák vegetációs periódusa alatti potenciális párolgás országos átlagainak az alakulása a 20. században. Az őszi gabonák vegetációs periódusa alatt lehullott csapadék mennyisége amint az ábrán látható a 20. század folyamán 10 évenként mintegy 7 milliméterrel (folytonos vonal) csökkent. Ez a csökkenő tendencia különösen jól látható a század második felében.ugyanakkor látható az is, hogy az őszi gabonák vegetációs periódusa alatt a század első három évtizedében inkább egy enyhe emelkedő tendencia figyelhető meg, majd 1930 és 1955 között volt egy csapadékban gazdagabb szakasz, az 1950-es évek közepétől pedig egy folyamatosan csökkenő csapadékú időszak (szaggatott vonal). A potenciális párolgás évi ingadozásai ( ábra) hasonló képet mutatnak, mint a csapadék évi ingadozásai. A változás általános tendenciája (folytonos vonal) a potenciális párolgás 10 évenkénti 3 milliméteres csökkenését mutatja. Természetesen ezen belül is megállapíthatók különböző tendenciájú időszakok (szaggatott vonal). Az évszázad első három évtizedében az őszi gabonák vegetációs periódusa alatt a potenciális párolgás enyhe emelkedő tendenciát mutatott. Az 1925 és 1965 közötti időszakban tapasztalhatók a legmagasabb 80

87 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK potenciális párolgás értékek, majd az 1960-as évek közepétől az 1980-as évek közepéig a süllyedő tendencia a jellemző, a század végén pedig ismét enyhe emelkedést lehet észlelni ( ábra). Az évszázad folyamán a potenciális párolgás mennyisége gyakorlatilag a 380 mm és az 550 mm között ingadozott. Azt is mondhatjuk, hogy az esetek többségében az ingadozás a 400 mm és az 500 mm között maradt. Mindössze 8 esetben haladta meg az 500 millimétert. Az őszi gabonák vegetációs periódusában a potenciális párolgás maximális értékét 1946-ban mérték, amikor összege 547 mm volt. Az alsó 400 mm-es határ alatt 7 eset fordult elő. A legkisebb potenciális párolgás értéket e vegetációs peiródus folyamán 1980-ban és 1987-ben regisztrálták, értéke mindkét esetben 382 mm volt. Az október-júniusi időszak szárazsági indexeinek országos átlagai 2,50 2,00 Szárazsági index 1,50 1,00 0,50 y = 0,0012x - 1,3626 R 2 = 0,0304 0, Évek ábra. Az őszi gabonák vegetációs periódusa alatti szárazsági indexek országos átlagainak évi alakulás a 20. században. Az elmondottakból megállapítható, hogy mind az őszi gabonák vegetációs periódusa alatti csapadékmennyiség, mind pedig a potenciális párolgás mennyisége csökkenő tendenciát mutatott. A csapadékmennyiség csökkenése valamivel erőteljesebb volt. Mivel nemcsak a csapadék mennyisége csökkent, hanem a potenciális párolgás is kisebb lett, ezért a száradás mértéke is kisebb mérvű volt. Ezt látjuk a ábrán, amely a szárazsági (ariditási) index országos átlagainak évi alakulát mutatja a 20. században. Látható, hogy a száradás mértéke nem mutat jelentős emelkedést a 20. században, s ez a tendencia nem mutat észrevehető változékonyságot sem, viszonylag egyenletes. Az őszi gabonák vegetációs periódusának szárazsági indexei többségükben 0,70 és 1,50 között ingadoztak. Mindössze két olyan esetvolt, amikor a 20. század folyamán ebben a vegtációs periódusban a szárazsági index értéke meghaladta az 1,50-es értéket: 1968-ban volt éppen 2,00 és 1990-ben pedig 1,69. Hasonlókat állapíthatunk meg tehát az őszi gabonák vegetációs periódusára vonatkozóan is, mint ahogy azt az egynyári növények esetében tettük, vagyis a 20. században a száradási jellegben nem állapítható meg észrevehető változási tendencia. 81

88 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT IDŐSZAKOK Irodalom Bacsó N., Kakas J., Takács L. (1953): Magyarország éghajlata. OMI Hivatalos Kiadványa XVII. Kötet, Budapest, 226 oldal. Bacsó N. (1959): Magyarország éghajlata. Akadémiai Kiadó, Budapest, 302 oldal. Bencze P., Major gy., Mészáros E. (1982): Fizikai meteorológia, Akadémiai Kiadó, Budapest, 300 oldal. Burgos, J.J. (1986): Equilibrium and extreme climatic conditions of world s biomes and agrosystems. Land use and agrosystem management under severe climatic conditions. WMO Technical Note No oldal. Campbell, I.M. (1977): Energy and atmosphere. A physical-chemical approach. John Wiley and Sons Ltd., London. Gates, D.M. (1980): Biophysical Ecology. Springer-Verlag, New York, 611 oldal. Major Gy. szerk. (1976): A napsugárzás Magyarországon OMSz Hivatalos Kiadványa, Magyarország éghajlata 10. szám, Budapest, 78 oldal. Péczely Gy. (1979): Éghajlattan. Tankönyvkiadó, Budapest, 336 oldal. Pető M. (1993): Mezőgazdasági növények élettana. Második, átdolgozott kiadás. Akadémiai Kiadó, Budapest, 508 oldal. Varga-Haszonits Z., Tölgyesi L. (1990): Alapvető agroklimatológiai jellemzőértékek meghatározásának módszerei. Agroökológiai Információs Rendszer, Budapest, 68 oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs., Schmidt R., Vámos O. (1999): A fontosabb gazdasági növények sugárzáshasznosítása Magyarországon. Növénytermelés, Tom 48. No. 2, oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs., Vámos O., Schmidt R. (2000): Magyarország éghajlati erőforrásainak agroklimatológiai elemzése. Mosonmagyaróvár, 225 oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs. (2002): Az agroökoszisztémák és a meteorológiai küszöbértékek által meghatározott időszakok. Acta Agronomica Óváriensis, Vol. 44. No. 2., oldal Varga-Haszonits Zoltán, Varga Zoltán 2004: Az éghajlati változékonyság és a természetes periódusok. Agro-21 Füzetek, 37. szám, oldal. Varga-Haszonits Z. 2005: Az éghajlati változékonyság hatása az agroökoszisztémákra. Agro-21 Füzetek, 41. szám, oldal. Walter, H. 1979: Vegetation of earth and Ecological Systems of the Geo-biosphere. Second edition. Springer Verlag, New York, 274 oldal. 82

89 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL Éghajlati körzetek, éghajlati potenciál Az éghajlat a mezőgazdasági termelés erőforrása. A feladat az, hogy ezt az erőforrást minél jobban tudjuk hasznosítani egyrészt azzal, hogy messzemenőkig alkalmazkodunk hozzá, másrészt azzal, hogy a benne rejlő lehetőségeket maximálisan kihasználjuk, természetesen anélkül, hogy maradandó károkat okoznánk benne. Ehhez mindenképpen szükséges a vegetációs periódus meghatározó meteorológiai viszonyainak (hőmérséklet és víz) és e viszonyok mezőgazdasági termelésre gyakorolt hatásának beható ismerete. Emellett nagyon fontos, hogy megismerjük a vizsgált területen belül mutatkozó éghajlati hasonlóságokat és különbözőségeket, s ennek alapján elkülönítsünk egyes éghajlati körzeteket. Ezek speciális lehetőségeket jelentenek a termelés szempontjából azzal, hogy egyes növények számára a környezetüknél kedvezőbb feltételeket jelentenek, más növények számára pedig kevésbé kedvező feltételeket. Az éghajlat nemcsak területi, hanem időbeli változékonyságot is mutat, ezért az egyes évek vegetációs periódusa alatti eltérő meteorológiai viszonyok is változó feltételeket jelentenek a termelés számára. Végül fel lehet mérni azt is, hogy mi az az éghajlatban rejlő legkedvezőbb lehetőség, amely mellett az egyes növények hozama maximális. Ezt nevezzük éghajlati potenciálnak. Agroklimatológiai körzetek Általános gyakorlat, hogy az évi átlagos meteorológiai értékek alapján végzik az egyes termőterületek körzetesítését. Az így megállapított körzetek ezért a valóságban sem az őszi gabonák vegetációs periódusára, sem az egynyári növények vegetációs periódusára numerikusan nem jellemzőek. Ettől a gyakorlattól célszerű volt eltérni és közvetlenül az egyes, fontosabb tenyészidőszakok (őszi gabonák tenyészidőszaka és az egynyári növények tenyészidőszaka) meteorológiai jellemzőit vettük figyelembe. Alpvető kérdés annak eldöntése is, hogy a vizsgált meteorológiai elemek közül melyikeket vegyük alapul a körzetek elkülönítésénél. Az elemek számát tekintve azt mondhatjuk, hogy ha sok elemet veszünk figyelembe, akkor a térképes ábrázolás áttekinthetetlenné válik. Túlságosan mozaikszerű lesz. S így gyakorlati célokra alig használható képet ad a területről. Ha viszont kevés elemet vonunk be a vizsgálatba, akkor ügyelnünk kell arra, hogy azokat, a növények élete szempontjából alapvető elemeket vegyük figyelembe, amelyek helyes képet adnak az éghajlati viszonyokról, s más további elemek számításba vétele ezt a képet legfeljebb csak módosítani tudja. Ilyen alapvető elemek a növények élettevékenységét szabályozó hőmérséklet és az élettevékenységükhöz nélkülözhetetlen víz. Ez utóbbi többféle meteorológiai elemmel is jellemezhető. Célszerű olyan jellemzőt választani, amely a biomassza előállításánál ugyancsak döntő szerepet játszó transzspirációval szoros összefüggést mutat. Ezért amennyiben rendelkezésre állnak a talajnedvesség (hasznos víztartalom) adatai, attól várhatjuk a legjobb jellemzést. Az őszi gabonák vegetációs periódusának agroklimatológiai körzetei. Mivel e munka során az agroklimatológiai analízist a havi adatok alapján végeztük, az őszi gabonák vegetációs periódusaként az október-június időszakot vettük figyelembe. A június vége ugyanis mind az őszi árpa, mind az őszi búza esetében az érési időpont jó közelítésének tekinthető. Hőmérsékleti viszonyok. A vegetációs periódus alatti középhőmérsékletek területi eloszlását a ábrán tüntettük fel. Látható az ábrából, hogy az október-június időszakban az Alföld déli és a Dunántúl délkeleti része a legmelegebb. Itt a középhőmérsékletek 7,5 foknál magasabbak. Ettől a területtől észak felé és nyugat felé haladva található egy, az ország 83

90 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL középső részének jelentős területeit magába foglaló körzet, amelyben a tenyészidőszak középértékei 7,0 és 7,5 fok között változnak. Ennek a területnek a középső, alföldi része a legmagasabb középhőmérsékletű. Innen mind északkelt felé haladva, mind pedig nyugat felé haladva a középhőmérsékletek fokozatosan csökkennek. S végül Észak-Magyarország és a Nyugat-Dunántúl területén van egy hűvös zóna, ahol a tenyészidőszak középértékei 7,0 fok alatt maradnak ábra. A középhőmérsékletek területi eloszlása az október-június időszakban Talajnedvességi viszonyok. A talajnevességet úgy számítottuk ki, mint a szántóföldi vízkapacitás és a holtvíz tartalom közötti hasznos vízmennyiséget, amelyet a növények képesek gyökereikkel a talajból felvenni. Az így kapott talajnedvességi értékeket azonban nem abszolút értékben adtuk meg, hanem a maximális hasznos víztartalom (hasznos vízkapacitás) százalékában fejeztük ki azért, hogy a különböző fizikai talajféleségekben található vízmennyiség összehasonlítható legyen ábra. A relatív talajnedvesség területi eloszlása az október-június időszakban Látható a ábrán, hogy a talajnedvesség területi eloszlása hasonló öveztes rendet mutat, mint amelyet a hőmérséklet esetében megismertünk. Az Alföld déli területei a legszárazabbak. Itt az őszi gabonák tenyészidőszaka alatt a vízkapacitás 70 százaléka alatt marad. Innen északi és nyugati irányban haladva a tenyészidőszak alatti átlagos talajnedvesség-tartalom fokozatosan növekszik, s az északi területeken meghaladja a 84

91 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL vízkapacitás 75 százalékát. Nyugat felé haladva mivel ez a terület a legcsapadékosabb a talaj nedvességtartalma még erősebben növekszik, s a Dunántúl középső területein már meghaladja a vízkapacitás 75 százalékát, az Alpok-alján pedig már a vízkapacitás 80 százalékát is. Agroklimatológiai körzetek. A bemutatott két alapvető meteorológiai tényező jó lehetőséget ad éghajlati körzetek elkülönítésére, hiszen az övezetes eloszlás mind két tényező esetében hasonló. A ábra az őszi gabonák tenyészidőszakának agroklimatológiai körzetesítését mutatja be, a tenyészidőszak középhőmérsékletének és átlagos relatív talajnedvességi értékeinek együttes figyelembevételével ábra. Az október-június időszak adatai alapján meghatározott agroklimatológiai körzetek Ennek megfelelően a körzeteknek is az a fő jellemzője, ami a középhőmérsékletet és az átlagos relatív talajnedvességet ábrázoló térképeken is kitűnik: van egy meleg és száraz déli terület, egy nagyobb kiterjedésű középső átmeneti zóna, s északon és nyugaton pedig van egyegy hűvös és nedves terület. Ezt a képet azonban még ki kell egészíteni azzal, hogy a hőmérsékleti eloszlást jellemző déli meleg zóna áthúzódik a száraz területről a nedves területre, s így a Dunántúl középső, déli területein kialakul még egy meleg nedves körzet is. A déli meleg és száraz terület a 7,5 foknál magasabb hőmérsékletű és 70-75% közötti relatív talajnedvességű területeket foglalja magába. A 7,5 foknál magasabb hőmérsékletű terület nyugati részén azonban kialakult egy kisebb átmeneti zóna, ahol a relatív talajnedvesség értékemeghaladja a 80%-ot. A középső mérsékelten meleg és mérsékelten nedves zónában a hőmérséklet 7,0 és 7,5 fok között változik, a relatív talajnedvesség értékei pedig a Kisalföld és a Mezőföld, valamint az Alföld sík területein 70 és 75 százalék között, a Dunántúl magasabb tengerszint feletti területein 75 és 80% között ingadoznak. Az északi területen, amely hűvös és mérsékelten nedves területnek tekinthető, a hőmérsékletek 7 fok alattiak, a relatív talajnedvesség átlagértékei pedig 70 és 80 százalék közöttiek. Végül a Nyugat-Dunántúl hűvös és nedves területein 7 fok alatti hőmérsékletek és 80% feletti relatív talajnedvességértékek a jellemzők. Az egynyári növények vegetációs periódusának agroklimatológiai körzetei. Az egynyári növények között elsősorban a kukoricát kell megemlíteni. Kétségtelen, hogy a legtöbb növény ebben az időszakban éli a vegtációs idejét, azonban meglehetősen különböző időszakot ölel át a vetéstől az érésig terjedő szakasz. Hőmérsékleti viszonyok. Eloszlását a ábrán láthatjuk. Rögtön megállapítható, hogy sok hasonlóságot mutat az őszi gabonák tenyészidőszaka alatti viszonyokkal. Ugyanis ebben az időszakban is az Alföld déli és a Dunántúl délkeleti része a legmelegebb, s a 85

92 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL középhőmérsékletek mind észak, mind pedig nyugati irányban fokozatosan csökkennek. Látszik azonban két észrevehető különbség is. Az egyik, hogy mivel ez a tenyészidőszak az év meleg időszakára esik, a középhőmérsékletek mintegy 10 fokkal magasabbak, mint az őszi gabonák vegetációs periódusában. A másik, hogy az Alföld Szolnok és Szeged közötti területe a legmelegebb 17,5 fok körüli értékekkel. Az alföldi területekről észak és nyugat felé haladva a középhőmérsékletek csökkennek, a középső mérsékelten meleg zóna azonban az Alföld és Észak-Magyarország között viszonylag keskeny. A Dunántúlon viszont a középértékek egy fokos csökkenése figyelhető meg, s feltehetően itt is van egy 16 fok és 16,5 fok közötti értékekkel határolt zóna, amelyet azonban egy állomás alapján nem lenne célszerű megrajzolni. A nyugati határszél területei 16 fok alatti középhőmérsékletűek. Ebben az időszakban tehát az ország nyugati határszéle a leghűvösebb ábra. A középhőmérsékletek területi eloszlása az április-szeptember időszakban ábra. A relatív talajnedvesség átlagértékeinek területi eloszlása az április-szeptember időszakban Talajnedvességi viszonyok. Az ábrán az egynyári növények vegetációs periódusának átlagos relatív talajnedvességi értékei által meghatározott területi eloszlás látható. Az övezetes rend szinte változatlan képet tár elénk, mint amit már az előzőekben 86

93 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL láttunk. A tenyészidőszak jellemző sajátossága az őszi gabonák tenyészidőszakánál lényegesen szárazabb jellege. Változatlanul a Közép-Tisza vidéke a legszárazabb. Itt a relatív talajnedvesség átlagértékei 50-55% közöttiek. A száraz terület szinte az egész Alföldet átfogja. Mindazonáltal észak felé is, nyugat felé is érzékelhető az átlagos talajnedvesség értékeinek fokozatos emelkedése. Az átmenetei, mérsékelten nedves zónában a relatív talajnedvesség értékei 60-70% között mozognak. Jellemzője a területi eloszlásnak, hogy itt az északi területeken feltehetően adatok hiányában nem mutatható ki egy az átmenetinél nedvesebb zóna. Ez a zóna csak a nyugati határszél mellett található meg, de ott is nagyon kis területre zsugorodik össze. Agroklimatológiai körzetek. A ábrán láthatók az április-szeptemberi időszak éghajlati körzetei, amelyek lényegében ugyanolyan övezetes rendben helyezkednek el, mint az őszi gabonák esetében. A szembetűnő különbség az, hogy ebben az időszakban csupán három jól felismerhetó körzet különíthető el ábra. Az április-szeptember időszak adatai alapján meghatározott agroklimatológiai körzetek Az Alföld egészét és a Kelet-Dunántúl jelentős részét egy meleg és száraz körzet foglalja el, amelyre 17 fok feletti középhőmérsékletek és 60% alatti relatív talajnedvesség értékek a jellemzők. A Szolnok és Szeged közötti terület és környéke a legmelegebb és a legszárazabb. Az átmeneti zónában, amely mérsékelten meleg és mérsékelten nedves fok közötti hőmérsékletek és 60-65% közötti relatív talajnedvesség értékek uralkodnak. Végül a nyugati határszél egy keskeny területét foglalja el a hűvös és nedves körzet, ahol a tenyészidőszak középértékei 16 fok alatt maradnak, a relatív talajnedvesség pedig 65 és 70 százalék között változik. Összefoglalva: azt mondhatjuk, hogy hazánk területe éghajlati szempontból olyan övezetekre osztható, amelyek közül mindkét tenyészidőszakban a Dél-Alföldön található a legmagasabb hőmérséklet és egyben ez a terület a legszárazabb is. Innét észak és nyugat felé haladva mind a tenyészidőszakok középértékei, mind pedig a szárazság mértéke fokozatosan csökken. Mindkét vizsgált tenyészidőszakban a nyugati határszél melletti területek a leghűvösebbek és a legnedvesebbek. Az egyes ábrákon feltüntetett körzetek határait az alapul vett meteorológiai elemek értékei alapján határoztuk meg. Ezek lehetőséget adnak arra, hogy (1) az adott elemek, valamint a növények növekedése, fejlődése és produktivitása közötti kapcsolat ismeretében képet kapjunk arról, hogy azonos fajtát és minden egyéb tényezőre 87

94 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL homogén területi eloszlást feltételezve, az éghajlat hogyan befolyásolja a növények élettevékenységének a területi változékonyságát; (2) az adott elemek évek során végbemenő ingadozása (az éghajlatingadozás) hogyan befolyásolja az egyes területeken a növények növekedésének, fejlődésének és produktivitásának az alakulását; (3) az adott elemek valamilyen irányban történő változása (az éghajlatváltozás) milyen hatással lenne az egyes növények növekedésére, fejlődésére és hozamaira, illetve a hazánkban történő termesztésére. Éghajlati potenciál A növénytermesztés éghajlati feltételei nemcsak azt szabják meg, hogy egy adott területen milyen milyen növények termeszthetők, hanem azt is, hogy várhatóan milyen maximális hozamok érhetők el. A klimatikus feltételek által biztosított lehetséges maximális hozamokat szokás éghajlati potenciálnak nevezni. Néha megkülönböztetik az elméletileg lehetséges maximális hozamoktól a ténylegesen lehetséges maximális hozamokat. Az elméletileg lehetséges éghajlati potenciálon azt a termésmennyiséget értjük, amely az adott területen lehetséges legnagyobb sugárzásmennyiség és meghatározott sugárzáshasznosulás mellett képződhet, egyéb tényezők optimális szintjét feltételezve. A ténylegesen lehetséges éghajlati potenciálon pedig a tényleges éghajlati viszonyok mellett kialakuló maximális terméshozamokat szokás érteni. Az éghajlati potenciál az alapvető termésbefolyásoló elemek figyelembe vételével számítható. Ezek az elemek a zöld növények életfeltételeit jelentő fotoszintetkusan aktív sugárzás (Q FA ), a hőmérséklet (T) és víz (W), amelyet különböző nedvességi elemekkel reprezentálhatunk. A számításnál abból indulunk ki, hogy optimális hőmérsékleti és vízellátottsági viszonyok mellett a keletkező biomassza mennyiségét egyedül a rendelkezésre álló energia, s a növénynek az energiát hasznosító képessége (ε) határozza meg. A fotoszintézis egyenletéből következik, hogy a másik alapvetően fontos elem a víz, végül pedig a biokémiai reakciókat szabályozó hőmérséklet. E két utóbbi elem, ha értéke nem optimális, akkor csökkenti a képződő biomassza mennyiségét. Emiatt úgy kell őket figyelembe venni, hogy optimális esetben értékük 1 et adjon, attól eltérő esetekben pedig 1 nél kisebb értéket, vagyis a maximum arányában fejezzék ki a lehetséges hatásokat. Ennek megfelelően az éghajlati potenciál a következő függvénnyel számítható: Y = f (Q FA ) f (T) f (W) (2.3.1) Vizsgáljuk meg először azt az esetet, amikor a hőmérséklet és a vízellátottság optimális. Ekkor f (T) és f (W) függvények értéke 1, tehát az éghajlati potenciál az Y = f (Q FA ) (2.3.2) formula felhasználásával számítható. Ebben az összefüggésben még az f(q FA ) függvényt kell ismerni ahhoz, hogy az éghajlati potenciált számszerűen is meghatározhassuk. Az éghajlati potenciál meghatározásához ismernünk kell, hogy mennyi napsugárzásból felvett energia szükséges ahhoz, hogy egységnyi biomassza képződjön. A szakirodalomból ismeretes, hogy 1 kg biomassza előállításához kj energiamennyiség (Q 0 ) szükséges (Penman 1975). Ebben az esetben, ismerve a teljes vegetációs periódus alatt leérkezett energiamennyiséget (Q FA ), meg tudjuk határozni azt, hogy mennyi biomassza képződne, ha a leérkezett teljes energiamennyiség biomasszává alakulna. Ugyanis 88

95 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL QFA Y AMAX = (2.3.3) Q 0 ahol Y AMAX a terméshozam elképzelhető abszolút maximumát jelenti. A valóságban természetesen ilyen nagyságú termés nem fordulhat elő, mert a leérkező energiamennyiség egy jelentős része párolgásra fordítódik, egy másik része pedig a levegő és a talaj felmelegítésére használódik fel. A leérkező energiának tehát csak egy meghatározott kis aránya (ε) fordítódik biomassza képzésre, amelynek maximális értéke (ε POT ) jelenti azt az arányt, amely mellett a termés potenciális (Y POT ), vagyis Y POT QFA = ε POT (2.3.4) Q 0 Az ε POT értéknek van egy elméletileg lehetséges maximális értéke és van egy ténylegesen lehetséges maximális értéke. Az elméletileg lehetséges éghajlati potenciál. Ezt az értéket két kiindulópontból közelítve becsülték meg. Az egyik út Burgos (1986) gondolatmenete alapján a földfelszínre érkező sugárzás felhasználásának becsült értékéből következtet a maximálisan lehetséges sugárzáshasznosulás értékére. A másik út Campbell (1977) gondolatmenete alapján a fotoszintetikusan aktív sugárzás középső hullámhosszához tartozó fotonok energiáját veti össze az 1 molnyi anyagban megkötött energia mennyiségével. 1) Először a Burgos-féle gondolatmenet lépéseit elemezzük. a) A fotoszintetikusan aktív sugárzás a földfelszínre érkező sugárzásnak mintegy 45-55%-át teszi ki. Vegyük alapul ennek az alsó határát a 45%-ot, s tételezzük fel, hogy ennyi érkezik a növényállományok felső határára. b) Ebből a sugárzási energiából mintegy 5-10%-nyi visszaverődik a növényállományról (Jones 1983; Rosenberg et al. 1983). Vegyük a visszavert értéket 10%-nak, akkor a növényállományok számára már csak 35% áll rendenkezésre. c) A növényeknek életfolyamataik lebonyolításához is energiára van szükség, amelyet a már megkötött energiának a légzés során felszabadított részével fedez a növényállomány. Ezt az energiamennyiséget a fotoszintézis által megkötött teljes energiamennyiség egy harmadára becsülik (Burgos 1986). Vagyis a 2. pontban meghatározott energiamennyiségnek mintegy 11-12%-a az életfolyamatok fenntartására fordítódik. Így végül hozzávetőlegesen a növényállományra érkező sugárzásnak maximálisan mintegy 23-24% az, ami a fotoszintézis során hasznosulni képes. Az ε maximális értéke eszerint 0,24 lehet. 2) Végezzük el a maximálisan lehetséges sugárzáshasznosulás becslését a Campbell- féle gondolatmenet alapján is. Amint ismeretes a sugárzási energia diszkrét mennyiségek, kvantumok formájában terjed. Planck törvénye alapján egy foton energiája (E) következőképpen adható meg: c E = hν = h (2.3.5) λ ahol h a Planck állandó, ν a rezgészám, c a fénysebesség és λ a hullámhossz. Egy molnyi anyagmennyiséggel számolva a (2.3.5) egyenletet meg kell szorozni az Avogadro számmal, aminek értéke: N = 6, Ekkor: 89

96 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL c E = Nh (2.3.6) λ Ebbe az egyenletbe behelyettesítve az egyes hullámhosszak méterben (1 nm = 10-9 m) kifejezett értékeit, megkapjuk az egyes hullámhosszakhoz tartozó fotonok energiamennyiségét. A fotoszintetikusan aktív sugárzás tartományát különböző szerzők különbözőképpen adják meg. Vannak szerzők, akik a nm közötti sávot, vannak, akik a nm közötti sávot, mások pedig a 380 és a nm közötti sávot tekintik fotoszintetikusan aktívnak. A sáv megadásánál a felső határnak van nagyobb jelentősége, mert amint a (2.3.5) és (2.3.6) egyenletből is látható a foton energiatartalma és a hullámhossz között fordított arány van. Tehát a hosszabb hullámhosszak kisebb energiát hordoznak. Felmerül tehát az a kérdés, hogy mennyi az a legkisebb energiamennyiség, amely a fotokémiai reakciók kiváltásához szükséges. Ez Gorisina (1982) szerint 147 kj mol -1, Campbell (1977) szerint pedig 150 kj mol -1, ami viszont azt jelenti, hogy a 800 nm hullámhosszúságú sugárzás is aktív már fotoszintetikusan, a 750 nm felsőhatár esetén ez az érték 160 kj mol -1, 710 nm esetén pedig 170 kj mol -1. Mivel a fotoszintézishez szükséges szén-dioxid felbontásához 531 kj mol -1 és a víz (H 2 O) felbontásához pedig 498 kj mol -1 energiára van szükség, a fotoszintézis beindításához legalább 4 foton energiája szükséges. A valóságban azonban csak 8 foton energiája képes kiváltani a fotoszintézis megindulását. A maximális sugárzáshasznosulást úgy számíthatjuk ki, hogy a fotoszintetikusan aktív sugárzás 380 nm és 710 nm közötti sávját vesszük alapul. A tartomány középső hullámhosszának a 445 nm hullámhossz felel meg, ahol 1 foton energiája a (2.3.5) egyenlet szerint 269 kj mol -1. Nhc E = = = J mol = 269 kj mol (2.3.7) λ Mivel a fotoszintézishez 8 foton energiája szükséges, ezért a fotoszintézis során elnyelt energiamennyisége: = 2152 kj mol -1. Ugyanakkor a fotoszintézis során képződött 1 mol szénhidrát (CH 2 O) 470 kj mol -1 enrgiát köt meg. A hatékonyság tehát: HASZNOSÍTOTT ENERGIA 470 ε = = = (2.3.8) ÖSSZES ELNYELT ENERGIA 2152 vagyis kerekítve az ε maximális értéke 0,22 lehet, ami százalékban kifejezve: 22%. A kétféle becslés szerint a leérkező sugárzásnak tehát maximálisan 22-24%-a hasznosulhat a fotoszintézis során. Ez az az elméleti maximum, amelyet a növények a leérkező sugárzásból hasznosíthatnak. Amint a gazdasági növények sugárzáshasznosításának a vizsgálatánál láttuk, ettől az értéktől meglehetősen távol vagyunk. A zöld növények sugárzáshasznosítás Minden élőlénynek szüksége van energiára. Ahhoz, hogy egy élőlény élettevékenységet tudjon folytatni az energiához hozzá is kell jutnia. Az energia a forrása a Nap. Az élőlények egy része energiaszükségletét közvetlenül a napsugárzásból szerzi be. Ezek az élőlények az energiagyűjtők. Az élőlények egy másik csoportja energiaszükségletét az energiát tartalmazó élőlények elfogyasztása utján fedezi. Ezek alkotják az energiafogyasztók csoportját. 90

97 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL Az élőlényeket tehát az energiabeszerzésének módja alapján két csoportba lehet sorolni. Az energiagyűjtők csoportját a zöld növények alkotják. Ők a rájuk érkező napsugárzást elnyelik és a napsugárzás energiája segítségével szervetlen anyagokból szerves anyagot képesek előállítani. A szerves anyagok a napsugárzás energiáját kémiai kötések formájában tartalmazzák, s ebbõl az energiából fedezik a növények szervezetük működésének enrgiaszükségletét. Az energiafogyasztók csoportjába pedig egyrészt azok az élőlények tartoznak, amelyek a zöld növényeket fogyasztják el (növényevők), s a zöld növényekben raktározott energiát használják a szervezetük működéséhez szükséges energia fedezésére, másrészt pedig azok az élőlények, amelyek a növényevő állatok elfogyasztásával (húsevők) biztosítják energiaszükségletüket. Ez utóbbi esetben azonban számolni kell azzal, hogy az energia csökkenő mennyiségben adódik tovább, hiszen minden élőlénynek életműködéséhez energiát kell felhasználnia. Az ember minden evő, mivel az életműködéséhez szükséges energiát részben közvetlenül a zöld növények elfogyasztásával szerzi be, részben pedig a növényevő állatok elfogyasztásával. A Föld növényezetének sugárzáshasznosítása. A légkör felső határára érkező sugárzásmennyiséget napállandónak vagy szoláris állandónak nevezik. Értékét a különböző források (Gates 1980, Budiko 1984) különbözõképpen adják meg. A megadott értékek általában 1350 és 1370 J m -2 s -1, mért értéke Gates (1980) szerint 1353, míg az általunk (Varga-Haszonits és Tölgyesi 1990) számított érték 1354-nek adódott. Ha ez utóbbi értéket vesszük alapul, akkor azt mondhatjuk, hogy a légkör felső határán minden négyzetméterre 1 másodperc alatt 1354 Joule energia érkezik. Ismerve a szoláris állandó (I 0 ) állandó értékét, kiszámíthatjuk, hogy egy átlagos nap alatt, amikor 12 órát süt a Nap (március 21-én és szeptember 23-án), mennyi energia érkezik a légkör felső határára. Az egy nap alatt leérkező energiamennyiség (Q NAP ) ekkor Q NAP = I = J m 2 nap 1 (2.3.9) ahol 3600 az 1 órában lévő másodpercek száma, 12 pedig a megvilágított órák száma. Ebből egyszerűen számítható az egy esztendő folyamán leérkező sugárzásmennyiség (Q ÉV ) is, ha a napi energiamennyiség értékét megszorozzuk az év napjainak a számával. Q ÉV = Q NAP 365 = 2, J m 2 év 1 (2.3.10) A (12) egyenlettel meghatároztuk, hogy 1 m 2 -re 1 év alatt mennyi energia érkezik. Mivel ismerjük a Föld felszínének nagyságát, ami kerekítve 510 millió km 2, vagyis 5, m 2, kiszámíthatjuk, hogy mennyi energia érkezik a Föld Nap által megvilágított felületére, tehát a Föld felszínének a felére 1 év alatt. A Földnek mindig csak az egyik felét világítja meg a Nap, ezért a kapott érték a földfelszínre egy év alatt érkező sugárzásmennyiséget (Q FÖLD ) jelenti. Q FÖLD = Q ÉV 2, = (2, ) (2, ) = 54, J év 1 (2.3.11) Ennek a sugárzásnak csak mintegy a fele (27, J év -1 ) éri el a földfelszínt, mert a sugárzás egy részét a felhõzet és a légköri molekulák visszaverik, más részét pedig elnyelik. Ennek a sugárzásnak is csak mintegy a fele (0,55 része) az ultraibolya és a vörös sugarak közötti tartomány az, amely a fotoszintézis során hasznosítható. A felszínre érkezõ fotoszintetikusan aktív sugárzás tehát nak adódik. Becslések szerint (Hall és Rao 1983) az autotróf növények tonna biomasszát állítanak elő évente, amelyben a kémiailag megkötött enrgia mennyiségét (Q BIO ) úgy lehet kiszámítani, hogy a képződött szerves anyag mennyiségét (M BIO ) megszorozzuk az egységnyi szerves anyag 91

98 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL elõállításához szükséges energiamennyiséggel (Q 0 ), amelynek értéke 1 g szerves anyagra számítva J. Mivel itt a szerves anyag mennyisége tonnában (1 t = 10 6 g), az 1 t szerves anyag előállításához szükséges energia: J, vagyis az 1 év alatt képzõdött biomassza által megkötött energiamennyiség: Q BIO = M BIO Q 0 = ( ) ( ) = 3, J év 1 (2.3.12) Miután ismerjük a földfelszínre érkező fotoszintetikusan aktív sugárzás mennyiségét és a az autotróf növények által termelt biomasszában kémiailag megkötött energia mennyiségét, a növények által hasznosított sugárzás arányát, az úgynevezett sugárzáshasznosulási (efficiencia) együtthatót (ε) egyszerűen számíthatjuk, ugyanis KÉMIAILAG MEGKÖTÖTT ENERGIA ε = (2.3.13) FELSZÍNRE ÉRKEZETT ÖSSZES ENERGIA A hasznosulás tehát ebben az esetben azt jelenti, hogy a földfelszínre érkező összes fotoszintetikusan aktív sugárzásmennyiségnek hányad része kötődik kémialag a fotoszintézis során. A sugárzáshasznosulás értéke az egész Földre vonatkoztatva tehát 21 3,4 10 ε = = 0,0023 (2.3.14) vagyis százalékban kifejezve a Földre érkező fotoszintetikusan aktív energiának csak 0,23%-a hasznosul. Hall és Rao (1983) 4,3 milliárd ember számára a szükséges évi élelmiszer-mennyiséget 800 millió tonnára becsülte, amelynek energiaértéke: ( ) ( ) = 13, J év -1- nek felel meg. Ezt figyelembe véve, az évi szerves anyag termelés során megkötött energiából (3, J év -1 ) az emberiség 13, J év -1 mennyiséget hasznosít, így a hasznosulás mértéke 13 13,6 10 ε = = 0,004 (2.3.15) 21 3,4 10 vagyis 0,4%. Tehát a valamivel több mint 4 milliárd ember élelmiszer-szükséglete az egész év során megkötött energiának még fél százalékát sem tesz ki. Feltételezve mivel közel 4 milliárd ember élelmezésére 800 millió tonna élelemre van szükség, hogy minden további 1 milliárd ember újabb 200 millió tonna élelmet igényelne, 5-6 milliárd ember ellátásához az összes fotoszintetikusan megkötött energia 0,5-0,6%-ára van szükség. Természetesen az elmondottakból nem következik, hogy a népességnövekedésből származó problémák megkerülhetők. Egyrészt ugyanis célszerű lenne, ha az élelmiszerszükségletet mindig ott állítanák elő, ahol arra igény van, vagy ha ez nem lehetséges, akkor ott rendelkezzenek olyan pénzügyi fedezettel, amely biztosítja az élelmiszer-szükséglet külső forrásokból történő beszerzését. Másrészt a megnövekedett népesség számára munkát kell biztosítani, ki kell elégíteni vízszükségletét stb. Mindemellett az ilyen körülmények között még nagyobb erőfeszítést kíván a környezetbe harmonikusan illeszkedő termelés megvalósítása, s egyáltalán az egészséges környezet fenntartása. 92

99 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL A sugárzás hasznosulása az egyes kontinenseken. A Föld felszínére érkező sugárzásmennyiségnek (27, J év -1 ) hozzávetőlegesen 9,3%-a terméketlen területre, 20%-a erdőre, füves területre és művelt területre, több mint 70%-a pedig a tengerekre és óceánokra jut (Hoffmann 1987). Felmerül tehát, hogy a szárazföldeket célszerű külön is megvizsgálni, hiszen ott állítják elő az emberiség számára szükséges élelmet. Ilyen jellegű vizsgálatokat Jefimova (1977) végzett. Vizsgálatai alapján megállapítható volt, hogy a sugárzáshasznosulás függ egyéb külső tényezőktől is, elsősorban a nedvességellátottságtól. Ismeretes ugyanis, hogy a fotoszintézis során a növény szén-dioxidból és vízből állít elő szénhidrátot. Mivel a légköri szén-dioxid viszonylag állandó mennyiségben áll rendelkezésre, a víz az a tényező, amely a sugárzáshasznosulást erősen befolyásolja. Az egyes kontinensekre a táblázatban látható sugárzáshasznosulási átlagértékeket kapta táblázat. A sugárzáshasznosulás átlagértékei az egyes kontinenseken (Jefimova 1977) Kontinensek Sugárzáshasznosulás (%) Európa 1,26 Dél-Amerika 1,13 Észak-Amerika 0,94 Ázsia 0,88 Afrika 0,59 Ausztrália 0,44 Összes kontinens együtt 0,86 A táblázat érdekessége, hogy a nem túlságosan nagy sugárzási energia bevétellel rendelkező Európában található a legnagyobb átlagos hasznosulás. Ennek valószínűleg abban található az oka, hogy Európa jelentős részén jó a nedvességellátottság. Elég magas a Dél-Amerikára kapott érték is. Itt azt kell megemlíteni, hogy a produktivitást a nedves trópusok erdői növelik nagy mértékben. A kontinens többi részén azonban a nem megfelelő nedvességellátottság miatt nem érvényesül olyan mértékben az erősebb sugárzás hatása. Észak-Amerika esetében azt kell hangsúlyozni, hogy a jobb nedvességellátottságú északibb területeken a sugárzáshasznosulás értéke 1,0-1,5 %, ugyanakkor a kontinens délnyugati területein található félsivatagok és sivatagok területén csak 0,5 %. Ez utóbbi miatt adódik a kontinensre vonatkozóan viszonylag alacsonyabb átlagérték. Az ázsiai alacsonyabb érték is a mérsékelt övi félsivatagok és sivatagok viszonylag nagy kiterjedésével magyázható. Emellett a jó nedvességellátottságú északibb területeken a sugárzáshasznosulás 1,0-1,5 %, a délkelet-ázsiai monszúnesők területén pedig 1,5-2,0 %. Végül az afrikai és ausztráliai nagyon alacsony értékek ugyancsak a nagy kiterjedésű sivatagos területekkel magyarázhatók, s arról tanuskodnak, hogy nedvesség hiányában a sugárzási energia kihasználatlan marad. A bemutatott adatok azt bizonyítják, hogy az egyes kontinensekre számolva a sugárzáshasznosulást, jobb eredményeket kapunk, mint amit a Föld egészére meghatároztunk. Hazai gazdasági növényeink sugárzáshasznosítása és éghajlati potenciálja. A sugárzási energia és a terméshozam értékek folyamatos megfigyelése lehetővé teszi, hogy a hazai gazdasági növényeink sugárzáshasznosulását meghatározzuk. Erre a célra az közötti adatokat használtuk fel. Az egyes növények sugárzáshasznosulását az közötti időszak megyei átlagtermései alapján mutatjuk be. Látható, hogy az őszi búza és az őszi árpa sugárzáshasznosítása között nincsen jelentős különbség. 93

100 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL A kapott eredmény attól függ, hogy mennyi a vegetációs periódus alatti fotoszintetikusan aktív sugárzás és milyen ε értéket választottunk a potenciál meghatározásához. Ez utóbbit a ténylegesen meghatározott értékek alapján választhatjuk meg. A vizsgálathoz megyei termésátlagokat használva, láthattuk, hogy az ε milyen értékeket vesz fel az egyes növények esetében. Nyilvánvalóan a potenciális hozam számításához az elmúlt évtizedekben ténylegesen előfordult sugárzáshasznosulási értékeknél nagyobb értékeket célszerű választani táblázat. A sugárzás alapján számított maximális terméshozamok (kg/ha) Állomás Őszi Őszi Kukoricrépforgnya Cukor- Napra- Burgo- Szőlő búza árpa Győr-Moson-Sopron Vas Zala Somogy Veszprém Komárom-Esztergom Fejér Tolna Baranya Bács-Kiskun Pest Jász-Nagykun-Szolnok Csongrád Békés Hajdú-Bihar Szabolcs-Szatmár-Bereg Borsod-Abaúj-Zemplén Heves Nógrád Ismerve a sugárzás időbeli és térbeli változásait, azt várhatjuk, hogy lesznek olyan évek, amikor a nagyobb sugárzásmennyiség miatt nagyobb lehetséges hozamok várhatók, s ezek is az ország déli sugárzásban gazdagabb területein nagyobb terméshozamokat eredményeznek, mint az északi és a nyugati határszélhez közeli részeken. Ez minden növényre érvényes megállapítás. Vizsgáljuk meg néhány fontosabb gazdasági növényünk sugárzás alapján ténylegesen lehetséges maximális hozamait A számítást úgy végezzük el, hogy a (2.3.4) egyenletben az ε POT érték helyére a közeli jövőben elérhető sugárzáshasznosulási értéket helyettesítettük be és a megyei termésátlagokat vettük figyelembe. Őszi búza. Az őszi búza maximális hozamait 3 % os sugárzáshasznosulást feltételezve számítottuk ki, mivel a megyei termésátlagok alapján a sugárzáshasznosulás mértéke már megközelíti a 2 % ot. A kapott eredményeket a táblázat tartalmazza. Látható, hogy 3 % os sugárzáshasznosulás esetén az ország egész területén 9 és 11 t/ha közötti terméshozamokkal lehetne számolni. Kedvező sugárzási viszonyok mellett mindegyik megyénkben előfordulhatnának 10 t/ha feletti hozamok. Az is látható, hogy Baranya, Bács Kiskún, Szolnok, Csongrád és Békés megyékben a 10 t/ha feletti hozamoknak nagyobb az előfordulási gyakorisága. Ez tükröződik a 40 évi átlagokban is, mivel az átlagok is 10 t/ha felettiek. A ténylegesen lehetséges potenciál Borsod és Nógrád megyékben a legalacsonyabb, 9.6 t/ha alatti értékekkel. 94

101 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL A ténylegesen lehetséges potenciálnak az adott éghajlati időszakra vonatkozó maximális értékeit tekinthetjük az elméletileg lehetséges potenciálnak. Ezek az értékek 10.0 és 10.3 t/ha között mozognak.tehát ha sikerülne hozzávetőlegesen 1 % kal növelni az őszi búza sugárzáshasznosítását, akkor átlagosan 9 10 t/ha os megyei átlagterméssel számolhatnánk. S amint a táblázatból is kitűnik ezt legkönnyebben déli határaink mentén érhetnénk el. Őszi árpa. A potenciál adatokat az táblázatban találjuk. Az értékek alacsonyabbak, mint a búza esetében, de ez esetben csak 2 % os sugárzáshasznosulással számoltunk, mert mint az árpa sugárzáshasznosulási viszonyait vizsgálva tapasztalhattuk, a tényleges értékek nem érik el az 1.5 % ot sem. A területi eloszlás hasonló, mint a búzánál, a déli megyék dominanciáját mutatják. Ezekben a megyékben gyakran fordulnak elő 7.4 t/ha feletti értékek. Ezt tükrözik az átlagok is. Legkisebbek az átlagok Borsod és Nógrád megyékben, hasonlóan, mint a búza esetében. Az elméletileg lehetséges maximumok 2 % os hasznosulást feltételezve 7.4 és 7.6 t/ha között változnak. Kukorica. Potenciál értékei az táblázatban találhatók. Ezeket az értékeket 2 % os hasznosulást feltételezve számítottuk. Az abszolút értékek 9 és 11 t/ha között ingadoznak. A déli megyékben a 10 t/ha feletti értékek gyakoribbak, mint a többi megyében. Itt az átlagok is 10 t/ha felettiek. A legalacsonyabb értékek viszont két nyugat dunántúli megyében: Vasban és Zalában, valamint Borsod-Abaúj-Zemplén megyében fordulnak elő. Vas megyében a tényleges potenciál a 40 év alatt egyszer sem érhette volna el a 10 t/ha értéket. Az elméletileg lehetséges maximumok 9.9 és 10.2 t/ha között mozognak. Cukorrépa. Potenciál adatait az táblázatban láthatjuk. A számításnál 12 % os sugárzáshasznosulást vettünk alapul. A kukoricánál tapasztalt területi eloszlás tárul elénk. A maximumok ismét Baranya, Bács Kiskún, Szolnok és Csongrád megyékben találhatók. A minimum Vas megyében. Az átlagok mindenütt 50 t/ha felett vannak. Megjegyezzük, hogy a cukorrépánál az eddigiekhez képest jelentősebb évi ingadozás tapasztalható. A maximális terméshozamok értékei 50 és 55 t/ha között változnak. Az elméletileg lehetséges maximumok 53 és 59 tonna között vannak. Napraforgó. Potenciál értékeit az táblázatban találjuk. A számítást 1 % os sugárzáshasznosulást alapul véve végeztük. A területi eloszlás hasonlatos a kukoricánál tapasztalthoz. A már említett négy megyében (Baranya, Bács Kiskún, Szolnok és Csongrád) az átlagok meghaladják a 3,8 tonnát. Két nyugat dunántúli megyénkben (Vas és Zala) viszont nem érik el a 3 tonnát. A potenciál értékek ingadozása a napraforgónál is jelentős, 2,8 és 3,9 t/ha között változik. Az elméletileg lehetséges maximumok 3,7 és 3,9 tonna/ha között mozognak. Burgonya. Potenciál értékeit az táblázatban tüntettük fel. A számításokat 5 % os sugárzáshsznosulás figyelembe vételével végeztük. Az egynyári növényeknél már megszokott kép tárul elénk. A maximumot mutató négy megyében (Baranya, Bács Kiskún, Szolnok és Csongrád) az átlagok 30 tonna felett vannak. Vas, Zala és Nógrád megyében alig haladják meg a 28 tonnát. Az ingadozás is számottevő. Az elméletileg lehetséges maximumok 29 és 31 tonna közöttiek. Szőlő. Potenciál adatai az táblázatban találhatók. A számítást 3 % os sugárzáshasznosulás feltételezésével végeztük. A potenciál értékek átlagai a szőlőnél viszonylag megyenként kis eltérést mutatnak, 13 és 15 t/ha között változnak. A szőlő esetében is a már korábban megszokott övezetes rend mutatkozik. A legnagyobb potenciál átlagok Baranya megyében adódnak, a legkisebbek pedig Borsod-Abaúj-Zemplén megyében. Az elméletileg lehetséges potenciál értékei 14,5 tonna és 15,0 tonna közöttiek. 95

102 ÉGHAJLATI KÖRZETEK, ÉGHAJLATI POTENCIÁL Irodalom Budiko, M.I. 1984: Evolucija bioszferi. Gidrometeoizdat, Leningrád, 487 oldal. Burgos, J.J. (1986): Equilibrium and extreme climatic conditions of world s bioms and agrosystems. Land Use and Agrosystem Management under Sever Climatic Conditions, WMO Technical Note, No.148, oldal. Campbell, I.M. (1977): Energy and Atmosphere. A physical-chemical approach. John Wiley and Sons, London, 398 oldal. Gates, D.M. 1980: Biophysical Ecology. Springer Verlag, New York, 611 oldal. Gorisina, T.K. (1979): Ekologija rasztyenyij. Viszsaja skola, Moszkva, 368 oldal. Jefimova, N.A. 1977: Ragyiacionnije faktori progyuktyivnosztyi rasztyityelnovo pokrova. Gidrometeoizdat, Lningrád, 216 oldal. Jones, H.G. (1983): Plants and microclimate. A quantitative approach to environmental plant physiology. Cambridge University Press, Cambridge. Penman, H.L. (1975): Water as a factor in productivity. In: Potential Crop Production, A Case Study. Ed. by P.F. Wareing and J.P. Cooper, Heinemann Educational Books, London, oldal. Rosenberg, N.J., Blad, B.B., Verma, S.B. (1983): Microclimate. The Biological Environment. John Wiley and Sons, New York. Szász G. 1994: Szántóföldi növények szoláris energiahasznosítása Magyarországon. Növénytermelés 43. évf. 5. szám, oldal. Varga-Haszonits Z. (1981): A gazdasági növények terméshozamának éghajlati potenciálja. MTA X. Osztályának Közleményei, 14. évf., 2-4. szám, oldal. Varga-Haszonits Z. (1982): A növénytermesztés és az éghajlati potenciál. Mezőgazdasági Világirodalom, XIV. évf., 3. szám, oldal. Varga-Haszonits Z. (1985): Az őszi búza fejlődése, terméshozama, terméspotenciálja és a meteorológiai tényezők. Búzatermesztési Kísérletek, Akadémiai Kiadó, Budapest, oldal. Varga-Haszonits Zoltán - Tölgyesi L. (1990): A globálsugárzás és a fotoszintetikusan aktív sugárzás számítása rövid időszakokra. Beszámolók az 1986-ban végzett tudományos kutatásokról, OMSz, Budapest, oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs., Schmidt R., Vámos O. (1999): A fontosabb gazdasági növények sugárzáshasznosítása Magyarországon. Növénytermelés, Tom 48, No.2, oldal. Varga-Haszonits Zoltán, Varga Zoltán (2004): Az éghajlati változékonyság és a természetes periódusok. Agro-21 Füzetek, 37. szám, oldal. Varga-Haszonits Z. 2001: A növénytermesztés éghajlati körzetei és potenciálja. Berényi Dénes Jubileumi Ülés, Debrecen, oldal. 96

103 ÁTTELELÉSI VISZONYOK AZ ÉGHAJLAT, MINT KOCKÁZATI TÉNYEZŐ A ritkán előforduló vagy extrém meteorológiai értékek rendszerint nagyobb hatást gyakorolnak a növényekre, mint az átlagos viszonyokban bekövetkező változások (Gates 1993). Ezért ezeknek az értékeknek a vizsgálata mind a hatáselemzés, mind pedig egy esetleges éghajlatváltozás szempontjából nagy jelentőséggel bír. A meteorológiában egyes elemek valamilyen kritikus küszöbérték alatti és/vagy feletti értékei okozhatnak kedvezőtlen hatásokat a növényeknek, sőt akár teljesen el is pusztíthatják azokat. Káros jelenségek több elem kombinációjaként is adódhatnak. Az egyes elem kedvezőtlen hatására példa lehet egy felhőszakadás (megdönti a gabonát), a több elem kombinációjára pedig, ha ez a felhőszakadás még viharos széllel (leveri a fáról a gyümölcsöt) és villámlással (bozót- és erdőtüzet okoz) is párosul. 3.1 Áttelelési viszonyok A hideg időszak mint láttuk általában a november közepe és március közepe közötti időszak. Ekkor a napi középhőmérsékletek rendszerint 5 fok alatt maradnak. Ebben az időszakban gazdasági növényeinknek csak egy része, az őszi gabonák, a gyümölcsfák és a szőlő van a szabadban. Ezekre a növényekre az alacsony hőmérsékletek károsan hatnak, egy bizonyos hőmérsékleti küszöb alatt. Ez a hőmérsékleti hatás azonban függ még attól is, hogy van e hótakaró, amely vastagságától függően védelmet jelent a növények számára. A növények az év hideg szakaszában jelentősen mérséklik biológiai folyamataik intenzitását, ezért csak az erős meteorológiai hatásokra reagálnak. A téli időszak káros meteorológiai hatásait két csoportra lehet osztani: - közvetlen hatásokra és - közvetett hatásokra. Közvetlen károsító hatásokon azt értjük, hogy valamely meteorológiai elem vagy több elem együttese olyan intenzitást ér el, amely a nyugalmi állapotban lévő növényeknél is részleges károsodást vagy teljes kipusztulást okozhat. Közvetett károsító hatásról akkor beszélünk, ha a meteorológiai hatások által előidézett valamilyen jelenség válik károssá a növények áttelelése szempontjából. A téli időszak időjárási viszonyaihoz a különböző növények különbözőképpen alkalmazkodtak. A növényeknek az áttelelési viszonyokhoz való alkalmazkodását nevezzük télállóságnak. Téli magas hőmérsékletek Az október és március közötti hideg időszakban, a téli félévben, az őszi gabonák és a gyümölcsfák vannak kitéve a hőmérsékleti hatásoknak. Ezeknek a következő évi termését erősen befolyásolja, hogy hogyan telelnek át. Az áttelelés kedvező vagy kedvezőtlen voltában nemcsak a téli minimum hőmérsékletek játszanak szerepet, hanem a téli maximum hőmérsékletek is. A maximum hőmérsékletekre egyrészt azért kell nagyobb figyelmet fordítani, mert az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjának növekedése elsősorban a kisugárzás csökkentésében jelentkezik. A kisugárzás szerepe pedig éjszaka és a téli hónapokban jelentős. 97

104 ÁTTELELÉSI VISZONYOK Az üvegházhatású gázok légköri koncentrációjának növekedéséből arra lehet tehát következtetni, hogy a téli lehűlések mérséklődnek, növekszik az enyhe napok száma táblázat. Az 5 fokos vagy annál magasabb Ismeretes, hogy számos, főleg maximumú napok száma ( ) hűvöskedvelő növény bázishőmérséklete Maximum Átlag Minimum 5 fok körüli érték. Ezen érték felett megindul a növényekben fokozottabb lesz az Békéscsaba Budapest Debrecen Győr Iregszemcse Kecskemét Kompolt Miskolc Mosonmagyaróvár Nyíregyháza Pécs Szeged Szolnok Szombathely Ter. Átl élettevékenység. Megvizsgáltuk ezért, hogy a három téli hónap (december, január és február) napjából, hány olyan nap volt, amikor a maximum hőmérséklet elérte vagy meghaladta az 5 fokot. Az ilyen hőmérsékletek hatása két okból is kedvezőtlen lehet. Egyrészt ha az 5 fok feletti maximumú napok után jelentős mértékű lehűlés következik be, akkor annak károsító hatása fokozottabb mértékű lehet. Másrészt az enyhe tél segíti a növényi kórokozók és kártevők áttelelését, ezért a vegetációs periódus folyamán az általuk okozott kár is nagyobb lehet. Az 5 fokos vagy annál magasabb maximum hőmérsékletű napok számát a táblázatban tüntettük fel. Látható a táblázatból, hogy a legenyhébb teleken a három hónapból (90-91 nap) két hónapnyi időszak (>=60 nap) is 5 fok feletti lehet. Átlagosan 30 körüli napon voltak ilyen maximum hőmérsékletek, ami hozzávetőlegesen egy hónapnyi időszakot tesz ki. A leghidegebb teleinken azonban 5-6 napnál, vagyis egy hétnél kevesebb napon volt csak 5 fok feletti maximum. Látható, hogy a telek enyhe és hideg jellege széles intervallumban ingadozik. A területi átlag meghatározása mellett vizsgáltuk azt is, hogy milyen mértékű az átlag körüli szóródás. Az eredmények azt mutatták, hogy ez a hideg teleken volt a legkisebb, s mindössze 2-3 napot tett ki. Érdekes módon az enyhe teleken is csak 4-5 napos szóródások adódtak. A legnagyobb szóródásbeli különbségeket az átlagos teleken tapasztaltuk, amikor a szórás értékei 4 nap és 12 nap között változtak. Azt láthatjuk tehát az eredményekből, hogy amikor hidegek vagy enyhék voltak a telek, akkor azok lényegében az ország egész területén nagyjából hasonló módon jelentkeztek, viszonylag egyenletes eloszlásban. Az átlagos teleink viszont az ország egyes területei között nagyobb változékonyságot alakítottak ki. Megvizsgáltuk azt is, hogy az egyes évek között milyen változékonyságot mutat az 5 fok feletti maximumú napok száma. A ábrán látható, hogy az 1950-es és az 1960-as évek között inkább egy csökkenő tendencia érvényesült, ami az 1951-es magas érték és az ös alacsony értékek következménye. Ettől kezdve fokozatos emelkedés volt megfigyelhető. Az 1951 és 2000 közötti 50 év folyamán négy olyan év volt (1951, 1990, 1994 és 1998), amikor az 5 fok feletti napi maximumok száma a tél folyamán meghaladta az 50-et. Érdekes, hogy a négy évből három az közötti időszakban fordult elő. Tíz nap vagy annál kevesebb 5 fok feletti maximumú nap is négy évben fordult elő. Ebből három, egymásutáni három évben az 1960-as évek közepe felé (1963, 1964 és 1965). A negyedik alacsony előfordulás viszont az 1990-es évtized második felében (1996) volt. 98

105 ÁTTELELÉSI VISZONYOK Ami a meglepő, az az ingadozás mértéke. Az 50 év folyamán volt olyan év (1998), amelyben az 5 fok feletti maximumú napok területi átlaga 59 volt, s volt olyan év (1963), amikor csak 3. Az említett szélső esetek kivételével az 5 fok feletti maximumú napok száma 10 és 50 nap között ingadozott, 30 nap körüli átlaggal Varga-Haszonits Z. Et al. 2005b) ábra. Téli időszak 5 fok feletti maximumú napjainak száma az es időszak éveiben Az enyhe telek és a növényi kártevők. Az 1990-es évektől kezdődően mind több melegkedvelő rovarfaj jelenik meg hazánkban. A mediterrán eredetű, hazánkban újnak számító rovarkártevők megjelenését az enyhe telek számának a növekedésével magyarázzák. Jelentős károkozásuknak a meteorológai viszonyokon kívül még az is előidézője, hogy az új helyen hiányoznak természetes ellenségeik és a termelők számára nem eléggé ismertek az ellenük való védekezés módozatai (Pénzes et al. 2005). Téli alacsony hőmérsékletek A téli hónapokban kialakuló minimumok elsősorban az áttelelő növények (az őszi gabonák, a gyümölcsfák és a szőlő) szempontjából fontosak. Mindegyik növény számára létezik egy olyan hőmérsékleti minimum küszöbérték, amelynél alacsonyabb értékeket már károsodás nélkül nem tud elviselni és egy olyan, amely pedig már a teljes pusztulását okozza. Ezek a küszöbértékek természetesen növényenként különbözőek lehetnek (Varga-Haszonits 1987). Tudjuk azonban, hogy az áttelelés folyamán a 15 foknál alacsonyabb értékek már veszélyesek a növényekre (Veisz 1993), ezért megvizsgáltuk, hogy a különböző napi minimum értékek milyen gyakorisággal fordultak elő. Látható az táblázatból, hogy a téli hónapok napján leggyakrabban a 0 és 5 fok közötti értékek fordulnak elő. A vizsgált időszakban átlagosan ilyen nap volt. Még a 5 és 10 fok közötti értékek is napon léptek fel. A 10 és 15 fok közötti értékek átlagosan csupán 5-10 alkalommal tapasztalhatók. A 15 fok alatti értékek hótakaró nélkül már veszélyesek az őszi gabonák számára, de viszonylag ritka az ilyen eset hazánkban. A 15 fok alatti hőmérséklet (leginkább hótakaróval) általában 1-4 %-os valószínűséggel jelentkezhet (Varga-Haszonits Z. et al. 2005a). A fagytűrés kialakulását az abiotikus tényezők közül még a növények által felvehető víz mennyisége és időbeli eloszlása is befolyásolhatja, mivel az áttelelés eredményességére jelentős hatással van a növényi szövetek nedvességtartalma is (Veisz és Sellyei 2004). 99

106 ÁTTELELÉSI VISZONYOK táblázat. A téli hónapok minimum értékeinek átlagos gyakorisága ( ) Gyakorisági osztályok Állomások - (-4.9) (-5.0)- (-9.9) (-10.0)- (-14.9) (-15.0)- (-19,9) (-20.0)- (-24.9) (-25.0)- (-29.9) Békéscsaba Budapest Debrecen Győr Iregszemcse Kecskemét Kompolt Miskolc Mosonmagy Nyíregyháza Pécs Szeged Szolnok Szombathely A téli negatív hőmérsékletek hatásai. A téli fagyok hatása lehet közvetlen és közvetett. A közvetlen hatás jellemzője, hogy közvetlenül a negatív hőmérséklet az, amely károsítja a növényt. Ilyen jellegű az elfagyás vagy megfagyás és a kifagyás. A közvetett hatás esetében a negatív hőmérsékletek hatása a talajon keresztül érvényesül. Ide sorolható a szomjanhalás és a felfagyás. A növényeknek azt a tulajdonságát, amellyel képesek védekezni e hatások ellen télállóságnak nevezzük. A különböző növények a téli negatív hőmérsékletekre különbözőképpen reagálnak, ennek megfelelően a télállóságuk is különböző. Télállóságuk rendszerint összefügg a származási helyükkel, öröklött tulajdonság, amely nemesítéssel alakítható. Elfagyás (megfagyás). Úgy alakul ki, hogy a negatív hőmérséklet hatására a sejtnedv megfagy és a sejtekben apró jégkristályok képződnek. A sejtnedv térfogata a megfagyáskor közel 10 %-kal megnövekszik, s a térfogatukban megnövekedett jégkristályok a sejtek falait szétszakítják. Újabban a sejtek pusztulását a protoplazma kiszáradásával is magyarázzák. Ez olyan esetekben szokott bekövetkezni, amikor a felengedés gyorsan megy végbe. Ilyenkor a sejtközökben végbemenő párolgás és a szöveteken keresztül történő kiszívódás következtében a protoplazma jelentős vízveszteséget szenved. Ha a felmelegedés lassan megy végbe, akkor a meolvadt jégkristályok vizét a sejtek felszívják és a növény újra éled. Kifagyás. Ha a hőmérséklet nagyon alacsonyra süllyed, akkor a protoplazma maga is megfagy, ennek következtében elvíztelenedik, a benne lévő fehérje anyagok kicsapódnak és a növény elpusztul. Ezt nevezzük kifagyásnak. Főleg hótakaró nélküli, kemény fagyok esetén lehet rá számítani. A növények a fagy közvetlen hatásai ellen többféle módon védekezhetnek. Az egyik ilyen lehetőség a növényi sejtek cukortartalmának a növelése. Ezáltal a sejtnedv töményebb lesz, s így csökken a sejtnedv megfagyásának és a fehérjék kicsapódásának a veszélye. Az oldatok ugyanis lacsonyabb hőmérsékleten fagynak meg, mint a tiszta víz. A fagypontsüllyedés mértéke függ az oldat töménységétől. Minél töményebb az oldat, annál alacsonyabb a fagypontja. Télen a növényi sejtek oldattöménysége nagyobb, mint tavasszal és ősszel, ezért télen jóval alacsonyabb hőmérsékletek kellenek ahhoz, hogy a növényi sejtek megfagyjanak. Tavasszal 100

107 ÁTTELELÉSI VISZONYOK megkezdődik a cukor keményítővé alakulása, emiatt a sejtek cukormennyisége csökken, a sejtek felhígulnak és a növény fagyérzékenyebbé válik. Emiatt az elfagyás jelensége általában nem télen, hanem inkább későtavasszal és koraősszel a vegetációs időszakban szokott jelentős károkat okozni. Szomjanhalás. Ezzel a jelenséggel is elsősorban hótakaró nélküli kemény fagyok esetén kell számolni. Lényege abban van, hogy a talajhőmérsékletek fokozatos süllyedésével a növényi gyökérsejtek áteresztőképessége (permeabilitása) csökken és emiatt nehezebbé válik a tápanyagfelvétel is. Ha a talaj megfagy, a gyökerek már csak nagyon kevés vizet és tápanyagot képesek felvenni, majd a víz és tápanyagfelvétel meg is szűnik, s a növény elpusztul. Ha a talajfagy csak egy vékonyabb felső talajrétegre terjed ki, akkor a mélyebben lévő gyökerek még képesek vizet és tápanyagot felvenni. Ha azonban a talajfagy a mélyebben fekvő gyökereket is eléri, akkor a növény még abban az esetben is elpusztulhat, ha egyébként a levegő hőmérséklete lehetővé tenné a növény fejlődését. Különösen nagy a veszély akkor, ha a levegő kis nedvességtartalma és a szél fokozzák a transzspirációt. Felfagyás. Ez a jelenség annak következtében alakul ki, hogy a talajban lévő víz hideg téli éjszakákon megfagy. Térfogata megnagyobbodik, smivel csak felfelé képes terjeszkedni, az adott talajrész felemelkedik, s felemelkedése közben a talajgyökereket elszakítja. Ha elég magasak a nappali hőmérsékletek, akkor a fagyott, felemelkedett talajrész megolvad és visszatér eredeti helyére. Ha az éjszakai és nappali hőmérsékletváltozások hatására ez a talajmozgás gyakran ismétlődik (a talaj harmonikázik), akkor jelentős károk keltkezhetnek a téli növényállományokban. Ez a jelenség többnyire a tél vége felé, a tavasz elején szokott előfordulni, amikor az éjszakai fagyokat nappali olvadás követi. Ha a fagy csak a talaj felső vékony rétegére terjed ki, s nem éri el a gyökérzet zömét, akkor csak kisebbkárokat okoz. Ha mélyebbre is lehatol, akkor már a gyökerek jelentős részét képes elszaggatni, sőt az ismétlődő felfagysá az egész növényt is kiemelheti a talajból, s a növény táplélék hiányában elpusztul. Korábbi vetésű, az ősz és a tél folyamán mélyebben meggyökeresedett növényekben a felfagyás okozta károk is kisebbek. A felfagyást a magasabb talajnedvesség segíti. Minél nedvesebb ugyanis a talaj, annál a nagyobb a fagyás következtében keletkező térfogat-növekedés. Ezért különösen veszélyesek az esők esők után fellépő fagyok. Nedves talaj esetén még 7 mm-es talajmozgások is kilakulhatnak. A felfagyással szemben elsősorban azok a növények tanusítanak nagyobb ellenállást, amelyeknek a gyökerei rugalmasak. A téli negatív hőmérsékletek és a növényi betegségek. A baktériumoknak ahhoz, hogy a növényt megfertőzhessék arra van szükségük, hogy a növényen sebesülés keletkezzen. Ennek leht időjárási oka is. A téli negatív hőmérsékletek, a téli fagyok, különösen a felfagyás hatására a kéregszöveten repedések keletkezhetnek, s ezzel lehetőséget adnak arra, hogy a baktériumok a növényekbe jussanak Felmerül annak lehetősége is, hogy a gyümölcsfák téli elfagyásában a baktériumoknak is lehet szerepe, mert a háncsszövetekben szaporodó baktériumok jelentős cukor felhasználása miatt a sejtekben lévő koncentráció felhigul, s ezért a növény fagyérzékenyebbé válik (Hevesi, G. Tóth 2005). Havazás és hótakaró Azokban az időszakokban, amikor a hőmérséklet nulla fok alá képes süllyedni, megvan a lehetőség arra, hogy a csapadéknak egy része hó formában hull le. Ez az időszak gyakorlatilag október elején kezdődik és eltarthat június elejéig. Az első és utolsó havazás átlagos napjai az közötti időszak 40 évi adatai alapján azonban ennél szűkebb intervallumot jelölnek ki. Az első hóesés átlagos időpontja 101

108 ÁTTELELÉSI VISZONYOK a 200 m alatti tengerszint feletti magasságokban november második, harmadik dekádjára esik. Az átlagos utolsó hóesés időpontja pedig március utolsó dekádjára. Tehát átlagosan mintegy olyan nap van Magyarországon, amikor hóeséssel lehet számolni. Budapest 50 évi hóadatai alapján a legkorábbi hóesés október 3-án volt (1944-ben). Volt azonban olyan év is (1934), amikor az első mérhető mennyiségű csak december 27-én hullott le. Az utolsó hóesés időpontja az 50 évi adatsor alapján május 16 volt (1940-ben), de 1952-ben május 17-én is esett hó. Előfordult azonban az is 1921-ben, hogy február 15 után már nem volt hóesés. Az eddigi legkésőbbi hóesés az ország északi területén fordult elő, amikor ban még június első napjaiban is esett hó. A tengerszint feletti magassággal természetesen egyre hosszabb lesz az az időszak, amelynek folyamán havazással lehet számolni. Budapest Szabadsághegyen (473 m) már november első dekádjában található a havazás első napjának átlagos időpontja, az utolsó havazás átlagos időpontja pedig már április első dekádjára tolódik. A Kékestetőn pedig már október középső dekádjában van a havazás első átlagos időpontja, az utolsó havazás átlagos időpontja pedig április középső dekádjában. Az adatokból kitűnik, hogy a havazás első napja egyre korábbi időpontra esik, az utolsó napja pedig egyre későbbi időpontra, így a havazás első és utolsó napja közötti időszak hossza a tengerszinti magassággal folyamatosan növekszik. A havas napok száma 14 és 26 között változik. Havi eloszlásban novemberre jut 1-3 nap, decemberre 2-6 nap, januárra 3-7 nap, februárra 3-6 nap, márciusra 2-4 nap. A legkevesebb havas nap az ország középső, alföldi területein található. Innen északi vagy nyugati irányban haladva a havas napok száma nő. Hótakarós napon értjük azt a napot, amikor a talajt legalább 1 cm vastag, összefüggő hóréteg borítja. Ha a hótakaró összefüggő réteget alkot, de vastagsága nem éri el az 1 cm-t, akkor hólepelről beszélünk. Ha a hótakaró nem alkot összefüggő réteget, de kisebb-nagyobb területeket befed, akkor ezeket hófoltoknak nevezzük. A hótakarós időszak tartama a legrövidebb az Alföld déli területein, ahol átlagosan hótakarós napot találunk. Hasonlóan kevés hótakarós napot találunk a Mátrától délre fekvő sík területeken, észak felé a Hernád völgyében, a Dunántúlon pedig a Mezőföldön. Az Alföld északkeleti tájai felé haladva a hótakarós napok száma fokozatosan növekszik, szabolcs- Szatmár-Bereg megye területén már eléri a napot. Ugyancsak növekszik a hótakarós napok száma az Északi Középhegység területén, ahol átlagosan 100 napnál is tovább fedheti hótakaró a talajfelszínt. Természetesen a hótakarós napok száma a tengerszint feletti magassággal is gyorsan növekszik. A Dunántúl dombos vidékein a hótakarós napok átlagos száma nap között mozog. A Kisalföldön azonban csak hótakarós napra lehet számítani. A Bakony 300 méternél magasabb területein 50-nél több a hótakarós nap. A hótakaró káros hatásai. A hótakaró jelentős védőhatást nyujt a növényeknek a nagyon alacsony téli negatív hőmérsékletekkel szemben. Ha a hótakaró hosszasan megmarad vagy nagyon vastag lesz, akkor különböző kedvezőtlen hatások forrása lehet. Ilyen a kipállás és a megfulladás. Kipállás. Bekövetkezésére akkor lehet számítani, ha a hó nem fagyott talajra hull. Ekkor a növények még vegetatív tevékenységet folytatnak. A hótakaró alatt azonban nem kap napsugárzást a növény, ami a fotoszintézishez nélkülözhetetlen, emiatt fokozatosan gyengül s végül, ha ez a helyzet tartósan fennmarad, akkor elpusztul. Ez a jelenség előfordulhat oly módon is különösen tél vége felé, hogy a hótakaró alatt a talajfagy felenged, s így a növény élettevékenysége a hótakaró alatt is megindul. Túlságosan vastag és tartós hótakaró esetén a kipállás fagyott talaj esetén is előfordulhat. 102

109 ÁTTELELÉSI VISZONYOK Megfulladás. Olyankor következik be, amikor a hótakaró tetején jégkéreg keletkezik vagy pedig olyankor, amikor az olvadó hólé a hótakaró alatt összegyűlik és jéggé fagy. Ilyenkor a növény nem kap levegőt és oxigénhiány miatt elpusztul. Téli aszály Hótakarótlan, enyhe teleken előfordul, hogy a talajban jelentős a vízhiány. Ez a tél végén, tavasz elején, a vegetáció tavaszi megindulása előtt következhet be. A téli aszály idején hótakaró hiányában, derült, besugárzásos napokon, ha a hőmérséklet nulla fok fölé emelkedik, s a növények föld feletti részei melegszenek, megindul a párolgás. A talajban azonban kevés a nedvesség, s az is lehetséges, hogy a talaj fagyott állapotban van, ezért a levelek vízutánpótlás hiányában száradni kezdenek, s ez a folyamat kiterjedhet a növény egész föld feletti részére. Irodalom Gates, D.M. 1993: Climate Change and its Biological Consequences. Sinauer Associates, Inc. Publisher, Sunderland. G. Tóth M. 2004: Fagykárosodás az almatermesztés kockázati tényezője. Agro-21 Füzetek, 34. szám, oldal. Hevesi M., G. Tóth M. 2005: Kertészeti növények baktériumos betegségeinek kialakulását befolyásoló időjárási tényezők. Agro-21 Füzetek, 42. szám, oldal. Pénzes B., Haltrich A., Dér Zs., Hudák K., Ács T., Fail J. 2005: Melegkedvelő rovarfajok a kertészeti növények kártevő együtteseiben. Agro-21 Füzetek, 42. szám, oldal. Varga-Haszonits Z. 1987: Agrometeorológiai információk és hasznosításuk. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 248.oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs., Enzsölné Gerencsér E. 2005a: Az közötti időszak hőmérsékleti minimum értékeinek agroklimatológiai elemzése. Agro-21 Füzetek, 40. szám, oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs., Enzsölné Gerencsér E. 2005b: Az közötti időszak hőmérsékleti maximum értékeinek agroklimatológiai elemzése. Megjelenés alatt. Veisz O. 1993: A fagy károsító hatása a búza terméselemeire. Növénytermelés. 42(3) o. Veisz O., Sellyei B. 2004: Klimatikus szélsőségek hatásának tanulmányozása őszi kalászosokon. Agro-21 Füzetek, 37. szám, oldal. 103

110 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK A termikus extrém hatások közé a hőmérséklet és a napsugárzás szélső értékeinek növényekre gyakorolt hatását számítjuk. A hőmérsékleti hatások a mérsékelt övben időben is elkülönülnek egymástól. Az alacsony hőmérsékletek egyrészt télen gyakorolnak hatást az áttelelő növényekre (őszi gabonák, szőlő, gyümölcsfák), másrészt az átmeneti évszakokban, amikor már illetve még tart egyes növények vegetációs periódusa, s az éjszakai lehülés során nulla fok alá süllyed a hőmérséklet (tavaszi és őszi fagyok). Az áttelelési viszonyokról az előző fejezetben beszéltünk, most az átmeneti időszakok és a meleg időszakok hőmérsékleti szélsőségeinek hatását fogjuk elemezni. Lényegében a fagymentes időszak az, amelynek során csak a magas hőmérsékletek okozta stresszel kell számolni. A napsugárzás extrém hatásait, amelyek a mérsékelt övben nem túlságosan jelentősek, csak röviden fogjuk tárgyalni. Extrém hőmérsékletek Amikor a napi középhőmérsékletek a növények bázishőmérséklete fölé emelkednek, akkor a növények képesek vegetációs tevékenységet folytatni, de a hőmérséklet bázishőmérséklet fölé emelkedésének időpontja és az utolsó tavaszi fagy (amikor a minimum hőmérséklet utoljára süllyed nulla fok alá), valamint az első őszi fagy (amikor a minimum hőmérséklet először süllyed nulla fok alá) és a hőmérsékletnek a bázishőmérséklet alá süllyedésének időpontja között számolni kell fagyokkal. Ez az időszak tekinthető fagyveszélyes időszaknak ( ábra). Mosonmagyaróvár ,0 20,0 15,0 10,0 Hőmérséklet (fok) 5,0 0,0-5,0-10,0-15,0-20,0-25, ,0 Fagyveszély Az év napjai Fagyveszély ábra. A fagyveszélyes időszakok Mosonmagyaróváron A ábrában bemutatott hőmérsékletek a 2 méter magasságban (a hőmérőház szintjében) mért értékekre vonatkoznak. Az ábrán a felső pontok a napi középhőmérsékleteket az alsó pontok pedig a napi minimum hőmérsékleteket mutatják. A vastag függőleges vonalak 104

111 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK közötti időszakot az jellemzi, hogy a napi középhőmérsékletek már 5 fok fölöttiek, de a hajnali minimum hőmérsékletek még nulla fok alá csökkenhetnek. Tehát már egyes növények megkezdhetik vegetatív tevékenységüket, de még fagyok is lehetségesek. A fagyok fellépése a mérsékelt övben, amelyben hazánk is fekszik, természetes jelenségnek számít. Különösen az átmeneti évszakokban, tavasszal és ősszel veszélyesek a fagyok, mert ekkor a növények érzékenyebbek az alacsony hőmérsékleti értékekre. Érzékenységük attól függően változik, hogy milyen fejlettségi állapotban vannak. Mivel azonban a különböző fajta növények nem egyformán reagálnak a fagyra, fagyérzékenység alapján is különböző csoportokba sorolhatjuk őket (Varga-Haszonits 1977). A növények téli és tavaszi fagyérzékenysége azért különbözik egymástól, mert különbözik a sejtek oldattöménysége is. Télen kevesebb nedvességet tartalmaznak, emiatt nagy az oldattöménységük, s így alacsonyabb a fagyáspontjuk is. Tavasszal és ősszel nagyobb a sejtek nedvességtartalma, kisebb az oldattöménységük, ezért magasabb a fagyáspont is. A fagyveszélyes időszak elmúltával hazánkban kezdődik hozzávetőlegesen egy május végétől szeptember közepéig tartó fagymentes időszak, amelynek során a növények hőmérsékleti szempontból elsősorban a magas hőmérsékletek kedvezőtlen hatásainak lehetnek kitéve. A hűvös kedvelő növényeknél ez a hatás már 25 fok feletti maximumok esetén is tapasztalható, míg a meleg kedvelő növényeknél csak fok felett. Tavaszi fagyok A tavaszi fagyok mezőgazdasági jelentősége abban van, hogy azok a fiatal növényeket érik, s képesek jelentős károkat okozni. A tavaszi három hónapot célszerű úgy kezelni, hogy abból a március inkább a télből a tavaszba való átmeneti időszak. Ezért előfordulhat, hogy márciusban még jellegzetes téli viszonyok uralkodnak, de olyan eset is lehetséges, hogy már tavaszias viszonyok uralkodnak. A március hónapot általában a gyakori fagyok jellemzik. Március folyamán a napi középhőmérsékletek 5 fok fölé emelkednek, ami azt jelenti, hogy a hűvöst kedvelő (alacsony bázishőmérsékletű) növényeknél megkezdődik a vegetációs periódus. A napi középhőmérsékletek 5 fok fölé emelkedésének időpontja és az utolsó tavaszi fagy időpontja között tehát van egy fagyveszélyes időszak, amely a korai vetésű (kiültetésű) növények, valamint a virágzó gyümölcsfák szempontjából jelent gondot. Ismeretes azonban, hogy a kisugárzási fagyok (Varga- Haszonits et al. 2000) ellen lehet védekezni, ha a minimumhőmérséklet nem süllyed 5 fok alá. Március folyamán egész hónapban lehet számolni fagyokkal. Ilyenkor még 5 fok alatti fagyok is fellépnek. Április és május hónapban azonban a fagyok jelentős része 0 és 5 fok közé esik, s 5 foknál alacsonyabb értékek csak ritkán fordulnak elő. Ez azt jelenti, hogy ebben az időszakban hazánkban már hatékonyan lehet védekezni a fagyok ellen, mivel a fagyok zöme kisugárzási vagy keverék fagy (Varga-Haszonits et al. 2000). Természetesen az is fontos, hogy a növények hogyan reagálnak az alacsony hőmérsékletekre. Vannak olyan növények, amelyek már a közvetlen nulla fok feletti hőmérsékletre is érzékenyek, vannak olyan növények, amelyek a különböző nulla fok alatti hőmérsékletekre érzékenyek és vannak fagytűrő növények, amelyek képesek hosszabb nulla fok alatti szakaszokat is elviselni (Larcher 2003). A fagyérzékenységet természetesen az is befolyásolja emellett, hogy a fagynak kitett növények milyen fejlődési szakaszban vannak. A fejlettségi állapot szerinti küszöbértékeket egy korábbi munkában táblázatban foglaltuk össze (Varga-Haszonits 1977). Az utolsó tavaszi fagy bekövetkezésének évenkénti változásait vizsgálva csökkenő tendenciát figyelhetünk meg, ami azt jelenti, hogy az utolsó tavaszi fagyok egyre korábbi időpontokra esnek. Meg kell azonban jegyezni, hogy az egyenessel történő közelítés nem ad szignifikáns összefüggést, még a 90%-os szinten sem. Így a 10 évenkénti 2 nappal korábbi időpontra tolódás csak az időszakra meghatározott, de gyenge kapcsolat alapján mutatható ki. 105

112 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK Az utolsó tavaszi fagy időpontja Mosonmagyaróvár y = -0,1747x + 452,78 R 2 = 0,0445 Az év napjai Őszi fagyok Évek ábra. Az utolsó tavaszi fagy időpontjának évenkénti változásai. Az első őszi fagyok már szeptemberben előfordulhatnak. Szeptember és október hónapokban azonban 5 foknál erősebb fagyokkal csak ritkán kell számolni. Ezek ellen a fagyok ellen is lehet tehát védekezni. Ősszel a november az átmeneti hónap, annak minden jellegzetességével. Ekkor a fagyok intenzitása és gyakorisága egyaránt növekszik. Az első őszi fagy időponjai Mosonmagyaróvár Évek y = 0,3448x - 387,74 R 2 = 0, Az év napjai ábra. Az első őszi fagy időpontjának évenkénti ingadozásai. Az első őszi fagyok évenkénti változékonysága ( ábra) azt mutatja, hogy az első őszi fagyok időpontja kissé későbbre tolódott. Az eltolódás 10 évenként 4 napot tesz ki. Az illesztett egyenes ebben az esetben sem jelent azonban szignifikáns kapcsolatot, inkább csak a folyamatot érzékelteti. Összehasonlítva azonban a tavaszi korábbi időpontra tolódási 106

113 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK tendenciával, azt mondhatjuk, hogy a tavaszi tendencia az erősebb, hiszen ott az egyenes korrelációs együtthatója közel van a 90%-os szint szignifikancia határához. A fagyok évenkénti előfordulásának jellemzői Elemeztük azt is, hogy a teljes naptári év folyamán függetlenül attól, hogy őszi, tavaszi vagy téli időszakról van-e szó milyen gyakorisággal jelentkeztek 0 fok alatti hőmérsékletek, mégpedig ezúttal a táblázattól eltérő felosztást alkalmaztunk. A fagypont alatti hőmérsékletek három kategóriája (-5 o C alatt, -2 és 5 o C között, 0 és 2 o C között) melyek az okozott károk illetve a védekezés lehetőségei alapján kerültek kialakításra - egyaránt kb. egy hónapig fordulhat elő, míg egyes években ettől jelentős lehet az eltérés ( táblázat). Az alacsony hőmérsékleti stresszel számolni kell nálunk, hiszen átlagosan 100 körüli 0 o C alatti minimumú nap van. A fagyok legvalószínűbben Nyugat- Magyarországon és Északkelet-Magyarországon, legkevésbé gyakran a Dél-Dunántúlon, Közép-Magyarországon és a Kisalföldön jelentkeznek táblázat. Napi hőmérsékleti minimumok évenkénti előfordulásának statisztikája ( ) -5 fok alatti minimumú napok száma -2 és -5 fok közötti minimumú napok száma 0 és -2 fok közötti minimumú napok száma Átlag Max Min Átlag Max Min Átlag Max Min Beks Buda Debr Gyor Ireg Kecs Komp Misk Moso Nyir Pécs Szeg Szol Szom Zala A fagyok előfordulásának változásait vizsgálva elmondható, hogy nem állapítható meg olyan 50 évre kiterjedő egyértelmű változási tendencia a 20. század második felében, melyet az állomások döntő többsége mutatna. Az éven belüli változékonyság A minimumhőmérsékletek évi menete követi a havi középhőmérsékletek évi menetét, amely a különböző éghajlati tanulmányokból már ismert (Bacsó et al. 1953; Bacsó 1959; Varga-Haszonits et al. 2004). A ábra legalsó görbéje az 50 éves időszak minimumhőmérsékleteinek alakulását mutatja be. Látható, hogy egy átlagos év kezdetekor a napi minimum 4 o C körül mozog, s csökkenő tendenciát mutat. Január közepén kb. két hétig 5 o C körüli minimumok a jellemzőek, majd fokozatos emelkedést követően március közepére emelkedik e hőmérsékleti elem 0 o C körüli értékekig. A napi minimumok egyenletes 107

114 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK emelkedést követően április első dekádjára érik el az 5 o C-ot, s kb. fél hónapig ezen érték körül ingadoznak. Május második felében éri el a napi minimumhőmérséklet a 10 o C-ot, majd ezt követően lassul a hőmérsékletemelkedés üteme. Egy átlagos évben július közepétől augusztus közepéig kb. 15 o C-os értékkel éri el e meteorológiai elem a maximumot. Az ezt követő csökkenés egyenletes egészen november elejéig. A csapadék másodmaximuma idején csekély enyhülés után várható további lehülés. A napi átlagos minimumhőmérséklet november utolsó dekádjában csökken 0 o C alá. A legalacsonyabb és a legmagasabb minimum érték között több mint 20 fokos különbség van. A 20. század első felében a minimumhőmérsékletek évi ingása ugyancsak fokos volt (Bacsó et al. 1953) ábra. Az extrém és napszakos hőmérsékletek évi menete Magyarországon (15 állomás átlagában; ) A vizsgált állomásokon az 50 év folyamán az előfordult legalacsonyabb hőmérséklet -26,9 fok volt, amelyet Miskolcon mértek január 13-án. A kapott eredményeket összehasonlítva a 20. század első felének adataival (Bacsó et al. 1953; Bacsó 1959), azt monhatjuk, hogy a 20. század első 50 évében -27 foknál alacsonyabb minimumok is előfordultak. Azt látjuk tehát, hogy egy csökkenő tendenciájú szakaszt egy viszonylag egyenletes és mérsékeltebb ingadozású szakasz követett, majd az utolsó két évtizedben egy meredekebben emelkedő tendencia mutatkozott. A gyakori változások jelentősége abban van, hogy egyrészt lehetőséget adnak arra, hogy a különböző változási tendenciák növényekre gyakorolt hatását megvizsgáljuk, másrészt rámutatnak arra, hogy az éghajlatingadozás okozta évenkénti változások amint az ábrából is kivehető még évi átlagos minimum értékeket tekintve is, közel 3 fokos eltérést mutatnak a legalacsonyabb és a legmagasabb értékek között (4,0-6,9 o C). Az is látható, hogy az 1950-es években a minimumhőmérsékleteknek ez az eltolódása mintegy 5 éven belül lejátszódott. A növények termesztése tehát ebben az 50 évben is jelentős hőmérsékleti ingadozások mellett ment végbe. 108

115 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK Az évi átlagok változékonysága Az évek közötti változékonyság a legegyszerűbben a hőmérsékleti minimumok évi átlagai alapján tanulmányozható (3.3.5 ábra). A vizsgálatba bevont 15 állomás minimumhőmérsékleteinek évi középértékeiből területi átlagot számítottunk, hogy megvizsgáljuk az évenkénti változások mutatnak-e valamilyen irányú tendenciát a vizsgált 50 évben. Ha a változások tendenciáját lineáris trendfüggvénnyel írnánk le, akkor 10 évenként 0,1 fokos emelkedést lehetne regisztrálni a minimumhőmérsékletek évi átlagértékeiben. Érzékelhető viszont az ábrán, hogy a változások lényegében nem-lineáris jellegűek. Jól kivehető az 1950-es évek kezdetén egy süllyedő tendencia, majd az 1950-es évek közepétől az 1980-as évek közepéig egy viszonylag egyenletes ingadozású szakasz található, míg végül az 1980-as évek közepétől az emelkedés meredekebbé vált. Az közötti két évtized már évtizedenként 0,4 fokos emelkedést mutat! Ez méginkább szembetűnő, amikor állomásonként vizsgáljuk a minimumhőmérséklet ötven év alatti átlagos és szélsőséges alakulását ( táblázat) ábra. Az extrém és napszakos hőmérsékletek évi átlagainak alakulása Magyarországon (15 állomás átlagában; ) Országrésztől függően 4,7 és 6,4 fok közötti minimumhőmérséklet jellemzi a 20. század második felét. A legalacsonyabb értékek Északkelet- és Északnyugat-Magyarországot, a legmagasabbak az ország középső és déli területeit jellemzik. Az 50 év alatt előfordult 2,9 fokos (Miskolcon) és 7,9 fokos (Budapesten) átlag is, azaz az ingadozás 5 fok! A legalacsonyabb minimumhőmérsékletű év csaknem mindenütt 1956 volt, a legenyhébbnek az Alföldön 1951, az ország többi részén általában 1994 bizonyult 109

116 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK táblázat. Napi minimumhőmérsékletek évi átlagos és szélsőséges alakulása ( ) Átlag Max Min Beks Buda Debr Gyor Ireg Kecs Komp Misk Moso Nyir Pécs Szeg Szol Szom Zala A minimumhőmérsékleti értékek változási trendjéből természetesen nem lehet arra következtetni, hogy mi lesz a jövőben. Még ha hosszabb távon emelkedő tendencia érvényesülne is, azon belül is számolni kell éveken át tartó kisebb-nagyobb visszaesésekkel, majd újabb emelkedési tendenciákkal, ami megkönnyíti az alkalmazkodást. A nyári félév magas maximum értékei Az év meleg időszakában azaz a gazdasági növények többségének vegetációs periódusa alatt a magas hőmérsékletek jelenthetnek veszélyt a termésre. Látni fogjuk, hogy hazánkban 40 fok feletti napi maximumok csak ritkán fordulnak elő, de fok közötti értékekkel már gyakrabban kell számolni. A 35 fok feletti maximumú napot forró napnak is nevezik fok közötti hőmérsékletek szinte kivétel nélkül minden évben várhatók, az ilyen maximumú napok az úgynevezett hőségnapok. Vannak azonban olyan növényeink is, amelyek már a fok közötti maximumokra is érzékenyek (őszi búza, őszi árpa, rozs), azaz a nyári napok is okozhatnak termésdepressziót. Mivel az őszi gabonák vegetációs periódusa a nagy melegek előtt már befejeződik, más növények (pl. kukorica, cukorrépa) vegetációs periódusa pedig az őszbe is belenyúlik, ezért az egyes hónapokat külön-külön is megvizsgáltuk. Meleg nappalok. A meleg időszak (április-szeptember) 25 fok feletti napi maximum értékeit az táblázat tartalmazza fokonkénti intervallumokban. A táblázatban látható, hogy az április-szeptember közötti időszak 183 napjából hány napon volt a hőmérsékleti maximum a megadott értékhatárok között. A 25 fok és 29 fok közötti értékek évi átlagos száma 40 és 50 között van. Ez úgy oszlik meg, hogy átlagban 13 napon van fok közötti, 12 napon át fok közötti, 11 napon van fok közötti és 10 napon át fok közötti érték. A 29 foknál magasabb maximumok pedig évente átlagban csak mintegy 25 alkalommal fordulnak elő. Ekkor már (29 és 33 fok között) a fokonkénti magasabb intervallumok mindössze 3 és 8 esettel fordulnak elő. Az említett 25 esetből ebbe az intervallumba hozzávetőlegesen 20 tartozik. A 33 fok feletti értékek már csak 4-5 esetet jelentenek. Láthatjuk, hogy 35 fok feletti értékekkel pedig csak évi átlagban mindössze egy alkalommal kell számolni. A táblázat adatai szerint tehát az elmúlt 50 évben a növények számára kedvezőtlen legmelegebb napi maximumok főként a 25 és 35 közötti intervallumban fordultak elő. Az április-szeptember közötti meleg időszak 183 napjából mintegy napon, s ebből a nyári nap, a hőségnapok száma pedig A legnagyobb esetszámok a Dél-Alföldhöz, a legkisebbek Nyugat-Magyarországhoz köthetők. Szombathelyen volt olyan év is, amikor mindössze 22 nyári nap fordult elő, illetve olyan is, amikor nem volt hőségnap; a dél-alföldi állomásokon pedig regisztráltak 90 körüli nyári és 40-et meghaladó számú hőségnapot is. 110

117 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK táblázat. A 25 foknál magasabb maximumhőmérséklet április-szeptemberi előfordulásának átlagos gyakorisága ( ) >=35.0 Békéscsaba 13,6 13,4 12,3 10,5 9,2 8,2 5,5 3,7 2,9 1,2 1,6 Budapest 13,3 11,8 11,9 8,5 7,5 6,1 4,1 3,1 1,9 1,3 1,0 Debrecen 12,8 12,5 11,8 10,2 7,4 5,8 4,3 2,9 2,0 0,8 0,8 Győr 11,8 12,0 10,3 8,6 7,5 5,5 3,9 2,7 1,3 0,9 0,7 Iregszemcse 12,3 12,2 10,4 9,5 8,2 5,1 4,0 2,9 1,7 0,8 0,7 Kecskemét 13,4 13,0 12,1 10,6 8,4 6,3 5,0 3,6 2,4 1,3 1,4 Kompolt 12,2 12,1 11,1 9,3 7,4 5,6 4,0 2,8 1,9 1,1 0,7 Miskolc 13,1 12,9 10,7 9,7 7,2 5,2 4,1 2,9 1,4 0,8 0,6 Mosonmagy. 11,7 11,9 9,7 8,1 7,3 4,8 3,7 2,2 1,3 0,4 0,5 Nyíregyháza 13,6 12,6 11,0 8,9 7,6 5,7 3,7 2,9 1,9 0,7 0,8 Pécs 12,6 13,2 11,2 9,4 7,6 5,5 4,3 2,5 1,7 0,7 0,9 Szeged 12,2 12,8 12,9 11,3 9,9 7,7 5,7 4,0 3,0 1,4 1,9 Szolnok 13,3 13,2 11,8 10,5 8,8 7,2 5,3 4,1 2,5 1,5 1,4 Szombathely 12,3 11,1 8,3 7,8 5,7 4,3 2,4 1,6 1,0 0,4 0,5 Zalaegerszeg 12,4 12,1 10,4 7,6 6,6 4,3 2,4 1,7 0,9 0,4 0,4 Átlag 12,7 12,5 11,1 9,5 7,8 5,9 4,3 3,0 1,9 1,0 1,0 Forró napok átlagosan legfeljebb évi egy alkalommal jelentkeztek, bár az állomások felénél (alföldi, budapesti és dél-dunántúli állomásokon) volt olyan év, amikor 10-et meghaladó forró nap adódott! augusztus 21-én Békéscsabán 41,7 fokot mértek, ami a XX. század legmagasabb hazai értéke. E magas hőmérsékletek 50 éves alakulását vizsgálva szembetűnő a 90-es évek kiemelkedő gyakorisága. A maximumhőmérséklet legmagasabb évi átlaga az állomások többségénél (15- ből 11-nél) 2000-ben jelentkezett, míg 1980-ban 9 állomás esetén is a legalacsonyabb értéket regisztrálták. Meleg éjszakák. Az április-szeptember időszakra vonatkozóan is fokonként határoztuk meg a 16 és 25 fok közötti kedvezőtlenül magas éjszakai minimumok előfordulásának gyakoriságát, amelyet a táblázat tartalmaz. A meleg éjszakák vagyis 16 foknál magasabb éjszakai minimumok az áprilisszeptember időszak 183 napjából átlagosan alakalommal fordulnak elő, de Nyugat- Magyarországon mindössze ilyen éjszakára lehet számítani. Ezeknek az éjszakáknak a többségén 16 és 20 fok közötti minimumok alakulnak ki, s csak nagyon kis mértékben, mindössze 3-5 olyan eset fordult elő, amikor az éjszakai minimumok meghaladták a 20 fokot. A területi eloszlás hasonló a meleg nappaloknál tapasztalttal: leginkább az ország déli és középső területein kell előfordulásukkal számolni, míg például Szombathelyen nem volt olyan év, amikor a 20 fok feletti minimumú napok száma meghaladta volna az 1-et. A vizsgált es időszak utolsó évtizedében a mekeg éjszakák is nagyobb gyakoriságot mutattak. Említettük, hogy a hőmérsékleti hatás esetében nemcsak az intenzitás, hanem a gyakoriság is fontos, mert alacsonyabb értékek gyakrabban jelentkezve hasonlóan kedvezőtlenek lehetnek, mint a magasabb értékek rövid ideig tartó hatással. Mivel a 16 és 20 fok közötti értékek viszonylag nagyobb gyakorisággal fordulnak elő, számolni kell az általuk okozott kedvezőtlen hatással is. 111

118 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK táblázat. A 16 foknál melegebb éjszakák előfordulásának gyakorisága ( ) 16,1-17,0 17,1-18,0 18,1-19,0 19,1-20,0 20,1-21,0 21,1-22,0 22,1-23,0 23,1-24,0 24,1-25,0 >=25, 0 Békéscsaba 13,7 10,6 8,1 4,5 2,2 0,7 0,2 0,1 0,0 0,0 Budapest 15,9 13,0 10,0 6,5 4,1 2,1 0,7 0,3 0,0 0,0 Debrecen 13,6 12,0 8,2 4,1 2,2 0,6 0,2 0,0 0,0 0,0 Győr 13,3 10,3 7,8 4,5 1,9 0,8 0,4 0,1 0,0 0,0 Iregszemcse 13,5 9,0 6,1 3,1 1,1 0,3 0,1 0,0 0,0 0,0 Kecskemét 14,4 12,4 9,3 5,5 2,7 1,0 0,2 0,0 0,0 0,0 Kompolt 13,6 11,0 7,9 4,2 2,1 1,0 0,3 0,1 0,0 0,0 Miskolc 10,8 8,0 4,4 1,8 0,3 0,2 0,0 0,0 0,0 0,0 Mosonmagy. 11,0 8,3 4,9 2,5 0,8 0,3 0,0 0,0 0,0 0,0 Nyíregyháza 12,8 10,6 6,5 3,3 1,5 0,5 0,1 0,0 0,0 0,0 Pécs 15,4 11,7 8,3 4,8 3,3 1,1 0,3 0,2 0,0 0,0 Szeged 13,4 11,6 7,7 4,3 2,3 0,7 0,3 0,1 0,0 0,0 Szolnok 14,7 12,0 8,8 5,2 2,8 0,9 0,3 0,0 0,1 0,1 Szombathely 9,7 6,3 3,0 1,3 0,5 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 Zalaegerszeg 7,8 4,0 1,8 0,7 0,3 0,1 0,0 0,0 0,0 0,0 Átlag 13,3 10,5 7,2 4,0 2,0 0,7 0,2 0,1 0,0 0,0 Nikto- és fotohőmérsékletek magas értékei A növények számára stresszet okozó, túlzottan magas hőmérsékletek előfordulása nemcsak a napi maximumok és magas éjszakai minimumok segítségével jellemezhető. A kiváltott hatás a károsító tényező intenzitása (és gyakorisága) mellett a hatás tartamának is függvénye, ezért érdekes lehet azt is megvizsgálni, hogy milyen gyakran fordulnak elő olyan magas hőmérsékletek, melyek egy hosszabb időszakra, mondjuk az egész nappali (vagy éjszakai) időszakra jellemzőek. Erre a célra alkalmas a fotohőmérséklet, mely a nappali időszak átlagos hőmérséklete és a niktohőmérséklet, mely az éjszakai időszakot átlagosan jellemző hőmérséklet. Meghatározásukhoz az alábbi Went (1957) által kidolgozott formulákat használtuk: 1 T nikto = T min + (TMAX T min) (3.2.1) 4 1 Tfoto = T MAX - (T MAX T min) (3.2.2) 4 A magas fotohőmérsékletek azért válnak károssá a mezőgazdasági termelés számára, mert a légzés, azaz a szervesanyag-leépülés intenzitása meghaladja a fotoszintézis, azaz a beépülés ütemét, ilyen módon a növényállomány biomasszája csökken. Vizsgálva a fok közötti illetve a 30 fok feletti fotohőmérsékletek gyakoriságát ( táblázat), azt láthatjuk, hogy 25 és 30 fok közötti fotohőmérsékletű napra évente átlagosan alkalommal lehet számítani. A nyugati országrészben mindössze 20 körüli a számuk, míg az Alföldön, s különösen a déli részén tőbb mint 30 ilyen nap várható. Az 50 év során a nyugati és északkeleti területeken előfordult olyan év is, amikor mindössze 2-4 alkalommal regisztráltak ilyen magas 112

119 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK fotohőmérsékletet, míg az Alföldön egyes években 50 fölötti 25 és 30 fok közötti fotohőmérsékletű nap is adódott. A 30 fok feletti fotohőmérsékletű nap már lényegesen ritkább; évente 1-3 alkalommal fordul elő. A Dél- és Közép-Alföldön egyes években 15 feletti gyakoriság is jelentkezhet, ugynakkor az összes vizsgált állomáson volt olyan év, amikor egyáltalán nem fordult elő. 35 fok feletti fotohőmérsékletet csak Békéscsabán, Kecskeméten és Szegeden figyeltek meg az es időszakban (1952-ben és 2000-ben). A niktohőmérsékletnek a fotohőmérsékletnél lényegesen alacsonyabb értékei is veszélyesek lehetnek, mivel az éjszakai időszakban besugárzás hiányában csakis a szervesanyag lebontása folyik, így viszonylag alacsonyabb hőmérsékletek is jelentős veszteségeket okoznak. A 20 fok feletti niktohőmérsékletek átlagos gyakorisága ( táblázat utolsó oszlopai) a Nyugat-Dunántúlon 10 alatt maradt, míg hazánk középső és déli részein 20 fölé emelkedett. Mindenütt volt olyan év, amikor csak 1-2 magas niktohőmérsékletű nap fordult elő (vagy eannyi sem), de Pécsen és budapesten például 50 körüli esetszám is jelentkezett táblázat. Magas éjszakai és nappali átlaghőmérsékletek előfordulásának statisztikája ( ) 25 és 30 fok közötti fotohőmérsékletű napok száma 30 és 35 fok közötti fotohőmérsékletű napok száma 20 fok feletti niktohőmérsékletű napok száma Átlag Max Min Átlag Max Min Átlag Max Min Beks Buda Debr Gyor Ireg Kecs Komp Misk Moso Nyir Pécs Szeg Szol Szom Zala A magas nikto- és fotohőmérsékletek éven belüli változékonysága A maximum- és a napszakot jellemző átlaghőmérsékletek éven belüli alakulását a 2. ábra megfelelő görbéi szemléltetik. A maximum értékek is követik az átlaghőmérséklet évi menetét., januári legalacsonyabb és augusztus eleji legmagasabb értékekkel. A januári maximumok értékei megközelítőleg 2-3 fokkal kisebbek mind a decemberi, mind pedig a februári értékeknél. A maximum értékeknél tehát meglehetősen markánsan jelentkezik a leghűvösebb hónap. A növénytermesztés szempontjából kedvező, hogy március közepén az átlagos havi maximumok megközelítik és átlépik a 10 fokot. Ezután havonként mintegy 5 fokos emelkedés következik a tavaszi hónapokban. Az emelkedés üteme május és június között 113

120 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK hozzávetőlegesen 3 fokra csökken, majd július és augusztus átlagai csak néhány tized fokos különbséget mutatnak. Ekkor vannak a legmagasabb átlagok, fok körüli értékekkel. Érdekessége az évi menetnek, hogy az augusztusról szeptemberre való átmenetet jellemző 4 fokos csökkenést meredekebb hőmérséklet süllyedés követi, mint amilyen a tavaszi emelkelkedés volt. Szeptemberről októberre közel 6 fokkal, októberről novemberre pedig még nagyobb mértékben csökkennek a maximum értékek havi átlagai. A télbe való átmenet 5 fokos átlagcsökkenéssel következik be, s a téli hónapokban 5 fok alatt maradnak a középértékek. A niktohőmérséklet évi menete nagyon hasonló a minimumhőmérséklet görbéjéhez, azzal a különbséggel, hogy ez a sinusgörbe 1,5-3 o C-kal felfelé tolódik az y tengelyen. (Az évi átlagos niktohőmérséklet a vizsgált állomások átlagában 7,9 foknak adódott, szemben a minimumhőmérséklet 5,5 fokos értékével.) Télen kisebb, nyáron nagyobb e két hőmérsékleti paraméter különbsége. Ennek következtében a legalacsonyabb január közepi értékek 4 o C körül vannak, s a 0 o C átlépése is már február végén megtörténik. Az 5 o C átlépése március végén, a 10 o C-é május elején várható egy átlagos évben, s a nyárközepi maximum 18 o C-ot meghaladó értékekkel realizálódik. Az ezt követő csökkenés ezen elem esetében is lelassul novemberben, de december elejére 0 o C alá süllyed az éjszakai átlaghőmérséklet. A fotohőmérséklet évi menete a maximumhőmérsékletével párhuzamos, de értékei 1,5-3 fokkal elmaradnak azoktól - a maximumhőmérséklet évi átlaga a 15 állomás átlagában 15,1 0 C, a fotohőmérsékleté 12,7 0 C. A nappali időszak átlaghőmérsékletének legalacsonyabb értékei január közepén 1 fok körüli értékekkel jelentkeznek, a maximum augusztus elején a 25 fokot közelíti. Ilyen módon az évi ingás 26 fok körüli, mely 2 fokkal elmarad a napi maximumhőmérsékletek éven belüli változékonyságától, de 3,5 illetve 5 fokkal meghaladja a nikto- ill. minimumhőmérsékletek éves ingását. Az évi átlagok változékonysága A maximum-, nikto- és fotohőmérséklet alakulása a XX. század második felében párhuzamos a már bemutatott minimumhőmérsékleti értékek menetével, amint ez a 3. ábrán is látható: a 15 állomás adatai alpján képzett országos évi átlagértékek ugyanúgy mutatják a kezdeti csökkenő, az azt követő stagnáló, majd az erőteljesen növekvő értékekkel jellemezhető szakaszt mindhárom hőmérsékleti jellemző esetében. Említést érdemel, hogy az es, harmadik szakaszban a maximum- és fotohőmérséklet emelkedésének üteme meghaladja a minimum- és niktohőmérsékletnél tapasztaltakat. Az országos átlagok 50 éves ingása a niktohőmérsékletnél - 6,5 és 9,4 fok közötti intervallumban - 2,9 fok, a fotohőmérsékletnél a 11,4 és 14,6 fok különbségeként adódó 3,2 fok, a maximumhőmérsékletnél 3,7 fok (1980-ban 13,6 fok, 2000-ben 17,3 fok volt a napi maximumok évi átlaga.) Állomásonkánt is vizsgáltuk e magas hőmérsékleti stresszt okozó paraméterek alakulását, s azt tapasztaltuk, hogy az es időszak legalacsonyabb értékei általában 1956-ban és 1980-ban, a legmagasabbb évi átlagok pedig főként 1994-ben és 2000-ben adódtak. Ez is aláhúzza az 1990-es évek szélsőséges jellegét. A hőmérsékleti ingás változékonysága A hőmérsékleti ingás, a napi maximum- és minimumhőmérséklet különbsége hazánkban átlagosan 8,8 és 10,4 fok között változik, de az 50 év folyamán előfordult 7,3 fokos (Miskolc, 1961) és 12,5 fokos (Békéscsaba, 2000) évi átlagos ingás is. E meteorológiai elem igen változékonynak bizonyult: a különböző állomások ingásának 50 éves menete nagyon eltérően alakult. A 15 állomás esetén a legalacsonyabb átlagos ingású év 6 különböző időpontra (1953, 1961, 1970, 1973, 1990, 2000) esett, a legmagasabb átlagos ingás még kevésbé volt egy 114

121 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK konkrét évhez köthető: a különböző állomásokon 8 különböző évben jelentkezett (1955, 1970, 1974, 1980, 1985, 1996, 1999, 2000). Az éven belüli alakulásra a decemberi minimum és július-augusztusi maximum a jellemző. A napi hőmérsékleti ingás télen általában 5 fok alatt marad; országosan egy átlagos évben 64 ilyen napra lehet számítani, de a Dél-Alföldön mindössze 55, Budapesten és Északnyugat- Magyarországon ugyanakkor átlagosan 72 ilyen kiegyenlített napi menet fordul elő. Volt olyan év is, amikor mindössze 31, de olyan is, amikor 113 nap mutatott 5 fok alatti hőmérsékleti ingást. 5 és 10 fok közötti hőmérsékleti ingást országosan 133, a Dél-Alföldön 120 alatti, Budapesten és az északnyugati részen 145 fölötti napon észleltek. Összefoglalva: mérsékelt, 10 fok alatti napi hőmérsékletváltozás leginkább a fővárost és Északnyugat- Dunántúlt, legkevésbé a leginkább kontinentális hatású alföldi, különösen dél-alföldi területeket jellemezte. A 10 és 15 fok közötti ingású napok száma kb. négy hónapot tesz ki, a 15 és 20 fok közötti ingás kb. másfél hónapig jellemző. A területi változékonyság kevésbé egyértelműen írható le e közepes hőmérsékleti ingású kategóriákban, de tendencia, hogy a maximum egyre inkább a Dél-Alföldre tevődik át, átlag alatti értékek pedig Pesten és a Dunántúlon észlelhetők. 20 és 25 fok közötti hőmérsékleti ingású nap átlagosan évente kétszer várható. Átlagot meghaladó mértékben kell előfordulására számítani Miskolcon, Szegeden és Békéscsabán. Békéscsabán volt olyan év, amikor 22 ilyen nagy ingású napot észleltek. Ugyanakkor Budapesten például csak elvétve találkozhatunk ilyen napi hőmérsékleti változékonysággal: az 50 év alatt összesen 12-szer fordult elő. 25 fokot meghaladó napi hőmérsékleti ingás 6 állomáson egyáltalán nem, s a többi állomáson is általában csak egyszer jelentkezett a vizsgált időszakban. E vizsgálati eredményeink megegyeznek Bacsó (1959) megállapításával, mely szerint a hazánkat jellemző hőmérsékleti ingásokban megnyilvánuló tendenciák túlzott szélsőségektől mentes, kedvező jelleget mutatnak. Ultraibolya sugárzás A napsugárzás extrém hatásai A légkörbe kis mennyiségben bekerül mind az UV-B ( nm), mind pedig az UV-A ( nm) sugárzás. A légkör különböző összetevői (nitrogén, molekuláris oxigén, ózon) hatékonyan szűrik meg a Napból érkező sugárzás legrövidebb hullámhosszait, minek következtében e káros nagyenergiájú sugárzás csak kismértékben jut le a növényekhez. A 280 és 380 nm közötti hullámhosszú ultraibolya sugárzás a földfelszínre lejutó összes sugárzásnak mintegy 5-7 %-át teszi ki. Az UV sugárzás a sejtekbe hatolva magas kvantum energiája miatt roncsoló hatást fejt ki. Az epidermisz sejtek azonban visszatartják ezeket, s az epidermisz alatti levélrétegekbe (ahol például a fotoszintézis is lejátszódik) csak a felületre érkező UVsugárzás 2-5 %-a jut le. Erős besugárzás Tulajdonképpen az összes árnyékkedvelő növény érzékeny a fényre, s károsodhat, ha erős sugárzásnak van kitéve. Ez tapasztalható az erdők aljnövényzeténél is, amikor a fákat a szél kidönti vagy kivágják őket. Az erős besugárzás több fotokémiai energiát juttat a növényhez, mint amennyit az a fotoszintézis során képes hasznosítani. A fotoszintézis folyamatának ez az energetikai túltöltődése alacsonyabb kvantum-hasznosítással jár, s ennek megfelelően alacsonyabb lesz a produktivitás is. Az extrémen erős besugárzás lerombolhatja a fotoszintetikus pigmenteket. A 115

122 EXTRÉM TERMIKUS HATÁSOK parenchima sejtek legfelső rétegeiben található kloroplasztiszok fotokárosodása eléggé általánosnak tűnik és valószínűleg részben felelős az öregedő levelek fotoszintetikus kapacitásának a csökenéséért. Azok a növények, amelyek magas hegységeken vagy sík területen tenyésznek, ki vannak téve az erős besugárzásnak, de ezt képesek elviselni. Irodalom Bacsó N., Kakas J., Takács L. 1953: Magyarország éghajlata. Országos Meteorológiai Intézet Hivatalos Kiadványai, XVII. kötet, Budapest, 226 oldal. Bacsó N. 1959: Magyarország éghajlata. Akadémiai Kiadó, Budapest, 302 oldal. Domonkos P. 2001: A napi léghőmérséklet extrém anomáliáinak időbeli struktúrái. Éghajlati és Agrometeorológia Tanulmányok o. Larcher, W. 2003: Physiological Plant Ecology. Ecophysiology and Stress Physiology of Functional Groups. Fourth Edition, Springer Verlag, Berlin, 513 oldal. Varga-Haszonits Z. 1977: Agrometeorológia. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest, 224 oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs., Vámos O., Schmidt R. 2000: Magyarország éghajlati erőforrásainak agroklimatológiai elemzése. Lóriprint, Mosonmagyaróvár, 223 oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs. 2004: Az éghajlati változékonyság és az extrém jelenségek agroklimatológiai elemzése. Monocopy Kft, Mosonmagyaróvár, 264 oldal. 116

123 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK A nedvesség okozta extrém hatások A növények számára felvehető vízmennyiség a talajban tárolódik. Ha ez a vízmennyiség egy meghatározott küszöbérték felett van, akkor a növények a vizet könnyen fel tudják venni. Ha e küszöbérték alatt marad, akkor csökkenő mennyiségének megfelelően a növények egyre nehezebben tudják felvenni a vizet. Ha hosszú ideig nem esik csapadék, a folytonos párolgás következtében elfogy a felvehető vízkészlet, s végül a növény elszárad. Az időszakos vízhiány tehát szárazságot idéz elő. Ha viszont a talajok víztartalma közel van a vízkapacitáshoz, vagy esetleg el is éri azt, akkor a hirtelen lehulló nagy mennyiségű csapadékot a talaj már nem tudja befogadni, s a lehullott víz a talaj felszínén lévő mélyebb területeken gyűlik össze. Emiatt az időszakos vízbőség pedig belvizet okozhat. Egy adott termőterület vízellátottsága alapvetően a lehullott csapadékmennyiségtől, mint fő vízbevételi forrástól függ. A csapadék idő- és térbeli eloszlása azonban nem folytonos. Vannak időszakok, amikor rövid idő alatt nagymennyiségű csapadék hullik le, s vannak időszakok, amikor hosszabb ideig egyáltalán nem esik csapadék. Ezek az időszakos vízbőségek és vízhiányok egyaránt károsak lehetnek a mezőgazdasági termelés szempontjából. Belvíz Előfordulhat, hogy a talajra hulló csapadék nem képes a talajba jutni és a talaj felszínén felhalmozódik és egy ideig fennmarad. Ekkor belvízről beszélünk. Ez főként a tél vége felé szokott előfordulni még a jó vízvezető képességű és nem telített talajokon is, amikor a pozitív hőmérsékletek hatására a hó elolvad, az alatta lévő fagyott talaj miatt azonban nem tud a talajba szivárogni. Létrejöhet oly módon is, hogy a téli csapadék enyhe teleken folyamatosan a talajba kerül, s a kicsi párologtatóképesség miatt képes feltölteni a felső talajrétegeket oly mértékig, hogy a talaj már nem képes több vizet befogadni, ezért a víz a felszínen összegyülemlik. A belvíz fogalma. A belviz fogalmát már sokan és sokféleképpen meghatározták. Közülük a Pálfai-féle meghatározás jól kifejezi a lényeget: Belvíznek tipikus esetben a síkvidéki területeken időnként felszaporodó, nagy területeket elöntő, közvetlenül csapadékból (hóolvadásból és/vagy esőből), valamint a megemelkedett talajvízből származó vizet nevezzük. (Pálfai 2004a). A belvíz által veszélyeztetett területek. Hazánkban elsősorban az alföldi területeken fordul elő belvíz. Ide tartozik az országnak a Tiszától keletre eső területe, a Duna-Tisza Köz középső és déli része, valamint a Kiasalföld északnyugati területe (3.3.1.ábra). Látható az ábrán, hogy Pálfai (2004b) a belvizzel való veszélyeztetettségnek négy különböző fokozatát különböztetette meg. Ezek a következők: 1. belvizzel alig veszélyeztetett terület, 2. belvizzel mérsékelten veszélyeztetett terület, 3. belvizzel közepesen veszélyeztetett terület és 4. belvizzel erősen veszélyeztetett terület. Amint a térképről is látható, hazánk síkvidéki területének ( km 2 ) mintegy 60%-a belvizzel veszélyeztetett térség. Alapvetően a sík területek, a Nagyalföld nagy része, ahol lényegében minden fokozat előfordul és a Kisalföld északnyugati területei, ahol viszonylag kisebb a veszélyeztettség. A meteorológiai, hidrológiai és talajviszonyok kedvezőtlen alakulása esetén tehát számolni lehet azzal, hogy jelentős területeket boríthat belvíz. 117

124 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK ábra. A belvíz veszélyeztetettség területi eloszlása hazánkban (Pálfai 2004b) A belvíz kialakulásának okai. A bel víz kialakulásának talajfizikai és meteorológiai okai vannak. Talajfizikai feltételek. A belvíz kialakulásának egyik alapvető feltétele, hogy a talaj nem tudja befogadni a felszínére érkező vizet. Ez egyrészt amiatt alakul ki, hogy a talaj a korábbi időszakban a vízkapacitás körüli értékekig feltöltődött vizzel, s ezért a talajra jutó további csapadékmennyiséget már nem képes befogadni, s az a felszín mélyebben fekvő részein felgyülemlik. A másik ok lehet a talajfagy, amely megakadályozza, hogy a talaj vizet fogadjon be, függetlenül attól, hogy mennyi víz van a talajban (Oroszlány 1965). A két feltétel lényege tehát, hogy a talaj olyan állapotban van, hogy nem képes vizet befogadni. A talaj vízbefogadóképességének kimerülése is gyakran a nagy intenzitású csapadékok hatására megy végbe, de előfordulhat az is, hogy a csapadék olyan intenzitással esik, hogy azt a talaj nem képes a mélyebb rétegekbe vezetni, s emiatt keletkezik belvíz (Pálfai 2004c). Belvíz tehát amiatt is keletkezhet, hogy a csapadék nagyobb intenzitással esik, mint amilyen intenzitással a talaj képes a vizet a mélyebb rétegekbe vezetni. Meteorológiai feltételek. Ha a talaj nem képes már vizet befogadni és ekkor nagyobb intenzitású esőből vagy többnyire gyorsan végbemenő hóolvadásból jelentős mennyiségű víz kerül a talaj felszínére, akkor ez a víz, mivel nem tud beszivárogni a talajba, a felszín mélyedéseiben összegyülik. Ezt a jelenséget nevezzük belviznek (Oroszlány 1965). A vizet befogadni már nem képes talaj esetén még intenzív csapadékhullásra is szükség van ahhoz, hogy belvíz alakuljon ki. E két feltétel együttes teljesülése idézi elő a belvíz kialakulását. A ábrából látható, hogy a téli időszakban különösen a tél vége felé, amikor a talajok közel a vízkapacitásig feltöltődnek, a csapadék jelentős része kis intenzitású esők, úgynevezett csendes esők formájában hull le. A közepes intenzitású (1-5 mm közötti) esők azonban szerepet játszhatnak a belvizek kialakulásában. Jelentős veszélyt jelent azonban a felhalmozódott nagyobb hótakaró gyors olvadása, valamint a fagyott talaj. A belvíz káros hatásai. A belvizek előfordulása egyrészt közvetlenül jelenthet károkozást a gazdaságnak, másrészt közvetett hatásai is jelentősek lehetnek. Mindkettővel számolni kell, ezért röviden áttekintjük a jelentősebb hatásokat. A felszínen összegyülemlő és tartósan fennmaradó víz káros lehet a növénytermesztésre is. Káros hatásai mint említettük lehetnek közvetlenek és közvetettek. Ezeket a hatásokat Petrasovits (1975) a következőkben foglalta össze. 118

125 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK Az időszakos vízbőség káros közvetlen hatásai. A belvíz levonulása után az okozott közvetlen károk többnyire gyorsan megállapíthatók. A jelentősebb közvetlen károk a következők. 1. Az áttelelő növények károsítása. Az őszi gabonák, az évelő takarmánynövények, a gyümölcsfák, a rétek és legelők az elsősorban érintettek a belvíz esetében, mivel őket az őszi, a téli és koratavaszi belvizek egyaránt érinthetik. Az őszi gabonák esetében a talaj magas víztartalma már akkor is kárt okozhat, ha a víz nem borítja el a talajfelszínt, de a levegőt kiszorítja a talaj pórusaiból. Különösen nagy a kár, ha a vetés még nem erősödött meg kellően. A csírázás idején is már a rövidebb ideig (7-11 napos) tartó belvíz is teljesen kipusztíthatja a vetést. Ha hosszabb ideig (3-4 hét) tart a belvíz, akkor a fulladás okozta károk jelentősek lehetnek, egyes esetekben a vetés teljesen kipusztulhat. A terméscsökkenés tavaszi napos belvizek esetén %-osak, hasonló időtartamú nyár eleji belvizek esetében pedig %-osak lehetnek. Az évelő takarmánynövények közül pl. a lucerna viszonylag jobban, a vöröshere pedig kevésbé viseli a vízzel való borítottságot. Jelentős a kár tavasszal, ha a növényzet sarjadzása után következik be a vízzel való borítottság. Ilyenkor a víz hőmérsékletétől függően egy hetes vízzel való borítottság után %-os lehet a kár. Huzamosabb elárasztás esetén természetesen akár 100 %-os is lehet a kár. A tenyészidőszakban, amikor a víz hőmérséklete már eléri vagy meghaladja a 20 fokot a herefélék megsárgulnak, fejlődésükben visszamaradnak, 7-11 napos vízzel való borítottság esetén kiritkulnak, nap után pedig már kipusztulhatnak. A gyümölcsösökben a kora tavaszi vízzel való borítottság még akkor sem okoz kárt, ha huzamosabb ideig (11-16 napig) tart. A gyümölcsösök termésére akkor válik károssá a vízzel való borítottság, ha a törpe törzsű gyümölcsfák koronájának egyrésze is víz alá kerül. Egyébként a vízzel borítottság inkább a köztes növények termésében tesz kárt. A rétek legelők esetében a vízzel való borítottság február végéig, március elejéig nem káros. A gyepek növénytársulásában részt vevő herefélék aránylag rövid ideig tűrik a vízzel való fedettséget. Ezzel szemben a fűfélék túlnyomó része 15 napos vízborítás után is tovább él. A vízborítás jelentős kárt okozhat, ha a kaszalás és a behordás közötti időszakban következik be, ekkor a szénatermés %-kal is csökkenhet. 2. A tavaszi munkák késleltetése. A télvégi vagy koratavaszi belvíz elsősorban azzal okoz kárt, hogy késlelteti a tavaszi talajelőkészítést és vetést. Nyilvánvalóan ez a megállapítás leginkább a korai vetést igénylő növényekre (borsó, tavaszi búza, tavaszi árpa, zab, len, mák, lucerna stb.) vonatkozik, mert ezek hazánk éghajlati viszonyai között csak korai vetés esetén adnak megfelelő termést. A belvíz azért terméscsökkentő hatású, mert a talajban lévő életet a vízbőség károsan befolyásolja, a nagy nedvesség miatt a talaj szerkezete romlik, és a túlzottan nedves talajokon végzett munkák minősége sem megfelelő. A terméscsökkenés jelentős mértékű is lehet. A len esetében például kéthetes késés %-os csökkenést, egy hónapos késés pedig már akár 80 %-os csökkenést is okozhat. Minél tovább tart a belvíz, a károk annál jelentősebbek lehetnek. Ha a talajfelszínen a víz hosszabb ideig fennmarrad, akár az egész tavasz folyamán, akkor egyes növények vetését az adott évben meg is kadályozhatja. 3. Az őszi betakarítás akadályozása. Néha az őszi esőzések is előidézhetnek belvizeket. Ilyenkor rendszerint nagyobb mennyiségű csapadék hull, amely alacsonyabb hőmérséklettel párosul, ezért a párolgás is lecsökken. S ha a talajban elegendő mennyiségű víz volt, akkor a talajok könnyen feltöltődhetnek vízkapacitás körüli értékre vagy annál magasabb értékre, s ezáltal járhatatlanná válnak. Ilyenkor például a kukorica vagy a cukorrépa betakarítása késik, ritkább esetekben lehetetlenné válik. 119

126 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK Az időszakos vízbőség káros közvetett hatásai. A belvíznek nemcsak közvetlen hatásai, hanem közvetett hatásai is jelentős károkat okozhatnak. Az egyik ilyen közvetett hatás, hogy a belvíz után a talajnedvsség még hosszabb ideig magas marad, s ha erre újabb nagy mennyiségű csapadék (pl. kiadós zápor, felhőszakadás) hull, akkor a talaj nem képes befogadni a rázuduló nagy mennyiségű vizet, s újból belvíz keletkezik. A másik gyakori közvetett hatás, hogy a régebbi gazdasági épületek (sőt még a lakóházak egy része is) jelentős része ú.n. tömésfal -lal készült, ezért ha vizet vesz fel, elveszti tartását és összeomlik. Nagyintenzitású csapadékok A csapadékhullás során két olyan jelenség is előfordulhat, amely mezőgazdasági szempontból jelentőséggel bír. Az egyik az, hogy milyen hevességű a csapadékhullás, a másik, hogy folyékony vagy szilárd halmazállapotú csapadék hullik-e. Záporesők. Mezőgazdasági szempontból fontos lehet, hogy meghatározott idő alatt mennyi csapadék hull le, mert a rövid idő alatt lehullott nagy mennyiségű csapadék jelentős károkat képes okozni. Az időegység alatt (1 másodperc, 1 perc, 1 óra) lehullott csapadékmennyiséget csapadékintenzitásnak nevezzük. Amikor rövid idő alatt nagy mennyiségű csapadék hull le, vagyis nagy a csapadékintenzitás, akkor záporesőről beszélünk, amikor kivételesen nagy mennyiségű csapadék hull rövid idő alatt, vagyis kivételesen nagy a csapadékintenzitás, akkor pedig felhőszakadásról. A nagy csapadékintenzitás, különösen, ha nagy szélsebességgel jár együtt, akkor a növényeket megdöntheti, elfektetheti. A lehulló csapadékvíz jelentékeny része a felszínen elfolyik, a művelt területeken esetleg egyáltalán nem hasznosul, a lejtős területeken lefolyik, s a mélyebb területeken összegyűlik. Az elfolyás egyúttal azt jelenti, hogy a csapadékmérő alapján nagyobb mennyiségű csapadékvizet tartunk nyilván, mind amennyi a valóságban hasznosulhat vagy hasznosul. A lejtőn lezúduló víz pedig jelentős mennyiségű talajt is magával vihet, s észrevehető eróziós károkat okozhat. A nagyintenzitású, heves záporokban a lehulló csapadék területi eloszlása gyorsan változik. A záporesőn belüli csapadékhullás területi eloszlása egyenlőtlen. Viszonylag kis távolságokon belül is jelentős különbségeket találunk. Rendszerint a heves záporoknak, felhőszakadásoknak van egy belső magja, ahol a csapadékhullás rendkívül intenzív, s amelytől távolodva minden irányban egyre kisebb intenzitással egyre kevebb csapadék hull. Jó példa erre az 1932 július 11-én megfigyelt budapesti felhőszakadás (Bacsó, Kakas, Takács 1953). A felhőszakadás magja Budapest délkeleti részén volt, ahol az Ecseri úti csapadékmérő állomás környékén eleinte 5 mm/perc intenzitású volt a csapadékhullás, majd egy óra alatt 90 mm esett, a teljes lehullott csapadékmennyiség pedig 112 mm volt. Ugyanakkor Buda déli részén csak 5-20 mm, Pest északi részén pedig csak mm az összes csapadékmennyiség. Nyilvánvalóan egy meghatározott távolságon túl már egyáltalán nem hullott egy csepp sem. Ezeknek a heves záporoknak, felhőszakadásoknak a tanulmányozása meglehetősen nehéz feladat, mert nagyon sűrű csapadékmérő hálózatot igényel. A budapesti városi hálózat esetében ez a vizsgálat nagy vonalakban elvégezhető volt. Természetesen az ország más területein is hasonló módon várható ezekben a csapadék területi eloszlása, csak másutt nem rendelkezünk hasonló sűrűségű állomáshálózattal. A záporesőket mint már említettük az jellemzi, hogy rövid idő alatt nagy mennyiségű csapadékot adnak. Érvényes azonban rájuk az a törvényszerűség, hogy intenzitásuk az időtartammal csökken, vagyis minél tovább tart a csapadékhullás, annál kisebb az átlagos intenzitása. 120

127 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK A csapadékmérők leolvasása minden nap reggel 7 órakor történik. Így legjobb áttekintésünk a napi csapadékmennyiségekről van. Az egy napnál rövidebb időszak alatt hulló csapadékok tanulmányozása is fontos azonban vízgazdálkodási és mezőgazdasági szempontból. Ez utóbbi esetben a már korábban említett elfolyás és talajerózió miatt. Bacsó (1959) az egy óra alatt lehulló csapadékokat három csoportba osztotta: kis mennyiségű csapadék: 0,1-0,9 mm/óra; közepes mennyiségű csapadék: 1,0-4,9 mm/óra és nagy mennyiségű csapadék: 5 mm/óra. A ábrán látható, hogy a kis mennyiségű csapadékok határozott évi menetet mutatnak, december-januári maximummal és júliusi minimummal. A kis csapadékú órák száma decemberjanuárban több, mint háromszorosa a júliusi értékeknek. Ez azt mutatja, hogy a téli csapadék zöme "csendes esők" formájában hull le. Ekkor lényegesen kisebb szerepet játszanak a záporok. Érdekes, hogy a közepes csapadékú órák évi menete meglehetősen egyenetlen, több maximumot és több minimumot is mutat. A fő maximum az őszi hónapokra esik, kifejezetten a november hónapra jellemző, amikor hazánkban a csapadéknak másod maximuma van. A tavaszi hónapokban is meglehetősen gyakran lehet közepes csapadékhozamú órákra számítani. Érdekes, hogy februárban is, amikor a csapadéknak minimuma van. Legkevesebb közepes csapadékú órára júliusban és szeptemberben ábra. A különböző intenzitású csapadékok évi menete. lehet számítani. A fő minimum júliusban található. A nagy csapadékhozamú órák főként április és október között fordulnak elő leggyakrabban. A maximumuk május-júniusban van. Ez egybeesik a fő csapadékmaximummal. A minimum télen van, majdnem eléri a nulla értéket, ami azt jelenti, hogy nagyon ritkán lehet számítani arra, hogy a tél hónapok folyamán legalább egy olyan óra legyen, amelyben a lehullott csapadék mennyisége meghaladja az 5 mm/óra értéket. Azt láthatjuk tehát, hogy a havi csapadékmennyiséget télen főként a kis csapadékú órák adják, ősszel a közepes hozamú órák, nyáron pedig egyértelműen a nagy csapadékú.órák. A vegetációs időszakra tehát elsősorban a közepes és nagy csapadékú órák a jellemzők, ami azt jelenti, hogy a havi csapadék-összegek rövidebb idő alatt hullanak le. Zivatarnak nevezzük az olyan záporesőt, amely villámlással és mennydörgéssel jár együtt. Jégesők. Jégesőről akkor beszélünk, ha a csapadék kisebb-nagyobb jégdarabok formájában hull le. Ez azért lehetséges, mert a csapadékképződés rendszerint olyan magasságokban megy 121

128 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK végbe, ahol a hőmérséklet állandóan nulla fok alatt van. Emiatt a levegőben található szilárd részecskékre kicsapódó vízgőz megfagy, s a további kicsapódás következtében egyre növekvő jégdarabbá alakul. Ha a képződött jégdarab elég nagy, s nagy sebességgel hullik át a levegőn, akkor nincs ideje elolvadni a melegebb légrétegekben s különböző nagyságú jégdarabok formájában hull le a földfelszínre. A nagyobb intenzitású záporesők során előfordulhat, hogy jégeső is esik. Többnyire esővel vegyesen lehet észlelni, egy-egy esetben azonban rövid időre egymagában is előfordulhat (tiszta jégeső). Területi kiterjedése rendszerint kisebb, mint a záporesőé, s többnyire élesen elhatárolható foltokban vagy sávokban esik. Ezért precíz megfigyelése nagyon sűrű hálózattal lenne csak lehetséges. A rendelkezésre álló megfigyelő hálózattal csak a megfigyelő állomások "látókörébe" eső jégesőket lehet észlelni. Ezért feltételezhető, hogy az észlelések adatainál a tényleges gyakoriság nagyobb. A meteorológiai állomások megfigyelései alapján sokévi átlagban évi 1-3 jégesővel lehet számolni. Bacsó (1959) szerint egy közepes nagyságú községet figyelembe évi számuk az 5-6-ot is elérheti. Budapest 75 évi adatai alapján a jégesők előfordulásának szabályszerű évi menete van, amelynek során a késő őszi napoktól már gyakorlatilag nem kell számolni jégesővel, vagy legalábbis nagyon ritkán fordul elő jégeső. Márciustól megnövekszik a gyakoriságuk, amely május-júniusban éri el a maximumát. Még július-augusztus hónapokban is lehet rájuk számítani, szeptembertől azonban egyre ritkábbá válnak. Kártételük közvetlen és közvetett. Közvetlen kártételük abban nyilvánul meg, hogy megrongálják a növényzetet, s ezzel lassítják a növekedését, fejlődését, lecsökkentik a terméshozamot. Természetesen az is előfordulhat, hogy kisebb-nagyobb terülten teljesen elpusztítják a növényzetet. Közvetett hatásuk abban nyilvánul meg, hogy a levelek roncsolásával fogékonyabbá teszik a sérült növényt a betegségekkel szemben. A légköri frontokban képződött jégesők ellen nem lehet védekezni. A felmelegedés következtében fellépő konvektív feláramlás során csak akkor alakul ki jégeső, ha kevés a levegőben a szilárd részecske. A kicsapódás az adott részecskékre történhet csak, emiatt ezek olyan mértékű jégdarabokká nőhetnek, hogy a melegebb légrétegekben sem képesek teljesen elolvadni. Ha viszont a jégesőképződés magasságába rakéták segítségével szilárd részecskéket (többnyire ezüst jodidot) juttatunk, akkor kisebb jégdarabok képződnek, amelyek a földfelszínre érve már esőcseppekként érkeznek. Így a konvektív úton képződött jégesők ellen lehet védezni. Aszály A víz mindenféle élet nélkülözhetetlen eleme. Hiánya különféle zavarokat idézhet elő. Minél hosszabb ideig tart a vízhiányos állapot, annál jelentősebb veszélyt jelent az élőszervezetekre. A vízhiányos állapot kialakulásának okai elsősorban meteorológiai jellegűek, hatásában pedig főleg a vízgazdálkodást (ívóvízellátás, folyók vízállása, talajvízszint stb.) és a mezőgazdasági termelést érintik. Ennek megfelelően az ezzel kapcsolatos problémákkal elsősorban meteorológusok, hidrológusok és mezőgazdasági szakemeberek foglalkoznak. Ők pedig érdeklődési körüknek megfelelően eltérő módon közelednek magához a jelenséghez, s különbözőképpen határozzák meg. Az aszály fogalma. Ha egy jelenséget tanulmányozni kívánunk, mindenekelőtt magát a jelenséget kell világosan meghatároznunk. Meg kell tudni mondanunk, mit értünk az adott jelenségen. Ez rendszerint nem könnyű dolog, mert a feladat önmagában is ellentmondást hordoz. Világos ugyanis, hogy mielőtt tanulmányoznánk egy adott jelenséget, meg kelltudnunk mondani, hogy mit értünk azon a jelenségen. Tulajdonképpen mi az, amit tanulmányozni akarunk. De az is nyilvánvaló, hogy egy jelenséget akkor tudnánk a legjobban 122

129 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK meghatározni, ha már mindent tudunk róla. Ezért mindig abból kell kiindulni, ami ismerettel (akár tapasztalati, akár tudományos) már az adott jelenségről rendelkezünk. A vízhiányról annyit mindenesetre tudunk, hogy a köznyelvben, ha egy dolog vizet tartalmaz, azt nedvesnek nevezzük, ha nem tartalmaz vizet, azt száraznak nevezzük. Egy dolog száraz jellege tehát annak kis víztartalmával függ össze. Amennyiben a vízhiányt meteorológiai szempontból nézzük, akkor az sem közömbös, hogy egy ilyen állapot (vagyis, amikor kevés a víz) mennyi ideig tart. Amikor a száraz jelleg hosszabb ideig tart, akkor száraz időszakról vagy szárazságról szoktak beszélni. Egy ilyen időszak folyamán maga a vízhiány is egyre nagyobb lesz, s ekkor már aszályról beszélünk. Az aszályt nagyon sokféleképpen definiálták (Varga-Haszonits 1988;Urbán 1993;Pálfai 2004d). Ennek az oka az, hogy e jelenség különböző tudományterületeket érint, s ennek megfelelően az egyes kutatók különböző szemlélettel közeledtek a problémához, s maga a közelítés is többféle lehet. Az aszály fogalom meghatározása történhet konceptuálisan, amikor kizárólag magát a jelenséget kívánjuk megragadni (értelmezni) és történhet gyakorlati szempontból, amikor a jelenséget következményeivel együtt akarjuk jellemezni. E fogalom meghatározásához való közelítés alapvetően négy terület ismereteinek és szempontjainak figyelembe vételével történhet. Ezek: a meteorológia, a hidrológia, a mezőgazdaság és a társadalmi-gazdasági viszonyok. Ahhoz, hogy egyáltalán megítélhessük az egyes definiciók helyességét tisztában kell lennünk e jelenség kialakulásának okaival. Arra a kérdésre kell tehát válaszolnunk: hogyan alakul ki az aszály? Ezzel kapcsolatban Wilhite és Glantz (1987) idézi Tannehill 1947-ben leírt, de napjainkban is nagyon találó gondolatait: "Az aszályra nincsen jó definició. Valójában ritkán ismerhetjük meg az aszályt, csak akkor, amikor találkozunk eggyel. Először üdvözöljük a csapadékos időszak utáni első derült napot. Majd ahogy a csapadékmentes napok folyatódnak, örülünk a hosszabb, kellemes időjárásnak. Amikor ez már tovább tart, elkezdünk kissé aggódni. Napokkal később pedig már kezdjük bajban érezni magunkat. A kellemes időjárás első csapadékmentes napja azonban éppúgy hozzájárul az aszályhoz, mint az utolsó nap, de senki nem tudja megmondani milyen erősségű lesz, míg az utolsó nap be nem következik, ami után ismét megjön az eső..." Az aszály kialakulásához tehát az első lépés az, hogy egy napon nem esik az eső. Ekkor azonban még senki sem gondol aszályra, csak akkor, amikor az egymásutáni csapadékmentes napok száma egyre növekszik. Ennek alapján teljesen egyértelműen azt mondhatjuk, hogy az aszály hosszan tartó csapadékhiány. Ez azonban tisztán fogalmi meghatározás, hiszen ebből nem tudhatjuk meg, hogy melyek a következményei. A csapadékhiány ugyanis - legalábbis a meleg időszakot figyelembe véve - a párolgás növekedésével, majd ennek lassúlása miatt a légnedvesség csökkenésével jár együtt. Ez a légköri aszály. A megnövekedett párolgás következtében azonban csökken a folyók, tavak, víztározók vízmagassága. Ez a hidrológiai aszály. De csökken a talaj felső rétegének nedvességtartalma is (talajaszály), s mivel így a növények nehezen jutnak a szükséges vízhez és tápanyaghoz, kialakul a mezőgazdasági aszály. Ezeknek a meghatározásoknak az a fő jellemzője, hogy a száraz időszakokat egy kritikus értéknél nagyobb vízhiánnyal határozza meg. Az egyes definiciók pedig abban térnek el egymástól, hogy a csapadék, a csapadék és párolgás vagy a talajnedvesség adataira épülnek. Vagyis akkor kezdik a vízhiányt súlyosnak venni, amikor egy küszöbértéket átlép, vagyis jelentőssé válik. Ha egy ilyen időszak hosszabb ideig eltart, akkor még inkább nehézségeket okoz. Ezért az agrometeorológiában a Palmer (1965) féle definició terjed el, amely szerint az aszály tartós és jelentős vízhiány. E definició egyszerű, világos és rugalmas. Nem tartalmaz semmi megkötést arra vonatkozóan, hogy mit értünk vízhiányon, sem arra vonatkozóan, hogy mikor tekintjük 123

130 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK jelentősnek és tartósnak. Így egy adott vizsgálat során maga a kutató határozhatja meg a jelentős víhiányt jelentő küszöbértéket, s azt is, hogy ezt milyen hosszú időszakra vonatkozóan elemzi. Emiatt az adott definició rugalmasan alkalmazható különböző vizsgálatok esetén. A meteorológust természetesen először az a kérdés foglalkoztatja, hogyan alakulnak ki a tartós és jelentős vízhiányt előidéző időszakok. Az aszály kialakulásának okai. A tartós és jelentős vízhiány kialakulásának folyamatát a ábrán szemléltetjük. Az első lépés nyilvánvalóan az, hogy ne hulljon csapadék. Ezért vannak olyan kutatók, akik egy meghatározott küszöbérték alatti csapadékmennyiség előfordulásához kötik az aszályt. A vízutánpótlás megszűnése tehát az első lépés. Ahhoz pedig, hogy ne essen csapadék, olyan makrometeorológiai viszonyokra van szükség, ahol leszálló légáramlások vannak (anticiklonáris helyzet), amelyek akadályozzák a felhőképződést ábra. A növény vízellátottságát befolyásoló főbb tényezők Ha ehhez még alacsony légnedvesség és magas hőmérséklet is párosul, akkor a talaj vízvesztesége egyre nagyobb lesz, mert a talajon keresztül történő párolgás (evaporáció) és a növényeken keresztül történő párolgás (transzspiráció) együttese (evapotranszspiráció) igen jelentőssé válik. Ezért van az, hogy a kutatók egy jelentős része a csapadék és a párolgás egymáshoz való viszonyát használja a száraz időszakok és az aszály jellemzésére. A hosszabb ideig tartó csapadékhiány alacsony légnedvességgel és magas hőmérséklettel párosulva gyorsan csökkenti a talaj vízkészletét, amit fokozhat még a párolgást elősegítő talajművelési módszer alkalmazása és mélyen a termőréteg alatt elhelyezkedő talajvízszint. Így a talaj vízkészlete egy olyan kritikus érték alá csökkenhet, ami megnehezíti a növények vízfelvételét. Ezért a növénytermesztés szempontjából az aszály jellemzésére az egyik legjobb mutató a talaj hasznos vízkészlete. Természetesen, hogy melyik növény számára mi a kritikus érték, az attól is függ, hogy milyen az adott növény szárazságtűrő képessége. Minél vízigényesebb a növény, annál magasabban van az a küszöbérték, amely alatt a növény már szenved a vízhiánytól, s 124

131 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK megfordítva, minél kisebb vízigényű a növény, annál alacsonyabban van a kedvezőtlen víztartalmat jelentő küszöbértéke. Amikor a vízhiány hosszantartó és jelentős mérvű, akkor tehát aszályról beszélünk. S ez a növénytermelés szempontjából kisebb-nagyobb termésveszteséget vagy terméspusztulást is jelenthet. Ezért gazdasági szempontból az aszályt a termelés kockázati tényezői közé kell számítani. Emiatt nemcsak az a fontos, hogyan alakul ki az aszály, hanem az is, hogy az egyes területeken milyen intenzitással és milyen gyakran fordul elő. Szükség van tehát a szárazság és az aszály valamilyen számszerű jellemzővel történő meghatározására is. Az aszály számszerű jellemzése. Az aszály jellemzésére szolgáló módszerek négy csoportba sorolhatók. Közülük azonban az első módszer, a kizárólag a csapadékmennyiség alapján történő meghatározás, napjainkban már nem használatos, mert ma már lehetőségünk van a párolgás meghatározására is. Emiatt a módszert inkább csak történeti szempontból tartottuk szükségesnek megemlíteni. A többi módszerrel kapcsolatos numerikus jellemzőket az jellemzi, hogy mindegyiknek van egy különbségen és egy hányadoson alapuló változata (Varga-Haszonits 1988). 1. A lehullott csapadékmennyiség alapján meghatározott száraz időszak. Ebben az esetben kétféle eljársát szoktak követni: a) olyan időszakokat határoznak meg, amelyek folyamán a lehullott csapadékmennyiség a sokévi átlag meghatározott százaléka alatt marad; b) a lehullott csapadékmennyiség olyan napi értékét adják meg (pl.3-5 mm), amelynél a napi párolgásmennyiség rendszerint nagyobb, így az adott napok száraz jellegűek. 2. A potenciális és a tényleges párolgás mennyiségét összehasonlító módszer. Ez a módszer jobb, mint önmagában a csapadékmennyiség használata, mert az elpárolgó víz, elsősorban a transzspiráción keresztül közvetlen kapcsolatban van a növények produktivitásával. A módszernek ugyancsak két változata van. a) A párolgáskülönbség (E K ) abszolút értékét a következőképpen határozhatjuk meg: EK = E0 E (3.3.1) b) A relatív párolgás (E R ) értéke ugyancsak használható a száraz jelleg meghatározására: E E R = (3.3.2) E 0 A relatív párolgás, amely a tényleges párolgás és a potenciális párolgás arányát fejezi ki, meglehetősen széleskörűen használt mutató. Hazánkban Petrasovits (1988) kiemelten fontos szerepet tulajdonított ennek a jellemzőértéknek. Úgy fogta fel, mint a növények vízfogyasztásának és vízigényének egymáshoz viszonyított arányát, amely azt mutatja, hogy a növények vízigénye a valóságban mennyire teljesül. 3. A csapadék és a potenciális párolgás mennyiségének összehasonlításán alapuló módszer. A párolgás esetében lehet használni a potenciális párolgást (párologtatóképességet) és a tényleges párolgást egyaránt. Itt a potenciális párolgásra vonatkozóan mutatjuk be a formulákat, de ugyanezen összefüggések érvényesek a tényleges párolgásra is, ha a potenciális párolgás (E 0) helyébe a tényleges párolgást (E) helyettesítjük be. a) A vízhiány (VH) abszolút értékeit a következőképpen határozzuk meg: VH = P E 0 (3.3.3) 125

132 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK ahol P jelenti a lehullott csapadékmennyiséget. b) A relatív vízmérleget reprezentálja a csapadékmennyiség és a párolgásmennyiség hányadosa. Ezt írhatjuk a következő formában: P HI = (3.3.4) E 0 Ekkor humiditási (nedvességi) indexnek (HI) nevezzük. Írhatjuk azonban ariditási (szárazsági) index (ARI) formába is: E 0 ARI = (3.3.5) P Ezek az indexek azt fejezik ki, hogy a levegő a lehullott csapadékmennyiségnek hányad részét vagy hány százalékát képesek elpárologtatni. Mindkét esetben a küszöbérték 1, amely a száraz és a nedves viszonyokat elválasztja egymástól. Így lehetővé válik a száraz és nedves időszakok szétválasztása. 4. A talajnedvességnek a maximális értékéhez történő hasonlításán alapuló módszer. Szintén kétféle változatban lehet felírni. a) Különbségen alapuló változatát a következőképpen lehet felírni: TH = W MAX W (3.3.6) ahol TH a talajnedvességhiány, W MAX a maximális hasznos víztartalom, W a tényleges hasznos víztartalom. b) A relatív talajnedvesség az egyik legfontosabb jellemzőérték. A következő formában lehet megadni: W W R = (3.3.7) W MAX segítségével a talaj növények által felvehető vízkészletét tudjuk becsülni. Természetesen nagyon sokféle jellemzőértéket vagy indexet lehet alkotni, s alkottak is ilyeneket. Itt csak az alapvető és fizikai értelemmel bíró értékeket soroltuk fel. Ezek lehetővé teszik az éghajlat szárazság szempontjából történő jellemzését, a száraz időszakok hosszának és intenzitásának meghatározását. Irodalom Bacsó N., Kakas J., Takács L. 1953: Magyarország éghajlata. Országos Meteorológiai Intézet Hivatalos Kiadványai, XVII. kötet, Budapest, 226 oldal. Bacsó N. 1959: Magyarország éghajlata. Akadémiai Kiadó, Budapest, 302 oldal. BusayA., Szinell Cs., Szentimrei T. 1999: Az aszály magyarországi előfordulásának vizsgálata és mérhetősége. Éghajlati és Agrometeorológiai Tanulmányok, 7., oldal. Oroszlány I. 1965: Vízgazdálkodás a mezőgazdaságban. Második, átdolgozott kiadás. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. 126

133 A NEDVESSÉG OKOZTA EXTRÉM HATÁSOK Pálfai I. 2004a: A belvíz definiciói. In: Pálfai I.: Belvizek és aszályok Magyarországon. Hidrológiai tanulmányok. Közlekedési Dokumentációs Kft., oldal. Pálfai I. 2004b: Magyarország belviz-veszélyeztetettségi térképe. In: Pálfai I.: Belvizek és aszályok Magyarországon. Hidrológiai tanulmányok. Közlekedési Dokumentációs Kft., oldal. Pálfai I. 2004c: A belvizek kialakulását és lefolyását befolyásoló tényezők.. In: Pálfai I.: Belvizek és aszályok Magyarországon. Hidrológiai tanulmányok. Közlekedési Dokumentációs Kft., oldal. Pálfai I. 2004d: Az aszály definiciói.. In: Pálfai I.: Belvizek és aszályok Magyarországon. Hidrológiai tanulmányok. Közlekedési Dokumentációs Kft., oldal. Palmer, W. 1965: Meteorological Drought. Research Paper, No.45., department of Commerce, Washington. Petrasovits I, Balogh J : Növénytermesztés és vízgazdálkodás. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. Petrasovits I. (1988): Az agrohidrológia főbb kérdései. Akadémiai Kiadó, Budapest, 228 oldal. Urbán L. 1993: Az aszály fogalma és jelentősége. Beszámolók az 1989-ben végzett tudományos kutatásokról, OMSz, Budapest, oldal. Varga-Haszonits Z. (1988): Az aszály és hatásának agroklimatológiai elemzése. Vízügyi Közlemények, LXX. évf., 2. füzet, oldal. Wilhite,D.A.,M.H. Glantz, 1987: Understanding the drought phenomenon: The role of definition. Planning for Drought. Toward a Reduction of Societal Vulnerability. Ed, by Wilhite, Eassterling and Wood, Westview Press, Colorado, oldal. 127

134 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE 4. AZ ÉGHAJLAT, MINT HATÓTÉNYEZŐRENDSZER 4.1 Az éghajlati elemek hatása a növényekre Amennyiben az éghajlat változik, a megváltozott éghajlat lesz hatással arra a környezetre (a talaj-növény légkör rendszerre) is, amelyben a növények nőnek. Ennek a növényi környezetnek olyan kiemelkedően fontos tényezői (agroklimatológiai jellemzői) vannak, mint a légköri szén-dioxid tartalom, a napsugárzás energiája, a környezet hőmérsékleti viszonyai, a rendszer fő vízbevételét jelentő csapadék és a rendszer fő vízkiadását jelentő evapotranszspiráció. Ezeknek a tényezőknek az időbeli folyamatos változásaira reagálnak a növények és ezeknek a reagálásoknak az egymásutánja vezet az adott területen (régióban) a mezőgazdasági termelésben bekövetkező változásokhoz (Rosenzweig és Hillel 1998). Ahhoz, hogy előrelássuk és értékelni tudjuk a növényeknek e tényezők változásaira adott reagálását, meg kell vizsgálnunk, hogyan adaptálódtak a növények a jelenlegi éghajlati viszonyokhoz és a jelenlegi légköri szén-dioxid koncentrációhoz. Ezért a következőkben megvizsgáljuk, hogy a növekvő légköri szén-dioxid tartalom milyen hatással van a növényi biomassza képződésére. Hogyan alakulnak a napsugárzási viszonyok, amelyek a rendszer energetikai alapját szolgáltatják. Mi jellemzi azokat a hőmérsékleti viszonyokat, amelyek a gyökerekben és a földfeletti szervekben lejátszódó fiziológiai folyamatok lefolyásának sebességét szabályozzák. S miképpen változik az egész talaj-növény-légkör remdszer vízbevétele és vízkiadása. S természetesen szem előtt kell tartani, hogy az egyes tényezők egymással is szoros kapcsolatban vannak, s a növények a komplex hatásokra reagálnak. A növény számára, hogy a napsugárzás energiáját hasznosítani tudja, vízre van szüksége, különben a leérkező energia csak a növény hőmérsékletét növeli, s csak stresszt okoz a növénynek. Hasonlóképpen, hogy a növény a vizet fel tudja venni, energiára van szüksége, különben a víz felhasználatlanul elfolyik vagy átszivárog a talajon. Az éghajlat növényekre gyakorolt hatása tehát elsősorban az energia és a víz kölcsönhatásaként határozható meg (Gates 1993). Előfordulhat az is, hogy a környezet egyes tényezőinek intenzitása oly mértékben megváltozik, hogy szélsőségesen magas vagy szélsőségesen alacsony értékeikkel károsító hatást gyakorolnak a növényekre. Ezek az extrém értékek kialakulhatnak egyetlen meteorológiai elem szélső értékeként, s kialakulhatnak több elem komplex hatásaként (pl. a nyári aszály a csapadékhiány és a magas potenciális evapotranszspiráció együttes fellépésének az eredménye). Az extrém hatások vizsgálata és a növények ezekre történő reagálásának elemzése ezért szintén részét képezi az éghajlat-növény kapcsolat vizsgálatának. Erről azonban volt már szó az előző fejezetben. Az üvegházhatású gázok és a növények A vízgőz után a szén-dioxid a második legjelentősebb üvegházhatású gáz a légkörben, amely az emberi tevékenységgel erőteljesen befolyásolható. A légköri szén-dioxid koncentráció értéke az ipari forradalom kezdete (a 19. század közepe) óta fokozatosan növekszik. Értéke akkor hozzávetőlegesen ppm volt (Gates 1993), 2000 táján pedig megközelítőleg 360 ppm (napjainkban 380 ppm).tehát a légkörben található mennyisége közel 150 év alatt tehát mintegy 25-30%-kal növekedett. Mivel ez a növekedés az iparosodással járó szén-dioxid kibocsátás következménye, várható hogyha valamilyen szabályozás nem történik akkor a folyamatos kibocsátás következtében a légköri szén-dioxid koncentráció tovább növekszik. 128

135 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Egyes becslések szerint a szén-dioxid kétharmada az egyre növekvő mennyiségű ipari és háztartási tüzelőanyag elégetése következtében kerül a légkörbe, egyharmada pedig azáltal, hogy az ember az erdők és a természetes növénytakaró egy részét a terület mezőgazdasági hasznosítása céljából kiirtja, s ezzel a légköri szén-dioxid megkötésének a lehetőségét jelentősen lecsökkenti. A mezőgazdaság hatása az üvegházhatású gázokra Néhány üvegházhatású gáz globális változását a mezőgazdaság is befolyásolja. Szén-dioxid (CO 2 ). A terület növényektől való megtisztítása nagyobb részt mezőgazdasági célra történik, s ez a fosszilis tüzelőanyagok elégetése után a második legnagyobb szén-dioxid (CO 2 ) kibocsátó forrássá válik. A globális szén-dioxid kibocsátás 10-30%-át teszi ki (Rosenzweig és Hillel 1998). Az erdők, a füves területek és a talajok nagy mennyiségű szenet raktároznak. Az erdők 20-szor 40-szer több szenet tárolnak egységnyi területen, mint a legtöbb növény, ezért amikor az erdőket kivágják, hogy helyükön gazdasági növényeket termeljenek, a felszabaduló szén a légkörbe távozik. Közepes becslések szerint, amikor a természetes szárazföldi ökoszisztémákat mezőgazdasági területté alakítják át, akkor 21-46% szénveszteséggel lehet számolni. Metán (CH 4 ). Van olyan mezőgazdasági termelési folyamat, mint például a rizstermelés, amelynek során metán (CH 4 ) keletkezik, amely a szén-dioxid után legfontosabb üvegházhatású gáz. A rizstermelés a globális metán-kibocsátás mintegy 40%-áért felelős. Az árasztásos rizstermelés során, alacsony oxigénellátottság mellett, a magas szerves anyag tartalmú hordalék mikrobiológiai lebontása metán gázt juttat a levegőbe. Ez a kibocsátás növekedni fog a jövőben, ha nő a rizstermesztére használt terület (Rosenzweig és Hillel 1998). Az állattenyésztés a globális metánkibocsátásnak mintegy 15%-áért felelős. A kérődző állatok (szarvasmarhák, juhok, kecskék, tevék és bivalyok) füveket és más cellulóz tartalmú takarmányokat emésztenek meg a gyomrukban és közben metánt bocsátanak a levegőbe. A szarvasmarhák által kibocsátott metán az összes állat által kibocsátott metán 75%-át teszi ki. Dinitrogén-oxid (N 2 O). Szintén egy olyan üvegházhatású gáz, amely kapcsolódik a mezőgazdasági termelőtevékenységhez. A szénhez hasonlóan a növényekben és a talajban lévő nitrogén is a levegőbe távozik, amikor a területet megtisztítják a növényzettől. A nitrogént általában trágyaként alkalmazzák és serkenti a növekedést. Azonban a trágyázásból származó bőséges nitrogén a talajba mosódik, a mikrobiológiai denitrifikáció következtében a levegőbe távozó dinitrogén-oxiddá alakul át. Becslések szerint a mezőgazdasági trágyákból felszabaduló dinitrogén-oxid mennyisége a felhasznált nitrogén 0,1-1,5%-a. Az üvegházhatású gázok hatása a növénytermelésre A légköri szén-dioxid koncentráció évek közötti változásai. A Mauna Loán 1958 óta végzett mérések szerint a légköri szén-dioxid koncentráció folyamatosan emelkedik. A koncentráció növekedésének évi üteme azonban nagyobb ingadozásokat mutat, mint amit az emberi tevékenység következményének lehetne tekinteni. Egyes vizsgálatok alapján (Tans et al. 1990) ugyanis arra lehet következtetni, hogy az északi félteke mérsékelt övezetének növényzete több szén-dioxidot nyel el, mint amennyit kibocsát, vagyis szén-dioxid nyelőként működik (Ciais et al. 1995). Ezért az utóbbi időben a légkör és a bioszféra közötti kölcsönhatás vizsgálata fokozott jelentőséget kapott. Ezek a vizsgálatok elengedhetetlenül szükségesek ahhoz, hogy képet kaphassunk az üvegházhatás jövőbeli alakulásáról és elemezhessük annak várható következményeit. 129

136 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE ábra A légköri szén-dioxid koncentráció alakulása hazánkban. Hazánk is az északi félteke mérsékelt övezetében fekszik, ezért is érdekesek az 1980-as évektől hazánkban végzett szén-dioxid koncentráció mérések. Az eredmények a légköri szén-dioxid koncentráció hasonló mérések kezdetén meghatározott 354 ppm-ről az 1990-es évek vége felé már 375 ppm-re emelkedett. A növekedési ütemben tapasztalható ingadozás a hazai mérésekben is nagyobb, mint ami az antropogén kibocsátás ingadozásával magyarázható lenne ( ábra, Haszpra 1998). A légköri szén-dioxid koncentráció éven belüli változásai. A légköri szén-dioxid koncentrációnak határozott évi menete van. Maximuma a téli hónapokban jelentkezik, amikor a vegetációs tevékenység minimális. Szerepet játszik azonban a téli maximum kialakulásában a tél folyamán a lakott területeken elégetett tüzelőanyagból származó szén-dioxid is. A tavaszi fotoszintetizáló tevékenység erősödésével fokozatosan csökken a téli magas érték. Ez a csökkenés egészen a vegetációs periódus vége felé kialakuló minimumig tart. A vegetációs periódus utáni időszakban a szén-dioxid koncentráció újra növekedni kezd. Az évi menet hullámzásai megfigyelhetők az évek közötti ingadozások le-föl történő ingadozásaiban is ábra. A légköri szén-dioxid koncentráció napi menete az egyes évszakok egy-egy hónapjában hazánkban (Haszpra 1998) A napi menet a vegetációs időszakban erősen követi a növények napi asszimilációs tevékenységét. A sötét időszakban, amikor az asszimiláció szünetel, a légzés pedig intenzív, a levegőben a szén-dioxid koncentráció megnövekszik. A nappali órákban, amikor viszont az asszimiláció intenzívebb, mint a légzés, a légköri szén-dioxid koncentráció jelentősen 130

137 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE lecsökken. Ez látható a ábrán, amely a négy évszak egy-egy hónapjára vonatkozóan mutatja a napi meneteket. Látható az ábrán, hogy a téli időszakban a növényzet hiány miatt a napi menet nagyon kicsi. Tavasszal a vegetáció megindulása után már nagyobb különbségek alakulnak ki az éjszakai, a növények légzése által megnövelt légköri szén-dioxid koncentráció és a nappali, a növények asszimilációja miatt lecsökkent szén-dioxid koncentráció között. A légköri szén-dioxid koncentráció napi menete természetesen emiatt nagy mértékben függ attól is, hogy az adott területet milyen mértékben borítja növényzet. A növényzettel borítot területen a szén-dioxid koncentráció amplitudója lényegesen nagyobb, mint a növényzettel kevéssé fedett területeken. Ugyanez mondható el az évi menetről is, amelyben szintén erősen szerepet játszik az adott terület növénnyel való borítottsága. A légköri szén-dioxid és az asszimiláció Ismeretes, hogy a légköri szén-dioxid koncentráció a 19. század közepe óta fokozatosan növekszik. Mivel a szén-dioxid a Föld hosszúhullámú kisugárzásának jelentős részét elnyeli és visszasugározza a földfelszínre, ezért várható, hogy a földfelszín középhőmérséklete emelkedik, ami az éghajlat megváltozásához vezethet. A Föld középhőmérséklete évről-évre változik, ezért éveken át természetes lehűlési és felmelegedési tendenciák érvényesülnek, emiatt nem lehet teljes bizonyossággal megállapítani, hogy a jelenleg tapasztalható melegedési tendencia még a természetes ingadozás része, vagy már az éghajlatváltozás jele. Ha a szén-dioxid koncentráció a jelenlegi vagy megnövekedett ütemben emelkedik, akkor várhatóan az szén-dioxid okozta változások egy idő múlva elkülöníthetők lesznek az éghajlatingadozás okozta természetes zajok -tól. A növekvő légköri koncentráció eredményeként akár változni fog az éghajlat, akár nem, nagyon valószínűnek látszik, hogy a szén-dioxid koncentráció növekedése a fotoszintézisen, az evapotranszspiráción és ezért a vízhasznosuláson keresztül is közvetlen hatással lesz a növénytermelésre. Ismeretes, hogy a fotoszintézis (F) a légköri széndioxid koncentráció (C a ) és a növényen belüli szén-dioxid koncentráció (C ) különbségétől függ: p Ca Cp F = (4.1.1) r + r + r a s m Ahol r a, r s és rm a levegő-, a sztóma- és a sejten belüli ellenállás. Az összefüggésből is látható, hogy a légköri szén-dioxid koncentráció megemelkedése a fotoszintézis intenzitásának a növekedésével jár együtt. A légköri szén-dioxid koncentráció és a transzspiráció A transzspiráció a növényen belüli vízgőz-koncentráció és a levegőben lévő vízgőzkoncentráció közötti különbségtől függ. es ea TR = (4.1.2) r + r a s Ha a levegő hőmérséklete emelkedik (ami az üvegházhatású gázok koncentrációjának növekedése miatt várható), akkor a hőmérséklettől függő telítettségi gőznyomás értéke is megnövekszik, s ezzel megnő a levegő párabefogadó képessége is. Ez növeli a párolgás intenzitását, amennyiben a növények számára elegendő víz áll rendelkezésre. A megnövekedett párolgás segíti az asszimilációt azzal, hogy elegendő vizet és tápanyagot 131

138 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE juttat az asszimiláló szervekhez, s egyúttal az elpárolgó vizzel távozó látens hő miatt alacsonyabban képes tartani a növény hőmérsékletét. Ha azonban a talajban nincs elegendő víz, akkor a növények a sztómák bezárásával védekeznek a növekvő vízleadás ellen, s ekkor a növény hőmérséklete emelkedni fog, ami viszont az optimum hőmérséklet meghaladása után kedvezőtlen lehet a növény számára. A napsugárzás hatása a növényekre Négy olyan terület van, ahol a sugárzás fontos az élet szempontjából. Ezek (1) A hőhatások. A sugárzás a növények és környezetük közötti energiacsere legfontosabb módja. A sugárzás a növények fő bevételi forrása. Ennek az energiának nagy része hővé alakul, s mozgat más anyagacseréket és egyéb folyamatokat, mint pl. a transzspiráció, valamint részt vesz a szövetek hőmérsékletének az alakításában, ennek pedig következményei vannak a sejtben lejátszódó folyamatok ütemére és a köztük lévő egyensúlyra. (2) Fotoszintézis. A napsugárzás egy meghatározott részét a növények elnyelik, s energiagazdag kötések szintézisére és a szénvegyületek redukciójára fordítják. A fotoszintézis a zöld növények jellemzője, s a bioszférában a fő szabad energiabevitelre szolgál. (3) Formatív hatás. A rövidhullámú sugárzás spektrális eloszlása és összege fontos szerepet játszik a növekedés és fejlődés szabályozásában. (4) Sejtroncsoló hatás. A nagyon rövid hullámhosszú, s magas energiatartalmú sugárzás, beleértve az ultraibolya, a röntgen és a gamma sugarakat is, káros hatással van az élő sejtekre, különösen a genetikai anyag strutúrájára és mutációkat okozhat. A Napból érkező energiamennyiségnek a 290 és 3000 nm közé eső része az, amely bejut a bioszférába. A 290 nm-nél rövidebb hullámhosszúságú sugarakat a nitrogén, az oxigén és az ózon elnyeli, ezért nem jutnak el az élővilághoz. A magasabb hullámhosszak esetében pedig a levegő vízgőz és szén-dioxid tartalma a meghatározó, mivel ezek a hoszzúhullámú sugárzást visszaverik. A beérkező sugárzási energia egyrészt felmelegíti a bioszférát, másrészt mivel e sugárzás jelentős része a látható fény tartományába esik, meg is világítja azt. A napsugárzás energiája (Q NF ), amely eléri a növényállomány felszínét, részben visszaverődik (R), részben elnyelődik (A), részben pedig átbocsátódik (T) a növényzeten. Mind a három tényező függvénye a hullámhossznak (λ), vagyis Q NF = R( λ) + A( λ) + T( λ) (4.1.3) Amennyiben az egyenletet végig osztjuk Q NF --fel megkaphatjuk, hogy a növényre érkező teljes energiamennyiségnek hányad része (100-zal megszorozva hány százaléka) verődik vissza, nyelődik el vagy bocsátódik át. A levél, mint optikai rendszer A zöld levelek a napsugárzás felfogására szolgáló szervek, hasonlóan ahhoz, ahogy a gyökerek a víznek és a tápanyagoknak a talajból való felvételére szolgálnak. Optikai szempontból a növény nem átlátszó test, amely mint az előzőekben megismertük a ráeső napsugárzást részben elnyeli, részben visszaveri, részben pedig átereszti. A levelek optikai tulajdonságaitól jelentős mértékben függ a növények energia-ellátottsága. A növények optikai tulajdonságainak rendszere különböző a levelek bonyolult belső tulajdonságai, mint a szövetek állapota (különböző sejtrétegek, sejtközi járatok, különböző felépítés stb.), a sejtek jellemzői (kloroplasztiszok, pigmentek eloszlása stb.) miatt. 132

139 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE A levél sajátos optikai tulajdonságain kívül hatással van még a növény sugárzáselnyelésére a levél néhány egyéb tuladonságai is. A levélek napsugárzással bezárt szöge. Ennek ugyanaz a szerepe a levél esetében is, mint minden sugárzást felfogó felszín esetében. Minél meredekebben esnek ugyanis a Nap sugarai a levélre, annál nagyobb mennyiségű sugárzási energiát képes elnyelni, s megfordítva: minél laposabb szög alatt esnek a sugarak a levélre, annál kevesebbet. Ennek megfelelően a levelek különböző napmagasság mellett különbözőképpen fogják fel a rájuk eső közvetlen (direkt) és szórt (diffúz) sugárzást. Emiatt különböző földrajzi szélességeken, különböző napmagasságok mellett egy és ugyanazon levélállás a növények számára különböző mennyiségű sugárzásfelvételt eredményez. A levelek égtájirányítottsága. Az a kedvező, ha a növényen a levelek úgy helyezkednek el, hogy minden égtáj felé találhatók levelek, mert így a növény bármely irányból érkező (pl. szórt) sugárzást fel tud fogni. Így a nap egyes időszakaiban a növények leveleinek egyik része, majd a másik része kapja a nagyobb mennyiségű sugárzást. A levelek többszintű elhelyezkedése. Fontos a növények sugárzásellátottsága szempontjából, hogy minél jobban megvilágítottak legyenek. Ez a feltétel akkor teljesülne a legjobban, ha a levélzet egyrétegű volna. Ekkor azonban legfeljebb akkora lehetne a teljes levélfelület-nagyság, mint az adott növény vagy növények által elfoglalt vetésterület. Ez azonban nagyon kicsi a többszintű levél elhelyezkedéssel kialakítható levélfelület-nagysághoz képest. Ennek hátránya viszont, hogy a levelek egy része árnyékolja egymást, s teljes sugárzásmennyiséget csak a legfelső szinten lévő levelek kapnak. A növények sugárzásvisszaverése A beérkező sugárzás jelentős részét a különböző felszínek visszaverik. A visszavert sugárzás (albedo) nagysága függ az anyag színétől, fényességétől és érdességétől. Minél világosabb, fényesebb és símább egy anyag annál több sugárzást ver vissza és megfordítva: minél sötétebb, mattabb és érdesebb, annál több sugárzást nyel el. A természetben található felszínek közül a friss hó az, amely a legtöbb sugárzást veri vissza (70-95 %). Minél szennyezettebb a hófelszín, annál jobban csökken a visszaverőképessége (40-50 %). A csupasz talajok közül is a száraz, világos talajok verik vissza legjobban a sugárzást (20-25 %). A nedves talajok visszaverőképessége % közé csökken, a sötétebb talajoké pedig 5-15 % közötti. Vagyis a nedves, sötét talajok több hőt nyelnek el. A zöld növények mintegy %-át verik vissza a rájuk eső sugárzásnak, a többit elnyelik. A lombos erdő visszaverőképessége % közötti, a tűlevelű erdőé pedig % közötti. A legtöbb sugárzást a folyóvízek és a tavak nyelnek el, s így a visszaverődés róluk a legkisebb (10 % körüli), ezért felülről sötétnek látszanak. A visszavert sugárzásnak napi és évi menete van. A napi menetet az jellemzi, hogy alacsony napállásnál (a reggeli és esti órákban) magas értékei vannak, magas napállásnál (a déli órákban) pedig alacsony értékei. Minél meredekebben érik tehát a napsugarak az adott felszíneket, azok annál több sugárzást képesek elnyelni. A növények az ultraibolya tartományban érkező sugárzást általában csak kis mértékben verik vissza (kb. 3 %-át). A nm tartományban a narancs és vörös színnél a legkisebb a visszaverés, hozzávetőlegesen 3-10 %, majd a zöld színnél felerősödik a visszaverés %-ra, a kék színnél ismét kisebb lesz. A nm tartományban az átlagos visszaverődés 6-12 %. Az infravörös tartományban viszont a meredeken beeső sugárzásnak mintegy 70 %-a visszaverődik. 133

140 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE A növények sugárzáselnyelése A levélfelületi index (LAI = Leaf Area Index) azt fejezi ki, hogy az 1 m 2 -nyi (egységnyi) területen elhelyezkedő növényzet milyen hány m 2 nagyságú levélfelületet fejlesztett ki. A LAI = 2 érték tehát azt mutatja, hogy az 1 m 2 nagyságú területet elfoglaló növényzetnek 2 m 2 nagyságú levélfelülete van. S a sugárzáselnyelést a levélfelület nagysága határozza meg. Amennyiben tehát az egységnyi talajfelszínre jutó sugárzást 100 %-nak vesszük, akkor a növények növekedésével, a levelek kifejlődésével a talajfelszínre jutó sugárzás mennyisége csökken, a növények által elnyelt sugárzás mennyisége pedig növekszik. A levélfelület hektáronkénti m 2 -re növekedésével (LAI = 3,5-4,5) a látható fény tartományában %-os elnyelés adódik, ami a levélfelület további növekedésével már lényegesen nem növekszik (legfeljebb % lesz), mert a sűrűbb levélzetnél nagy a levelek egymást árnyékolása. Az optimális állománysűrűség szempontjából tehát az a levélfelületi érték (3,5-4,5) a legkedvezőbb, amelynél a sugárzáselnyelés közel maximális, mert ez magas produktivitással jár együtt. A legtöbb sugárzást természetesen a felső szint nyeli el. Amikor a LAI érték meghaladja az optimális szintet, akkor a levelek térbeli elhelyezkedésének már nincs különösebb jelentősége, mert ekkor majdnem teljes egészében a felső szint nyeli el a sugárzást ( ábra). A középső és alsó szintek alig kapnak sugárzást, s ez a növények megnyúlásához és/vagy az alsó szintekben lévő levelek elszáradásához vezethet ábra. A növények levélfelületének sugárzáselnyelése (Csirkov 1979). Az ultraibolya tartományban érkező sugárzást a növény majdnem teljes egészében elnyeli (90-99 %). Ez a protoplazma és a sejthéj anyagi tulajdonságainak (fehérjék, zsírok, szénhidrátok és termékeik) következménye. A levelek alaki és morfológiai tulajdonságai lényegét tekintve nincsenek befolyással az ultraibolya sugárzás elnyelésére. A 300 nm-nél alacsonyabb hullámhosszúságú ultraibolya sugárzás károsan hat a szervezetre és nincsen fiziológiai értéke. Az elnyelt ultraibolya sugarak az epidermisz sejtekben visszatartódnak. Mindössze 2-5 %-uk jut le az epidermisz alatti rétegekbe, így lényegében az epidermisz szűrőül szolgál a fotoszintézist lebonyolító sejtek előtt. A látható fény spektrumában a sugárzáselnyelést alapvetően meghatározza a pigmenttartalom, a levéllemez vastagsága és anatómiai felépítése (a sejtek száma és mérete, a sejtekben lévő plasztiszok száma és mérete), valamint az egységnyi felszínre jutó szerves anyagtartalom. Ebben a sugárzási tartományban ( nm) a levelek az ibolya-kék ( nm) és a narancs ( nm) színű sugarakat jelentős mértékben (80-95 %) elnyelik. A növényeknek ezt a tulajdonságát nagyszámú növényen végzett mérés alapján állapították meg, ezért 134

141 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE meglehetősen stabilnak tekinthető. Ezzel együtt azonban az elnyelés mértéke függ a növények olyan tulajdonságaitól is, mint levélfelület nagysága, belső összetétele, víztartalma, pigmenttartalma stb. A narancs és vörös sugaraknál lévő főmaximum azzal magyarázható, hogy a levelekben lévő klorofill legnagyobb mértékben a nm sávban érkező sugarakat nyeli el. E két maximum között az elnyelésnek van egy minimuma a sárgászöld sugarak tartományában ( nm), ahol az elnyelés a levelek sajátosságaitól függően ingadozik 60 és 75 % között. Az árnyékkedvelő növényeknél és a vízi növényeknél ez az érték lecsökkenhet %-ig. Ugyanakkor egyes levélformák esetében (örökzöld növényeknél, a xerofiták bőrszerű vastag leveleinél, a szukkulensek leveleinél stb.) elérheti a kék és vörös sugarak esetén tapasztalthoz hasonló értéket is. Mivel ez a sugárzástartomány ( nm) az, amelyet a növény a fotoszintézis során hasznosít, fotoszintetikusan aktív sugárzásnak nevezzük. A kísérletek és elméleti számítások azt mutatták, hogy a látható fény tartományában a zöld levelek átlagos elnyelési értéke %. A xeromorf leveleknél ez az érték megnövekszik %-ra, a szukkulens növényeknél pedig már %. Amennyiben a nap folyamán levélnek, mint optikai rendszernek a tulajdonságai kevéssé változnak, akkor bármely napmagasság esetén gyakorlatilag (százalékos arányban) egyformán nyelnek el a növények. Az infravörös tartományban a 720 nm-nél magasabb hullámhosszúságú sugarak elnyelése erősen lecsökken, s nm-nél lesüllyedhet 5-15 %-ra is. Néhány növénynél (a levelek típusától, a táplálkozástól stb. függően) % lehet ábra. A klorofil sugárzáselnyelése Az nm hullámhossztól egészen nm-ig a napsugárzás át is elnyelik a növények és ez az érték a hullámhossz növekedésével valószínűleg már nem változik lényegesen, Larcher (1978) szerint a 7000 nm feletti sugarak majdnem teljesen (97 %-ban) elnyelődnek. E sugarak nagyarányú elnyelésének feltehetően a levélszövetekben található víz és tápanyag az oka. A növényállományok sugárzásáteresztése A növényállományra jellemző elsősorban a sugárzásáteresztés. A növényállomány azonban bonyolult optikai rendszer, ahol a levelek térbeli elrendeződése (dőlésszög, égtájirányítottság, többszintű elhelyezkedés), és ennek megfelelően a levélfelület nagysága még fontosabb szerepet játszik, mint egy különálló növény esetében. Itt a visszaverődésen és elnyelésen kívül még az állományba behatoló és az állományon áthatoló sugárzásmennyiségét is figyelembe kell venni. A kelés után a levélfelület növekedésével fokozatosan nő az állomány által elnyelt sugárzás és egyre csökken az a sugárzásmennyiség, amely eléri a növényállomány alsóbb levélszintjeit, majd az állomány alatti talajt. Amint a ábrán látható a maximális elnyelés a LAI = 3-5 értékek között következik be, vagyis amikor az állomány levélfelülete 3-5-szöröse lesz az állomány által elfoglalt földterületnek. Ha a levelek száma és/vagy nagysága tovább növekszik, akkor ugyan egyre nagyobb lesz az állomány levélfelülete, de a levelek egymást árnyékoló hatása miatt csökken a sugárzáselnyelés és csökken a sugárzásáteresztés is. Majd a levelek öregedésével 135

142 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE megkezdődik az elszíneződésük és fokozatos lehullásuk, ami tovább csökkenti a sugárzáselnyelést, de megnöveli a sugárzásáteresztést. A növényállományba behatoló sugárzás az egymás felett elhelyezkedő levélrétegeken fokozatosan elnyelődik és szóródik, ezért a lejebb fekvő levelekre egyre kevesebb jut, s még kisebb hányad az, amely eléri a földfelszínt. A sugárzás állományon belüli erőssége (Q N ) elsősorban a levelfelület (LAI) nagyságától függ: Q N = Q NF e k LAI (4.1.4) ahol Q NF a növényállomány felszínére érkező sugárzásmennyiség, e természetes logaritmus alapszáma, k pedig a növényállományra vonatkozó extinkciós együttható (koefficiens). Az extinkciós koefficiens azt mutatja meg, hogy az adott levélfelülettel (LAI) rendelkező állományban milyen mértékű a sugárzáscsökkenés. Azoknál a növényeknél (pl. gabonaféléknél), ahol a levelek csúcsa felfelé irányul (a levelek több, mint háromnegyed része 45 foknál nagyobb szöget zár be a vízszintessel) az extinkciós koefficiens értéke 0,5- nél kisebb, s az állomány közepén a sugárzásintenzitása még legalább fele az állomány felszínén mértnek. Az olyan növényeknél (pl. dohány), amelyeknek nagyméretű horizontális leveleik vannak, az extinkciós együttható 0,7-nél nagyobb, ezért az állomány magasságának a felénél a felszínen mért sugárzás mennyiségének márcsak ábra. A napsugárzás behatolása a kukoricaállományba (Larcher 2003) közel egyharmada jut le. A gyümölcsfáknál is szoros összefüggés van a lombozat sűrűsége és a sugárzásátbocsátó képessége között. Minél sűrűbb a fa lombozata, annál jobban árnyékolják egymást a levelek és annál kevesebb sugárzás jut a korona belsejébe. A gyümölcsfák esetében gyakran a relatív sugárzásintenzitási értéket adják meg, ami azt jelenti, hogy a koronán belül mért sugárzás értékét a koronán kívül mért sugárzás mennyiségének százalékában adják meg. Sűrű lombozatú fák esetében a relatív sugárzás intenzitás értéke 10 % alá is lecsökkenhet. A sugárzás összetétele és a növények A sugárzási energia nem folytonosan, hanem meghatározott adagok, kvantumok formájában terjed. Ezeket a kvantumokat fotonoknak is nevezik. A foton részecske tulajdonságokkal és hullámtulajdonságokkal egyaránt rendelkezik. Planck törvénye szerint az egyes fotonok (kvantumok) enrgiája (E) a sugárzás frekvenciájával arányos: E = hν (4.1.5) ahol h a Planck állandó, amelynek értéke: 6,63.10 J.s. A sugárzást adott rezgésszám mellett meghatározott sebesség és hullámhossz is jellemzi. Közöttük a következő összefüggés áll fenn: c ν = (4.1.6) λ 136

143 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE 8-1 ahol c a sugárzás terjedési sebessége: 3.10 m.s, a λ pedig a hullámhossz. Ezt az összefüggést behelyettesítve az (1) formulába kapjuk, hogy E = hc (4.1.7) λ Mivel a h és c értékek állandók, a formulából leolvasható, hogy minél rövidebb a hullámhossz, annál nagyobb lesz a foton energiája. Vagyis a különböző hullámhosszúságú sugarak különböző nagyságú energiamennyiséget hordoznak. Emiatt a növényekre gyakorolt hatásuk is eltérő lesz. A sugárzás erősségét az egységnyi felületen időegység alatt áthaladó fotonok energiájának összege adja meg. A fotokémiai folyamatok mindig azon sugarak hatása alatt mennek végbe, amit az adott anyag elnyelt. Minden fotokémiai folyamatban minden reakcióba lépő atom vagy molekula számára szükséges egy kvantum elnyelése. Az az energiamennyiség, amely 1 gramm molekula anyag átalakulásához szükséges, a következő formulával adható meg: E = Nhc (4.1.8) λ ahol N az Avogadro szám (6, ). A (4) összefüggésben az N, a h és a c állandó. Együttes értékük: 0, Így az egyenlet segítségével egyszerűen meghatározható az egyes hullámhosszak energiatartalma. A számításnál ügyelni kell arra, hogy a hullámhosszat is méterben (1 nm = 10-9 m) kell megadni, mivel a fénysebesség is méterben van megadva. A fotokémiai folyamatokban akkora energiájú fotonokra van szükség, amelyek képesek kiváltani a fotokémiai reakciót. A fotokémiai reakció csak akkor megy végbe, ha az elnyelt fénykvantum energiája nagyobb annál a küszöbértéknél (q), amely a folyamat kiváltásához szükséges, vagyis az E ff q (4.1.9) egyenlőtlenségnek kell fennállnia (Sulgin 1967). Az energiamennyiség q küszöbértéke az atomok és molekulák disszociációjára (szétbontására) fordított munkával egyenlő. A fotoszintézis esetében ez a szén-dioxid és a vízmolekulák szétbontásához szükséges energiát jelenti, mivel ez teszi lehetővé a fotoszintézis folyamatának a lejátszódását. A növények reagálása a sugárzás összetételére A sejtek egyes alkotórészei különböző hullámhosszúságú sugarakat nyelnek el. A növényi sejtekben ugyanis különböző hullámhosszúságú sugárzásra érzékeny anyagok (pigmentek) vannak. Így a növények növekedéséhez megfelelő hullámhosszúságú sugárzásra van szükség. A különböző hullámhosszúságú sugarak pedig különböző reakciókat váltanak ki. A növények életciklusuk valamennyi lényeges szakaszában függenek a sugárzástól (pl. fotoszintézis, fotoperodizmus, fototropizmus), sőt magát a pigmentképződést is meghatározott hullámhosszúságú sugárzás elnyelése szabályozza. A rövid hullámhosszúságú sugarakat a sejt minden része szinte egyformán elnyeli. A rövidebb hullámhosszúságú fénykvantumok azonban nagyobb energiamennyiséget hordoznak, ezért károsak a növényi szövetekre, különösen a nukleinsavak és az auxinok rendkívül sebezhetők. A 280 nm-nél rövidebb hullámhosszúságú sugarakat a légköri összetevők (nitrogén, oxigén, ózon) jól kiszűrik, ezért nem jutnak a bioszférába. A nm hullámhosszúságú sugarak képesek a klorofillt és a fehérjéket elbontani, ezért különösen a zöld növényekre 137

144 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE veszélyesek. Ugyanakkor a nm közötti sugarak a baktériumokat és a gombákat is elpusztítják, ezért ezeket csírátlanításra lehet használni (pl. élelmiszerüzemekben). Főleg a baktériumokra hatnak pusztítólag, a gombák kevésbé érzékenyek rájuk. A nm sugárzástartomány szintén sejtroncsoló hatású, de a károsító hatás kisebb, mint a 280 nm alatti sugárzás esetében. A nm hullámhosszúságú sugárzás elsősorban formatív hatást idéz elő, a növényeket zömökebbé, a leveleket vastagabbá teszi. Még intenzív és tartós sugárzás esetén sem tapasztalták, hogy a növények pusztulását okozná. A látható fény tartományába eső sugárzás az, amelyet a növények zöld színtestecskéi képesek elnyelni. Ezért ezt a sugárzást fotoszintetikusan aktív sugárzásnak szokás nevezni. A 380 nm és a nm közötti hullámhossz-tartományt foglalja magába. Az alsó és felső hullámhossz-határ megállapításában az egyes szerzők eltérnek, sőt vannak olyanok is, akik az emberi szem által észlelhető nm közötti hullámsávval azonosítják. Ennek sugárzási tartománynak az a jellegzetessége, hogy általában nem okoz kárt a protoplazma anyagaiban. Valószínűleg ez is közre játszott abban, hogy a növények evolúciójuk során ezt a bőven rendelkezésre álló hullámhossz-sávot választották. Az (4.1.9) összefüggés szerint a fotokémiai reakcióknak van egy alsó, energetikai határuk, amelynél kisebb energiamennyiség nem képes kiváltani a biokémiai reakciót. A fotoszintézisnél ez a mennyiség Campbell (1977) szerint 150 kj.mol -1. Hasonló értéket adott meg Gorisina (1979) is, amikor a küszöbértéket 147 kj.mol -1 értékben határozta meg. Ez az érték pedig figyelembe véve az.. táblázat adatait azt jelenti, hogy már a 800 nm hullámhosszúságú sugarak is kiválthatnak fotokémiai reakciót, amint arra Campbell is rámutatott, noha a szakirodalomban többnyire a 380 és nm hullámhossz tartományban érkezõ sugarakat tekintik csak fotoszintetikusan aktívnak. A fotokémiai reakciókba lépő szén-dioxid és vízmolekulák száma arányos az elnyelt kvantumok számával. Mivel 1 mol szén-dioxid lebontásához 470 kj energia elegendő lenne, a vörös sugarak tartományában elméletileg 4 fénykvantum energiája szolgáltatná a fotoszintézishez szükséges energiát, sőt ennél még valamivel többet is, hiszen 4 fénykvantum energiája kj mol -1. A kísérleti eredmények viszont azt mutatják, hogy 8-12 kvantum elnyelése (Lebegyev 1982) szükséges ahhoz, hogy a fotoszintézis folyamata megindulhasson. Nyilvánvalóan a fotoszintézis folyamatában 4 kvantum energiája alakul át kémiai energiává, a többi elnyelt kvantum olyan rövid időtartamú, magas energiájú termékké alakul, amelyek szükségesek a fotoszintézis működtetéséhez nélkülözhetetlen potenciál-gradiens fenntartásához, s azután ez az energia hővé alakul. A fotoszintézis során a legerősebb elnyelési sávok a nm és a nm intervallumban találhatók. Ez a sugárzási viszonyokhoz való alkalmazkodásnak az eredménye. Amint a ábrán látható, a direkt sugárzás esetén a legtöbb ábra. A Napból érkező direkt (1) és diffúz (2) sugárzás és az energiaeloszlás energiát hordozó hullámhossz a 660 nm körüli hullámhossznál van, szórt sugárzás esetén pedig a 460 nm körüli hullámhossznál. Ez biztosítja, hogy a növények alacsony napállás (napkelte után és naplemente előtt) és magas napállás (déltájban) idején, borult és derült időben egyaránt intenzíven tudnak fotoszintetizálni. 138

145 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE A hosszúhullámú sugárzás ( nm és 1000 nm közötti hullámhosszúságú sugárzás) ugyancsak formatív hatást okoz, amennyiben a növény megnyúlását és a levelek elvékonyodását idézi elő. E jelenségnél azonban a hullámhossz-határok csak nehezen adhatók meg. Az 1000 nm-nél hosszabb hullámú sugárzás nem gyakorol hatást a növényi életfolyamatokra, csupán a növény és környezete hőmérsékletét befolyásolja jelentős mértékben. A napsugárzás és a fotoszintézis A napsugárzás a fotoszintézis energiaforrása. A sugárzásintenzitás és a fotoszintézis intenzitása közötti összefüggés sematikus ábrázolását a ábra mutatja. Egy meghatározott sugárzásintenzitási küszöbértéknél erősebb sugárzás esetén megindul a fotoszintézis. A sugárzásintenzitás erősödésével a fotoszintézis intenzitása is növekszik, s eközben elér egy olyan értéket, amelynél a fotoszintézis során képződő szerves anyag mennyisége és a légzés során leépülő szerves anyag mennyisége megegyezik egymással. Ezt az értéket neveik sugárzási kompenzációs pontnak. A sugárzás intenzitásának további növekedésével, a fotoszintézis intenzitása majdnem lineárisan növekszik. Ebben a szakaszban a sugárzási energia a fotoszintezis intenzitásának fő befolyásoló tényezője, mert erősödésével a fotoszintézis is felgyorsul, csökkenésével pedig lelassul. Ez utóbbi esetben azt mondhatjuk, hogy a sugárzási energia lehet a korlátozó tényező. ez az egyenes növekedési szakasz addig tart, míg a sugárzásintenzitás el nem ér egy olyan értéket, amelynél magasabb értékek esetén a fotoszintézis intenzitása már alig emelkedik, vagy egyáltalán nem is emelkedik. A fotoszintézis különböző típusai. A hazánkban termesztett kultúrnövények között vannak olyanok, amelyeknél a fotoszintézis során három szénatomot tartalmazó vegyületek képződnek. Ezeket a növényeket C 3 -as növényeknek nevezzük. S vannak olyan növények, amelyeknél négy szénatomot tartalmazó vegyületek képződnek. Ezeket pedig C 4 -es növényeknek nevezzük. A C 3 -as növények túlnyomórészt a mérsékelt övből származnak. Ide tartozik a hazánkban termesztett növények nagy többsége, mindenekelőtt a gabonaféléket (búza, árpa, rozs) kell megemlíteni. A C3-as növények jellemzője a kisebb mértékű fotoszintézis intenzitás ( ábra) Összefüggés a C 3 és C 4 típusú növények fotoszintézis intenzitása és a fotoszintetikusan aktív sugárzás között (Petr et al. 1985) A C4-es növények főként a trópusi és szubtrópusi területekről származnak. E csoportba tartoznak az elterjedtebb gazdasági növények közül a kukorica és a cukornád. A C 4 -es növények nagyobb mértékű fotoszintézist mutatnak, mint a C -as növények ( ábra). 3 A ábrán jól kivehető, hogy a sugárzásintenzitás és a fotoszintézis intenzitása közötti összefüggést alapul véve a C 3 -as és C 4 -es növények nemcsak a fotoszintézis intenzitásában, hanem a sugárzási kompenzációs pont és telítési pont értékeiben is különböznek egymástól. A fotoszintézis intenzitása és a sugárzás. A sugárzásintenzitás és a fotoszintézis intenzitása közötti összefüggést telítési görbével lehet leírni. A sugárzás intenzitásának a növekedésével a fotoszintézis intenzitása megközelítőleg lineárisan növekszik, míg el nem ér egy telítési szintet. Azt a sugárzásintenzitási szintet, amelynél a sugárzás további növekedésével a fotoszintézis intenzitása tovább már nem növekszik, sugárzási telítettségi pontnak nevezzük. 139

146 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Látható a ábrán, hogy a C 3 és C 4 ugyanazon fotoszintetikusan aktív sugárzás mellett különböző intenzitással fotoszintetizálnak. S ennek megfelelően különbözik a telítettségi szintjük is. A sugárzás egyéb hatásai A sugárzás nemcsak afotoperiodizmuson és a fotoszintézisen keresztül gyakorol hatást a növényekre, hanem egyéb hatásai is vannak. Közülük a leglényegesebbeket röviden összefoglaljuk. A fotomorfogenezis. A rövidhullámú sugárzás összege és spektrális összetétele egyaránt hatást fontos szerepet játszik a növények növekedésének és fejlődésének a szabályozásában. Ismeretes, hogy a sötétben csírázó növények megnyúlnak, s az árnyékos részen fejlődő növények ugyancsak gyors megnyúlással válaszolnak a sugárzás hiányára. Valószínűleg ez szerepet játszik a fényért való versengésben. A fototropizmus. Vannak olyan növények, amelyeknek a levelei, a napraforgónak pedig a virágzata követi a Napnak a mozgását oly módon, hogy igyekszik szembefordulni a sugárzással. Mutagenezis. A nagyon rövid hullámhosszúságú sugárzás, beleértve a gamma sugárzást a Röntgen sugárzást és az ultraibolya sugárzást is, amelyek nagy energiájú fotonokat hordoznak, az élő sejteket roncsolják, különösen erős hatással vannak a genetikai anyag szerkezetére és mutációkat okozhatnak. A hőmérséklet hatása a növényekre A hőmérséklet a testek energia-állapotát fejezi ki, amelyet a környezetükkel folytatott energiacsere határoz meg. A hőmérséklet az élet szempontjából rendkívül fontos környezeti tényező. A Földnek a Naptól való távolsága olyan, hogy az élet számára kedvező hőmérsékleti tartomány alakult ki a Földön. Ha közelebb lennénk a Naphoz, akkor a hőmérsékletek magasabbak lennének, ha távolabb lennénk, akkor alacsonyabbak. Ebben az esetben előfordulhatna, hogy átlépnénk azt a hőmérsékleti határt, amely már vagy túlságosan meleg, vagy túlságosan hideg, s emiatt kedvezőtlen lenne az élet szempontjából. Hasonló mondható el a Föld tengely körüli forgásának üteméről is. Tudjuk, hogy a Föld tengely körüli forgása alakítja ki a nappalok és éjszakák hosszát, amely mind a fotoperiodizmus, mind pedig a termoperiodizmus miatt kedvező az élet számára. Ha a Föld tengely körüli forgásának üteme lassúbb lenne, akkor a nappalok és éjszakák hosszabbak lennének és a nappali hőmérsékletek jóval magasabbak, az éjszakai hőmérsékletek pedig jóval alacsonyabbak lennének. Ha a forgás üteme gyorsabb lenne, akkor a nappalok és éjszakák rövidebbek, a köztük lévő hőmérsékleti különbségek pedig kisebbek lennének. A Föld átlaghőmérséklete most 15 fok. A Földön mért legalacsonyabb húmérséklet 88,3 fok, amelyet az antarktiszi Vosztok állomáson mértek augusztus 24-én. Hasonlóan alacsony hőmérsékletek a légkör magasabb rétegeiben is előfordulnak, de nem valószínű, hogy a talajfelszín közelében ennél hidegebbet fognak találni. A legmagasabb hőmérsékletet, 57,8 fokot, a tunéziai El Aziziában mérték szeptember 13-án. Ennél magsabb hőmérsékleteket a taljfelszín közelében lehet mérni, ezek értéke meghaladhatja a 70 fokot is. A hőmérséklet a Föld minden helyén függvénye a sugárzás alakulásának (a földrajzi szélességnek) és a földfelszín változásainak (szilárd talaj, vízfelszín, domborzati viszonyok stb.), mivel a Napból érkező energiát a sugárzást felfogó felszínek (a szárazföldek, tengerek stb.) nyelik el és alakítják hővé. Ezért először a talajfelszín melegszik fel, s innen adódik át a hő a levegőnek. Emiatt minden növény - amelynek földfeletti szervei már kifejlődtek - egyidejűleg kétféle környezeti-hőmérsékleti hatásnak van kitéve: a talajhőmérséklet és a léghőmérséklet 140

147 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE hatásának. Mivel a növényeknek nincsen saját hőmérsékletük, ezek együttesen befolyásolják a növényi szervek hőmérsékletének alakulását és a növényi életfolyamatok lejátszódásának ütemét. A növényi élet szempontjából tehát a talajhőmérséklet, a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet játszik fontos szerepet. Összefüggés a különböző hőmérsékletek között A Napból érkező sugárzás a talajfelszínt melegíti fel. A felmelegedett talajfelszín a hőjét egyrészt az alatta lévő talajrétegeknek adja át. Ez a hőátadás vezetés utján történik. A hővezetés függ a talaj fizikai tulajdonságaitól, ezért a különböző fizikai talajféleségekben különböző sebességgel terjed a felszín alatti hűvösebb rétegekbe. A felmelegedett felszín azonban nemcsak lefelé ad át hőt, hanem felfelé is. A felette lévő néhány milliméteres levegőrétegnek vezetés útján. Ez a felmelegedett levegő azután kitágul és a magasba emelkedik. A levegő feláramlásának ezt a módját, amikor a felvett hőt is magával viszi, konvekciónak nevezzük. A hőátadásnak ez a módja kevesebb időt vesz igénybe, ezért a felső légrétegek kisebb időkéséssel melegszenek fel, mint a talaj. Összefüggés a léghőmérséklet és a talajhőmérséklet között A meteorológiai állomásokon mind a talajhőmérsékletet, mind pedig a léghőmérsékletet mérik. Ez lehetőséget ad arra, hogy közöttük összefüggést határozzunk meg. A mosonmagyaróvári meteorológiai állomás léghőmérsékleti és talajhőmérsékleti adatainak 1995 és 2000 közötti ötéves napi átlagain mutatjuk be a léghőmérséklet és a talajhőmérséklet közötti összefüggést ( ábra). Látható az ábrán, hogy a kettő között szoros lineáris kapcsolat van. Mosonmagyaróvár ,0 20,0 Talajhőmérséklet 15,0 10,0 5,0-5,0 y = 1,0041x - 0,0072 R 2 = 0,9956 0,0-10,0-5,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0-10,0 Léghőmérséklet ábra. Összefüggés a 2 méterben mért léghőmérséklet és a 2 cm-ben mért talajhőmérséklet 5 évi napi átlagai között. A talajban lefelé haladva a hő hővezetéssel terjed, ezért az alsóbb szintekre némi késéssel érkezik. 141

148 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Összefüggés a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet között A növény a gyökereivel a talajba kapaszkodik, zöld tömege pedig a talajfelszín feletti levegőben helyezkedik el. Ezért a gyökerekben lejátszódó élettevékenységet a talajhőmérséklet befolyásolja, a zöld tömegben lévő biológiai folyamatokat pedig a levegő hőmérséklete. Mivel a növényeknek nincs saját hőmérsékletük (poikiloterm élőlények), ezért a környezetükkel állandó hőcsere folyamatban vannak. Nyilvánvaló, hogy a gyökérzet és a szilárd talaj között lévő szoros kapcsolat miatt a gyökérhőmérséklet kevéssé tér el a környezetében lévő talaj hőmérsékletétől, mint a földfeletti zöld részek hőmérséklete a körülöttük szinte állandó mozgásban lévő levegő hőmérsékletétől. A gyökérhőmérséklet és a növényhőmérséklet, valamint a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet között tehát szoros kapcsolat van. A léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti összefüggésre vonatkozó általánosnak tekinthető kapcsolatot Robertson (1953) határozta meg. Az összefüggés konstansokkal leírható egyszerűbb formája a következő: T N QR QE = TL + (4.1.10) 1+ 0,01 u ahol T N a növényhőmérséklet, T L a léghőmérséklet, Q R a növény által felvett hőmennyiség, Q E a növény által a transzspirációra fordított hőmennyiség, az u pedig a szélsebesség. Az összefüggésből látható, hogy a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet párhuzamosan változik. A besugárzási időszakban általában magasabb a növényhőmérséklet, mint a léghőmérséklet. A kisugárzás időszakában fordított a helyzet. A léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti különbség függ a növények nedvességi viszonyaitól is. A növény által felvett hőmennyiség minél nagyobb hányada fordítódik transzspirációra, annál kevesebb jut a hőmérséklet emelésére és megfordítva ábra. A léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti összefüggés (Linacre 1964). 142

149 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Sokan mérték kísérleti úton is a léghőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti különbséget. Linacre (1964) azt tapasztalta, hogy az egyes kutatók eredményei lényegesen eltérnek egymástól. Ezért önkényesen kiválogatta azokat az adatokat, amelyeket déltájban mértek. A kiválogatás a Föld különböző területeiről tartalmaz adatokat (sarkvidéki területek adatai, dél-afrikai üvegházakban mért adatok stb.). A mérési adatokat különböző növényekre különböző mérési módszerekkel gyűjtötték. A kapott eredmények az ábrában láthatók. Az ábrán az egyes mérési eredmények x -szel vannak jelölve. A folytonos vonal a léghőmérséklettel azonos növényhőmérsékleteket köti össze (ekvivalencia hőmérséklet). A szaggatott vonal a különböző szerzők által mért növényhőmérsékleteknek megfelelő regressziós egyenes (r=0,90). A két egyenes a 30 fok feletti értéknél metszik egymást, ami azt jelenti, hogy értékeik ekkor megegyeznek egymással. A növényhőmérséklet ezen érték alatt magasabbak, ezen érték felett peddig alacsonyabbak, mint a léghőmérséklet. Az éghajlatváltozás és a különböző hőmérsékletek A három különféle közeg: a levegő, a talaj és a növény közül az üvegházhatású gázok koncentrációjának hatására mind a háromnak emelkedik a hőmérséklete. A léghőmérséklet, a talajhőmérséklet és a növényhőmérséklet közötti szoros kapcsolat következtében tehát a növény, amelynek gyökérzete a talajban van és zöld részei pedig a levegőben, mindegyikkel érintkezvén, növekvő hőhatás alá kerül. Arra lehet tehát számítani, hogy hőmérséklet emelkedésével a növény fokozni fogja a párologtatást, hogy ezáltal több hőt adhasson le. Ha ehhez nem áll rendelkezésére elegendő vízmennyiség, akkor a növény hőmérséklete is emelkedni fog. A napszakos hőmérsékletek és a növények A hőmérséklet a nap folyamán is állandóan változik, követve a besugárzás napi menetét. A nappal folyamán, ahogyan a napkeltétől a besugárzás intenzitása növekszik, növekszik a hőmérséklet is. Éjszaka pedig a kisugárzás intenzitásának megfelelően fokozatosan csökken. A növények a hőmérséklet napi menetének ehhez a ritmusához alkalmazkodtak. A növényeknek a hőmérséklet ritmusos változásaira történő reagálása termoperiodizmus néven ismeretes. A nappali hőmérsékletek a fotoszintézist és a fotorespirációt befolyásolják erősen, míg az éjszakai hőmérsékletek a sötét szakaszban végbemenő légzést. A nappali és éjszakai középhőmérsékleteket az óránként végzett mérések segítségével lehet meghatározni. Mivel ilyen adatok sok helyen nem állnak rendelkezésre, azért többnyire ezeket az értékeket stámítják vagy elméleti megfontolások alapján (Went 1957) vagy empirikus formulák segítségével (Goudrian és van Laar 1994). Hazai vizsgálatainkban a Went-féle eljárással számítottuk a napszakos középhőmérsékleteket (Varga-Haszonits és mtsai 2004). A növények jelentős része alkalmazkodott ahhoz, hogy a nappali órákban magasabb, az éjszakai órákban pedig alacsonyabb hőmérsékletek uralkodnak. Ezt a jelenséget szokás termoperiodizmusnak nevezni és ez különösen érvényes a mérsékelt övi növényekre. A növények némelyike annyira alkalmazkodott ezekhez a viszonyokhoz, hogy állandó hőmérsékleti és sugárzási viszonyok mellett a növekedése eltér a normálistól. Túlságosan hosszan tartó állandó hőmérsékletek esetén pedig egyes fajták elvesztik növekedési képességüket. Azt találták, hogy a nappali és éjszakai hőmérsékletek közötti különbség a kultúrnövények többsége számára kedvező. S általában minél erősebb a nappali besugárzás, bizonyos határok között, annál magasabbak az éjszakai optimum hőmérsékletek. Zárt terekben ellenőrzött viszonyok mellett termesztett növényeknél, jó nedvesség ellátottság mellett a legjobb eredményeket akkor kapták, ha az éjszakai hőmérsékletek 5-6 fokkal alacsonyabbak voltak, mint a nappali hőmérsékletek. 143

150 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Nem minden növény követeli meg azonban a napi hőmérsékleti ingást. Néhány növény, mint pl. a búza, uborka, zöldbab, a cukornád és amerikai mogyoró eléggé állandó hőmérsékleti viszonyok között is jól érzi magát. Általában ugyanez igaz a trópusi növényekre. Ugyanakkor vannak olyan növények, mint például néhány szárazságtűrő növény, amelyek a nappali és az éjszaki hőmérsékleteket között nagy ingást követelnek meg. Ismeretes, hogy a sivatagos területekre a nagy napi ingás a jellemző. A hőmérsékleti összegek Ismeretes, hogy mind a hazai, mind a külföldi szakirodalomban leggyakrabban a hőmérsékleti összegeket hozzák kapcsolatba a növényfejlődéssel. Ennek oka abban keresendő, hogy olyan jellemző értéket próbálnak találni, amely nemcsak a hőmérséklet változásainak a hatását, hanem a tartamának a hatását is kifejezi. Általában háromféle hőmérsékleti összeget szokás használni: a pozitív, az aktív és az effektív hőmérsékleti összegeket. Vizsgáljuk meg először, hogyan határozzuk meg ezeket a hőmérsékleti összegeket (ΣT). A kiszámításuk egyszerű, mert értékük az egymásutáni napok pozitív hőmérsékleteinek az összegezéséből adódik, vagyis Σt = t t t n (4.1.11) Ezt az összeget felírhatjuk úgy is, mint a vizsgált időszak napjai számának (n) és középértékének (t ) szorzatát. Ugyanis ismeretes a matematikai statisztikából, hogy k Σt = n t k (4.1.12) Ebből következik hogy Σt = n t k (4.1.13) A hőmérsékleti összeg tehát akár a (4.1.12), akár a (4.1.13) egyenlet segítségével meghatározható. A pozitív, az aktív és az effektív hőmérsékleti összegek annyiban különböznek egymástól, hogy az említett képletekben a t helyére milyen értéket helyettesítünk be. Az említett három lehetőség esetén tehát ha a t helyére csak a pozitív hőmérsékletek (t + ) értékeit helyettesítjük be, vagyis t = t +, akkor pozitív hőmérsékletek összegről beszélünk, amelyet vagy a pozitív hőmérsékletek összegezésével vagy az alábbi összefüggéssel számíthatunk: Σ t + = n (t + ) k (4.1.14) ahol Σt + a pozitív hőmérsékletek összege, a (t + ) k pedig az időszak pozitív napi középhőmérsékleteinek az átlagát jelenti; ha a t helyére csak a növény bázishőmérsékletének (t B ) megfelelő vagy felette lévő értékeket helyettesítünk, vagyis t t B, akkor aktív hőmérsékleti összegről beszélünk, amely a következőképpen adható meg: Σt B = n (t B ) k (4.1.15) 144

151 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE ahol a (t B) a bázishőmérseklet vagy a felette lévő hőmérsékleti értékek összege, a (t B) k pedig az időszak bázishőmérsékletnek megfelelő vagy annál magasabb napi középértékek átlagát jelöli; ha a t helyére csak a növény bázishőmérséklete (t B ) és a napi középértékek (t k ) közötti értékeket helyettesítjük, vagyis t = t k tb, akkor effektív hőmérsékleti összegről beszélünk, amelyet így határozhatunk meg: Σt EFF = n (t k t B ) (4.1.16) ahol Σt EFF az effektív hőmérsékletek összege, a (t k t B) k pedig az időszak napi középértékei és a bázishőmérséklet közötti különbség átlaga. A hőmérsékleti összeg agroklimatológiai alkalmazásának a lehetőségét támasztja alá Budiko (1956) vizsgálatának eredménye, amely szerint szoros kapcsolat van a hőmérsékleti összeg és a sugárzási egyenleg között. Ezt a szoros kapcsolatot jellemzi, hogy az egyes években a növények nagyjából azonos hőmérsékleti összeg mellett érik el ugyanazt a fejlettségi állapotot. Tehát a hőmérsékleti összeg úgy tekinthető, mint termikus idő (Monteith 1981), amelynek haladásával az egyes folyamatok lejátszódnak. Jól látható ez 4.2. fejezet ábráján, ahol az őszi búza magasságának, levélfelületének és szerves anyag tartalmának növekedése látható, három különböző év hőmérsékleti összegei alapján. A három különböző évben mind a három folyamatra vonatkozóan a fejlődés egyetlen függvénnyel leírható. A hőmérsékleti összegek használatával kapcsolatban azonban sok kutatónak fenntartásai vannak. A legfontosabb észrevételeket a következőkben foglalhatjuk össze. 1. A növény életének különböző fejlődési szakaszaiban ugyanarra a környezeti tényezőre másképpen reagál. Ezt a hőmérsékleti összeg számításánal nagyon nehéz lenne figyelembe venni. A hőmérsékleti összeg számításánál mindig lineáris összefüggést tételezünk fel, noha az egyes vizsgálatok azt mutatják, hogy az egyes fenológiai fázisokban pl. a fejlődésre a hőmérséklet különböző hatványainak megfelelő mértékben hat ábra. Összefüggés a sugárzási egyenleg és a hőmérsékleti összeg között (Budiko 1956) 145

152 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE 2. A hőmérsékleti összeg konstansként való felfogása azt jelenti, mintha a növény adott folyamatára (fejlődésére) egyedül a hőmérséklet lenne hatással, holott más környezeti köztük meteorológiai tényezők is hatnak. E megállapítás igazsága könnyen ellenőrizhető a vizsgálati anyagon. Az adott növényi tulajdonság és a hőmérséklet közötti összefüggés determinációs együtthatója (r 2 ) megmutatja, hogy a hőmérséklet hány százalékban befolyásolja az adott jelenség változásait. 3. A hőmérsékleti összeg számításánál amikor bázishőmérsékletet használunk, akkor a bázishőmérsékletet is állandónak tekintjük. A kísérleti adatok szerint azonban ez a valóságban nem így van, ezért tulajdonképpen minden fejlődési szakaszra vagy minden vizsgált folyamatra más küszöbértéket kellene használni. Hőmérsékleti kardinális pontok A növények a származási helyüknek megfelelően alkalmazkodtak a hőmérsékleti viszonyokhoz is. Ennek során kialakultak olyan küszöbértékek, amelynek átlépésekor a növényeknél bizonyos reakció várható. Ezeket az értékeket szokták kardinális pontoknak nevezni. Azt a hőmérsékleti értéket, amelynél a növény élettevékenysége megkezdődik vegetációs minimum hőmérsékletnek, vegetációs nulla foknak, biológiai nulla foknak vagy bázishőmérsékletnek nevezzük. Azt a hőmérsékleti értéket pedig, amelynél magasabb hőmérsékletek esetén a növény vegetációs tevékenysége megszűnik vegetációs maximum hőmérsékletnek nevezzük. E két hőmérsékleti érték jelöli ki azt az intervallumot, amelyen belül a növény létezni képes. Ezen az intervervallumon belül van egy olyan zóna, amelyben a hőmérsékleti értékek a növények számára a legkedvezőbb feltételeket jelentik. Ez a hőmérsékleti optimum intervalluma. Erről az intervallumról elmondhatjuk, hogy általában közelebb van a maximumhoz, mint a bázishőmérséklethez. Ha a növény a bázishőmérséklet alá süllyed, akkor elérhet egy olyan hőmérsékleti értéket, amelynél már károsodik. Ezt az értéket nevevezzük alsó küszöbhőmérsékletnek. Ha ezután a hőmérséklet ismét emelkedni kezd, akkor a növény még képes regenerálódni. Amennyiben azonban az alsó küszöbértéknél is lacsonyabb hőmérsékletre süllyed, akkor elérhet egy olyan küszöbértéket, amely után ha ismét emelkedni kezd ahőmérséklet, a növény már akkor nem képes regenerálódni, hanem elpusztul. Ezt az értéket nevezzük ultraminimum hőmérsékletnek vagy hideghalál értéknek. Ha a növény meghaladja a vegetációs maximum hőmérsékletet, akkor ott is elérhet egy olyan küszöbértéket, amelynél károsodni kezd, de most már a magas hőmérsékletek miatt. Ezt az értéket felső küszöbhőmérsékletnek nevezzük. Ha ezután a hőmérséklet süllyedni kezd, akkor a növény még képes regenerálódni. De ha tovább emelkedik eljuthat egy olyan pontig, amelynél már hőmérsékletcsökkenés után sem képes regenerálódni, hanem elpusztul. Ez a hőmérsékleti érték az ultramaximum hőmérséklet vagy hőhalál érték. A hazánkban termesztett növények élettevékenységéhez szükséges legalacsonyabb hőmérsékleti érték a 3-4 fok, a legmagasabb pedig amit még egyes növények képesek elviselni fok. Ez tehát az a hőmérsékleti értékköz, amelyben a növények vegetatív tevékenységet folytatnak. Hazánkban a napi középhőmérsékletek általában március hónapban emelkednek 3-4 fok fölé, s ezen érték felett maradnak egészen november végéig. Közben természetesen előfordulhat, hogy koratavasszal még -5 fok alá is süllyed a hőmérséklet. Fagyok általában május utolsó dekádjában fejeződnek be. Ősszel szeptember közepe után már lehetnek ismét fagyok. Közben a nyári időszakban a magas hőmérsékletekkel is számolni kell. A hazánkban mért legmagasabb 146

153 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE hőmérséklet 41,3 fok volt (Pécs július 4). A legmagasabb hőmérsékletek 35 és 40 fok között váltakoznak. Negyven fok feletti értékek csak ritkán fordulnak elő. A kardinális pontok időbeli változásai A kardinális pontok a növény vegetációs periódusa folyamán nem állandók. A különböző fejlődési szakaszokban kisebb-nagyobb változásokat mutatnak. Az egyes értékek nagyságának tekintetében azonban az egyes kutatók véleményei nem esnek egybe. Ezt Wang (1963) úgy próbálta áthidalni, hogy a különböző növényekre vonatkozóan olyan grafikont szerkesztett, amelyen a kardinális pontok vegetációs periódus alatti változásait a különböző szerzők adatainak az interpolálásával rajzolta meg ( ábra). Az ábrán az éjszakai hőmérsékletekre vonatkoz optimumsávot is feltüntette. Látható az ábrán, hogy a kardinális pontok által meghatározott intervallumok a vetés-kelés szakaszban a legszélesebbek. Majd bár az értékek állandóan változnak a kardinális pontok által meghatározott intervallumok az érés felé haladva folyamatosan szűkülnek. Úgy tűnik a virágzás és az érés közötti időszakban az értékek a magasabb hőmérsékletek felé tolódnak el ábra. A hőmérséklet hatása a paradicsomra (Wang 1963) A hőmérséklet és a biokémiai folyamatok sebessége A biokémiai reakciók sebessége és a hőmérséklet közötti kapcsolat egy nagyon fontos területe a hőmérsékleti hatásoknak, mivel amint korábban már említettük a Földön a testek hőmérséklete meghatározott hőmérsékleti intervallumban fordul csak elő. A biokémiai reakciók sebessége (k) és a hőmérséklet (T) közötti kapcsolat a következő összefüggéssel fejezhető ki: 147

154 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE k k a T2 T 1 = e (4.1.17) Mindkét oldalt logaritmizálva és a jobboldali tört számlálóját és nevezőjét T 1 T 2 -vel beszorozva: k ln k 2 1 T2 T1 = a (4.1.18) T T 1 2 ha a T 1 T szorzatot konstansnak tekintjük, akkor 2 tehát a b = T 1 T (4.1.19) 2 k 2 ln = b (T2 T1 ) (4.1.20) k 1 ha a k 2 értéket úgy választjuk meg, hogy a k 1 -hez tartozó T hőmérsékleti értéknél 10 fokkal magasabb (T+10) hőmérséklet melletti reakciósebességet jelentse, akkor k t+ 10 ln = ln Q10 k t = b 10 (4.1.21) azaz Q10 b = (4.1.22) 10 innen k t+ 10 ln = ln Q10 k t T + 10 T 10 (4.1.23) innen adódik, hogy k T+ 10 k T = Q 10 (4.1.24) és mivel a Q 10 értéke megközelítőleg 2, ezért k = 2 k T+ 10 T (4.1.25) 148

155 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Vagyis ez azt jelenti, hogy a biokémiai rekaciók sebessége 10 fok hőmérséklet-emelkedés esetén megkétszereződik. Ez azonban csak bizonyos hőmérsékleti határok között ( elsősorban 20 fok körüli értékek esetén) érvényes. A vízellátottság hatása a növényekre A hőmérséklet mellett a víz a másik olyan meteorológiai elem, amely a növények földrajzi elterjedésének a határait kijelöli a Földön. A víz mind a három halmazállapotban előfordul a természetben. A bioszférában folyékony állapotban és vízgőz formájában játszik meghatározó szerepet a bioszféra egyensúlyának megtartásában. Legnagyobb mennyiségben a Föld nagyobb részét elfoglaló tengerekben fordul elő. A tengerek vize állandóan párolog. A felettük lévő levegőben egyre növekszik a vízgőztartalom, amelyet a légmozgások elszállítanak onnét. A magasabb légrétegekbe kerülve, vagy a hőmérséklet csökkenése miatt a levegő lehűl, a vízgőz kicsapódik és csapadék formájában vagy közvetlenül visszakerül a tengerekbe vagy pedig a szárazföldekre hull. Ez utóbbi esetben egy része hó és jég formájában megmarad a Föld felszínén vagy elraktározódik a tavakban és a talajban, ahonnét szintén állandóan párologva ismét a levegőbe kerül, más része pedig különböző formában a folyókba kerül, ahonnét ugyancsak a tengerekbe jut vissza. A víznek az a tulajdonsága, hogy nagy a hőkapacitása jelentős hatással van mind a légköri folyamatokra. A nagy hőkapacitás ugyanis azt jelenti, hogy nagy mennyiségű hőt tud elraktározni anélkül, hogy ez különösebb hőmérséklet-változást eredményezne. Ez a hőraktározó képesség jelentős szerepet játszik a meteorológiai viszonyok alakításában. Ugyanis emiatt ugyanolyan intenzitású besugárzás esetén is a tengerek felszíne jelentősen hűvösebb marad, mint a szárazföldeké. Ez a hőmérsékleti különbség pedig valamilyen formában (termikus cirkuláció, légáramlás) kiegyenlítődik, így a tengerek mérséklő hatást gyakorolnak a felmelegedésre. Télen viszont, nagy hőtartalékaik miatt kevésbé hűlnek le, mint a szárazföldek, ezért a lehűlést mérséklő hatásuk jelentős. A növények az esetek legnagyobb részében a talaj közvetítésével, a természetes csapadék útján jutnak a vízhez. A talajban lévő vízben a tápanyagok oldódnak, a folyamatos párolgás pedig gondoskodik arról, hogy a víz és a benne oldott tápanyagok eljussanak az asszimiláló szervekhez. A növények a vizet gyökereikkel veszik fel, majd a szívóerő hatására a növényi száron keresztül szállítódik a víz a levélben lévő asszimiláló szervekhez. Innét a felesleges víz a légzőnyílásokon (sztómákon) keresztül a légkörbe párolog. Tisztán ökológiai szempontból a víz növényeken történő áthaladása lényegtelen mozzanat, csupán a víz felvétele és leadása fontos lépés, mert e kettő a környezeti tényezők igen erős befolyása alatt megy végbe (Jones 1984). A növények nedvességigénye nem állandó, hanem a tenyészidőszak folyamán változik. Legkevesebb vizet nyugalmi állapotban igényelnek, amikor rövidek a nappalok és alacsony a hőmérséklet. Ilyenkor a növekedési folyamatok is erősen lalassulnak vagy szünetelnek. Majd az aktív vegetációs periódusban mint később látni fogjuk a levélfelület nagyságának növekedésével a vízigény is növekszik. Ilyenkor a növények naponta jelentős mennyiségű vizet párologtatnak el. A víznek az a tulajdonsága, hogy nagy a hőkapacitása, tehát jelentős mennyiségű hőt tud befogadni, miközben hőmérséklete lényegében alig változik, nagyon hasznos a növények számára is, mert a sejteken belüli és a sejtek közötti tereket víz tölti ki, emiatt a növények majdnem, hogy állandó, de legalábbis igen lassan változó hőmérsékleti viszonyok között létezhetnek (Sutcliffe 1982). Tudjuk, hogy a növényeknek nincsen állandó hőmérsékletük, ezért a környezetükkel állandó hőcsere folyamatot tartanak fenn, amelyet a nagy hőkapacitású vizzel szabályozni tudnak. 149

156 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Az életkeletkezési elméletek szerint az első élőszervezetek vizes közegben jöttek létre, ezért a víz az élő anyagnak a meghatározó része. A növénynek a környezetéből felvett anyagok közül legnagyobb mennyiségben vízre van szüksége. Ennek több oka is van. (1) A növények testének egyik legfontosabb alkotórésze. (2) A fotoszintézishez nélkülözhetetlen anyag. (3) A tápanyagszállítás eszköze. A növények vízellátottsága az egyike azoknak a tényezőknek, amelyet az ember viszonyleg könnyen képes befolyásolni. Egyrészt vízhiány idején öntözéssel képes a hiányzó vízmennyiséget pótolni, másrészt víztöbblet (belvíz) esetén vízelvezetéssel tudja a felesleges vizet eltávolítani. A vízellátottság alapja, hogy adott időpillanatban, kellő mennyiségben ott álljon víz a növény rendelkezésére, ahol az gyökeret eresztett. Ezért egyrészt a légkörben, másrészt a talajban lejátszódó folyamatok igen erős hatással vannak a növények vízellátottságára. Ez a kérdés ezért mindig csak a talaj-növény-légkör rendszerben elemezhető kellő alapossággal. A vízháztartási tényezők A víz a növényi élet számára nélkülözhetetlen elem. A víz jelentősége a növények számára abban áll, hogy a növények testének fontos alkotó eleme, a talajba fellehető tápanyagok vízben oldott állapotban jutnak el a növényekbe, a fotoszintézis során a vízből származik a szerves anyag képzéséhez szükséges hidrogén és a napsugárzás energiájának jelentős része párolgásra fordítódik, s ez biztosítja a víz áramlását a növényekben és a növény hőmérsékletének alacsonyabb értéken tartását. A növények azonban csak azért tudják felvenni a vizet, mert a felső talajrétegek képesek visszatartani azt a nehézségi erővel szemben, még pedig olyan formában, hogy a A vízháztartás elemei növények számára könnyen hozzáférhető legyen. Alapvető tehát, hogy a talaj rendelkezik víztároló kapacitással. A talaj fő vízbevételi forrása a légköri csapadék, amely a vegetációs periódus folyamán alapvetően eső formájában jut el a felszínre, de különösen a nyári hónapokban számolni kell jégesővel is, s csak kisebb jelentősége van a harmatnak. A téli hónapokban viszont megnövekszik a hóesés gyakorisága. A lehullott hó néha hosszabb időn át megmarad, s hótakaró formájában borítja a felszínt. A hótakarónak 150

157 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE kettős jelentősége van: egyrészt megvédi a növényeket az erős téli fagyoktól, másrészt elolvadása után növeli a talaj nedvességtartalmát. A talaj vízveszteségének fő formája a párolgás, amely ugyancsak szoros kapcsolatban van a meteorológiai tényezőkkel. A talaj vízkészletének jelentős részét maguk a növények párologtatják el (transzspiráció), de jelentős mennyiségű víz távozik a növények alatti csupasz talajfelszínről is (evaporáció). E két folyamat együttese az evapotranszspiráció, amely a talaj vízkészletének fokozatos csökkenését idézi elő két csapadékhullás között. A növények vízellátottságát szabályozó legfontosabb tényezőket az ábrán tüntettük fel. Makrometeorológiai folyamatok. Az ábrából kivehető, hogy a növények vízellátottságának elsődleges meghatározói a makrometeorológiai folyamatok. Alapvetőek azok a makrocirkulációs folyamatok, amelyek egy nagyobb térség makrometeorológiai viszonyait szabályozzák, s meghatározzák egy adott időszakban annak száraz vagy nedves jellegét. Előfordulhat, hogy hosszabb időszakon át egyetlen csepp csapadék sem hull, lehetnek olyan szakaszok, amikor rövidebb száraz és nedves időszkok váltogatják egymást, s számítani kell hosszabb-rövidebb időszakokra, amikor jelentős mennyiségű csapadék hull. A nedves időszakokban a lehulló csapadék növeli a talaj vízkészletét. A csapadékos időszakkal együttjáró megnövekedett mennyiségű felhőzet csökkenti a besugárzást, ennek következtében a hőmérsékletet és megnöveli a levegő nedvességtartalmát, ami együttesen a párolgás csökkenéséhez vezet. A makrometeorológiai folyamatok ezért elsődleges meghatározói a talaj nedvességkészlete alakulásának, idő- és térbeli változékonyságának. Talajadottságok. A talajban raktározható víz mennyiségét elsősorban a talaj fizikai tulajdonságai határozzák meg. A talajban tárolt vízmennyiségnek van egy olyan része, amelyet a talajrészecskék olyan erősen magukhoz kötnek, hogy a növények szivóereje nem elégséges ahhoz, hogy onnét elmozdítsák és felvegyék. Azt az értéket, amelyen a növények szívóereje már nem képes felvenni a vizet hervadáspontnak, a növények által fel nem vehető vizet pedig holtvíznek nevezzük. Tehát a növények a talajból csak a hervadáspont feletti vízmennyiséget tudják felvenni. A talajban lévő vízmennyiség fokozatos növekedésével elérünk egy olyan mennyiségig, amelyet a talaj a nehézségi erővel szemben még képes visszatartani. Ezt az értéket nevezzük szántóföldi vízkapacitásnak. A szántóföldi vízkapacitás által meghatározott vízmennyiség és a holtvíz tartalom (hervadáspont alatti vízmennyiség) közötti különbség adja meg azt a legnagyobb hasznos (diszponibilis) vízmennyiséget, amely egy adott talajban a növények által felvehető vízmennyiségből maximálisan tárolható (ebben az értelemben szoktak hasznos vízkapacitásról beszélni). A csapadékból származó víznek egy része, amelyet a felső rétegek nem képesek magukba tartani, a mélyebb rétegekbe szivárog, s összegyűlik. Ezt nevezzük talajvíznek. Ha a talajvíz szintje mélyen van, akkor nem gyakorol befolyást a növények vízellátottságára. Magasabb rétegekbe melekdve azonban kapilláris emelés útján képes vizet juttatni a növényi gyökérzónába. Azokon a területen, ahol növénytermesztés folyik, az alkalmazott agrotechnika is szerepet játszik a talaj vízkészletének alakulásában, mivel befolyást gyakorol a talaj hő- és vízgazdálkodására. Növényi tulajdonságok. A növények származási helyüknek megfelelően alkalmazakodtak a környezet nedvességi viszonyaihoz, s így vannak közöttük hidrofita, mezofita és xerofita növények. A nedvességi viszonyokhoz különbözőképpen alkalmazkodott növények új termőhelyükön is megkívánják, hogy hasonló nedvességellátottságban részesüljenek. Amennyiben ez nem biztosítható, akkor új, az adott viszonyokhoz alkalmazkodó fajták kinemesítése válik szükségessé. 151

158 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Előfordulhat, hogy az évről-évre jelentősen változó meteorológiai viszonyok az egyes években igen eltérő nedvességellátottságot biztosítanak. A növények ilyenkor a terméshozamokban mutatkozó eltérésekkel reagálnak a környezeti hatásokra. A növények vízforgalma A növények a talajból a vizet gyökereikkel veszik fel. A gyökerektől a víz a száron át áramlik a levelekhez, ahol az asszimiláció lejátszódik. Az asszimilációhoz vízre is szükség van, ezenkívül a víz szállítja oldott állapotban a különböző tápanyagokat is. A víznek az a része, amely nem kerül felhasználásra, a evelek sztómanyílásán keresztül távozik a légkörbe. A víznek a gyökerek által történő felvételét, a növényen belüli szállítását, majd a légkörbejuttatását a növény vízforgalmának nevezzük. A növény vízforgalma tehát három fontos szakaszra osztható. Az első szakaszban történik a gyökerek által a víz felvétele, a második szakaszban a felvett víz a növényen belül mozogva eljut az asszimiláló szervekhez és felhasználódik, a harmadik szakaszban a növény a fel nem használt vizet a levegő juttatja. Mind a három szakaszban fontos szerepet játszanak a meteorológiai tényezők. Mindenekelőtt a csapadékvíz jelenti a talajnedvesség szempontjából a fő bevételi forrást. A talaj víztartalma és hőmérséklete a gyökerek által történő vízfelvételt befolyásolja. A levegő párologtatóképessége pedig az a szívóerő, amely a vizet (benne az oldott állapotban lévő tápanyagokkal) a gyökerektől az asszimiláló szervekhez áramoltatja, majd a fel nem használt vizet a levegőbe párologtatja. Természetesen az egyes növények mind a vzfelvétel, mind a vízszállítás és felhasználás, mind pedig a párologtatás tekintetében eltérnek egymástól. Az eltéréseket a növények biológiai sajátosságai okozzák. A növények vízforgalmát ezért fizikai és biológiai tényezők és folyamatok együttesen határozzák meg. A növények vízfelvétele. Ahhoz, hogy a növények vizet tudjanak felvenni, mindenekelőtt annyi víznek kell lennie a talajban, amelyhez a növények már könnyen hozzáférnek. A szárazföldi növények számára a talaj nedvességtartalma szinte kizárólagosan az egyetlen nedvességforrás. A talajban lévő vízhez azonban a növényeknek hozzá kell férniök és fel kell tudni venniök. A legegyszerűbb szervezetű növények esetében általában az összes sejt tevékenyen vesz részt a víz felvételében. Más növények a testük egész felületével képesek nedvességet felvenni (pl. moszatok, egyes vízi növények). A szárazföldön élő növények (ilyenek termesztett növényeink is) azonban elsősorban gyökereiken keresztül veszik fel a vizet. A vízfelvételben nem az egész gyökérzet, hanem annak csak egy meghatározott része a gyökérszőrökkel rendelkező zóna vesz részt a legintenzívebben. E növényeknél a szár és a levelek csak kivételes esetekben tudnak közvetlenül nedvességet magukhoz juttatni. Termesztett növényeink gyökérzete a talajban szerteágazik és - amint említettük - a gyökérszőrökön keresztül képesek vizet magukba venni. A gyökérzet folytonosan halad a még el nem ért nedvesebb talajrészek felé. A gyökereknek ezt a mozgását a talaj aprómorzsás szerkezete elősegíti, s így a növények könnyebben juthatnak vízhez. A gyökérszőrök az őket körülvevő talajból meglehetősen gyorsan felveszik a nedvességet, ezért közvetlen környezetükben hamarosan kiszárad a talaj. A gyökérszőrök azonban rövid életűek, általában napig funkcionálnak. Az elpusztuló gyökérszőrök helyett ujak nőnek, s ezek ujabb talajrészecskékből vesznek fel vizet. A fiatal növényi gyökerek növekedésének irányát a talaj nedvességtartalma, valamint a tápanyagtartalma szabja meg. Ez utóbbi vízben oldott formában jut el a gyökereken keresztül a növény különböző részeibe, ahol felhasználásra kerül. A gyökerek növekedésének irányát tehát hidrotrópikus és kemotrópikus ingerek határozzák meg. 152

159 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE A növények a vizet a talajból veszik fel, a gyökereiken keresztül. A növényi gyökerek a növekedésük során igyekeznek a talajban lévő nedves helyeket megkeresni. A hajszálgyökerek segítségével behatolnak a nedves talajrészekbe. A gyökérszőröket körülvevő víz azután a gyökérben lévő sejtek szívóhatásának eredményeképpen kerül a növénybe. Amikor a gyökérszőrök a talajban lévő vízzel érintkezésbe kerülnek, azonnal megindul a vízmolekulák diffundálása a gyökérszőrök sejtjeibe. Ebben a folyamatban alapvetően két hatás játszik közre. A sejt szívóereje (S) az ozmótikus nyomás (P) és a turgornyomás (T) különbségétől függ: S = P T (4.1.26) Minél nagyobb a sejtnedv oldatkoncentrációja annál nagyobb az ozmótikus nyomás. A magas ozmótikus nyomás következtében egyre több vízmolekula vándorol a sejtbe. A sejtben így egyre több nedvesség halmozódik fel, a sejt beltartalmának térfogata nő, ami a sejtfalat egyre növekvő erővel nyomja, s emiatt fokozatosan csökken a beáramló vízmolekulák mennyisége. Végül a turgornyomás egyenlővé válik az ozmotikus nyomással (P=T). Ekkor a sejtszívóereje megszűnik (S=0). Ekkor természetesen megszűnik a sejt víztartalmának a növekedése is. A sejtbe ekkor ugyanannyi vízmolekula lép be, mint amennyi onnét kiáramlik. A sejt szívóereje tehát akkor a legnagyobb, amikor a sejt teljesen lankadt állapotban van és akkor szűnik meg, amikor a sejt feszes állapotban van (a turgornyomás eléri az ozmotikus nyomás értékét). A növények vízfelvételét befolyásolja a talaj víztartalmán kívül a talajhőmérséklete is. Ez a hatás történhet azáltal, hogy a talaj hőmérsékletének emelkedése serkentőleg hat a gyökerek növekedésére, míg süllyedése lelassítja a növekedést, s azáltal a gyökér nehezebben éri el a nedvesebb talajrészeket. Történhet annak következtében, hogy változatlan transpiráció mellett a talajhőmérséklet csökkenése esetén a sejthártyák vízpermeabilitása lecsökken, s így a növények vízmérlege felborul. A változatlan transpiráció melletti csökkenő vízfelvétel hatására a növények lankadni kezdenek, ha azonban a talajhőmérséklete ismét emelkedni kezd, visszaáll a turgorállapot. Meg kell viszont említeni, hogy áttelelő őszi gabonáink esetében a vízfelvétel még fagypont körüli értékek esetén is kielégítő intenzitással folyik. A növények vízfelvételét tehát a talajok vízkészlete, a gyökérzet fejlettsége, a sejtek vízfelvevőképessége és a vízfelvevőképességet befolyásoló külső tényezők (talajhőmérséklet, transzspiráció) határozzák meg. A növények vízszállítása. A sejteken keresztül történő vízfelvétel a turgornyomás és az ozmotikus nyomás kiegyenlítődésekor megszűnik, hacsak nincs olyan szívóerő, vagy nyomóerő amelynek következtében a felvett vízmennyiség a szomszédos sejteknek átadódik, s a növényben tovább vándorol. Ennek megfelelően a növények vízfelvételét és vízszállítását kétféle hatás befolyásolja. (1) A vízfelvétel és vízszállítás mozgatóereje a transzspiráció szívóhatása, amelynek következtében a víz kohéziós erejének segítségével a gyökerektől a levelekig a növényi szállítósejtekben egy folytonos vízoszlop alakul ki. A vízfelvételt és a vízszállítást tehát ekkor a transzspiráció tartja fenn, amely fizikai folyamat, ezért a növény fiziológiában passzív vízfelvételről és passzív vízszállításról szoktak beszélni, mivel ezt nem az anyagcsere folyamatok hozzák létre, csupán szabályozzák. A növények egyébként a talajból felvett vizet csaknem kizárólag ennek az erőnek a segítségével veszik fel és továbbítják. (2) A vízfelvételben és vízszállításban ezenkívül szerepet játszhat a gyökérnyomás mozgatóereje is. Ez azt jelenti, hogy a vízfelvételt végző sejtekből a gyökér egy meghatározott erővel a földfeletti részekbe képes nyomni a vizet. A vízmozgás energiaforrása ez esetben a gyökerek anyagcseréje. A gyökér életfolyamatai alsó mozgatóként juttatják a 153

160 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE vizet a szállítóelemekbe, ezért ezt aktív vízfelvételnek, illetőleg aktív vízszállításnak szokták nevezni. Az aktív vízfelvétel és vízszállítás elsősorban a transpiráció szünetelése esetén játszik szerepet, a növényi fejlődésnek abban a szakaszában, amikor még a levélzet /a transpiráció felület/ nem alakult ki. A gyökérnyomás segítségével szállított vízmennyiség azonban a transpirációnak csak néhány százalékát teszi ki. Ahhoz, hogy lássuk a víz mozgására ható erők nagyságát és meg tudjuk határozni a mozgás irányát is, egy uj fogalmat kell megismernünk. Ez a fogalom a vízpotenciál. Leggyakrabban ψ -vel jelölik. Ezen a fogalmon a víznek a munkavégzőképességét értjük. Ezt a következőképpen szokták megadni. Kiindulópontként a tiszta víz potenciálja szerepel, amelyet nullának tekintünk. Ennek a gőznyomása egyenlő a telítési gőznyomással. A különböző tápoldatokat tartalmazó oldatok felett azonban a gőznyomás értéke kisebb. Így a sejtek nedvtartalma esetében is. Az oldatnak a tiszta vízhez képest tehát kisebb a munkavégzőképessége, amit negatív bar értékekkel szoktak megadni, s ezt nevezik ozmótikus potenciálnak (ψ π ). Ez tehát mindig kisebb, mint a tiszta víz potenciálja, ezért értéke mindig negatív. Annak a víznek, amelyet a kolloidok, a kapillárisok és egyéb felszínek kötnek meg, szintén kisebb a munkavégző képessége, mint a tisza víznek. Ezt az értéket szintén negatív barokkal lehet jellemezni, s mátrixpotenciálnak (ψ τ ) nevezik. Említettük már, hogy ha a vízfelvétel következtében a sejt beltartalma egyre növekszik, növekvő erővel nyomja a sejtfalat, s egyben nyujtja is. A fal ugyanakkora ellennyomással válaszol. Ehhez járul még a szomszédos turgeszcens sejtek nyomása is. Így a sejtben egyre nagyobb hidrosztatikai nyomás (ψ P ) alakul ki, amely viszont fokozza a gőznyomást, ezért pozitív irányban változtatja a sejt gőznyomását. Az elmondottak együtt alakítják ki egy rendszernek a vízpotenciálját: Ψ = Ψp Ψ (4.1.27) π Ψ τ Ha feltételezzük, hogy a mátrixpotenciál értéke mennyiségileg elhanyagolható, akkor az (4.1.27) egyenlet azonos lesz az (4.1.26) összefüggéssel. Ugyanis ekkor a vízpotenciál egyenlő lesz a sejt szívóerejével, ami a turgornyomás (Ψ p) és az ozmótikus nyomás (Ψπ) különbségeként adódik. Ez az összefüggés már világossá teszi a vízmozgást előidéző erőket, s a vízmozgás irányát is. A vízmozgást tehát potenciálkülönbség váltja ki. Ez megadja a mozgás irányát is. A víz áramlásának erőssége azonban nemcsak a potenciálkülönbségtől (ΔΨ) függ, hanem minden olyan tényezőtől is, amely nehezíti a víz mozgását. Ezeket együttesen ellenállásoknak (r l, r2,..., r n ) nevezzük. A vízáramlás sebessége (J) tehát: mivel az ΔΨ J = (4.1.28) Σr 1 = Σr L p (4.1.29) ahol L P a vízvezetőképességet (permeabilitást) jelenti, ezért a (4.1.29) egyenlet így is írható: J = L p ΔΨ (4.1.30) 154

161 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Tehát két rendszer közötti potenciálkülönbség szolgáltatja a vizet mozgásba hozó erőt, s a víz áramlása ezzel az erővel, valamint a vízvezető képességgel arányos. A talaj-növény-légkör rendszerben a víz mozgását a légkör vízgőznyomása és a párologtató felszín vízgőznyomása közötti különbségnek (potenciálkülönbségnek) megfelelő szívóerő idézi elő. Ennek következménye a növények párologtatása (transzspirációja), amely lényegét tekintve fiziológiailag szabályozott fizikai folyamat. A növények víztartalma. A víz a növényekben a legnagyobb mennyiségben előforduló alkotórész. A növények testének mintegy %-a víz. A protoplazma tömegének gyakran 90 %-át vagy még nagyobb hányadát is alkothatja. Természetes állapotban a sejten belül a legtöbb molekula hidratált állapotban van jelen és szerkezetük fenntartásához és működésükhöz is vizre van szükségük. Ha a protoplazma fokozatosan vizet veszít, akkor anyagcseréjénak intenzitása lecsökken, s az élő anyag nyugalmi állapotba jut. Ha gyorsan vonjuk ki a vizet a protoplazmából, akkor a gyors dehidratáció miatt a növény elpusztul, mert a plazmafehérjék visszafordíthatatlanul denaturálódnak. A növények egyes szervei is különböző mennyiségű vizet tartalmaznak. A magokban található a legkevesebb víz (10-14 %), a legtöbb víz pedig a termésekben (80-95 %). A levelek nedvességtartalma erősen függ attól, hogy milyen vízigényű növényről van szó. A higrofitonok levelei 90 % körüli, a mezofitonoké 80 % körüli, a xerofitonoké pedig csak % vizet tartalmaz. Ezenkívül a lágyszárú növények több vizet tartalmaznak, mint a fásszárúak. Megállapítható az is, hogy a legtöbb szerv víztartalma az öregedéssel együtt csökken. A kukorica esetében pl. a levéllemezek víztartalma a szárbaindulásjor %, címerhányáskor %, a teljes érés idején pedig a csúcsi levelek víztartalma már csak 70 % körüli. A növény víztartalma függ a talaj nedvességtartalmától és a levegő nedvességtartalmától. A talaj nedvességtartalma biztosítja a vízfelvételhez szsükséges vizet, a levegő nedvességtartalma pedig a növényről történő párolgással (transzspiráció) kapcsolatos vízveszteséggel függ össze. A párolgással történő vízveszteség a nap folyamán rendszerint meghaladja a vízfelvételt, emiatt a nappal folyamán a növény víztartalma csökken. Éjszaka viszont, amikor a párolgás lecsökken, a növény feltölti a szöveteit vizzel. A kaktuszok esetében azonban amelyeknek nappal zárva vannak a gázcserenyilásaik fordított a helyzet, vagyis nappal töltődik fel a növény vizzel, amikor a gázcserenyilásokon keresztüli vizleadás szünetel. A mérsékelt övben az olyan növények esetében, amelyek egész éven át a szabadban vannak a növények víztartalmának évi menete is megfigyelhető. A lombhullató fák esetében például télen a víztartalom megnövekszik, mert ekkor igen kis mértékű a párolgás, nyáron viszont az intenzív párolgás miatt jelentősen lecsökken. A tényészidőszak alatt pl. egy kukoricanövény mintegy 200 liter vizet párologtat el, amit a talajnedvességből kell pótolni. A felhasznált víz mennyisége minden esetben függ a meteorológiai viszonyoktól. A növények vízleadása (transzspiráció). A transzspirációnak két formáját szokták megkülönböztetni: a kutikuláris transpirációt és a sztómás transpirációt. A kutikula az epidermisz sejtekre rakódott, vizet és gázokat nehezen áteresztő réteg. A kutikuláris párologtatás során az epidermisz sejtek vize párolog el a kutikulán keresztül. A különböző növényeknél a kutikuláris transpiráció intenzitása igen eltérő lehet. Szerepe elsősorban akkor jelentős, ha a sztómás transpiráció szünetel. A nád esetében (Haraszty 1979) a kutikuláris párolgás elérheti az összes transpiráció %-át. Általában azonban, amikor a sztómák nyitva vannak a sztómás transpirációnak mindössze csak néhány %-át teszi ki. A sztómás transpiráció a - főként a leveleken található - gázcserenyilásokon /sztómákon/ keresztül történő vízveszteséget jelenti. Bár a sztómák száma 1 mm2-énként között lehet, a légrések nyitott állapotban is csak néhány százalékát teszik ki a levélfelületnek. Nem 155

162 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE egy esetben a levél mégis annyi vizet vészit, mint a vele azonos felületű vízfelszín. Ez azzal magyarázható, hogy szűk nyílásokon keresztül sokkal erősebb a diffuzió, mint azonos összte~ületü nagyobb nyílásokon át, mivel a diffuzió intenzitása a kerületek mentén a legerősebb, ahol a nyílás feletti légtér a legkevésbé telitett. Itt a kilépő vízmolekulák oldalirányban is távozhatnak. Az elmondottak nyilvánvalóak, hiszen a kerület a nyitás átmérőjével egyenesen, a terület pedig négyzetesen arányos. A szűk nyílások kerülete átmérőjükhöz képest hosszu, a nagy nyílások kerülete pedig rövid. Emiatt a szűk nyílásokon át nagyobb lehet a diffuzió, mint az azonos területű nagy nyílásokon át. Ez az eset azonban csak szélcsendes időjárás esetén várható. A szél ugyanis elfújja a párologtató felszín felett felgyűlemlett párát, s így a párologtató nyílások kivételes helyzete megszűnik. Hasonlóképpen igen száraz levegőben sem alakul ki a nyílás közepe felett vízgőzzel telített határréteg. Az elmondottakból kitűnik, hogy a növények sztómái éppen szélben és száraz időben szabályozzák a leghatékonyabban a transpirációt. A sztómák nyitását és zárását igen fontos alkalmazkodási reakciók szabályozzák. Elsőként említjük a sztómák fény hatására történő nyitódását. Feltehetően ebben közrejátszik a növényen belüli CO 2 koncentráció is. Amikor ugyanis a fény hatására a növény asszimilálni kezd, a sejtközi járatokban lecsökken a CO 2 tartalom, erre a sztómák kinyílnak, s rajtuk keresztül a csökkenő CO 2 tartalom pótlására a külső levegő szén-dioxidja bejut a levelekbe. Mindez akkor játszódik tehát le, amikor a fotoszintézishez szükséges energiamennyiség már rendelkezésre áll. Ezzel ellentétes folyamat játszódik le a napsugárzás gyengülésekor, sötétedés előtt. A csökkenő fényerősség hatására a légrés szűkül, majd bezáródik. Tehát a transpiráció korlátozódik, majd teljesen megszűnik, amikor a fotoszintézishez szükséges energia is korlátozódik és megszűnik. Amikor pedig a fotoszintézis gyengül vagy a légrés erősödik, a növényen belüli szén-dioxid koncentráció is erősödik, s ha eléri a légkörben lévő szén-dioxid koncentráció értékét (átlagosan 0,03 %), akkor a sztómák bezáródnak. Meg kell még említeni a vízveszteség hatására bekövetkező záródást. Ez jelentősebb vízhiány esetén következik be, hatására lecsökken a fotoszintézis intenzitása, s ezzel a káros mértékű vízhiány kialakulása lelassul. A vízveszteség hatására kialakuló sztómazáródás különböző növényeknél különböző menynyiségü víz elvesztése után lép fel. Legnagyobb ez az érték a szárazságtűrő növényeknél. Irodalom Budiko,M.I. 1956: Tyeplovoj balammsz zemnoj poverhnosztyi. Gidrometeoizdat, Leningrád. Burgos, J.J. (1986): Equilibrium and extreme climatic conditions of world s biomes and agrosystems. WMO technical Note No. 184., Gewneva, oldal. Campbell,I.M. (1977): Energy and the atmosphere. A physical-chemical approach. John Wiley and Sons Ltd., London. Csirkov, J.I. (1979): Agrometeorologija. Gidrometeoizdat, Leningrád. 320 oldal. Ciais, P., Tans P.P., Trolier, M., White, J.W., Francey, R.J. (1995): A large Northern Hemisphere terrestrial CO 2 sink indicated by the C/ C ratio of atmospheric CO 2. Science, 269: oldal. Gates, D.M. (1993): Climate Change and Its Biological Consequences. Sinauer Associates Inc. Sunderland, Massachusetts, 280 oldal. Gorisina,T.K. (1979): Ekoligija rasztyenyij. Viszsaja Skola, Moszkva. Goudrian,J., van Laar, H.H. 1994: Modeling potential crop growth processes. Kluwer, Dordrecht. Haraszty Á. szerk. 1979: Növényszervezettan és növényélettan. Tankönyvkiadó, Budapest. Hartmann, D.L. (1994): Global physical climatology. Academic Press, New York. Haszpra L. (1998): A szén-dioxid koncentráció alakulása a légkörben. MeteorológiaiTtudományos Napok 97, OMSz, Budapest, oldal. Jones, G.(1984): A növényzet termelőképessége. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. Larcher, W. (1975): Physiological plant ecology. Springer Verlag, Berlin. 156

163 AZ ÉGHAJLATI ELEMEK HATÁSA A NÖVÉNYEKRE Larcher, W. 2003: Physiological Plant Ecology. Springer Verlag, Berlin. 513 oldal. Linacre,E.T. 1964: A note on feature of leaf and air temperature. Agricultural Meteorology, Vol. 1: oldal. Monteith, J.L (1981): Climatic variation and the growth of crops. Quarterly Journal of Royal Met. Society, 107, No. 454, oldal. Petr, J.; Cerny, V.; Hruska, L. szerk. (1985): A főbb szántóföldi növények termésképződése. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. Robertson, G.W. 1953: Some agrometeorological problems in Canada. Royal Meteorological Society, Canadian Branch, Toronto. Rosenzweig, C., Hillel, D. (1998): Climate Change and the Global Harvest. Potential Impact of the Greenhouse effect on Agriculture. Oxford University Press, Oxford, 324 oldal. Sulgin, M.A. (1967): Szolnyecsnaja radiacia i rasztyenyij. Gidrometeoizdat, Leningrád. Sulgin, M.A. (1973): Rasztyenyije i szolnce. Gidrometeoizdat, Leningrád. Sutcliffe, J. F. (1982): A növények és a víz. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. 133 oldal. Tans P.P., Fung, I.Y., Takahashi T. (1990): Observational constraints on global atmospheric CO 2 budget. Science, 247: oldal. Varga-Haszonits Z., Varga Z., Lantos Zs. 2004: Az éghajlati változékonyság és az extrém jelenségek agroklimatológiai elemzése. Monocopy Kft., Mosonmagyaróvár, 264 oldal. Wang, J.Y. 1963: Crop response studies I. Vegetable canning crops. The University of Wisconsin, 349. oldal. Went, F.W. 1957: The experimental controll of plant growth. The Ronald Press Company, New York, 342 oldal. 157

164 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK 4.2 Az éghajlat és a növényi életfolyamatok Természetesen a hatások közül kiemelten kell kezelni azokat, amelyek közvetlenül befolyást gyakorolnak a növények életére. A közvetlen hatások azok, amelyekhez a növények alkalmazkodni képesek, s amelyek hosszabb távon (vagyis éghajlati szempontból) meghatározzák az adott termőhelyen a termesztés gazdaságosságát. Az éghajlat hatása a növényfejlődésre A növények életük során szemmel jól érzékelhető változásokon mennek át. Természetesen azok a változások is fontosak a növény számára, amelyek szemmel nem érzékelhetőek. Tágabb értelemben mindazokat a változásokat, amelyek a növény életciklusa folyamán a csírázástól az érésig és az öregedésig végbemennek, fejlődésnek nevezzük. Szűkebb értelemben természetesen használhatjuk a fejlődés fogalmát egyes szövetek, szervek, sőt sejtek esetében is. Ahhoz azonban, hogy a növény a csírázástól eljusson a kifejlett állapotig, növekedésre és differenciálódásra egyaránt szükség van. Eleinte a növekedés a szervezetet alkotó sejtek számának gyarapodásában fejeződik ki, később azonban a sejtek alakilag és funkcionálisan is differenciálódnak, s így létrejönnek a különböző elrendeződésű és funkciójú szövetek és szervek. A növekedés és differenciálódás tehát alapvetően különböző folyamatok, mégis e kettőt a fejlődés fő folyamatainak tekinthetjük. A két folyamat többnyire egyidejűleg megy végbe. A fejlődés folyamatát leggyakrabban két módszerrel szokták tanulmányozni. Egyrészt olyan morfológiai vizsgálatokat végeznek, amelyek elsősorban a fejlődés folyamán végbemenő látható változásokkal foglalkoznak (fenológia). Másrészt egyre inkább azon fiziológiai és biokémiai tényezőkre és folyamatokra irányul a figyelem, amelyek meghatározzák a növények formáját. A fejlődés irányítását és szabályozását végző tényezőket ugyancsak két csoportba szokták sorolni. A belső tényezők közül kiemelkedő szerepet játszanak a fejlődés lejátszódásában azok a hormonok, amelyek serkentő, vagy gátló hatással vannak rá. A külső, környezeti tényezők közül elsősorban a hőmérséklet és a nappalhosszúság hatása jelentős. Az utóbbi időben megállapították, hogy számos környezeti tényező a hormonok mennyiségének és eloszlásának befolyásolásán keresztül fejti ki a hatását. "Nyilvánvaló, hogy a növény testének fejlődési állapota a fajra jellemző, vele született (genetikai) tulajdonság és a külső, környezeti tényezők kölcsönhatásának (interakciójának) az eredménye. Ezért soha nem mondhatjuk, hogy a növény bizonyos tulajdonságai genetikusan, mások pedig a környezet által determináltak. A növény valamennyi tulajdonságát a genetikai és környezeti tényezők együttesen szabják meg."(wareing, Phillips 1982). A növények növekedése nem lehet akármilyen méretű. Ebben játszanak szerepet a gátló anyagok és tényezők, amelyeknek a harmonikus növekedés fenntartásában és a nyugalmi állapot kialakításában fontos szerepük van. Az eddigi ismeretek szerint a leggyakoribb gátló anyagok mennyiségét a meteorológiai tényezők szabályozzák. A magvak és rügyek nyugalmi állapota amiatt alakul ki, hogy a vegetációs periódus alatt növekedést gátló kémiai anyagok halmozódnak fel bennük. Meghatározott számú hideg nap után a gátló anyagok szintje csökken, s a növekedést serkentő anyagok elindítják a növekedést. Emiatt valószínű, hogy a környezeti tényezők által szabályozott serkentő és gátló anyagok aránya határozza meg a növények növekedését (Jones 1984). A fejlődést szabályozó tényezők másik nagy csoportját a külső, környezeti tényezők képezik. Ezek hatását részletesen fogjuk elemezni, a szemmel látható (fenológiai) jelenségek alapján. Először azonban az alapvető fenológiai jelenségeket vesszük számba. 158

165 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK Alapvető fenológiai jelenségek A növények fejlődését, legalábbis a fejlődés szemmel leginkább megfigyelhető jelenségeit az ember régóta ismeri. A gazdasági növények többségénél a kelés, a virágzás és az érés az a három legfontosabb fejlődési jelenség, amelynek alapján a növény fejlettségi állapotát meg szokták ítélni. Ezek a külső, környezeti tényezők szempontjából is kiemelkedő fontosságúak, hiszen a csirázás idején (a vetés és kelés közötti szakszban) a növény magállapotban a talajban van, s ekkor a talaj fizikai tulajdonságai (elsősorban a hőmérséklete és nedvességtartalma) vannak rá hatással. A kelés és a virágzás közötti időszak a vegetatív fejlődés időszaka, amelynek a végén, a folyamatos növekedési és differenciálódási folyamatok végeredményeként a növény felveszi a fajra és fajtára jellemző alakot és magasságot, s végül a virágzás és az érés közötti időszak, a reproduktív időszak, amelynek során a növény létrehozza az utódait. Ez utóbbi időszakok folyamán a növények már a levegő fizikai tulajdonságainak vannak kitéve. A különböző növények esetében természetesen különböző egyéb megfigyelhető fenofázisokat szokták feljegyezni. A gabonaféléknél például a vetést, a kelést, a bokrosodást, a szárbaindulást, kalászolást, tejes érést és viaszérést. A gyümölcsfák esetében a nedvkeringés tavaszi megindulását, a rügyezést, a virágzás kezdetét és végét, az érést és a lombhullást. A megfigyelt jelenségek növényenként is változhatnak. A fontosabb fenofázisok és a meteorológiai elemek A növények életjelenségeinek lejátszódásához a meteorológíaí elemek közül elsősorban vízre és megfelelő hőmérsékletre van szükség. A talajba vetett mag megfelelő tajnedvesség esetén is csak akkor kezd fejlődni (csírázni), ha a talaj hőmérséklete eléri az adott növény csírázásának megindulásához szükséges küszöbhőmérsékletet. A növények fejlődésének kezdeti szakasza a talajban zajlik le (4.2.1.ábrát). Itt főleg a talaj hőmérséklete és nedvességtartalma van rájuk hatással. Kelés után a növények intenzíven növekszenek, egészen a virágzásig, amíg el nem érik a fajra és fajtára jellemző alakot és nagyságot. Általában ilyenkor a legérzékenyebbek a meteorológiai hatásokra. A teljesen kifejlett növényeknél a virágzás után megkezdődik az utódok létreiozása, a reproduktív időszak. Ebben az időszakban a növények kevésbé érzékenyen veagálnak a meteorológiai viszonyokra. A kelés és az érés közötti időszakban a növény zöld részei a talaj felett helyezkednek el, s ekkor már a ábra. A meteorológiai tényezők és a növényfejlődés. talajviszonyokon kívül a légköri elemek is befolyással vannak élettevékenyégükre. Az évelő növényeknek (pl. őszi gabonák, szőlő, gyümölcsfák) van egy nyugalmi időszak ís, amely az év hideg periódusára esik. A meteorológiai elemek hatása ekkor érvényesül a legkevésbé. Többnyire csak akkor 159

166 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK válik jelentőssé, ha olyan intenzitási szintet ér el, amely egyes növényi szervek vagy a növény egésze számára káros. A ábra sematikus rajzát adja a meteorológiai tényezők hatásának. Ha a meteorológiai hatások három minőségi csoportra osztjuk, kedvező ( ), átlagos ( ) és kedvezőtlen ( ) hatásokra, akkor a rajzon nyomon követhető, hogy az egyes fenofázisok alatti hatások eredményeként, milyen terméshozam (T) várható. Természetesen az a fontos, hogy az egyes időszakokban a meteorológiai hatásokat mennyiségileg is meghatározzuk, s úgy kövessük nyomon a növény fejlődését egészen a termés éréséig. A vetés. A vetést akkor célszerű elvégezni, amikor a talaj hőmérséklete a bázishőmérséklet fölé emelkedett, s várhatóan már hosszabb ideig nem is süllyed újra a bázishőmérséklet alá. A talajba került mag számára pedig fontos az is, hogy a csírázáshoz szükséges nedvességet megtalálja a talajban. A talaj nedvességtartalma befolyással van még a talajok géppel való járhatóságára is, ami a vetés elvégzésének időpontját szabályozza. A vetéstől a kelésig a növény magállapotban a talajban van, s elsősorban a talaj fizikai állapotát befolyásoló környezeti tényezőknek van kitéve. A vetési időpontot a környezeti tényezők közül a hőmérséklet befolyásolja a legjobban. Ezt a hatást a gyakorlatban kétféle módon szokták figyelembe venni. Az egynyári növények esetében az a kedvező, ha a tényleges vetési időpont minél közelebb van a hőmérsékletileg lehetséges legkorábbi vetési időponthoz. Ugyanis minél hosszabb a tenyészideje egy növénynek, annál nagyobb mennyiségű biomasszát termel, s így nagyobb lesz a gazdaságilag hasznos termés mennyisége is. Az őszi vetésű növényeknél az a legfontosabb szempont, hogy olyankor kell a növényt elvetni, hogy az a tél beállta előtt kellő mértékig meg tudjon erősödni. Magyarországon sokéves tapasztalat alapján az őszi árpát szeptember végén-október elején, az őszi búzát pedig október második-harmadik dekádjában szokták vetni. A növény addig képes vegetatív tevékenységet folytatni, míg a hőmérséklet a bázishőmérséklet felett van. Az őszi gabonáknál általában 3-5 fok közötti a bázishőmérséklet. Mivel ősszel a meleg időszakból megyünk át a hideg időszakba, a fokozatos lassú lehülés miatt célszerű inkább a 3 fokot figyelembe venni. A léghőmérséklet 3 fok alá süllyedése pedig általában december első dekádjában következik be. Az őszi gabonáknál tehát azzal lehet számolni, hogy az említett időpontig fokozatosan fejlődnek. Ha eddig az időpontig elérik a háromleveles állapotot vagy ez idő alatt a bokrosodás bekövetkezik, akkor a növény már könnyebben átvészeli a tél folyamán fellépő kedvezőtlen meteorológiai hatásokat. A kelés. A kelés azt jelenti, hogy a növény megjelenik a felszínen, s ettől kezdve nemcsak a talaj fizikai állapotát befolyásoló környezeti tényezőknek van kitéve, hanem azoknak is, amelyek a légkör fizikai állapotát befolyásolják. A kelés után a növényt már két közeg: a talaj és a levegő veszi körül. A növény növekedésével ez utóbbiak mind nagyobb jelentőségre tesznek szert, s fokozatosan dominánssá válnak. A légkör és a növény zöld részei közötti kapcsolat elsősorban a levélen keresztül bonyolódik le. A meteorológiai tényezők közül a nappal hossza és a hőmérséklet rendkívül nagy hatást gyakorolnak a növény fejlődésének egyes szakaszaira. (Wareing, Phillips 1982). A virágzás. A keléstől a virágzásig a növények fokozatosan növekszenek és fejlődnek. A virágzás időpontjáig elérik a fajra és fajtára jellemző alakot és nagyságot. Ezzel befejeződik a vegetatív növekedés időszaka. Ebben az időszakban is az említett két meteorológiai elem (a hőmérséklet és a napfénytartam) befolyása legerőteljesebb. Az őszi gabonaféléket már ősszel el kell vetni ahhoz, hogy virágozzanak és a vegetációs periódus végén termést hozzanak. Ez a tapasztalat e növények alacsony hőmérsékletek iránti igényével van összefüggésben. Az alacsony hőmérsékleteknek a virágzást indukáló hatását nevezzük vernalizációnak. 160

167 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK Egyes növényeknél a virágzás idején különböző problémák léphetnek fel, ha az adott növény származási helyének viszonyaitól eltérő nappalhosszúság mellett kívánják termeszteni. Egyes növények ugyanis csak rövidnappalos, más növények csak hosszúnappalos megvilágítás mellett virágoznak. A nappalok hosszának váltakozása (azaz a napi világos és sötét időszakok) jelentős hatással van a növényekre. Ezt a jelenséget nevezik fotoperiodizmusnak. Vannak olyan növények is, amelyek a környezeti viszonyokkal szemben nem támasztanak ilyen igényt, ezek a megvilágítás hosszától függetlenül képesek virágozni. Az érés. A virágzástól az érésig terjedő időszak a növények fejlődésének generatív szakasza. Ilyenkor megy végbe a magképződés, amely lehetővé teszi a növény számára, hogy utódai a következő vegetációs periódusban is létezhessenek. A meteorológiai tényezők ebben az időszakban is befolyásolják a növényfejlődést: lassíthatják vagy gyorsíthatják az érés folyamatát. A különböző fajták fenofázisai közötti kapcsolat A fenológiai adatok gyűjtésénél az első problémát a fajta megválasztása okozza. A nehézséget egyrészt az jelenti, hogy azonos időben különböző helyeken különböző fajtákat termesztenek, s így nehéz azonos időszakra sok helyre összehasonlítható fenológiai adatokat gyűjteni. A másik leküzdendő nehézség abból adódik, hogy egy adott helyen is hosszabb időszakot figyelembe véve változik a termesztett fajta, mivel egy bizonyos idő után többnyire nagyobb termékenységű fajták termesztésére térnek át. Így történt ez hazánkban is, amikor az 1960-as években az addig legnagyobb területen termesztett Bánkúti 1201 fajta termesztéséről áttértek az intenzív fajták (pl. Bezosztaja 1, majd a különböző martonvásári nemesítésű fajták) termesztésére. Ma már a vetésterület egészén intenzív fajtákat termesztenek. A fenológiai adatgyűjtésnél állandóan számolni kell a fajták tér-és időbeli változásaival. Ahhoz tehát, hogy térben és időben összehasonlítható adatsorokkal rendelkezzünk, mindenekelőtt az említett nehézséget kell áthidalnunk. Ismeretes a szakirodalomból, hogy az azonos tenyészidejű fajták többnyire azonos módon reagálnak a meteorológiai hatásokra. Ez csak akkor lehetséges, ha a vizsgált fajtáknál az egyes fenofázisok megközelítően azonos időpontokban következnek be. Ekkor pedig a fajták fenofázisainak időpontjai között szoros kapcsolatnak kell lenni. A búzákra vonatkozó vizsgálata során erre már Mándy (1960) rámutatott: a magyar búzák között még változott tenyésztési körülmények között sincsen lényegesebb eltérés a fenológiai jelenségek megmutatkozásában. Hasonló megállapításra jutott Szakály (1963) is a hazai búzafajták fenológiai vizsgálata során. E tapasztalati megállapítások az egyes adatsorok esetében összefüggés-vizsgálatokkal ellenőrizhetők. Egy ilyen vizsgálat eredményeit mutatjuk be a következőkben (Varga-Haszonits 1972). Hat állomásra (Debrecen, Farkasmajor, Iregszemcse, Karcag, Táplánszentkereszt, Tordas) vonatkozóan rendelkeztünk a Bánkúti 1201, a Fertődi293, a Fleischmann 481 és a Bezosztaja 1 fajták viszonylag hosszabb (5-10 éves), párhuzamos fenológiai adatsoraival. Az 1960-as évek elejétől a köztermesztésben általánosan elterjedt Bezosztaja 1 fajtát hoztuk kapcsolatba a korábban termesztett fajtákkal. A kapott eredménmyeket az 1. táblázat mutatja. Az összefüggések korrelációs koefficiensei minden fajtára és fázisra 0,9 felettiek. Ez azt mutatja, hogy ha a köztermesztésben bekövetkező fajtaváltások során a régi és az új fajta fenofázisai között szoros kapcsolat van, akkor a régi és az új fajta adatai egyetlen idősorba egyesíthetők, segítségükkel a hiányzó adatok pótolhatók, s a rövidebb sorozatok kiegészíthetők. Agrometeorológiai szempontból a legfontosabb, hogy azok a fajták (az azonos érési idejű fajták), amelyek fenofázisai között szoros kapcsolat van, megközelítőleg azonos módon reagálnak a meteorológiai hatásokra. 161

168 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK A fenológiai jelenségek numerikus meghatározása A külső, környezeti tényezők hatását a legegyszerűbben úgy vizsgálhatjuk, ha a növények szemmel megfigyelhető jelenségeit feljegyezzük, s a két jelenség bekövetkezése között eltelt időszakot tekintjük az adott fejlődési szakasz hosszának. Ebben az esetben azt vizsgáljuk, hogy a két fejlődési fázis fenofázis) között eltelt időszak hosszát hogyan befolyásolják a külső, elsősorban meteorológiai tényezők. E vizsgálat során két szempontot kell szem előtt tartani. Az egyik, hogy a fejlődés megfigyelhető jelenségeit mérni nem tudjuk, csak bekövetkezéseiknek időpontjait jegyezzzük fel A másik probléma, hogy naptári dátumokkal csak akkor tudunk számolni, ha nem a dátumot jegyezzük fel, hanem azt, hogy az adott jelenség az év hányadik napján következett be. A napok január 1-től számított sorszáma lehetővé teszi, hogy a fenofázisok dátumaival statisztikai számításokat végezzünk. A vizsgálathoz szükségünk van a két fenofázis között eltelt időszak hosszára is: n=f2-f1 (4.2.1) ahol F 1 és F 2 az egymást követő fenofázisok bekövetkezésének időpontjai az év napjainak sorszámával megadva, n pedig a fázistartam napokban. A meteorológiai hatásvizsgálat arra irányul, hogy megállapítsuk: az egyes fázistartamok hosszát (n) hogyan befolyásolják a meteorológiai tényezők (m 1,m 2,...,m n ). n = f(m, m 1 2,..., m n ) (4.2.2) Nyilvánvalóan azok a tényezők, amelyek rövidebbé teszik a fázistartamot, azok gyorsítják a növényfejlődést, azok viszont, amelyek hosszábbá teszik, lassítják. A napi fejlődési ütem meghatározása A fenológiai fázisok szemmel jól megfigyelhető jelenségek, amelyek azonban műszerrel nem mérhetők, s így a növényi fejlődés egy napra eső hányada segítségükkel csak közvetett módon határozható meg. Mindenekelőtt azt kell feltételeznünk, hogy ha a fázis n napig tart, akkor az úgy megy végbe, hogy időegységre (pl. egy napra) átlagosan a fejlődésnek (F) n-ed része esik, azaz df dt = 1 n (4.2.3) ahol t az idő. A legegyszerűbb a fejlődési modellt úgy meghatározni, hogy időegységül a napot választjuk. Ekkor, ha a fázis n napig tart, akkor az egy napra eső átlagos fejlődési ütem 1/n. A fázis bekövetkezésének időpontja pedig a napi átlagos fejlődési ütem összegezésével meghatározható: n 1 n =n1 n =1 (4.2.4) 1 162

169 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK vagyis a fázis akkor következik be, amikor a fejlődési ütem összegezése eléri az egységet. Több fejlődési fázis egymásutáni számítása esetén az összegezés folytatódhat, vagy kezdődhet előlről. Tudjuk azonban, hogy két fenofázis közötti időszak hossza nem állandó, így az egy napra eső fejlődési ütem sem, hanem erősen függ külső tényezőktől (nappalhossz, hőmérséklet, sugárzás, tápanyag stb.). E tényezők közül a legjelentősebbek a meteorológiai tényezők. Tehát a növényfejlődés napi üteme is felírható a meteorológiai tényezők (m) függvényeként: 1 = f(m 1, m2,..., m n) (4.2.5) n Ezt az összefüggést sokféle formában meg lehet oldani. Alapvetően azonban először két út közül lehet választani, ha nem csupán egyetlen változót veszünk figyelembe. Mégpedig azt kell eldöntenünk, hogy a változók együttes hatását additívnek vagy multiplikatívnek tételezzüke fel. Mindkét formában különféle megoldásokat ismerünk. Tapasztalati úton nem lehet eldönteni, hogy az egyes tényezők hatásai egyszerűen csak egymásra épülnek, vagy inkább csak gyengítik vagy erősítik egymást. Ezért célszerűbbnek látszik lehetőség szerint mindkét formájú közelítést megvizsgálni. Amint látni fogjuk a komplex vizsgálatok esetében ezt a megoldást választottuk. Ezt megelőzően azonban vizsgáljuk meg a legfontosabb meteorológiai tényezők egyenkénti hatását. Az egyes meteorológiai tényezők hatása a növényfejlődésre A növényfejlődésre gyakorolt hatásukat tekintve kiemelkedő szerepet játszanak a napfénytartam, a sugárzás és a hőmérséklet. Ezért e tényezők hatását elemeztük a 30 éves fenológiai adatsoron. A táblázatból kitűnik, hogy a lehetséges kapcsolatot háromféle összefüggés-formában (lineáris, másodfokú és hatványkitevős függvénykapcsolatként) elemeztük, s a táblázatban látható eredményeket kaptunk. Az elemek közül a növényfejlődésre a legerőteljesebb befolyást a napsugárzás mutatja. Emellett még a hőmérséklet és napfénytartam szerepe az, amely korábbi ismereteinknek megfelelően jelentős. A táblázat adatai alapján a napsugárzás hatása olyan erősnek látszik, hogy az ugyancsak jelentős hatást kifejtő hőmérséklet sem képes észrevehető módon tovább javítani a kapcsolat szorosságát, amikor napsugárzás és a hőmérséklet együttes hatását elemeztük. A nedvességi jellemzőértékek mindegyike gyenge hatást mutat. Közülük a potenciális párolgás hatása a legjelentősebb. Ez esetben azonban figyelembe kell venni azt is, hogy a potenciális párolgás erőteljesen függ a hőmérséklettől és emiatt fennállhat az egyidejű, párhuzamos függés esete. Az egyes fenofázisokat tekintve azt mondhatjuk, hogy az erőteljes vegetatív fejlődés időszakában, a szárbaindulás-kalászolás szakaszban a legérzékenyebb az őszi búza a meteorológiai elemekre. Elég erősnek tűnik még a vetés-kelés időszakban is a meteorológiai hatás. A reproduktív szakaszban azonban már jól kivehető a meteorológiai hatások gyengülése. 163

170 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK táblázat. A meteorológiai elemek hatása az őszi búza fenológiai szakaszainak a hosszára (korrelációs koefficiensek és korrelációs hányadosok) Mosonmagyaróvár 1954/ /97 Meteorológiai elem Vetés-kelés Szárbainduláskalászolás Kalászolás-érés Napfény* 0,6032 0,8373 0,6238 Fot.aktív sugárzás* 0,9242 0,9619 0,9274 Hőmérséklet** 0,7765 0,7647 0,5426 Fotohőmérséklet** 0,7420 0,7656 0,4025 Niktohőmérséklet** 0,7517 0,8179 0,3317 Csapadék** 0,4743 0,5204 0,1863 Potenciális párolgás** 0,3813 0,7119 0,4774 Talajnedvesség** 0,0574 0,2410 0,1523 Nedvességi index** 0,4447 0,2216 0,1241 Fototermikus index 0,7480 0,9445 0,7726 Radiotermikus index 0,9037 0,9815 0,9118 * Lineáris összefüggés ** Másodfokú összefüggés *** Hatványfüggvény Hőmérséklet. Jelöljük egy derékszögű korodinátarendszer vízszintes tengelyén a fenofázis alatti középhőmérsékletet, a függőleges tengelyen pedig a fenofázis tartamát. Rajzoljuk be egy adott állomáson az egyes fenofázisokra vonatkozó megfelelő értékpárokhoz tartozó pontokat. Az ábrán egy olyaan ponthalmaz rajzolódik ki, amely a következő formájú függvénnyel írható le: 2 k k + n = a t + b t c (4.2.6) ahol n a fázistartam, t k a fázistartam alatti középhőmérséklet, az a és b pedig konstansok, amelyeket az adatokból számított összefüggések segítségével lehet meghatározni. Az összefüggés azt mutatja, hogy a hőmérséklet és a fázistartam fordítottan arányos egymással, vagyis minél magasabb a hőmérséklet annál rövidebb a fenofázis, és megfordítva: minél alacsonyabb a hőmérséklet, annál hosszabb a fenofázis. Napfénytartam. A napfénytartam és a növények fejlődési fázisai között az összefüggés általában lineáris. Tehát minél több egy fenofázis alatt a napsütéses órák száma, annál hosszabb a fenofázis, s minél kevesebb a fázis alatt a napsütéses órák száma, annál rövidebb a fázis. A napfénytartam összegének bármilyen értéknél bekövetkező egységnyi megváltozására a növény fázistartamának azonos nagyságú megváltoztatásával reagál. Az összefüggést tehát így írhatjuk fel: n = a + bs (4.2.7) ahol n a fázistartam hossza napokban, s a fenofázis alatti napsütéses órák száma, a és b pedig empirikus konstansok. Fotoszintetikusan aktív sugárzás. A globálsugárzás és a növényfejlődés közötti kapcsolat ugyancsak lineáris. Így a globálsugárzás változásaira is hasonlóképpen reagálnak a növények, mint a napfénytartam változásaira. 164

171 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK Az összefüggés általános formája: n = a + bq (4.2.8) ahol n a fázistartam hossza napokban, a Q a fenofázis alatti fotoszintetikusan aktív sugárzás összege, az a és b pedig empirikus konstansok. Ismerve az egyes meteorológiai érték-kombinációkhoz tartozó fejlődési ütemértékeket, a növények fejlődése napról-napra történő számítással nyomon követhető. Egy ilyen összefüggés segítségével az is kideríthető, hogy bizonyos elemkombinációk, amelyeket az eddigiek során megfigyeltünk ugyan, de nincsenek hozzájuk kapcsolódó fenológiai megfigyeléseink, vagy még nem figyeltünk meg, de bekövetkezésük nem kizárt, milyen hatással lennének a növény fejlődésére (szimuláció). A meteorológiai tényezők komplex hatása a növényfejlődésre Figyelembe véve a meteorológiai tényezők és a növényfejlődés közötti korábbi agrometeorológiai vizsgálatok eredményeit (Robertson 1983), valamint a 30 éves adatsoron végzett egyéb vizsgálatok eredményeit, a többváltozós vizsgálatot a hőmérséklet, a napfénytartam és a globálsugárzás adataira alapoztuk. Ugyanezen ismeretekre alapozva az össze-függést multiplikatív formában hatványfüggvénnyel, additív formában pedig másodfokú függvénnyel vizsgáltuk. Az összefüggés hatványkitevős formája a következő: 2 n = at + bh + cq 2 2 (4.2.9) ahol t a hőmérséklet, h a napfénytartam és Q a globálsugárzás fázistartam alatti átlagértéke, a,b,c és d pedig empirikus konstansok. A hőmérséklet és a sugárzás együttes hatása. Went (1957) fitotrónban végzett vizsgálatai alkalmával nemcsak azt tapasztalta, hogy a növényfejlődésre elsősorban a hőmérséklet és a sugárzás hat, hanem felhívta a figyelmet a kettő együttes hatására is. Különböző növényekre vonatkozó vizsgálataink azt igazolták, hogy célszerű a sugárzásegységre eső hőmérsékletváltozást komplex értékként figyelembe venni. Ebben az esetben kétféle indexértéket is használhatunk. Az egyik index-érték a napsütéses órák fenofázis alatti mennyiségére (Σh) jutó középhőmérséklet (t k ) változásait mutatja, amelyet fototermikus indexnek (FTI) nevezünk: t k FTI = (4.2.10) Σh Ez az index-érték tehát a fenofázis alatti népfénytartam-összeg és a fenofázis alatti középhőmérséklet együttes változásait adja meg, ezért a (4.2.10) összefüggésből látható, hogy ha a hőmérséklet és a napfénytartam azonos arányban változik, akkor a fototermikus index értéke nem változik. Nő azonban az értéke akkor is, ha változatlan középhőmérséklet mellett a napfénytartam mennyisége lecsökken, illetve ha változatlan napfénytartam mellette a középhőmérséklet nő. Ugyanez mondható el az érték csökkenésével kapcsolatban is, csak fordított mértékben, mert a fototermikus index értéke csökken, ha változatlan középhőmérséklet mellett a napsütéses órák száma nő, vagy változatlan napsütéses óraszám mellett a középhőmérséklet csökken. Az FTI érték fázistartammal való kapcsolatát a következő összefüggéssel adhatjuk meg: 165

172 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK a n = (4.2.11) b FTI ahol n a fázistartam napjainak a száma, FTI a fázistartam alatti fototermikus index értéke, az a és b pedig empirikus konstansok. A másik index-érték a globálsugárzás fenofázis alatti mennyiségére (ΣQ) eső középhőmérséklet változásokat adja meg, s ezt radiotermikus indexnek (RTI) nevezzük. Értéke tehát a következő: t k RTI = (4.2.12) ΣQ Mosonmagyaróvár Vetés-érés időszak 1954/ / Fázistartam (nap) y = 3,8607x -0,728 R 2 = 0, ,0000 0,0500 0,1000 0,1500 0,2000 0,2500 0,3000 0,3500 0,4000 0,4500 0,5000 Radiotermikus index ábra. A radiotermikus index hatása a növényfejlődésre a vetéstől az érésig. A (4.2.12) egyenlet ugyanazt mutatja a globálsugárzás és hőmérséklet együttes változásai alapján, mint a (4.2.10) egyenlet a napsütéses órák és a hőmérséklet kapcsolata estében. Az RTI érték a növényfejlődéssel a következő összefüggést mutatja: a n = (4.2.13) b RTI ahol n a fázistartam napjainak a száma, RTI a radiotermikus index, az a és b pedig empirikus konstansok. Meg kell jegyezni, hogy a növényfejlődés az eddigi tapasztalatok szerint a radiotermikus indexszel mutatja a legszorosabb kapcsolatot. Ezenkívül, ha az index értékeit és az egyes fenofázisok hossza közötti kapcsolatot kifejező pontokat ugyanabban a koordinátarendszerben ábrázoljuk, akkor azt tapasztaljuk, hogy az egyes fenofázistartamokra kapott ponthalmaz az egész vegetációs periódusra egyesítve is egyetlen összefüggő ponthalmazt alkot, s így a kapcsolat a vetéstől az érésig egyetlen függvénnyel leírható ( ábra). A (4.2.13) összefüggés alapján megállapítható, hogy ha magas hőmérséklet kis sugárzásmennyiséggel jár együtt, akkor a fázistartam rövidebb (vagyis a növényfejlődés 166

173 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK gyorsabb) lesz, s megfordítva, ha alacsony hőmérséklet magas sugárzásmennyiséggel jár együtt, akkor a fázistartam hosszabb (tehát a növényfejlődés lassúbb) lesz. Az éghajlat hatása a növények növekedésére A modern fiziológiában a növényi növekedés vizsgálata központi helyet foglal el. Ennek oka, hogy a növekedés a szervezet genetikai programjának a megvalósításában az egyik fontos komplex folyamat. A növekedés tanulmányozása azonban a gyakorlati növénytermesztés szempontjából is kiemelt fontosságú. A növényi produktivitás és terméshozam szabályozása során lényegében nincs olyan eljárás, amely végeredményben ne a növekedési folyamatok intenzitását, irányultságát, mértékét vagy lokalizációját változtatná meg (Seveluha 1985). A növekedés a növény élete során végbemenő mennyiségi változásokat, a sejtek, a szervek vagy az egész szervezet méretének megváltozását jelenti. Az élő szervezetek egyik alapvető tulajdonsága, hogy környezetükből egyszerű vegyületeket vesznek fel és azokat bonyolult vegyületekké alakítják. Ez utóbbiak lesznek a sejtek legfőbb gyarapítói. Az élő anyagnak e folyamatok révén végbemenő gyarapodása képezi a növekedés alapját (Wareing Phillips 1982). A növekedés rendkívül érzékeny a belső és külső tényezők változásaira és a termésképződésre közvetlen hatást gyakorol. A növekedési adatok alkalmasak a növény ökológiai alkalmazkodásának és adaptív lehetőségeinek az értékelésére. A növekedési paraméterek felhasználhatók ezenkívül még a növények szárazságtűrésének és fagyállóságának elemzésére, valamint genetikai, növénynemesítési és egyéb vizsgálatokhoz szükséges alapadatok értékelésére (Seveluha 1985). A növények növekedése A növény növekedésének matematikai leírását Wareing és Phillips (1978), valamint Seveluha (1985) munkái alapján a következőképpen adhatjuk meg. A növekedés a növény egyéb fiziológiai folyamataihoz hasonlóan az időben megy végbe, ezért leírható úgy is, mint az idő függvénye. Az idő folyamán a növekedés intenzitása periódikusan és ritmikusan ingadozik, irányultsága és lokalizációja állandóan változik. A növekedést mint említettük belső és külső tényezők szabályozzák. A növekedési folyamatoknak a belső tényezőktől (öröklött sajátosságok, élettani és biológiai folyamatok) való időbeli függésének legáltalánosabb fogalmazását Sachs adta meg 1856 ban a "növénynövekedés nagyperiódusa" néven ismert törvény keretében. E törvény szerint a növény tömegének és méreteinek összegeződő gyarapodása S alakú görbével jellemezhető, a hajtások és meghatározott idő alatti tömegfelhalmozódásuk pedig parabola alakú görbével írható le (4.2.4.ábra). A növényi tömeg időbeli felhamozódásásának ábrázolása tehát szigmoid (S alakú) görbe segítségével lehetséges. Ez nemcsak az egész növényre, hanem annak egyes szerveire (pl. a levelekre, internódiumokra stb.) is érvényes (Wareing Phillips 1982). E görbét három részre oszthatjuk, s mindegyik részt külön is közelíthetjük. (1) Az első rész a görbe alsó, fokozatos emelkedést mutató kezdeti szakasza, amely exponenciális függvény segítségével is megadható: y=a x. Ezt erősíti meg Wareing és Phillips (1978) is, akik szerint ugyancsak az állapítható meg, hogy a növény tömege kezdetben exponenciálisan növekszik (4.2.4.ábra). (2) A második rész, a görbe középső szakasza, amely szemmel láthatóan megközelítően lineáris növekedést mutat, vagyis elsőfokú függvénnyel is leírható: y=a+bx. Ennek oka az, hogy a sejtek növekedési üteme lelassul a rendelkezésre álló tápanyagok csökkenése vagy a 167

174 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK toxikus termékek felhalmozódása következtében (4.2.4.ábra). A relatív növekedési ütem csökkenésének oka teljesen nem ismeretes. Különböző feltételezések vannak. A mesterséges körülmények között nevelt növényeknél például a tápanyagmennyiség csökkenése nem lehet ok. Felmerült, hogy a zöldnövényeknél a növekedés folyamán keletkező növényi anyag egy része olyan szövetek (mechanikai, szállító stb.) gyarapítására fordítódik, amelyek az új anyagok termelésében nem vesznek részt, így a fotoszintézisben résztvevő levelek a teljes növényi tömeg csökkenő részét adják. Vagyis a Levélfület index (LAI) = Teljes levélfelület Növényzet által elfoglalt terület arány fokozatosan csökken (Wareing Phillips 1982). (3) A harmadik rész, a görbe felső, befejező szaksza, amelynek a közelítő számítása a kovetkező logaritmus függvénnyel oldható meg: y=log a x. A ábra jól mutatja a növekedési ütem erőteljes lelassulását, s végül a nulla fejlődési ütem elérését. A növekedés kezdete és vége végeredményben közelíthető egyenessel is. Optimális körülmények között pedig a növényi tömeg felhalmozódásának üteme parabola alakú összefüggéssel adható meg. Figyelembe véve a kísérletekből leszűrt tapasztalatokat számos próbálkozás történt a növekedés időbeli folyamatának matematikai leírására. Blackman 1919-ben bizonyította be, hogy a csíranövények növekedése időegységek alatt meghatározott százalékos (K) gyarapodásra képes, s a következő egyenlettel fejezhető ki (Wareing Phillips 1982): dw dt = KW (4.2.14) ahol W a növény tömege (Weight=súly), t a növekedési idő és K arányossági tényező. Az egyenlet integrálása a következő eredményt adja: rt W W e (4.2.15) t = 0 ahol W t a növény tömege (mérete) egy adott t időpontban, W 0 a növény tömege (mérete) a t=0 időpontban, azaz a növény kezdeti (kiindulási időpontban mért) tömege (mérete), e a természetes logaritmus alapja (2,7182), r a növényi tömeg (méret) százalékos (vagy arányos) gyarapodásának átlagos üteme, t pedig az idő. Blackman egyenlete mint láthatjuk csak a növekedés kezdeti szakaszának exponenciális növekedését veszi figyelembe, s nem veszi figyelembe a környezeti tényezők növekedésre gyakorolt hatását sem (Seveluha 1985). Davidson és Philipp (1958) azonban már olyan növekedési függvényt adott meg, amely a növekedési folyamatot a fotoszintézis és a légzés közötti különbség által meghatározott tömeggyarapodás függvényeként adja meg: dm dt = kf ( R) (4.2.16) ahol M a biomassza (M=masse) mennyisége, t az idő, k empirikus együttható, amely a felvett CO 2 mennyisége és a fotoszintézis során keletkezett szerves anyag mennyisége közötti kapcsolatot fejezi ki (a fotoszintézis hatékonysága, amely őszi búzánál pl. 0,68), F a fotoszintézis teljes mennyisége, R (Respiráció) pedig a légzés teljes mennyisége. 168

175 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK A bemutatott összefüggések a növényi növekedésnek az egész vegetációs periódusra vonatkozó időbeli változását írják le. Természetesen szükség van arra is, hogy a rövidebb periódusok alatti változások törvényszerűségeit is elemezzük, beleértve a növekedés napi menetének alakulását is. Ezen összefüggések ismerete lehetőséget ad arra, hogy egyrészt újabb matematikai modelleket lehessen kidolgozni a növekedés jellemzésére, másrészt alapot ad arra, hogy a termesztésben gyakorlati célokra felhasználják, mivel lehetőséget adnak a környezeti tényezők hatásainak korrigálásával kialakuló új körülmények számszerű felmérésére. Amennyiben pedig sikerül a növényi biomassza gyarapodását leíró függvényeket prognosztikai célokra is hasznosítani, akkor az elméletileg megalapozott terméselőrejelzéseket tenne lehetővé. A meteorológiai tényezők és a növények közötti kapcsolat elemzését mindenekelőtt az alapösszefüggések megismerésével kell kezdenünk. Ehhez lényegében két út vezet. Az egyik a szükséges összefüggéseknek a szakirodalomból való átvétele. A másik lehetõség kisérletek beállítása. A szakirodalomban található összefüggéseknél sok esetben nem egyszerű kideríteni, hogy azok milyen időintervallumra (nap, dekád, hónap) vonatkoznak. Ennek megfelelően rendszerint ugyanazt az összefüggést szokták használni a különböző időtartamokra. Ebből természetesen pontatlanságok származhatnak, bár kétségtelen, hogy az összefüggések formája általában nem változik. Gondot jelenthet még az is, hogy a különböző éghajlati viszonyok mellett meghatározott összefüggések állandói és koefficiensei is hibanövelő hatásúak. Mégis azt kell mondani, hogy a különböző helyeken meghatározott alapösszefüggések jó szolgálatot tesznek a modellek kidolgozásánál. Igaz, hogy hibával terheltek, nélkülük azonban nehéz lenne modelleket készíteni ábra. A növénynövekedés és a termikus idő. Természetesen célszerűbb kisérleti úton meghatározni a kívánt éghajlat-növény kapcsolatokat. Minden éghajlati körzetben azonban nem lehet kisérleteket beállítani. Így a kisérleti úton mért adatokat is rendszerint nagyobb területre alkalmazzuk, ami magával hozza az említett problémákat. Mégis a kisérleti úton kapott adatok segítségével összehasonlítást tehetünk 169

176 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK az irodalmi adatok és az általunk vizsgált területre jellemző adatok között, ezért ha lehetőség van kisérletek végzésére, célszerű azt megtenni. A kísérletek a Kompolti Kutatóintézet területén, három éven át, 1982 őszétől 1985 nyaráig folytak, közepesen kötött vályogtalajon, Mv 4-es őszi búza fajtával, közepes (340 kg/ha) és nagy adagú (450 kg/ha) műtrágya mennyiség alkalmazásával. Jelen munkában csak a közepes adagú műtrágya mennyiség mellett kapott eredmények adatait használtuk fel (4.2.3.ábra). A vizsgálatban szereplő biológiai jellemzők (növénymagasság, levélfelület, szerves anyag) mérése 10 naponként (dekádonként) történt. Ez lehetővé teszi a dekádokra vonatkozó meteorológiai adatok használatát, s így a kísérletben felhasznált adatoknak a sokéves adatokkal való összehasonlítását. A termikus idő szerepe a növekedésben Az őszi búza biológiai jellemzőinek időbeli gyarapodása lényegében párhuzamosan halad a hőmérséklet tavaszi emelkedésével. Ez a folyamat azonban az egyes években lassabban, más években gyorsabban megy végbe. A hőmérséklettel való párhuzamosság és az évenkénti eltérések azt a gondolatot vetik fel, hogy a hőmérsékleti hatás meghatározó lehet. S valóban a tapasztalat azt mutatta, hogy a hőmérsékletek összegezésével e folyamatok jól nyomon követhetők, maga a hőmérsékleti összeg pedig lényegében "biometeorológiai időnek" tekinthető (Robertson 1968). Mivel többnyire csak a hőmérsékleti összegről van szó, szokás "termikus idő"-ről is beszélni (Monteith 1981). Ez a felismerés a modellezés szempontjából jelentős előrelépést jelent, hiszen felveti annak lehetőségét, hogy a növények biológiai jellemzőinek alakulását közvetlenül a meteorológiai tényezők függvényében határozhatjuk meg. A kisérleti adatokból a függvényeket úgy határoztuk meg, hogy a kisérleti adatokat a hőmérsékleti összeg és a biológiai adatok mértékegységei alapján megrajzolt koordináta-rendszerbe rajzoltuk be, majd a kirajzolódó ponthalmaz közepén áthúzott görbe értékeit vettük a számítás alapjául. Ezért a korrelációs indexeket nem adtuk meg, mivel azok értelemszerûen nagyon magasak. Levélfelület-hőmérsékleti összeg kapcsolat. Az összefüggést a ábrán láthatjuk. Jól kivehetően egy másodfokú exponenciális görbe adódik, amelyet numerikus formában is meghatároztunk. Látható az ábrából, hogy a görbe emelkedõ szakasza meredekebb, mint a csökkenő szakasz. Ezért numerikus meghatározását úgy oldottuk meg, hogy az emelkedő szakaszban az exponenciális tagot más koefficienssel számítottuk, mint a csökkenő szakaszban (Sabanov 1973). Igy elértük azt, hogy a görbe jó közelítéssel követi a mérési pontok halmazát. Az összefüggés numerikus formája a következő (Varga Haszonits 1987g): ΣT ΣTKR α 1000 L = L e (4.2.17) MAX ahol L a levélfelület nagysága, L MAX a maximális levélfelületnagyság (kisérleti adatok alapján 6,0-nak tekinthető), az α érték pedig egy olyan koefficiens, amely az emelkedő szakaszban 8,5, a süllyedő szakaszban 1,5. A ΣT az 5 fok feletti aktív hőmérsékleti összeg, a ΣT KR pedig ennek olyan kritikus értéke (a kisérletben 600 foknap), amelynél a levélfelület maximális. A kapott összefüggés azt mutatja, hogy az őszi búza már az aktív hőmérsékletek viszonylag kicsi összege mellett folyamatosan növeli levélfelületét. A növekedés üteme 200 foknap felett felgyorsul. Ez a gyors növekedés egészen a 600 foknapos kritikus értékig tart. Ennél magasabb hőmérsékleti összegek mellett a levélfelület nagysága csökkenni kezd. A csökkenés üteme azonban lényegesen lassabb, mint az emelkedésé volt. A különböző években mért adatok egyetlen görbével leírható összefüggést adtak, vagyis a levélfelület növekedése a hőmérsékleti 170

177 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK összeg alakulását szorosabban követi, mint az idő múlását. A levélfelület nagyságának változása 91 százalékban (r 2 =0,91) magyarázható a hőmérsékleti összeg változása alapján. Növénymagasság-hőmérsékleti összeg kapcsolat. Az ábrán látható, hogy a hőmérsékleti összeg, mint termikus idő, jól jellemzi a növénymagasság változását is. A növény magassági növekedése 5 fok felett már megindul, s viszonylag kis hőmérsékleti összegek mellett a hőmérsékleti összeg növekedésével szinte lineáris mértékben növekszik. Ez a növekedési ütem a foknap körüli értékeknél lelassul, s 1200 foknap felett már alig tapasztalható növekedés. Ez a változás a telítési függvény segítségével írható le, amelynek numerikus formája a következő (Varga Haszonits 1987g): H = H MAX (1 1,1164 0, 9977 ΣT (4.2.18) ahol H az őszi búza magassága, H max a maximális magasság (kisérleti értéke 105), ΣT pedig az 5 fok feletti aktív hőmérsékleti összeg. 2 A kapott összefüggés alapján (r =0,82) a hõmérsékleti összeg változása 82 százalékban magyarázza az őszi búza magassági növekedését. Lényegében két adat az, amely észrevehetően eltér az összefüggés által meghatározott görbe futásától, s csökkenti a kapcsolat szorosságát. Biomassza-hőmérsékleti összeg kapcsolat. Ezt a kapcsolatot is az ábrán mutatjuk be. A kapcsolat formája logisztikus, s azt mutatja, hogy a szerves anyag termelés 5 fok felett már folyamatos, a hőmérsékleti összeg emelkedésével pedig szinte lineárisnak tekinthető növekedést mutat. Elérve azonban egy kritikus értéket ( foknap), a száraz anyag tartalom növekedése lelassul vagy megáll. E folyamatot a következő empirikus függvénnyel írhatjuk le (Varga Haszonits 1987g): M MAX M = (4.2.19) ΣT ,5 0,9955 ahol M a szerves anyag mennyisége, M max szerves anyag maximális értéke (kisérleti értéke 1900 gm -2 ), a ΣT pedig az 5 fok feletti aktív hőmérsékleti összeg. 2 A hőmérsékleti összeg alakulása mintegy 97 %-ban (r =0,97) magyarázza a szerves anyag tartalom változását. A termikus idő szerepe a növény növekedésében. Az ábrán együtt mutattuk be a három növekedési folyamatot. Rögtön szembetűnik, a három folyamat egymáshoz kapcsolódása, hiszen csak a levélfelület jelentős csökkenése után áll le a növénynél a szerves anyag gyarapodás és a magassági növekedés. Mivel e folyamatok szorosan követik a hőmérsékleti összeg alakulását, ezért bármely helyen meghatározhatjuk az őszi búza növekedési folyamatainak lejátszódását a hőmérsékleti összeg évi változásai alapján. Ha egy adott fajtára vonatkozóan ismerjük ezeket az alapösszefüggéseket, akkor az elemzést akkor is elvégezhetjük, ha az adott helyen az adott fajtát sohasem termesztették. Sőt akár termesztik az adott fajtát egy helyen, akár nem, meghatározhatjuk, hogy ott a tényleges vagy a feltételezett hőmérsékleti változások (éghajlatingadozás, éghajlatváltozás) milyen hatással lennének a növény növekedésére. A meteorológiai tényezők hatása a szerves anyag termelésre Az agrometeorológiában használatos szimulációs modellek órára, napra vagy dekádra vonatkoznak. Korábban már kidolgoztunk egy őszi búza szimulációs modellt (Varga-Haszonits 1987b), ami napi adatokra épül. Most mért dekád adatokra alapozott modellt fogunk bemutatni. 171

178 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK A kiinduló összefüggések a biomassza felhalmozódását kifejező általánosan ismert egyenletek (Charles-Edwards et al. 1986): M i M i 1 = + ΔM (4.2.20) ahol M i és M i-1 az i-edik illetve az (i-1)-edik dekád végén a biomassza mennyisége, DM i pedig az i-edik dekád alatti biomassza-gyarapodás, amely a következőképpen határozható meg: ΔM i = F i R i (4.2.21) ahol F i az i-edik dekád folyamán a fotoszintézissel termelt bruttó szerves anyag mennyiség, R i pedig az ugyanezen dekád alatt a légzés során lebontott szerves anyag mennyiség. E két mennyiség adott tápanyagszint mellett elsősorban a meteorológiai tényezők függvénye. A fotoszintézis által termelt szerves anyag mennyisége. A fotoszintézis során a növény széndioxidból és vízből a napsugárzás energiájának segítségével szénhidrátot állít elő. A széndioxid és a víz a légkörön keresztül jut el a növényekhez. A biokémiai reakciók sebessége pedig a hőmérséklet függvénye. Igy a meteorológiai tényezők közül a CO 2, a nedvesség, a sugárzás és a hőmérséklet a szerves anyag termelés szempontjából kiemelkedő fontosságú. Mivel a CO 2 mennyisége a légkörben viszonylag állandónak tekinthetõ, az időjárás-növény modellekben a széndioxid szintet adottnak szokták tekinteni. A szerves anyag termelést befolyásoló öt alapvető tényező: a szén-dioxid, a víz, a sugárzás, a hőmérséklet és a tápanyagok hatását az agrometeorológiai szimulációs modellekben általában úgy vizsgálják, hogy a tápanyag- és szén-dioxid szintet adottnak veszik (Sirotenko 1983). Igy a meteorológiai tényezők hatását általános formában a következő egyenlettel írhatjuk le: F i = f (Q ) f (T) f (W) (4.2.22) q FA T w ahol f q (Q FA ), f T (T) és f W (W) a fotoszintetikusan aktív sugárzás (a 380 és 710 nm közötti hullámhosszúságú sugárzás), a hőmérséklet és a talajnedvesség hatását kifejező hatásfüggvények. Az f q (Q FA ) a sugárzás által termelt szerves anyag mennyiséget adja meg g/m 2 -ben, adott hőmérsékleti és talajnedvességi viszonyok mellett. Ha a hőmérséklet és a talajnedvesség optimális, akkor a termelt szerves anyag mennyiség kizárólag a fotoszintetikusan aktív sugárzás függvénye, amelyet az elnyelt fotoszintetikusan aktív sugárzás (Q AFA ) függvényeként adhatunk meg: F i = f q (Q AFA ) (4.2.23) ahol Q AFA = a AB Q FA (4.2.24) Az a a fotoszintetikusan aktív sugárzás növények által elnyelt részét kifejezõ paraméter. AB A hőmérsékleti és nedvességi hatásfüggvényt úgy kell meghatározni, hogy értékük az adott tényező optimális értéke mellett legyen maximális. Ezt legegyszerűbben úgy oldhatjuk meg, hogy a fotoszintézis értékeit a maximális fotoszintézis arányában adjuk meg, s így a függvények értéke 0 és 1 között változik. Amely értékeknél a fotoszintézis maximális, vagyis a hatás optimális, a függvény értéke 1 lesz. 172

179 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK A sugárzási hatásfüggvény meghatározása. A fotoszintézis folyamatában a növény által elnyelt sugárzásnak van szerepe. Az elnyelt (abszorbeált) fotoszintetikusan aktív sugárzás mennyisége (Q AFA) pedig elsősorban magának a sugárzásnak az intenzitásától (QFA) és a levélfelületnek a nagyságától (LAI = leaf area index) függ, vagyis a AB = f L (LAI) (4.2.25) ezt a (4) egyenletbe behelyettesítve: Q AFA = f L (LAI) Q FA (4.2.26) Adott sugárzási intenzitást figyelembe véve, az elnyelt sugárzás mennyisége a levélfelület nagyságával növekszik egészen addig, amíg az új levelek már egymást árnyékoló hatásuk miatt nem képesek jelentősen több sugárzást elnyelni. Ez általában a 4-5 LAI értékek mellett következik be. Az őszi búzára vonatkozóan a (4.2.26) összefüggést a következő empirikus függvénnyel közelíthetjük (Hodges, Kanemasu 1977): Q AFA = (0,5739 LAI 0,3296 ) Q FA (4.2.27) amíg a LAI értéke meg nem haladja a 4,6 értéket. Efelett a Q = 0,95 AFA Q FA (4.2.28) formula használható, vagyis a levélfelület záródása után az állomány a fotoszintetikusan aktív sugárzás hozzávetőlegesen 95 %-át nyeli el. A fennmaradó mintegy 5% az állományról visszaverődik. A fotoszintetikusan aktív sugárzásnak mindig nagyobb részét nyelik el a növények, mint a globálsugárzásnak. Ez az arány általában % között változik (Rosenberg et. al. 1983; Jones 1983). Amennyiben a LAI értékét nem mérjük, az a hőmérsékleti összeg segítségével (2.6 egyenlet) meghatározható. Ismerve az elnyelt fotoszintetikusan aktív sugárzás mennyiségét, összefüggést kereshettünk ezen értékek és a dekádonként mért szerves anyag értékek között. A következő összefüggés adódott ( ábra): f q (Q FA FMAX ) = ( α β QAFA) 1 + e (4.2.29) ahol F a maximális fotoszintézis értéke, α= 5,4538 és β= 0,0600. A maximális fotoszintézis értékére vonatkozóan van Keulen (1981) végzett vizsgálatokat. Úgy találta, hogy egységnyi levélfelületre vonatkozóan a C típusú növények esetében ez hozzávetőlegesen 200 kg/ha nap szerves anyag mennyiség, ami zárt állomány esetén, 4,5 LAI érték mellett napi 90 g/m 2, dekádra számítva pedig 900 g/m 2 értéknek felel meg. Számításainkban ezt az értéket használtuk. 173

180 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK ábra. Összefüggés az elnyelt fotoszintetikusan aktív sugárzás és a szerves anyag gyarapodás között. A hőmérsékleti hatásfüggvény meghatározása. A rendelkezésre álló hőmérsékleti és szerves anyag adatok lehetővé tették a hőmérsékleti hatásfüggvény meghatározását is, amelynek formája a következő ( ábra): f T 2 T TOPT γ K (T) = e (4.2.30) ahol T a dekád középhőmérséklete Celsius fokban, a T opt pedig 18 C foknak adódott kisérleti adatok alapján. A γ=1,85 a K értéke pedig 10. Ez jó egyezést mutat a Hubbard és Hanks (1983) által használt összefüggéssel kapott eredményekkel. Tekintettel arra, hogy dekádátlagokról van szó, ez jól illeszkedik az irodalomból ismeretes fok közötti optimum intervallumhoz. 174

181 AZ ÉGHAJLAT ÉS A NÖVÉNYI ÉLETFOLYAMATOK ábra. Összefüggés a hőmérséklet és a szerves anyag gyarapodás között. A nedvességi hatásfüggvény meghatározása. A nedvességi függvényt vagy a relatív párolgás (a tényleges és potenciális evapotranszspiráció hányadosa) vagy a relatív talajnedvesség (tényleges talajnedvesség és vízkapacitás hányadosa) adatai alapján szokták meghatározni. A relatív párolgás adatait de Wit (1958) munkájára alapozva elsősorban azokban a modellekben szokták használni, amelyek kizárólag csak a víz és a biomassza közötti kapcsolatot veszik figyelembe (Hanks 1974; Burt et al. 1981; Hubbard,Hanks 1983). Az általános jellegű modellek (Rickman et al. 1975; Polevoj 1983) többnyire a relatív talajnedvesség értékeit használják ábra. Összefüggés a talajnedvesség és a szerves anyag gyarapodás között. 175