Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont Talajtani és Agrokémiai Intézet Környezetinformatikai Osztály Pásztor László: Térbeli Talajinformációs Rendszerek/ Bevezetés a digitális talajtérképezésbe PhD kurzus 1. Bevezetés, alapfogalmak, gondolatok Budapest, Herman Ottó út 15. Tel/fax.: 36-1-356-3694 e-mail: gislab@rissac.hu www.mta-taki.hu MTA TAKI GIS Lab
Talajtani információk bevezetés, alapok A talajról röviden Talajtani információk Talajtérképek Térbeli talajinformációs rendszerek (TTiR) (Digitális) talajtérképezés
Talajtani információk bevezetés, alapok
Mi is a talaj? A föld élő bőre. A talaj a földkéreg legkülső, termékeny rétege. Térben és időben változó, háromfázisú, polidiszperz rendszer.
Mi is a talaj? Feltételesen megújuló természeti erőforrás, amely központi helye a biogeokémiai körforgásnak, így az anyag és energiaáramlásnak. A talaj a földkéreg legkülső multifunkcionális része, mely különböző tulajdonságokkal, tulajdonságegyüttesekkel és funkciókkal bír. A többi természeti erőforrás integrátora.
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek bioszféra atmoszféra pedoszféra litoszféra hidroszféra
Talajtani információ TÁRSADALMI ELVÁRÁSOK talajfelvételezések, talajtérképek, térbeli talajinformációs rendszerek, talajföldrajzi adatbázisok igények folyamatos növekedése
Talajtani információ TÁRSADALMI ELVÁRÁSOK Felhasználás (mező)gazdálkodás, földértékelés, szaktanácsadás, területi tervezés vízgazdálkodás környezetvédelem, gazdálkodással kapcsolatos lehetőségek, korlátok, problémák degradációs folyamatok detektálása, előrejelzése,
Talajtani információ TÁRSADALMI ELVÁRÁSOK Felhasználók gazdálkodók, tervezők, döntéshozók, hivatalnokok, mérnökök, kutatók oktatók hallgatók...
Talajtani információ Talajtani adatbázisok beépülnek: földhasználati és vidékfejlesztési programokba, agrár-környezetvédelmi programokba, környezeti modellezésbe, környezeti erőforrás felmérésbe, kockázatbecslésbe etc.
Talajtani információ TALAJFUNKCIÓK TALAJTULAJDONSÁGOK TALAJFOLYAMATOK TALAJKÉPZŐDÉS TÉNYEZŐI Információk: a talaj funkcióiról a talajról a talajfolyamatokról a talajt befolyásoló környezeti tényezőkről az érintett ökoszisztémákról. Várallyay, 1994.
A talaj sokoldalú funkciói Talajtani információ (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Feltételesen megújuló természeti erőforrás. A többi természeti erőforrás (sugárzó napenergia, légkör, felszíni és felszín alatti vízkészletek, biológiai erőforrások) hatásának integrátora, transzformátora, reaktora. Ily módon biztosít életteret a talajbani élet-tevékenységnek, termőhelyet a természetes növényzetnek és termesztett kultúráknak. A primér biomasszatermelés alapvető közege, a bioszféra primér tápanyagforrása. Hő, víz és növényi tápanyagok (és kényszerből hulladékok) természetes raktározója. A talajt (és terresztris ökoszisztémákat) érő, természetes vagy emberi tevékenység hatására bekövetkező stresszhatások puffer közege. A természet hatalmas szűrő- és detoxikáló rendszere. A bioszféra jelentős gén-rezervoárja, a biodiverzitás nélkülözhetetlen eleme. Földtörténeti és történelmi örökségek hordozója. Várallyay, 1997.
A talaj sokoldalú funkciói Larson and Pierce, 1991 Serve as an environmental filter and buffer in the immobilization and degradation of environmentally hazardous compounds Provide a medium for plant growth and biological activity Regulate and partition water flow and storage in the environment Talajtani információ Harris et al., 1996 nutrient relations water relations toxicant relations pathogen relations rooting relations Karlen et al., 1994 Water entry, retention and supply Resistance to stress and disturbance Plant growth Doran & Parkin, 1994 Sustain plant & animal productivity Maintain or enhance water & air quality Support human health & habitation Seybold et al., 1997 Dailey, 1997 aesthetic relations physical stability Buffering & moderation of hydrological cycle Disposal of wastes and dead organic matter Physical support Retention and delivery of nutrients Renewal of soil fertility Regulation of elemental cycles Sustain biological activity, diversity, & productivity Providing support for socioeconomic structures Protection of archeological treasures associated with human habitation Water and solute flow Filtering & buffering of contaminants Nutrient cycling
A talaj sokoldalú funkciói Talajtani információ Ökológiai: Biomassza termelés A környezet és az ember védelme Gén rezervoár Nem ökológiai: Fizikai alapközeg Nyersanyag forrás Földtani és kulturális örökség őrzője Regional Environmental Center for Central and Eastern Europe (REC)
http://soilquality.org/ Helybeni szolgáltatás Távolban kifejtett hasznot hajtó szolgáltatás Tápanyag körforgalom (Nutrient cycling) A biodiverzitás és élőhelyek biztosítása (Maintaining biodiversity and habitat) Vízforgalom szabályozása (Water relations) Szűrő és puffer közeg (Filtering and buffering) Fizikai támasz (Physical stability and support) Összetett funkciók (Multiple functions) Tápanyagszolgáltatás növények számára A szén megkötés számos talajfunkciót javít Mind a szántóföldi kultúrák, a füves élőhelyek és az erdők növekedését biztosítja Növeli a stresszel szembeni ellenállást és rugalmasságot Csökkenti Reduces pesticide resistance Erózió kontroll Kisvízgyűjtők víz utánpótlása Víz hozzáférés a növények és állatok számára Sók, fémek, mikrotápanyagok szintjének a növények és állatok számára tolerálható tartományban tartása Növények növekedésének közege Épületek, utak alapja Fenntartja a produktivitást Víz és levegő minőség javítása A N és C megkötése csökkenti az üvegházhatású gázok kibocsájtását Segít fenntartani a genetikai sokféleséget Támogatja a vadonélő fajokat és csökkenti a kihalási rátát Javítja a táj esztétikáját Árvíz és üledék kontroll Talajvíz utánpótlás Javítja a víz és levegő minőséget Régészeti emlékek őrzése Hulladék raktározás Fenntartja vagy javítja a levegő és/vagy víz minőséget
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek (EU) Talajvédelmi Stratégia Talajdegradációs folyamatok (Európában) Szerves- anyagkészlet csökkenése Víz vagy szél okozta erózió Nitrát Direktíva, Víz Keretirányelv, Kedvezőtlen Adottságú Tömörödés, szerkezet-leromlás Területek Lehatárolása, Árvíz Irányelv, Biodiverzitás csökkenése Talajszennyeződés (pontszerű és diffúz) Szikesedés Árvíz, belvíz és talajcsúszás Európai Ökoszisztéma Szolgáltatások Felmérése Talajfedés
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek talaj/környezet/fenntarthatóság Soil quality, soil health, soil security, bioszféra atmoszféra pedoszféra litoszféra hidroszféra
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek elvárt információ folyamatok rendszerek talajképző tényezők környezeti és antropogén hatások talajképződés t = t 0 t talajfejlődés/degradáció rendelkezésre álló információ
Tápanyag körforgalom:... üvegházhatású gáz mérlegek,... Szűrő és puffer közeg:... Helicobacter pylori, Radon,... Talajtani információ Vízforgalom szabályozás:... árvíz, belvíz, aszály, öntözés,... A biodiverzitás és élőhelyek biztosítása :... szarvasgomba, földikutya élőhely, habitat fragmentáció...
Talajtani információ TALAJ- SZOL- GÁLTATÁSOK FUNKCIÓK x, y LEVEZETETT TULAJDONSÁGOK FOLYAMATOK t ELSŐDLEGES TULAJDONSÁGOK/ OSZTÁLYOK bioszféra atmoszféra pedoszféra litoszféra hidroszféra z
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek térben folytonos/pedon fizikai/kémiai/biológiai indikáció/pedotranszfer tulajdonság/tulajdonság csoport/asszociáció/heterogenitás érvényesség/support/kiterjesztés pont minta/átlag minta/pedon genetikus/diagnosztikus jellemzés lokális / globális nyelven
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek térben folytonos/pedon
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek fizikai/kémiai/biológiai Talaj szemcse Víz Gyökér Levegő
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek indikáció/pedotranszfer
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek elsődleges/másodlagos talajtulajdonság; funkció és/vagy folyamat
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek tulajdonság/tulajdonság csoport/asszociáció/heterogenitás
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek érvényesség/support/kiterjesztés
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek pont minta/átlag minta
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek genetikus/diagnosztikus jellemzés
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek lokális / globális nyelven
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek az adatgyűjtésnek ára van
Talajtani információ
A talajvédelmi tervek mintavételezésének általános szabályai Talajtani információ Minden terv esetében kötelező eltérő talajfoltonként talajszelvényt feltárni és bolygatott talajmintát venni, de a terv fajtájától függ, hogy a mintavétellel legfeljebb 5 vagy 10 hektárt jellemezhető. Talajvédelmi terv specifikusan kötelező eltérő talajfoltonként, de legalább 5 hektáronként a kijelölt parcella átlója mentén 20 részmintából képzett átlagmintát vagy a szelvényfeltárásból bolygatatlan, illetve talajvíz mintát venni. Talajmintákból minden terv esetében vizsgálandó paraméterek: - humusztartalom (%), - fizikai féleség (kötöttség vagy leiszapolható rész), - kémhatás ph (H2O, KCL), - összes karbonát tartalom (CaCO3 %) vagy hidrolitos aciditás (y1), - vízben oldható összes sótartalom (%). Talajvédelmi terv specifikus laborvizsgálatok: - fenolftalein lúgosság - tápanyag-ellátottság - báziscsere - mechanikai összetétel - térfogattömeg - PF sor - összes toxikus elemtartalom - szerves szennyezők vizsgálata - kicserélődési savanyúság (y2) - összes karbonát tartalom (CaCO3 %) - talajvízvizsgálat - hígtrágya vizsgálat - szennyvíz, szennyvíziszap vizsgálat
Talajtani információ A talajvédelmi tervek adatainak használhatósága a talajvédelmi terv készítésének részletes szabályairól szóló 90/2008. (VII. 18.) FVM rendelet 4. kimondja, hogy A talajvédelmi tervben szereplő talajtani adatokat a talajvédelmi hatóság a talajtani adatbázisában rögzíti. Eljárási adatok Szelvényleírások és laboradatok a szelvények helyének és a vizsgált terület sarokpontjainak EOV koordinátái VIZGYÁZAT CÉLSPECIFIKUS VIZSGÁLAT! A mintavételi helyszín kiválasztásának, a mintavétel és az adatok térbeli kiterjesztésének módszerét a talajvédelmi terv típus specifikus kérdése határozza meg.
Talajtani információ Talajvédelmi terv készítése szükséges a következő esetekben a) a savanyú, a szikes és a homoktalajok javításához, b) a mezőgazdasági célú tereprendezéshez, c) szőlő, gyümölcs, bogyós gyümölcs, illetve - ha jogszabály úgy rendelkezik - egyéb ültetvények telepítéséhez, d) a termőföldön történő, 400 m 2 -t meghaladó beruházások megvalósítása során a humuszos termőréteg mentéséhez, e) a mezőgazdasági célú hasznosítást lehetővé tevő rekultivációhoz, újrahasznosításhoz, f) az öntözéshez, g) a hígtrágya termőföldön történő felhasználásához az állattartás során keletkező egyéb szervestrágya kivételével, h) a szennyvíz és szennyvíziszap mezőgazdasági felhasználásához, i) a mezőgazdasági területek vízrendezéséhez, j) a nem mezőgazdasági eredetű, nem veszélyes hulladékok termőföldön történő felhasználásához, k) az erózió elleni műszaki talajvédelmi beavatkozások megvalósításához. elenyésző mennyiségben készül erősen helyspecifikus, ismétlődő a tervek döntő többsége
Talajtani információ
Talajtani információ szelvény/fúrás talajtérkép gyűjtött Térbeli kiterjesztés elvárt
Talajtani információ -Tulajdonságok származtatása pedotranszfer függvények -Folyamatokra és funciókra vonatkozó információk származtatása környezeti modellek tematikus származtatás (property inference) gyűjtött elvárt
Talajtani információ
Talajtani információ szelvény/fúrás talajtérkép A térképektől elvárt alapvető gyakorlati haszon a térbeli predikció: Bizonyos talajtulajdonság becslése egy terület bármely pontjára vonatkozóan ismert helyeken mintázott értékek alapján. Térbeli kiterjesztés
Talajtérkép szelvény/fúrás talajtérkép Tradicionális eszköz hagyományos talajfolt térkép A térképezendő területet olyan diszjunkt egységekre bontja, amelyeken belül a talaj változékonysága kisebb, mint a teljes térképezett területre vonatkozóan. Térbeli kiterjesztés
Talajtérkép szelvény/fúrás talajtérkép Térbeli becslést nyújtó, modern térinformatikai és matematikai (geostatisztikai, fuzzy, adatbányászati) módszerek DSM Térbeli kiterjesztés
Talajtérkép
Talajtérkép A tradicionális talajfolt térképek továbbra is igen elterjedtek, mivel: A felhasználók többsége számára ezek nyújtják a legkönnyebben interpretálható eredményeket (vizualitás és egyszerűség). Pontosságuk is növelhető a modern eszközökkel.
Talajtérkép (i) elsődleges talajtulajdonságok vagy osztályok (ii) másodlagos talajtulajdonságok, elsődleges talajtulajdonságokból levezetve (iii) talaj funkciók és/vagy -folyamatok talajtulajdonságok és egyéb külső információk alapján származtatott
Talajtérkép1: elsődleges talajtulajdonságokat vagy osztályokat bemutató talajtérkép Talajtérkép tradicionális térkép talajfoltok a mért/megfigyelt értékek speciális térbeli kiterjesztése felvételezés
Talajtérkép1: elsődleges talajtulajdonságokat vagy osztályokat bemutató talajtérkép Talajtérkép tradicionális térkép talajfoltok a mért/megfigyelt értékek speciális térbeli kiterjesztése
Talajtérkép2: másodlagos talajtulajdonságokat bemutató talajtérkép: Talajtérkép a mért/megfigyelt értékek speciális térbeli kiterjesztése és tulajdonságok származtatása pedotranszfer függvények vagy környezeti modellek formájában felvételezés
Talajtérkép2: másodlagos talajtulajdonságokat bemutató talajtérkép: Talajtérkép
Funkcionális talajtérkép (FTT): talajfunkciókat és/vagy folyamatokat bemutató talaj térkép Talajtérkép A talaj egyes funkcióival, illetve (degradációs) folyamataival kapcsolatos talaj jellemzők regionalizálása révén áll elő tulajdonságok származtatása környezeti modellek formájában elsődleges környezeti talajtérképek tényezők másodlagos talajtérképek felvételezés
Funkcionális talajtérkép (FTT): talajfunkciókat és/vagy folyamatokat bemutató talaj térkép Talajtérkép
Talajtérkép A TALAJTÉRKÉP nem létezik!
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek Bemenő adatok Talaj paraméterek (kvalitatív/ kvantitatív, mért/becsült, módszer ) Térbeli jellemzők (talajfolt, szelvény sűrűség, reprezentativítás, szelvény mélység ) Lehetőségek INTERFÉSZ pedotranszfer, korreláltatás, egyszerűsítés, származtatás, interpoláció, döntés, Eredmény térképek Talaj paraméterek (kvalitatív/ kvantitatív, mért/becsült, módszer ) Térbeli jellemzők (talajfolt, szelvény sűrűség, reprezentativítás, szelvény mélység ) Elvárások
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek Nem független tematikus és térbeli megfontolások Egy levezetett (digitális) (talaj) térkép pontossága/megbízhatósága: nyers alapadatok pontossága levezetett adatok tematikus származtatásának pontossága + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + δ{ + + + + + + + + + I (x i ; p i ) + + + + + + + + + + + + + + + I + + + becsült (x; p[p tematikus ; p térbeli ]) térbeli származtatás pontossága (térbeli felbontás és reprezentativitás) a tematikus és térbeli pontosságot meghatározó tényezők közti kompromisszum az optimális eredmény elérése érdekében.
tematika, tulajdonság, paraméter, Talajtérkép
lépték, kiterjedés, térbeli felbontás Talajtérkép
minőség, pontosság, megbízhatóság Talajtérkép
Talajokra vonatkozó adatok/információk/térképek tematika, tulajdonság, paraméter, lépték, kiterjedés, térbeli felbontás, minőség, pontosság, megbízhatóság,