Négyesi Gábor 1 Pálfi Aletta 2 SZÉLERÓZIÓ-VESZÉLYEZTETETTSÉG VIZSGÁLATA HAJDÚHÁTI MINTATERÜLETEN 3 Bevezetés A szélerózió a Föld számos pontján, így hazánkban is komoly károkat okoz, a növényzetben, az épített környezetben, sıt a szállított kemikáliák (valamint a por és a pollenek) által az egészségre is veszélyes, mivel különbözı allergén betegségeket okozhat. Kezdetben a hazai kutatások elsısorban a rosszabb termıképességő homokterületekre irányultak, késıbb (hazánkban az 1980-as évektıl) a kötöttebb talajú, mezıgazdaságilag jobban hasznosítható területeken is felismerték a szélerózió veszélyét. Egy adott terület szélerózió veszélyeztetettségének értékelése nagyon bonyolult dolog, mivel számos olyan adatot igényel, amelyeknek mérése meglehetısen problémás. Ennek oka abban keresendı, hogy a deflációt befolyásoló tényezık (a talaj szerkezete, szemcseösszetétele, humusz- és nedvességtartalma, agrotechnológiai beavatkozások, a felszín növényzetborítottsága, a talajvíz mélysége) térben és idıben nem statikusak, hanem meglehetısen változékonyak. Habár az igaz, hogy az éghajlati paraméterek közül a szélirány és az átlagos szélsebesség hosszabb idın keresztül állandónak tekinthetı, de például a csapadék mennyisége havonta, de akár naponta isnagy differenciákat mutathat. Ugyanez igaz a termesztett növényekre is. Nem megfelelı agrotechnológiai beavatkozás hatására a talaj szerkezete is igen gyorsan, akár néhány év alatt leromolhat. Kétségtelen ugyanakkor, hogy az új adatszerzési eljárások alkalmazása (légifelvételek, mőholdfelvételek alkalmazása, terepi mérések) jelentısen megkönnyíti egy adott terület deflációs veszélyeztetettségének jellemzését. A fentebbi feladat megoldására napjainkban két irány látszik kibontakozni: Nyugat-Európában, de fıleg az Egyesült Államokban egyre komolyabban foglalkoznak a szélerózió modellezésével (WEQ, RWEQ, WEPS, TEAM, WEELS; COEN AT ALL. 2004, GREGORY ET ALL. 2004, HAGEN 2004, ZOBECK ET ALL 2004). Ezek közül a RWEQ modell már hazai alkalmazásban is megjelent (SZATMÁRI J. 2006). Azonban a fentebb említett a modellek egy egy terület adatai alapján készülnek, amelyek nem feltétlenül egyeznek meg a hazai éghajlati, talajtani, területhasználati paraméterekkel. 1 Tanársegéd a Debreceni Egyetemen 2 Földrajz-környezettan szakos hallgató a Debreceni Egyetemen 3 A tanulmány elkészítését az 61878. számú OTKA támogatta 1
Mi a magunk részérıl egy másik megközelítési módot választottunk: szélcsatornában vizsgáltuk több eltérı talajtípus erodálhatóságát és az így kapott mérési eredményekbıl, valamint a területhasználati adatokból kíséreltük meg elkészíteni a mintaterület potenciális szélerózió-veszélyeztetettségi térképét. A terület általános jellemzése A mintaterületet három táj (Hortobágy, Hajdúhát, Nyírség) találkozásánál, Hajdúnánás-Hajdúdorog térségében választottuk ki. A kiválasztást indokolta az, hogy a peremterületek kellıen változatos földtani-geomorfológiai adottságai a széleróziót befolyásoló tényezık sokszínőségét biztosítják mind talajtani, mind vízrajzi, mind pedig területhasználati vonatkozásban. A földtani és a geomorfológiai jellemzıkben is nyugatról kelet felé haladva fokozatos átmenetiség figyelhetı meg. A Hortobágy asztallap simaságú vidékérıl a Nyírség felé egyre hullámosabbá válik a táj felszíne és a relief is megnı (ez természetesen alföldi viszonylatban értendı). Ez a fokozatos átmenetiség a talajoknál is jelentkezik: a részben vízhatás alatt álló, magasabb agyagtartalmú, kötöttebb talajok (szolonyeces réti és réti talajok) helyét átveszik a magasabb homoktartalmú, kevésbé kötött, lazább szerkezető (alföldi mészlepedékes csernozjomok és egyéb csernozjom változatok), mezıgazdasági mővelésre alkalmasabb talajok. A terület éghajlata átmenetet képez a hővösebb és csapadékosabb Nyírség és a melegebb, szárazabb Hortobágy között. A napsütés évi összege 1950-2000 óra, a csapadék mennyisége 500-550 mm között változik. Az idıjárás szélsıséges változása, a csapadék rendszertelen eloszlása kedvez a szélerózió folyamatának, a hirtelen lezúduló nagy csapadékmennyiség pedig a záporok nagy csepperóziós energiáján keresztül rombolja a feltalaj szerkezetét. A Hajdúhát vízrajzi adottságai gyérek, az Alföld belvízi csatornákban egyik legszegényebb tája, csak a nyugati határát szeli át a Keleti-fıcsatorna, melynek vízellátását a tiszalöki duzzasztógát biztosítja. A talajvíz mélysége nagyon változó, általában 2-2,5 méter között van, ugyanakkor a 90-es évek elsı felében erıteljesen csökkent. Ez azért fontos, mert ennek következtében a növényzet a gyökérzónában a kapilláris vízemelés által kevesebb vízhez jut. (A települések belterületén viszont éppen ellenkezıleg: a talajvízszint emelkedése figyelhetı meg, ami a nem megfelelı szennyvízelvezetés következménye.) Anyag és módszer A kutatáshoz 16 talajmintát győjtöttünk be mezıgazdasági mővelés alatt álló területekrıl (1. ábra). A mintáknak elvégeztük a szedimentológiai elemzését 2
1. ábra A mintavétel helyei (Köhn-pipettával), valamint meghatároztuk a humusztartalmat (Tyurin-féle eljárással) és a mésztartalmat (Scheibler-féle kalciméterrel) is. A széleróziós kísérleteket a Debreceni Egyetem szélcsatornájában végeztük el. A szélcsatorna-kísérletekhez begyőjtött eltérı nedvességtartalmú mintákat szárítószekrényben kiszárítottuk, majd 2 mm lyukátmérıjő drótszita segítségével eltávolítottuk a talajban elıforduló szennyezıdéseket (tarlómaradványok, gyomok, gyökerek, stb.), valamint a nagyobb talajrögöket. Az így elıkészített légszáraz talajt 30*50 cm felülető 5 cm mélységő fémtálcákban helyeztük a szélcsatornába. A tálca elé egy kis szögben emelkedı lejtıt helyeztünk azért, hogy a levegı ne ütközzön a tálca merıleges falába, és kiküszöböljük az ebbıl adódó turbulencia képzıdését. 3
A szélcsatornában a kísérleteket több sebességfokozaton végeztük úgy, hogy a szél sebességét több ponton mértük. A kísérletsorozattal a különbözı talajtípusok eltérı erodálhatósági indexének meghatározását tőztük ki célul. Elsı lépésként meghatároztuk a talajok kritikus indító sebességét., majd a mezıgazdasági talajkárok pontosabb megismerése érdekében négy sebességfokozaton vizsgáltuk az elszállított anyag mennyiségét, amelyet a minta kísérlet elıtti és utáni tömegébıl határoztunk meg. A mérések idıtartama 5 perc volt. A kísérletek során szélsebesség mérı váltás történt, a korábban használt Haenni típusú eszközt leváltottuk egy Testo 512-es digitális szélsebességmérıre. A két mőszert bekalibráltuk egymáshoz, így a korábban mért szélsebesség adatokat is használni tudtuk. A szélcsatornában végzett kísérletsorozatok során nyert erodálhatósági adatokból potenciális széleróziós térképeket szerkesztettünk, majd ezekbıl kivontuk egyrészt azokat a területeket, amelyek állandó növényzettel fedettek, másrészt azokat, amelyek egyéb tulajdonságuk (beépített területek, halastavak) okán a szélerózió által ténylegesen nem érintettek. A térképi feldolgozást Arcview 3.2, az adatok elemzését Microsoft Excel szoftverrel végeztük el. Eredmények A szedimentológiai vizsgálatok eredményei A talajmintákat szemcseösszetételük alapján három csoportba osztottuk: vályog, agyagos vályog és vályog. A vályog típusba 12, az agyagos vályogba 3, az agyag típusba 1 talajminta tartozik. A leginkább erodálható frakció (0,1-0,2 mm átmérıjő homok) arányában a vályogtalajok között nagy különbségek vannak (6-27% között), az agyagtartalom (egy minta kivételével) nem éri el a 10%-ot. Az agyagos vályog és az agyag szerkezető talajokban értelemszerően a por és az agyag frakció dominál (a kettı együttesen mind a 4 mintánál 50% fölött volt), ezeknek a mintáknak nagyon kevés a homok tartalma. A területi átmenetiség a talajok szerkezetében is megfigyelhetı: a nyírségi peremterületek felıl a Hortobágy felé haladva fokozatosan csökken a homok aránya az iszap és az agyag javára. A szemcsék közötti kohézió szempontjából fontos mész aránya általában 5-10 % között mozog, a humusztartalom pedig minden esetben 5% alatt marad. Az erodálhatósági vizsgálatok eredményei A talajmintákat az erodálhatóság alapján négy csoportba soroltuk be, melyet az összehasonlíthatóság érdekében a Lóki J. által elkészített osztályozás alapján végeztük el (Lóki J. 2003). 4
I. kategória: Vályog talajok (csernozjom és homoktalajok változatai) tartoznak ide, kritikus kezdısebességük 9-11 m/s közé esik, az elhordott anyag mennyisége 3,2 kg fölött volt. II. kategória: Szintén vályog talajok tartoznak ide (alföldi mészlepedékes csernozjomok), a kritikus kezdısebességek értékei meglehetısen tág határok között, 7-11 m/s között mozogtak, az elhordott anyag mennyisége 1,5-3,2 kg volt. III. kategória: Vályog minta tartozik ide, mely genetikailag mélyben sós réti csernozjom. Kritikus kezdısebessége 10,2 m/s, az erodált anyag mennyisége 1,4 kg volt. IV. kategória: Ebbe a csoportba soroltunk be vályog szerkezető talajokat (réti talajok, réti szolonyecek), valamint az agyagos vályog, agyag szerkezető talajokat, amelyeknek az erodálhatósági értéke rendre 1 kg alatt maradt. Kritikus kezdısebességük 9-12 m/s-os intervallumba esett (3. ábra). Látható hogy egy fizikai talajtípustípus (jelen esetben a vályog) több kategóriába is beleesik. Az I.-II. kategóriák közötti különbségeket valószínőleg az eltérı agrotechnológiai beavatkozásokban (eltérı talaj elıkészítés, mővelés) és az ebbıl következı csökkent mértékő aggregálódási hajlandóságban kell keresnünk, mert a szemcseösszetételben nincsenek akkora különbségek, amelyek az erodálhatóságban megmutatkozó eltéréseket megmagyarázhatnák. Az I. kategóriába esı talajoknál különösen arra fontos felhívni a figyelmet, hogy bár a kritikus kezdısebességük meglehetısen magasnak mondható (vagyis a talajszemcsék csak nagyobb sebességő szelek esetén lendülnek mozgásba), azonban a bekövetkezı talajveszteség nagymértékő lehet. A III. kategóriába tartózó mintánál, már 10%-nyi különbség van a löszfrakció javára (az iszap és agyagtartalom néhány százalékos eltéréssel megegyezik az I-II. kategória mintáival), a kisebb erodálhatóságot a többi mintáéhoz képest kiugróan magas (majdnem 10%-os) CaCO 3 tartalom okozhatja. Az IV. kategóriába esı talajmintákat egy kivételével (Hajdúnánás-Tedej III.) a Hortobágy felé átmenetet jelentı területekrıl győjtöttük be. A korábbi tapasztalatainkból már tudtuk, hogy ezeken a talajtípusokon nem a szélerózió az elsıdleges talajszerkezet romboló folyamat (KASZIBA Z - NÉGYESI G. 2003, LÓKI J. 2004), azonban a mintaterület teljes összehasonlítása miatt innen is indokolt volt a mintavétel. Ezen mintákban (mintahogyan már fentebb említettük) már igen magas az agyag és fıleg az iszap aránya. Ezek a finom frakciójú szemcsék összetapasztják a durvábbakat és ezzel jelentısen megnövelik a talaj széllel szembeni ellenállását. Ugyanakkor fontos megjegyezni, hogy az agyagszemcsék nemcsak megfelelı kohéziót biztosítanak, de a magas adszorbciós kapacitásuk miatt a kemikáliák megkötıdhetnek a felszínükön, így ezeket az erısebb szelek a talajszemcsékkel együtt mozgásba lendíthetik, ezáltal megnövelve a környezı területek környezetterhelését. 5
2. ábra A különbözı szélsebességeken elszállított talaj mennyiségei erodálhatósági kategóriák szerint A szélcsatornás vizsgálatokkal kapott eredményeket új oszlopként a meglévı Agrotopo adatbázishoz rendeltük, majd leválogatással elkészítettük a terület fizikai talajféleségeken alapuló szélerózió-veszélyeztetettségi térképét. Ezután újraosztályoztuk az így kapott térképet, valamint a mintaterület területhasználati térképét. A területhasználati egységek közül csak azokat vettük figyelembe ahol szántóföldi növénytermesztés folyik, hiszen a szélerózió fıként ezeket a területeket veszélyezteti. A két újraosztályozott terület összeszorzásával megkaptuk a növényzetborítottságon alapuló szélerózió-veszélyeztetettségi térképet.(3. ábra) A térképrıl a következı fontosabb megállapítások olvashatóak le: 1. A szélerózió által veszélyeztetett területek elhelyezkedésükben tükrözik a földtani-talajtani viszonyokat. Eszerint a leginkább veszélyeztetett területek a Hajdúhát és a Nyírség találkozási zónájában helyezkednek el, míg a legkevésbé érzékenyek pedig a Hortobágy-Hajdúhát közötti átmeneti területen. Fontos megjegyezni, hogy bár a térkép méretaránya miatt ez nem tőnik ki, de a Nyírségi peremterületeken a domborzati 6
viszonyoknak is fontos szerepük van. A magasabb térszíneken, ahol helyenként a homok is felszínre bukkan, jobban érvényesül a szél deflációs tevékenysége, vagyis ezekrıl a terültekrıl könnyebben elfújja a talajszemcséket és a humuszt a szél. (Ez egyébként terepen már a talaj színébıl is jól látszik.) 2. A szélerózió kialakulásban a talajmővelésnek is nagy szerepe van. A térképen erısen és nagyon erısen veszélyeztetett kategóriákba sorolt területek (mindamellett, hogy szerkezetük is laza) szántóföldi mezıgazdasági mővelés alatt állnak. A gyengén, vagy nem veszélyeztetett területek vagy legelık, vagy pedig olyan felszínek, ahol a talaj nincs közvetlenül kitéve a szél energiájának. 3. ábra A mintaterület potenciális szélerózió térképe 7
Összefoglalás 16 talajmintán vizsgáltuk a potenciális széleróziót egy hajdúháti mintaterületen a Hortobágy - Hajdúság Nyírség érintkezési zónájában, ahol a széleróziót befolyásoló tényezık (talajszerkezet, növényzetborítottság, területhasználat stb.) nagy térbeli változatosságban vannak jelen. A vizsgálatok során elkészítettük a terület talajtani és felszínborítottsági adottságai alapján számolt potenciális széleróziós térképét. A térkép adataival megerısíthetjük azt a már korábbról is ismert tényt, hogy a szélerózió a nem megfelelı mezıgazdasági beavatkozás miatt a kötöttebb talajokon is komoly károkat okoz, így ezeket is védeni kell (különösen amiatt, hogy ezek termıképessége jobb, mint a homokoké). Felhasznált irodalom COEN, G.M.-TATARKO, J.-MARTIN, T.C.-CANNON, K.R.-GODDARD, T.W.-SWEETLAND, N.J. 2004. A method for using WEPS to map wind erosion risk of alberta soils. Environmental Modelling and Software 19. pp. 185-189. GREGORY, J.M.-WILSON, G.R.-SINGH, U.B.-DARWISH, M.M. 2004. TEAM: integrated, process-based wind erosion model. Environmental Modelling and Software 19. pp. 205-215. HAGEN L.J. (2004) Evaluation of the Wind Erosion Prediction System (WEPS) erosion submodel on cropland fields. Environmental Modelling and Software 19. pp.171-176. LÓKI J. 2003.A szélerózió mechanizmusa és magyarországi hatásai. MTA doktori értekezés. Debrecen p. 265. KASZIBA Z.-NÉGYESI G. 2003. A szélerózió folyamata és az ellene való védekezési lehetıségek. Debrecen p. 54. SZATMÁRI J. 2006. Geoinformatikai módszerek és folyamatmodellek alkalmazása a széleróziós vizsgálatokban. Doktori értekezés, Szeged p. 110. ZOBECK, T.M.-VAN PELT, R.S. 2004. Validation of the wind Erosion Equation (WEQ) for discrete periods. Environmental Modelling and Software 19. pp. 199-203. 8