Erdőtelepítések hatása talajok egyes tulajdonságaira Effects of afforestation on soil characteristics

Átírás

1 Botos Ágnes 1 Mester Tamás 1 Balla Dániel 1 Novák Tibor József 1 Erdőtelepítések hatása talajok egyes tulajdonságaira Effects of afforestation on soil characteristics botos.agnes@science.unideb.hu 1 Debreceni Egyetem Tájvédelmi és Környezetföldrajzi Tanszék Absztrakt Vizsgálatunkban a CORINE CLC adatbázis alapján olyan területek leválogatását végeztük el, amelyekben az elmúlt évtizedek során ( között) tartósan megváltozott a terület felszínborítása, azaz a korábbi gyep, vagy szántó hasznosítást követően erdőt telepítettek. A művelés megszűnése, a talajbolygatás frekvenciájának csökkenése és a növénytakaró átalakulása várakozásunk szerint a talajban is változásokhoz vezet. A felszínborítás megváltozásának időpontja alapján két vizsgálati időszakot különítettünk el: és között lezajlott területhasználati váltást. A leválogatott területek közül összesen 16 db, átlagosan 16,8 ha (min: 7,5 ha, max 31,0 ha) kiterjedésű mintaterületet választottunk ki, amelyeken a felszíni talajrétegből bolygatatlan mintákat és felszíni átlagmintákat gyűjtöttük. A felszíni talajréteg fizikai (térfogattömeg,) és kémiai (ph H2O, ph KCl, C org, könnyen felvehető N, P-tartalom) vizsgálatából nyert eredmények alapján a jelenleg erdőként hasznosított területek talajait elemeztük, továbbá a területhasználat változás következtében lezajló talajregenerálódási folyamatokat, összpontosítva főként a talajszerkezet és a szervesszén-tartalom változására. Bevezetés A tájváltozásokban megfigyelhető és nyomon követhető kutatások legnagyobb része az antropogén hatásra történő változásokat vizsgálja. A változások elemzéséhez több módszert is használhatunk: történeti térképek, légifelvételek, űrfelvételek; minden esetben a megbízható adatforrás használata a fő szempont (MARI, 2010). Jelen tanulmányban a vizsgálatban érintett, felszínborítás változáson keresztül ment mintaterületek elemzéséhez az egyik legnagyobb európai adatbázist, a CORINE Land Cover-t használtuk fel es méretarányban (Land Cover Changes, LCC). A tájakban egyaránt megfigyelhető antropogén és természeti változás. Antropogén tájátalakítás esetében főként embercsoportok, az emberi társadalom tájátalakító szerepéről van szó (FRISNYÁK, 2001). A tájváltozás köre tág, a változásokat úgy tudjuk értelmezni, ha minden esetben meghatározott időpontok között vizsgálódunk. A változást pedig értelmezhetjük gyakorisága, nagyságrendje alapján (KERTÉSZ, 2013). A mesterséges tájváltozás, tereprendezés egyik leggyakoribb fajtája az erdősítés, erdőtelepítés. A megváltozott hasznosítás jelentős hatást gyakorol a talajok szén- és tápanyagforgalmára (DEJUN LI et. al., 2017), fizikai-kémiai tulajdonságaira (BALOG et. al., 2014) és az egyes tápanyag gazdálkodási értékekre vonatkozóan. Az ökoszisztémák közül az erdők a legfontosabb széntárolók, kiemelt jelentőségűek hatalmas kiterjedésük miatt a globális szénkörforgalom alakulásában is (MOLNÁR, 2011). Irodalmi adatok szerint azonban az avar kémhatást csökkentő hatása miatt erdő alatt a szerves anyagok mobilizációja, lebomlása is gyorsabb (SELMA, 2014). Arról, hogy a talajban tárolt szén mennyisége hogyan változik hazai talajokban fásítás hatására, rendkívül kevés adat áll rendelkezésünkre (BIDLÓ, 2014). Minden olyan változás, amely érinti a talaj szén forgalmát is, hatással vannak a globális szén-ciklusra is. A művelés alól kivont területeken éppen ezért nagyon fontos lenne növelni a talaj szerves anyag tartalmát, annak értékét számszerűsíteni, és megvizsgálni (MCLAUCHLAN et. al., 2006.). A mezőgazdasági művelés alól kivont területeken a talaj szerves anyagtartalma, tápanyagtartalma és szerkezete jelentős változásokon megy keresztül (RAHMAN et. al., 2017). A talaj C és N tartalékai a felhagyást követő első néhány évtizedben növekedik. A növekedés mértéke azonban függ a hely specifikus feltételeitől is: társulás, éghajlat, talaj adottságok (CAMILL et. al., 2004.). 65

2 Anyag és Módszer Mintaterület lehatárolása A mintaterületek kiválasztásánál az volt az elsődleges szempont, hogy olyan 0.5 km 2 kisebb alföldi területeket válasszunk ki melyeken a szántóföldi művelés (2.1.1: Nem-öntözött szántóföldek) felhagyása után erdőtelepítéseket (3.2.4: Átmeneti erdős-cserjés területek) végeztek az elmúlt közel 20 évben. Ehhez a CORNE LCC és es felszínborítás változás (Land Cover Changes, LCC) változáspoligonjait ( ) használtuk fel. Az adatbázis leválogatást ArcGIS ArcMap 10.2-es verziójú térinformatikai szoftverrel végeztük el. A leválogatott és vizsgálatba bevont mintaterületek földrajzi elhelyezkedése az 1. ábrán látható. 1. ábra: A vizsgált mintaterületek földrajzi elhelyezkedése A vizsgálatban szereplő mintaterületek összesen 5 település területéhez tartoznak: Hajdúböszörmény, Hajdúsámson, Bocskaikert, Mikepércs, Vámospércs. A mesterségesen telepített erdők a Hajdúhát kistáj csoporthoz tartoznak javarészt (DÖVÉNYI, 2010) az északabbi területek nyúlnak a Nyírség D-i részébe. Határai É-ról a Tisza, K-ről és D-ről a Hajdúság, Ny-ról pedig a Hortobágy határolja. Főként lösszel és lösziszappal fedett hordalékkúp síkság. Természetes vízfolyásai jellemzően a Hortobágy folyóba torkollnak Ny-i irányú folyással. Éghajlata mérsékelten meleg és száraz. A vizsgált erdőterületek összetétele javarészt jellemzően nyár, illetve akác fajok. Ezek a fajok kedvelik a homokos talajt és a nedves és alacsony kémhatású közeget, továbbá rendkívül gyors növekedésűek. Jól alkalmazkodnak a talaj változásaihoz és az éghajlathoz. Az ősszel lehulló levelek az első csapadékos időszakban lebomlanak és táplálják a talajt. 66

3 2. ábra: A vizsgálatban szereplő telepített erdők nagy része: akácos és nyáras (saját fotó) Összesen 16 mintaterületet választottunk ki, amelyeken a felszíni 0-9 cm-es talajrétegből bolygatatlan mintákat és felszíni átlagmintákat gyűjtöttük. A mintavétel során a fásított parcellán belül véletlenszerűen elhelyezett 5 pontból (az erdők négy sarkából és közepéből) 5-5 átlagmintát gyűjtöttünk be a feltalaj 0-9 cm-es rétegéből. Az 5 pontban, pontonként további 3-3 db részminta összekeverésével gyűjtöttünk átlagmintákat. A begyűjtött talajmintákat a Debreceni Egyetem Földrajzi laboratóriumában dolgoztuk fel, előzetes kiszárítást (3 napon át 105 C-on) követően. A térfogattömeg meghatározásához az ismert térfogatú (100 cm3) fémhengerbe gyűjtött minták tömegét 3 napon át tartó 105 C-on való kiszárítás előtt és után mértük. 1:2,5 arányú szuszpenzióban mértük a és értékeket. A -tartalmat a Scheibler-féle kalciméteres eljárással, a szervesanyag-tartalmat pedig a hagyományos nedves oxidációs eljárást követő titrimetriás módszerrel határoztuk meg. Meghatározásra kerültek a tápanyag ellátottsági értékek is: a növényzet számára hozzáférhető foszfor mennyiségét ammónium-laktáttal kioldható foszfortartalom-méréssel (MSZ ) mértük, a talaj nitrát-tartalmát pedig az arra vonatkozó magyar szabvány szerint (MSZ ) határoztuk meg. A vizsgálat során alkalmazott statisztikai eljárásokat minden esetben az R statisztikai programban végeztük el. Eredmények A talaj térfogattömegének értékeit tekintve mindkét vizsgálati időszakban ( ; ) az átlag értékek hasonlónak mondhatóak: 1,37 g cm -3 és 1,40 g cm -3. A korábban szántóföldi művelés alatt álló területeken a tömörödöttség nem volt jellemző és megfigyelhető (1,50 g cm -3 >). Ennek alapján a talaj az egyes mintaterületeken laza és jól művelhető állapotban volt, az erdősítést követően. A kémiai talajvizsgálati eredmények közül a szignifikáns különbségi a két vizsgálati időszakban. és ph értékeket tekintve nem volt megfigyelhető A talajok kémhatása jellemzően alacsonynak bizonyult (3. ábra), a savanyú (4,4-5,4) illetve gyengén savanyú (5,5-5,9) közeg dominált. Az első időszakban fásított, között magasabb (5,58-5,99) kémhatás figyelhető meg, míg a második időszakban fásított, között egyfajta csökkenés vette kezdetét a kémhatást illetően (4,48-5,43). A növények számára optimális állapot a semlegeshez közeli, azonban a telepített fajok zöme kedveli az alacsony kémhatást. Az erdőterületeken az avar bomlásakor többféle humuszsav szabadul fel, ezek is savanyító hatással bírnak. A felszabaduló humuszsavak ugyanis savanyítóan hatnak az alattuk lévő ásványi rétegekre is, ez is magyarázza az erdők alatti talajok savanyú kémhatását, amely a továbbiakban a talajban meglévő szerves anyag készlet mérlegére nézve hatással lehet. 67

4 3. ábra: A ph (H2O) és ph (KCl) eloszlása a két területváltozási időszakban ( és ) A mésztartalmat elemezve elmondható (4. ábra), hogy a második időszakban fásított eredményeinél magasabb értékeket kaptunk (3-4 %). Ennek oka valószínűleg, hogy fásításkor valamilyen meszet vagy mésztartalmú anyagot tartalmazó keverék került a talajba. A tájhasználat változást követően jellemző a gyengén meszes talaj (3,03-4,11 %), az átlagérték növekedése kedvezően alakítja a talaj szerkezetességét, és a talaj szerkezeti elemeinek stabilitását. 4. ábra: A CaCo3- tartalom átlagértékei Az 5. ábrán az átlagos humusztartalom értékek alapján látható, hogy a két vizsgálati időszakban rendkívül csekély az eltérés, szignifikáns különbség nincs. A vizsgált erdőterületek humusztartalma elenyésző, értékük 2 % alatti (1,81-1,88%). Ezeken a területeken a talaj jobb levegőzöttsége humuszvegyületek fokozott lebontásához 68

5 vezet. A növekvő földalatti és föld feletti biomassza tömege helyben felhalmozódik, és növekszik a humusz átlagos értéke és eloszlása. 5. ábra: Az átlagos humuszértékek eloszlása a két vizsgálati időszakban ( és között) A 6. és 7. ábrán jól láthatóak a vizsgált talajok tápanyag ellátottsági értékei. A két vizsgálati időszakban a nitrogén átlagértékei (4. ábra) eltérőek. A második ( ) időszakban a nitrogén már kisebb arányban van jelen a talajban (~7,71 mg/kg ± 4,02 ) az első vizsgálati időszakhoz (~ 9,76 mg/kg ± 3,45) viszonyítva. A talajban képződött nitrogén mennyiségét számos tényező befolyásolja: a talaj hőmérséklete, nedvesség tartalma, levegőzöttsége. Az ásványi nitrogén a talajban időben gyorsan változik, mennyisége és formája többek között a mikroszervezetek aktivitásától, és a növényi tápelem felvételt nagyságától függ. Statisztikailag a két fásítási időszak átlagértékei között szignifikáns különbség figyelhető meg (p 0.05). 6. ábra: A vizsgálatban szereplő mintaterületek talajának N átlagértékei a két vizsgálati időszakban 69

6 7. ábra: : A vizsgálatban szereplő mintaterületek talajának P2O5 átlagértékei a két vizsgálati időszakban A foszfor átlagos mennyisége az egyes vizsgálati időszakokban különböző. Az első időszakban ( ) alacsonyabb átlagértékek jellemzőek, (~14,91 mg/kg ± 4,76), míg a második változási időszakban ( ) magasabb (~ 20,22 mg/kg ± 7,81) könnyen felvehető P értékek figyelhetőek meg. A területváltozási időszakok átlagértékei statisztikailag szignifikáns különbség figyelhető meg (p 0,05). Összefoglalás A megváltozott hasznosítás és tereprendezés jelentős hatást gyakorol a talajra, illetve talaj egyes fizikai és kémiai tulajdonságaira. A tájhasználatban történt változások a szén-raktározása mellett hatással vannak a szén körforgalmának lokális mérlegére is. A gyepterületek erdősítése elsősorban a művelésre kevésbé alkalmas, vagy rossz termőképességű területeken jellemző, az erdők gazdasági szerepének fokozása, a vidéki térségek természeti és táji értékeinek fenntartása, valamint a természetes erőforrásként szolgáló erdőterületek növelése céljából. Az agrár-erdészeti rendszerek a hagyományos tájjellegű gazdálkodás fenntartására, a mozaikos tájszerkezet kialakítására teremtenek lehetőséget. A talajban tárolt szerves szén mennyiségének erdősítés hatására történő megváltozásáról magyarországi viszonylatban kevés adatunk van. Ismert ugyanakkor, hogy az erdei ökoszisztémák talajának széntartalma elérheti, egyes esetekben meghaladhatja a föld feletti biomasszában tárolt szén mennyiségét. Az erdőtelepítések során érdemes lenne számításba venni a talajok szénkészletének várható változását, amely fontos érvként szolgálhatna az erdőtelepítések tervezése során. A megváltozott felszínborítású mintaterületeken a tápanyag feldúsulás nem volt jellemző, mindkét vizsgálati időszakban a könnyen felvehető N és P értéke alacsony. A szerves szén felhalmozódás szintén nem jellemző a vizsgált, mesterségesen telepített erdőterületek talajára. A mésztartalmat illetően gyengén meszes talajú csoport figyelhető meg, kémhatásukat tekintetében pedig nem tapasztaltunk jelentős változást. Statisztikai vizsgálataink eredményei alapján elmondható, hogy a tápanyag ellátottsági értékek átlagértékei (könnyen felvehető N és P) szignifikánsan eltérnek egymástól (p 0,05). A humusztartalom átlagértékei a két fásítási vizsgálati időszakban szignifikánsan nem térnek el egymástól (p 0.05), míg a mésztartalom esetében szintén szignifikáns különbség adódott az egyes időszakokban. 70

7 Irodalomjegyzék Balog Kitti, Gribovszki Zoltán, Szabó András, Jobbágy Esteban, Nosetto Marcelo, Kuti László, Pásztor László, Tóth Tibor. (2014). Alföldi telepített erdők hatása a felszín alatti sófelhalmozódásra sekély talajvizű területeken. Agrokémia és Talajtan. 63(2). Budapest. Bidló András Szűcs Péter Horváth Adrienn Király Éva Németh Eszter Somogyi Zoltán. (2014). Telepített kocsánytalan tölgy és akác fiatalosok hatása a talaj szénkészletére néhány dunántúli erdőtelepítés példáján. Erdészettudományi Közlemények. 4(2). Budapest. Dejun Li Li Wen Wei Zhang Ligiong Yang Kongcao Xiao Hao Chen Kelin Wang. (2017). Afforestation effects on soil organic carbon and nitrogen pools modulated by lithology. Forest Ecology and Management Dövényi Zoltán. (2010). Magyarország kistájainak katasztere. MTA Földrajztudományi Kutatóintézet. Budapest. Frisnyák Sándor. (2001). A kultúrtáj kialakulása és terjedése az Alföldön. Földrajzi Konferencia. Szeged. Kendra K. Sarah E. Wilfried M.. (2006). Conversation from agriculture to grassland builds soil organic matter on decadal timescales. Ecological Applications Kertész Ádám. (2013). Táj- és környezetértékelés. TÁMOP A1 és a TÁMOP A2 könyvei. Eszterházy Károly Főiskola. Eger. Mari László. (2010). Tájváltozás elemzés a CORINE adatbázisok alapján. Tájváltozás értékelési módszerei a XXI. Században. Szilassi P. Henits L. (szerk). Tudományos konferencia és műhelymunka tanulmányai. Szeged. Molnár Sándor. (2011). Örök társunk a fa az erdők éve. Nyugat-magyarországi Egyetem Kiadó. Sopron. M.M. Rahman. T.G. Bárcena L. Vesterdal Tree species and time since afforestation drive soil C and N mineralization on former cropland. Geoderma. 305(1). Philip C. Mark J. M. Sean T. S. et. al Community- and ecosystem level changes in a speciesrich tallgrass prairie restoration. Ecological Applications Selma Yasar Korkanc Effects of afforestation on soil carbon and other soil properties. Catena. AZ EMBERI ERŐFORRÁSOK MINISZTÉRIUMA ÚNKP-17-3-I-DE-137 KÓDSZÁMÚ ÚJ NEMZETI KIVÁLÓSÁG PROGRAMJÁNAK TÁMOGATÁSÁVAL KÉSZÜLT 71