AGROKÉMIA É TALAJTAN 54 (2005) 1 2 25 40 zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek egyéb talajjellemzőkből törtéő számítására (TALAJTANoc 1.0) FODOR NÁNDOR és RAJKAI KÁLMÁN MTA Talajtai és Agrokémiai Kutatóitézet, Budapest A természettudomáyos megismerés egyik legfotosabb eszköze a mérés. Ameyibe a mérés valamilye okból em lehetséges (pl. péz- vagy időhiáy stb.) a méredő meyiséget becsléssel határozzák meg. A becslést a korábbi mérések tapasztalatai teszik lehetővé. Mide becslési eljárás kidolgozását mérések előzik meg, amelyek segítségével a becslőmódszerek összefüggéseit megállapítják. Az elmúlt évtizedekbe mérési adatbázisok felhaszálásával számos talajfizikai voatkozású becslési eljárást dolgoztak ki (GUPTA & LARON, 1979; RAJKAI et al., 1981, 2004; RAWL, 1983; WÖTEN et al., 1999; RITCHIE et al., 1999). A becslési módszerek többsége csupá egy-egy publikációba található meg, azoba számítógépes algoritmust vagy programot em dolgoztak ki alkalmazásuk érdekébe. Néháy becslési eljárásak azoba elkészült a számítógépes változata is (CAMPBELL, 1985; ACUTI & DONATELLI, 2003), a hazai felhaszálók részére pedig a Predict elevezésű program (RAJKAI, 2004), amelyet a TALAJTANoc kidolgozásához is felhaszáltuk. A TALAJTANoc 1.0 szoftvercsomagba hazai és külföldi fejlesztésű talajfizikai becslési eljárásokat építettük be. A becslőmódszerek programba építése több éves, a hazai alkalmazhatóságot alátámasztó tapasztalat eredméye. A szoftver ismertetése Ayag és módszer A TALAJTANoc elkészítéséhez korszerű, objektum-orietált programozási yelvet, a Delphi-t haszáltuk. A program más Widows-os programokhoz hasolóa kezelhető. A program egyes fukciói meükö keresztül érhetők el. A becslési eljárásokhoz szükséges adatok táblázatosa adhatók meg. Eek eredméyekét egyetle gombyomásra akár több száz talaj adataira készíthe- Postai cím: FODOR NÁNDOR, MTA Talajtai és Agrokémiai Kutatóitézet, 1022 Budapest, Herma Ottó út 15. E-mail: fodorador@rissac.hu
26 FODOR RAJKAI tők becslések. A becslések, ill. a függvéyillesztések eredméyeit a program táblázatosa, ill. ábráko mutatja be. A már elektroikus formába meglévő adataikat bármely más táblázatkezelő programból (pl. Excel) egyszerűe átemelhetjük a TALAJTANoc programba. A táblázatok fejléceibe, helyszűke miatt rövidítések szerepelek, ám az egér mutatóját a feliratra mozdítva mide rövidítés teljes megevezése feltűik egy kis szövegbuborékba. A szoftverhez úgót is készítettük, amely emcsak a program kezelését köyíti meg, de az egyes becslési eljárások leírását is tartalmazza. A programcsomagba épített becslőmódszerek többsége publikált. A program számítógépes algoritmusai a szakirodalomba közölt egyeletek, ill. eljárások alapjá készültek. A TALAJTANoc eljárásai két csoportra bothatók: függvéyillesztésekre és becslési eljárásokra. Függvéyillesztések A függvéyillesztésekre elsősorba azért va szükség, mert a külöböző talajtraszport-modellek függvéyparaméter értékeket haszálak. A TALAJ- TANoc program segítségével a méréssel vagy becsléssel meghatározott víztartóképesség-, ill. vízvezetőképesség-értékekre az alábbi függvéyek illeszthetők: Víztartóképesség-függvéyek: BROOK & COREY (1964) Θ = Θ + ( Θ Θ ) BRUTAERT (1966) VAN GENUCHTEN (1980) r Θ Θ = 1+ h Θ = ( α ) ( ) 3-paraméteres 1+ VAN GENUCHTEN (1980) Θ = Θ Θ r 1 1/ ( ) r 4-paraméteres 1+ VAN GENUCHTEN et al. (1991) Θ = Θ r 5-paraméteres 1+ FODOR (2002) + + Θ Θ Θ Θ h A h ( ) m r r 1 1/ λ 1 2 Θ Θ Θ = + 1+ ( ) ( ) 1 α h 1+ α h 2 1 2 ahol: Θ, Θ r, λ, h A, α,, m, Θ 1, Θ 2, α 1, 1, α 2 és 2 illesztési paraméterek.
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 27 Vízvezetőképesség-függvéyek: GARDNER (1958) BROOK és COREY (1964); MUALEM (1976) MUALEM (1976); VAN GENUCHTEN (1980) MUALEM (1976); VAN GENUCHTEN et al. (1991) K(h) = K K(h) = K K(h) K(h) = K = K a c h + b ha h 2+ 2,5 λ 1 ( ( ) ( ) ) 1 1 1+ 1/ ( 1 ( h) ) ( 1 + α 1/ ) / 2 1 ( ( ) ( ) ) 1 1 1+ 1/ ( 1 ( h) ) l ( 1 + α 1/ ) 2 2 ahol: λ, h A, a, b, c, α, és l illesztési paraméterek. 1. ábra A TALAJTANoc kezelőfelülete: függvéyillesztéshez haszált adatok és az illesztés eredméyei
28 FODOR RAJKAI A TALAJTANoc a függvéyillesztést a Leveberg-Marquardt-féle emlieáris regresszióval végzi (MARQUARDT, 1963). A vízvezetőképesség-függvéy eseté arra is lehetőség va, hogy a hidraulikus vezetőképességet (K ) em mért értékkét, haem illesztési paraméterkét kezeljük. A program az illesztési pa- 2. ábra A TALAJTANoc kezelőfelülete: mért víztartóképesség-értékekre illesztett Brutsaertfüggvéy és az abból RAJKAI (1984) módszerével származtatott víztartóképesség-függvéy ramétereket és az illesztés jóságát jellemző statisztikai mutatókat táblázatba adja meg (1. ábra). A mért víztartó-, illetve vízvezetőképesség-értékek, valamit az illesztett függvéyek grafikoo is megtekithetők (2. ábra). A programmal a mért víztartóképesség-értékekre illesztett Brutsaertfüggvéy paramétereiből a háromparaméteres va Geuchte-függvéy paraméterei is meghatározhatók (2. ábra) (RAJKAI, 1984). Ez az eljárás lehetővé teszi a víztartóképesség-értékekre általába jobba illeszkedő Brutsaert-függvéy edvességforgalmi modellekbe törtéő felhaszálását. Becslési eljárások A TALAJTANoc becslési eljárásai égy csoportba sorolhatók (1. táblázat). A becslési eljárás kiválasztását és a talajra jellemző adatok megadását követőe,
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 29 1. táblázat A TALAJTANoc zárt alakkal megadott víztartóképesség-függvéy paramétereire, éháy víztartóképesség-értékre, hidraulikus vízvezető képességre, ill. térfogattömegre becslést adó eljárásai és a fejlesztésükhöz haszált adatbázisok (1) Adatbázis, ill. szerzők (2) Függvéy- (A), ill. Nedvességpoteciál-értékek (B), cm (3) Bemeő adatok 6. TAKI adatbázis (szikes talajok) RAJKAI et al. (1981) 7. UNODA adatbázis RITCHIE et al. (1999) 8. Elméleti megfotolások alapjá CAMPBELL (1974) 9. UNODA adatbázis ULEIMAN & RITCHIE (2001) 10. HYPRE adatbázis WÖTEN et al. (1999) 11. UNODA adatbázis RAWL (1983) 1; 2,5; 10; 31; 100; 200; 501; 2.512; 15.850; 1.585.000 0; 300; 15.850 C. Hidraulikus vízvezető képességre D. Térfogattömegre A. Víztartóképesség-függvéy paramétereire 1. TAKI adatbázis Θ a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, c) homok-, Θ = RAJKAI et al. (1981) 1+ iszap- és agyagfrakció TAKI adatbázis Θ a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, c) homok-, 2. Θ = RAJKAI et al. (2004) 1 1/ ( 1+ ) iszap- és agyagfrakció TAKI adatbázis Θ d) Aray-féle kötöttség, vagy 3. (új fejlesztés, ismertetés e cikkbe) ( 1+ ) frakció Θ = 1 1/ c) homok-, iszap- és agyag- 4. HYPRE adatbázis Θ Θ a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, c) homok-, r Θ = Θr + WÖTEN et al. (1999) 1 1/ ( 1+ ) iszap- és agyagfrakció B. Néháy víztartóképesség-értékre 5. TAKI adatbázis 1; 2,5; 10; 31; 100; 200; 501; a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, e) homok- és (em szikes talajok) 2.512; 15.850; 1.585.000 RAJKAI et al. (1981) agyagfrakció, f) iszapfrakciók a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, g) CaCO 3 - és sótartalom, h) Na Herke érték a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, e) homok- és agyagfrakció a) térfogattömeg, c) homok-, iszap- és agyagfrakció a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, c) homok-, iszap- és agyagfrakció a) térfogattömeg, b) szervesayag-tartalom, c) homok-, iszap- és agyagfrakció b) szervesayag-tartalom, e) homok- és agyagfrakció
30 FODOR RAJKAI a program a számításokat egyszerre akár 1000 darab talajmitára is képes elvégezi. A becsült paraméterértékek a talajra megadott adatok sorába, azok mellé íródak a táblázatba (3. ábra). 3. ábra A TALAJTANoc kezelőfelülete: A háromparaméteres va Geuchte-féle víztartóképesség-függvéy paramétereiek becslése a fizikai féleség alapjá Az 1. táblázat 3. számú eljárása új fejlesztés. egítségével a talaj Aray-féle kötöttségéek ismeretébe is becslést adhatuk a víztartóképesség-függvéy paramétereire. Becslőfüggvéyeiek meghatározásához az MTA TAKI 351 talajmitát tartalmazó adatbázisát haszáltuk. Az adatbázis talajai két kivételtől eltekitve öt fizikai féleség osztályba sorolhatók (4. ábra). Az egy osztályba tartozó talajok víztartóképesség-értékeire egyetle háromparaméteres átlag va Geuchte-függvéyt illesztettük a TALAJTANoc programmal (5. ábra). Az adott fizikai féleség osztályba tartozó talajok víztartó képességét ezzel az átlagfüggvéy -yel jellemeztük. A TALAJTANoc működését éháy példá mutatjuk be. Megvizsgáltuk, hogy RAWL (1983) amerikai (UDA) talajadatbáziso kidolgozott térfogattömeg-becslő eljárása milye potosságú becslést ad a TAKI adatbázisába szereplő talajokra. A becsült és a mért térfogattömegeket textúra-osztályokét
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 31 4. ábra A TAKI adatbázisáak 351 talajmitája a textúra háromszögbe (2 db homokos agyag) 5. ábra A TAKI adatbázisáak vályog fizikai féleség osztályba tartozó talajaiak összes víztartóképesség-értékére illesztett átlag va Geuchte-féle víztartóképesség-függvéy
32 FODOR RAJKAI hasolítottuk össze, és megállapítottuk a becslési eljárás átlagos hibáját, valamit a hiba jellegét (alul- vagy felülbecsült voltát). Megvizsgáltuk, hogy a Brutsaert- vagy a va Geuchte-függvéy írja-e le kisebb eltéréssel a talajok víztartó képességét. A TALAJTANoc segítségével a TAKI adatbázisáak talajaira meghatároztuk midkét függvéy átlagos víztartóképesség-becslési hibáját (AE). Megállapítottuk, hogy az esetek többségébe melyik függvéy illeszkedett potosabba a mért víztartóképesség-értékekre, illetve, hogy az illesztett függvéyek átlagosa milye hibával írják le a talajok mért víztartó képességét. A TALAJTANoc becslési eljárásait az eljárások kidolgozására haszált adatbázisoktól függetle talajokra alkalmaztuk aak érdekébe, hogy a program haszálhatóságát elleőrizzük. E célból egy kapuvári talajszelvéy (NÉMETH, 1996) feltalaj és altalaj mitáját haszáltuk. A miták adatait a 2. táblázatba foglaltuk össze. A mért és a becslési eljárásokkal kapott víztartóképesség-értékek átlagos hibáját is kiszámítottuk. A kapuvári talajszelvéy felső egy méteréből, öt külöböző mélységéből származó mita mért vízvezetőképesség-értékeit grafikook segítségével összehasolítottuk a külöböző becslési eljárásokkal kapott vízvezetőképesség-függvéyekkel. A vízvezetőképesség-függvéy hibája akkor tekithető elfogadhatóak, ha a függvéy a mért vízvezetőképesség-értéktől átlagosa legfeljebb egy agyságreddel tér el (FODOR & RAJKAI, 2004). Ilye mértékű eltérés ezzel az egyszerű vizuális összehasolítási módszerrel is megítélhető. Fotos megemlíteük, hogy a kapilláris vízvezető képesség mérési módszere (WIND, 1968) miatt a vízvezetőképesség-függvéy becsléshez haszált víztartóképességmérések em ugyaazoko a talajmitáko törtétek, mit a vízvezetőképességmérések. Csupá azt tudtuk biztosítai, hogy a mérésekhez haszált talajmiták ugyaabból a geetikai szitből származzaak. (1) Talajjellemző 2. táblázat A kapuvári ötéstalaj fotosabb talajtai adatai (3) Feltalaj (2) zit (4) Altalaj a) Mélység, cm 10 30 110 130 b) Térfogattömeg, g cm -3 1,24 1,30 c) zerves ayag, % 2,01 2,53 ph(h 2 O) 6,80 8,00 CaCO 3, % 0,04 2,44 d) Homok, % 19,27 38,70 e) Iszap, % 71,35 41,00 f) Agyag, % 9,38 20,30
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 33 Eredméyek (a szoftver alkalmazása) A TAKI adatbázisá kidolgozott, a fizikai talajféleség kategóriák átlag víztartóképesség-függvéyét becslő eljárással kapható va Geuchte-paramétereket a 3. táblázatba adjuk meg. 3. táblázat A szemcsefrakciók, illetve az Aray-féle kötöttség alapjá az egyes fizikai féleség osztályokra becsült va Geuchte víztartóképesség-függvéy paraméterek (1) Fizikai féleség (2) Mitaszám db Θ [cm 3 cm -3 ] α [cm -1 ] VVBH [cm 3 cm -3 ] a) Homok 30 0,412 0,025530 1,570 0,0289 ±0,0064 b) Homokos vályog 15 0,440 0,030176 1,287 0,0553 ±0,0030 c) Vályog 204 0,446 0,096090 1,229 0,0418 ±0,0041 d) Agyagos vályog 76 0,442 0,006309 1,173 0,0309 ±0,0034 e) Agyag 24 0,483 0,000632 1,238 0,0367 ±0,0070 VVBH: várható víztartóképesség-becslési hiba, (α = 0,01) RAWL (1983) a talaj térfogattömegét a szemcsefrakció-érték és a humusztartalom alapjá becslő eljárása a TAKI adatbázisáak talajaira a térfogattömeget 13±1,3%-os (α = 0,01) átlagos eltéréssel becsülte. Az eljárás az esetek túlyomó többségébe a mért térfogattömeget alábecsülte. A becslés potossága 4. táblázat A RAWL (1983) eljárásával becsült, illetve mért térfogattömeg-értékek eltérése a TAKI adatbázisá (1) Fizikai féleség (2) Miták száma (3) Átlagos eltérés (3) Átlagos eltérés (4) Átlagos előjeles eltérés db g cm -3 % g cm -3 száma, db a) Mide talaj 351 0,16 13-0,125 67 279 b) Homok 30 0,06 4 0,003 15 15 c) Homokos vályog 15 0,07 5 0,053 12 3 d) Vályog 204 0,19 15-0,158 23 180 e) Agyagos vályog 76 0,18 14-0,153 8 65 f) Agyag 24 0,13 9-0,029 7 16 (5) Fölébecslések (6) Alábecslések
34 FODOR RAJKAI függött a fizikai féleségtől is. A legkisebb, illetve legagyobb becslési hibát homok-, illetve vályog talajok esetébe kaptuk (4. táblázat). A Brutsaert-függvéy az esetek több mit 75%-ába jobba illeszkedett a mért víztartóképesség-értékekre, mit a va Geuchte-függvéy. A Brutsaertfüggvéy összes talajra voatkozó átlagos hibája midössze 63%-a volt a háromparaméteres va Geuchte-függvéy átlagos hibájáak. A va Geuchtefüggvéy elsősorba a durvább mechaikai összetételű talajok víztartóképesség-értékeire illeszkedett jobba. A vizsgálat alapjá a Brutsaert-, illetve a három- és égyparaméteres va Geuchte-függvéy átlagos illeszkedési hibájáak várható értéke 0,80±0,07 cm 3 cm -3 (α = 0,01), ill. 1,26±0,08 cm 3 cm -3 (α = 0,01) és 1,23±0,08 cm 3 cm -3 (α = 0,01). Az, hogy a három-, illetve égypara- 5. táblázat A kapuvári ötéstalaj mért és becsült víztartóképesség-értékei (1) (2) (3) A becslési eljárás sorszáma az 1. táblázat alapjá Nedvesség- Mért 1. 2. 3. 4. 5. poteciál [cm] (4) Víztartó képesség [cm 3 cm -3 ] A. Feltalaj 1,0 0,503 0,556 0,555 0,449 0,475 0,535 2,5 0,497 0,546 0,552 0,448 0,474 0,508 10,0 0,479 0,520 0,532 0,443 0,466 0,483 31,6 0,465 0,481 0,481 0,426 0,438 0,438 100,0 0,426 0,419 0,393 0,386 0,369 0,412 199,5 0,403 0,371 0,336 0,350 0,314 0,379 501,2 0,363 0,298 0,267 0,298 0,242 0,295 2512 0,209 0,173 0,176 0,217 0,148 0,214 15849 0,120 0,074 0,109 0,149 0,083 0,128 1584893 0,022 0,006 0,033 0,058 0,019 0,015 AE 0,359 0,426 0,408 0,456 0,198 R 2 0,973 0,931 0,988 0,956 0,975 B. Altalaj 1,0 0,538 0,513 0,508 0,449 0,470 0,505 2,5 0,516 0,500 0,506 0,448 0,468 0,485 10,0 0,437 0,472 0,497 0,443 0,456 0,462 31,6 0,396 0,437 0,472 0,426 0,426 0,433 100,0 0,370 0,390 0,421 0,386 0,375 0,400 199,5 0,362 0,356 0,383 0,350 0,340 0,357 501,2 0,346 0,306 0,330 0,298 0,294 0,333 2512 0,238 0,214 0,250 0,217 0,225 0,263 15849 0,169 0,125 0,181 0,149 0,166 0,173 1584893 0,034 0,022 0,080 0,058 0,076 0,023 AE 0,262 0,334 0,332 0,302 0,213 R 2 0,971 0,949 0,940 0,953 0,974
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 35 méteres függvéy illeszkedési potossága között elhayagolható a külöbség alátámasztja azt a gyakra haszált feltételezést, miszerit a köyű és középkötött talajok miimális talajedvesség-tartalma (Θ r ) közelítőleg ulla (CAMP- BELL, 1974; RAJKAI, 1984; FODOR & RAJKAI, 2004). A kapuvári talajszelvéy mitáira az 1. táblázatba megadott becslési eljárások az 5. táblázatba közölt eredméyeket adták. Midkét talajmita esetébe RAJKAI és mukatársai (1981) potbecslése (5. számú becslési eljárás) bizoyult a legjobbak: 0,198, ill. 0,213 cm 3 cm -3 -es átlagos hibával. Ameyibe azoba a víztartóképesség-függvéy meghatározása a becslés célja, eze módszer hibáját a függvéyillesztés hibája megöveli. 6. ábra A kapuvári ötéstalaj szelvéy 5 szitjéek mért vízvezetőképesség-értékei (potok) és becsült vízvezetőképesség-függvéyek (voalak)
36 FODOR RAJKAI A kapuvári talajmiták mért vízvezetőképesség-értékeit és a becsült vízvezetőképesség-függvéyeket a 6. ábrá mutatjuk be. A 0 10 cm-es talajréteg mitáját kivéve a becslőmódszerek a mért vízvezetőképesség-értékeket felülbecslik. A 6. ábrá látható, hogy az illesztett Brutsaert-függvéy paramétereiből számított (RAJKAI, 1984), ill. a VAN GENUCHTEN (1980) módszerével kapott vízvezetőképesség-függvéyek közel azoos eltéréssel illeszkedek a mért vízvezetőképesség-értékekhez. A talaj edvességforgalmáak modellezésébe ezáltal a Brutsaert-függvéy is haszálhatóvá válik. Összefoglalás Az elmúlt évtizedekbe mérési adatbázisok felhaszálásával számos talajfizikai becslési eljárást dolgoztak ki. A TALAJTANoc 1.0 szoftvercsomagba hazai és külföldi fejlesztésű talajfizikai becslési eljárásokat építettük be. A program más Widows-os programokhoz hasolóa kezelhető. A becslési eljárásokba haszált adatok táblázatosa adhatók meg. A becslések, illetve a függvéyillesztések eredméyeit a program táblázatosa, illetve ábráko mutatja be. A programmal a mérési potokra hatféle víztartóképesség-függvéy és égyféle vízvezetőképesség-függvéy illeszthető. A TALAJTANoc további 11 becslési eljárást tartalmaz, amelyekkel egyszerűe megmérhető talajjellemzőkből további talajfizikai és vízgazdálkodási jellemzők (térfogattömeg, víztartó- és vízvezető képesség) határozhatók meg. A TAKI talajadatbázisá a TALAJTANoc segítségével kidolgoztuk egy új becslési eljárást, amely fizikai féleség kategóriákét a talaj víztartóképességfüggvéyét egyetle átlag va Geuchte-függvéyel adja meg. A TALAJTANoc-ba épített térfogattömeg-becslő eljárás (RAWL, 1983) a TAKI adatbázisáak talajaira 13±1,3%-os (α = 0,01) átlagos hibával becsülte a mért térfogattömeg értékét. A TALAJTANoc segítségével megmutattuk, hogy a Brutsaert-függvéy az esetek több mit 75%-ába jobba illeszkedett a TAKI adatbázisába található talajok mért víztartóképesség-értékeire, mit a va Geuchte-függvéy. A vizsgálat alapjá a Brutsaert-, ill. a három- és a égyparaméteres va Geuchte-függvéy átlagos illeszkedési hibájáak várható értéke 0,80±0,07 cm 3 cm -3 (α = 0,01), ill. 1,26±0,08 cm 3 cm -3 (α = 0,01) és 1,23±0,08 cm 3 cm -3 (α = 0,01). A TALAJTANoc becslési eljárásait az eljárások kidolgozására haszált adatbázistól függetle talajokra is alkalmaztuk aak érdekébe, hogy a program haszálhatóságát bemutassuk. A függetle kapuvári talajmiták (NÉMETH, 1996) víztartóképesség-értékéek becslésére a potbecslő eljárás (RAJKAI et al., 1981) bizoyult a legkisebb hibájúak. A mért víztartóképesség-értékekre illesztett Brutsaert-függvéy paramétereiből számított (RAJKAI, 1984), ill. a VAN
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 37 GENUCHTEN módszerével (1980) kapott vízvezetőképesség-függvéyek közel azoos eltéréssel illeszkedtek a mért vízvezetőképesség-értékekhez. A függetle talajmitákra kapott eredméyek is mutatják, hogy a program jól haszálható értékeket szolgáltat talajféleségek, tájelemek talajfizikai és vízgazdálkodási leírására, modellezésére. A taulmáy az OTKA (T038412, F046465) támogatásával készült. Kulcsszavak: talajfizikai becslő módszerek, szoftver Irodalom ACUTI, M. & DONATELLI, M., 2003. OILPAR 2.00: oftware to estimate soil hydrological parameters ad fuctios. Europea Joural of Agroomy. 18. 373 377. BROOK, R. H. & COREY, A. T., 1964. Hydraulic Properties of Porous Media. Hydrology Paper No. 3. Colorado t. Uiversity. Fort Collis BRUTAERT, W., 1966. Probability laws for pore size distributios. oil ci. 101. 85 92. CAMPBELL, G.., 1974. A simple method for determiig usaturated coductivity from moisture retetio data. oil ciece. 117. 311 314. CAMPBELL, G.., 1985. oil physics with BAIC. I: Trasport Models for oil Plat ystems. 53 54. Elsevier. New York. FODOR N., 2002. A edvességforgalom modellezése övéytermesztési modellekbe. Doktori (Ph.D.) értekezés. Debrecei Egyetem ATC. Debrece. FODOR N. & RAJKAI K., 2004. Talajfizikai tulajdoságok becslése és modellezésbe való alkalmazásuk. Agrokémia és Talajta. 53. 225 238. GARDNER, W. R., 1958. ome steady state solutios of the usaturated moisture flow equatio with applicatio to evaporatio from a water table. oil ci. 85. 228 232. GUPTA,. C. & LARON, W. E., 1979. Estimatig soil water retetio characteristics from particle size distributio, orgaic matter percet ad bulk desity. Water Resources Research. 15. 1633 1635. MARQUARDT, D. W., 1963. A algorithm for least-squares estimatio of oliear parameters. IAM J. Appl. Math. 11. 431 441. MUALEM, Y., 1976. A ew model for predictig the hydraulic coductivity of usaturated porous media. Water Resources Research. 12. 513 522. NÉMETH T., 1996. Talajaik szervesayag-tartalma és itrogéforgalma. MTA TAKI. Budapest. RAJKAI K., 1984. A talaj kapilláris vezetőképességéek számítása a pf-görbe alapjá. Agrokémia és Talajta. 33. 50 62. RAJKAI K., 2004. A víz meyisége, eloszlása és áramlása a talajba. MTA TAKI. Budapest. RAJKAI, K., KABO,. & VAN GENUCHTEN, M. TH., 2004. Estimatig the water retetio curve from soil properties: compariso of liear, oliear ad cocomitat variable methods. oil & Tillage Research. 79. 145 152.
38 FODOR RAJKAI RAJKAI K. et al., 1981. pf-görbék számítása a talaj mechaikai összetétele és térfogattömege alapjá. Agrokémia és Talajta. 30. 409 438. RAWL, W. J., 1983. Estimatig soil bulk desity from particle size aalysis ad orgaic matter cotet. oil ci. 135. 123 125. RITCHIE, J. T., GERAKI, A. & ULEIMAN, A., 1999. imple model to estimate fieldmeasured soil water limits. Trasactios of the AAE. 42. 1609 1614. ULEIMAN, A. A. & RITCHIE., J. T., 2001. Estimatig saturated hydraulic coductivity from soil porosity. Trasactios of the AAE. 44. 235 239. VAN GENUCHTEN, M. TH., 1980. A closed form equatio for predictig the hydraulic coductivity of usaturated soils. oil ci. oc. Am. J. 44. 892 898. VAN GENUCHTEN, M. TH., LEIJ, F. J. & YATE,. R., 1991. The RETC Code for Quatifyig the Hydraulic Fuctios of Usaturated oils, Versio 1.0. EPA Report 600/2-91/065. U.. aliity Laboratory, UDA, AR. Riverside, CA. WIND, G. P., 1968. Capillary coductivity data estimated by a simple method. I: Water i the Usaturated Zoe. (Eds.: RIJTEMA, P. E. & WAINK, H.) Proc. Wageige ymposium, Jue 1966. Vol. 1. 181 191. IAH, Getbrugge/Uesco, Paris. WÖTEN, J. H. M. et al., 1999. Developmet ad use of dataset of hydraulic properties of Europea soils. Geoderma. 90. 169 185. Érkezett: 2005. március 21.
zámítógépes program a talajok fizikai és vízgazdálkodási jellemzőiek számítására 39 Computer Program (TALAJTANoc 1.0) for the Calculatio of the Physical ad Hydrophysical Properties of oils from Other oil Characteristics N. FODOR ad K. RAJKAI Research Istitute for oil ciece ad Agricultural Chemistry of the Hugaria Academy of cieces, Budapest ummary I recet decades, databases have bee used both i Hugary ad abroad to develop techiques for estimatig soil physical characteristics. A umber of these techiques have bee icorporated ito the TALAJTANoc 1.0 software package, which ca be hadled i a similar maer to other Widows-based programs. The data used for estimatio ca be give i tables, while the results of estimatios ad curve fittig are also illustrated i tables or figures. The program allows six fuctios describig water retetio ad four describig hydraulic coductivity to be fitted to the measured data. The TALAJTANoc package cotais 11 further estimatio procedures, with which other soil physical ad hydrophysical characteristics (bulk desity, water retetio, hydraulic coductivity) ca be determied from easily measured soil parameters. With the aid of the TALAJTANoc program a ew estimatio techique was developed usig the soil database of the Research Istitute for oil ciece ad Agricultural Chemistry (RIAC), which gives the water retetio curve of the soil as a sigle, mea va Geuchte fuctio for each soil texture category. The techique icorporated ito TALAJTANoc for estimatig bulk desity (RAWL, 1983) estimated the measured bulk desity values for the soils i the RIAC database with a mea error of 13±1.3% (α = 0.01). It was proved usig the TALAJTANoc program that i more tha 75% of the cases, the Brutsaert fuctio gave a better fit to the water retetio values of soils i the RIAC database tha the va Geuchte fuctio. The aalysis idicated that the mea fittig errors for the Brutsaert fuctio ad for the three- ad four-parameter va Geuchte fuctios could be expected to be 0.80±0.07 cm³ cm ³ (α = 0.01), 1.26 ±0.08 cm³ cm ³ (α = 0.01) ad 1.23 ±0.08 cm³ cm ³ (α = 0.01). The estimatio procedures i the TALAJTANoc program were also applied to soils other tha those i the database used to develop the procedures, i order to demostrate the usability of the program. Whe estimatig the water retetio of idepedet soil samples from Kapuvár (NÉMETH, 1996), the poit estimatio techique (RAJKAI et al., 1981) proved to have the smallest error. Hydraulic coductivity fuctios calculated from the parameters of the Brutsaert fuctio fitted to measured water retetio values (RAJKAI, 1984) or usig the method of VAN GENUCHTEN (1980) fitted to the measured hydraulic coductivity values with approximately the same deviatio. The results obtaied for idepedet soil samples illustrate the fact that the program provides useful values for the descriptio ad modellig of the soil physics ad water maagemet aspects of soil types ad lad-site compoets.
40 FODOR RAJKAI Table 1. Techiques applied i the TALAJTANoc program for estimatig the parameters of the closed form water retetio fuctio (A), certai water retetio values (B), the hydraulic coductivity (C) ad the bulk desity (D), ad the databases used to elaborate them. (1) Database ad authors. (2) Fuctio (A) or Moisture potetial values (B), cm. (3) Iput data. a) bulk desity; b) orgaic matter cotet; c) sad, silt ad clay fractios; d) upper limit of plasticity accordig to Aray; e) sad ad clay fractios; f) silt fractio; g) CaCO 3 ad salt cotet; h) Na (Herke) value. Table 2. Mai soil characteristics of the alluvial soil from Kapuvár. (1) oil parameter. a) Depth, cm; b) bulk desity, g cm ³; c) orgaic matter, %; d) sad, %; e) silt, %; f) clay, %. (2) Level. (3) Topsoil. (4) ubsoil. Table 3. Parameters of the va Geuchte water retetio fuctio estimated for various soil textures o the basis of particle fractios ad the upper limit of plasticity accordig to Aray. (1) oil texture. a) ad; b) sady loam; c) loam; d) clay loam; e) clay. (2) No. of samples. VVBH: expected estimatio error for water retetio (α = 0.01). Table 4. Deviatios i estimated (usig the procedure of RAWL, 1983) ad measured bulk desity values o the RIAC database. (1) oil texture. a) All soils; b) sad; c) sady loam; d) loam; e) clay loam; f) clay. (2) No. of samples. (3) Mea deviatio, g cm ³. (4) Mea siged deviatio, %. (5) No. of overestimatios. (6) No. of uderestimatios. Table 5. Measured ad estimated water retetio values for the alluvial soil from Kapuvár. (1) Moisture potetial, cm. (2) Measured. (3) Number of the estimatio techique accordig to Table 1. (4) Water retetio, cm³ cm ³. A. Topsoil. B. ubsoil. Fig. 1. User iterface of the TALAJTANoc program: data used for curve fittig ad the results of fittig. Fig. 2. User iterface of the TALAJTANoc program: Brutsaert fuctio fitted to the measured water retetio values ad the water retetio fuctio derived from it usig the method of RAJKAI (1984). Fig. 3. User iterface of the TALAJTANoc program: estimatio of the parameters of the three-parameter va Geuchte water retetio fuctio based o soil texture. Fig. 4. 351 soil samples from the RIAC database i the texture triagle (2 soils were sady clay). Leged (from top to bottom): sad; sady loam; loam; clay loam; clay. Fig. 5. Mea va Geuchte water retetio curve fitted to all the water retetio values of soils with loam texture i the RIAC database. Fig. 6. Measured water coductivity values (poits) ad estimated water coductivity fuctios (lies) for five profile layers of the alluvial soil from Kapuvár.