Agricultural science | Farming » Talajok vízgazdálkodása

Talajok vízgazdálkodása A talaj vízforgalmának jellemzői A vízháztartás típusát a talajszelvényre ható input és onput elemek számszerű értéke, értéke s egymáshoz viszonyított mennyisége (a vízmérlegek) alapján lehet megállapítani. Egy terület egyszerűsített vízmérlege a következő elemekből áll I. Vcs + (Vö) + Vtf + Vof = VEp + VTr + Vd + Vef  V. V Jelölések: Vcs=a légköri csapadék, csapadék Vö=az öntözővíz mennyisége, Vtv=a talajvízből j kapillárisan p felemelt víz térfogata, g , Vof=a felszíni oldalfolyás (a szomszédos területről odafolyt víz térfogata), VEp = az evaporációs vízveszteség, VTr= a taranszspirációs vízveszteség, Vd= a talajon átszivárgó víz (drénvíz) mennyisége mennyisége, Vef= a területről a felszínen elfolyt víz térfogata, V= a terület vízkészletének változása (csökkenése ( vagy növekedése). Egy terület egyszerűsített vízmérlege a következő

elemekből áll II. Adott talaj Ad l j vízmérlegét í é l é azonban b a lehullott l h ll csapadéknak, dék k az öntözővíznek és a falszínen elfolyt vízmennyiségének csak a beszivárgó g része,, az úgynevezett gy effektív mennyisége y g befolyásolja. Az effektív csapadék Vcs= (a lehullott csapadék) – (a növény levélzete által felfogott + a felületen elfolyt vízmennyisége) az effektív oldalfolyás Vof= (a felületen vízmennyisége), oldalfolyt) – (az ebből elfolyt + közvetlenül elpárolgott mennyiség). A talaj nedvességtartalmának változása (Vt) tehát egy – egy időszakban: Vt = (V’cs + (V’ö) + Vtv + V’of )– (VEp + VTr + Vd + Vef). input output A talaj vízforgalmának alaptípusai a) erős felszíni elfolyás típusa, típusa b) kilugozásos típusú vízforgalom, vízforgalom c) egyensúlyi típus, d) párolgató vízforgalmi típus A víz szerepét meghatározó tényezők • a talajnedvesség mennyisége,

tér‐ és időbeni eloszlása; • a talajnedvesség állapota (halmazállapot, energiaállapot); • a talajnedvesség kémiai összetétele (koncentráció, ionösszetétel); ); • a talajnedvesség mozgása (páramozgás; folyadékmozgás két‐ és háromfázisú talajrétegekben). két Vízgazdálkodási kategóriák • • • • Igen nagy víznyelésű és vízvezető képességű képességű, gyenge vízraktározó képességű, igen gyengén víztartó talajok. talajok Nagy víznyelésű és vízvezető képességű, kö közepes vízraktározó í ktá ó ké képességű, é ű gyengén é víztartó talajok. Jó víznyelésű és vízvezető képességű, jó vízraktározó képességű, jó víztartó talajok. Közepes víznyelésű és vízvezető képességű, nagy vízraktározó képességű, jó víztartó talajok. Vízgazdálkodási kategóriák • • • • • Közepes víznyelésű, gyenge vízvezető képességű, nagy vízraktározó

képességű, erősen víztartó talajok. Gyenge víznyelésű, igen gyenge vízvezető képességű, erősen víztartó, kedvezőtlen vízgazdálkodású talajok. Igen gyenge víznyelésű, szélsőségesen gyenge vízvezető képességű, igen erősen víztartó, igen kedvezőtlen, extrémen szélsőséges g vízgazdálkodású g talajok. Jó víznyelésű és vízvezető képességű, igen nagy vízraktározó és víztartó képességű talajok. Sekély termőrétegűség miatt szélsőséges vízgazdálkodású talajok. paraméterek • • • • • szabadföldi vízkapacitás (VKsz), holtvíztartalom (HV), ( ), hasznosítható vízkészlet (DV), a vízelnyelés sebessége (IR), a vízzel telített talaj hidraulikus vezetőképessége (K) A TALAJ VÍZHÁZTARTÁSI TÍPUSAI • • • • • • • • • • • Erős felszíni lefolyás típusa. Erős, lefelé irányuló vízmozgás típusa. Mérsékelt lefelé irányuló vízmozgás típusa. Egyensúlyi

vízmérleg típusa. „Áteresztő” típus. Felfelé irányuló vízmozgás típusa. Szélsőséges vízháztartás típusa. Sekély fedőréteg miatt szélsőséges vízháztartás típusa. Felszíni vízfolyások hatása alatt álló vízháztartás típusa. Rends eres felszíni Rendszeres fels íni ví vízborítás borítás típusa. típusa Erdőterületek. A TALAJ ANYAGFORGALMI TÍPUSAI • • • • • • Erős ő felszíni f l í lepusztulás l lá típusa. í ős kilúgzás úg ás ttípusa. pusa Erős Mérsékelt kilúgzás típusa. Talajszelvényben csapadéktöbblet miatt gj „pangóvíz” p g hatása alatt álló típus. p megjelenő Sekély termőréteg miatti szélsőséges nedvességviszonyok okozta szervesanyag szervesanyag‐ felhalmozódás típusa. Egyensúlyi típus. A TALAJ ANYAGFORGALMI TÍPUSAI • • • • • • • Talajvízhatás alatt álló típus. típus Erős karbonát‐felhalmozódás típusa. Mérsékelt só‐ és/vagy

kicserélhető Na+‐ p felhalmozódás típusa. Erős só‐ és/vagy kicserélhető Na+‐ felhalmozódás típusa típusa. Szervesanyag‐felhalmozódás típusa. Kismértékű anyagforgalom típusa. y által befolyásolt y Felszíni vízfolyások anyagforgalom típusa. Talaj nedvesség számítása I. 1. n: Nedvességtartalom g‐ban n= mn – msz mn: nedves talaj tömege (g) msz: száraz talaj tömege (g) 2. nt% : Nedvességtartalom tömegszázalékban mn – msz nt%= msz *100 3. ntf% : Nedvességtartalom térfogatszázalékban. ntf%= nt% *  Talaj nedvesség számítása II. 4. nmm/xcm = talajnedvesség mm‐be, x cm rétegvastagságú talajnál nmm/xcm = / x cm ntf% *10 5. nm /ha/xcm = A talajnedvesség m3 / ha, x cm g g g talajban. j rétegvastagságu 3 nm /ha/xcm = nmm/xcm * 10 /h / / 3 A pórusok víztelítettsége 1 1. nP% = RV : a pórusok víztelítettsége ntf% nP% = P% *100 = RV% P%= 2. ρm ‐ ρ ρm *100 RL : a pórusok relatív

levegőtartalma RL% = 100 ‐ RV Talaj nedvesség számítása II. Példa : A nedves talaj tömege szárítás előtt 84g, a szárítás után 72 g l tt A talaj lett. t l j térfogat té f t tömege tö 1 5 a nedvességtartalom 1,5; d é t t l számítást á ítá t a talaj felső 30 cm végezzük. Mennyi a talaj nedveségtartalma g‐ ban,, nt%‐ban. ntf%‐ban,, nmm‐be,, m3//ha‐ba? 1. n (g) n = mn – msz = 84 – 72 = 12 2 2. nt%% nt%= 3. ntf% n msz *100 = ntf% 16,5 5 * 1,5 1 5 = 25 f = nt% * ρ = 16 12 72 *100 = 16,7 Talaj nedvesség számítása II II. 4. nmm/30cm nmm/30cm= 5. 30 10 * ntf% = 30 10 *25 =75 nm3/ha/30cm / / nm3/ha/30cm = nmm/30cm * 10 = 75 10 = 750 A pórusok víztelítettségének számítása Példa : Mennyi a pórusok víztlítettsége, ha a ρm =2,6 térfogattömeg 1,5 g/cm3, a ntf% 25% 1. P% % P% = 2. nP% = RV% nP%= ρm – ρ ρ *100 ntf% P% *100 = 2,6 – 1,5 2,6 ,6 *100 = 42 = 25 42 * 100 = 59,5 3 3. RL% 4. RL%

= 100 – RV% = 100 – 59,5 = 40,5 Ap példában a p pórus víz : levegő g aránya y = 59,5 : 40,5 A pórus ideális víz levegő aránya = 70 : 30 Vízkapacitás 1. Szabadföldi (VKsz) 2 2. Maximális (VKmax) 3. Minimális (VKmin) VKsz  VKmin 4. Kapilláris (VKkap) (10 cm magas oszlopban) A hasznos‐ és holtvíztartalom a. b. Diszponibilis víz (DV) < 15 atm. (bar) (A diszponibilis víz a növények számára hasznosítható vízforma vízforma, < mint 15‐bar‐ral kötődik a talaj részecskékhez) Holtvíz (HV) > 15 atm. (bar) (A holtvíztartalom a növények számára felvehetetlen vízforma mivel 15 bárnál nagyobb erővel kötődik) DV max = VK – HV DVakt = npill – HV HV meghatározás: ‐ hervadási kísérlet ‐ acélfalu pF készülékkel (15 bar nyomás) ‐ hy – ból számítva HVt% = 4hy HVtf% = 4hy *  A víz megkötése és visszatartása a talajban talajban. A vízmolekulákra ható erők a szemcsék felületén (a)

és a kapillárisokban p ((b)) Jurin törvény 0,3 0,15 h (cm)= = , d r ahol 0,3 = 20 °C‐ra érvényes konstans; h = a vízoszlop magassága cm; d = a kapilláris átmérője, átmérője cm; r = a kapilláris sugara, sugara cm; 3000 1500 h (cm)= = d’ r’ ( d’ éés r’’ az átmérő, át é ő ill illetve t a sugár á m‐ben b megadva) d ) log h = pF = log 3000 – log d’ 3 477 3,477 A VKsz, a DV és a HV átlagértéke a különböző szemcseösszetételű talajokban Textura osztály VKsz HV 10 DV térfogat % 8 2 DV HV VK % %-ában ában 80 20 homok vályog ál 31 16 15 51 49 agyag 46 13 33 28 72 Nedvességeloszlás a talajvízzel érintkező kapilláris rendszerekben A.: a vízemelésben résztvevő kapillárisok; p ; B.: a talajok j nedvességtartalmának g változása; h = homok, v = vályog, a = agyag talaj Nedvességformák 1. 2. 3. Kötött víz a, Kémiailag kötött (kristályvíz) b, Fizikailag kötött ‐ erősen

kötött (kötőerő > 1200 bar) ‐ lazán kötött (< 0,2 0 2 m pórusokban; kötőerő > 15 bar) Kapilláris víz ( 0,2 – 10 m; 15 – 0,3 bar 0,306 0,153 Jurin: h= d ; h= r a, Támaszkodó b Függő b, c, Izolált Szabadvíz ( > 10 m) a, Kapilláris – gravitációs ( 10 ‐ 50 m ; 0,3 – 0,05 bar) b, Garavitációs ( > 50m) c Vízgőz c, d, Talajvíz A pórusméret, a kötőerők és a víz mozgékonysága közötti összefüggés Pórus megnevezése g adszorpciós d ió pórusok ó k Kötőerő Pórusátmérő m atm Vízoszlop cm pF < 0,2 02 > 15 >15000 15000 > 4,2 42 A vízforma minősítése HV 2,5 – 4,2 DV VK kapilláris pórusok 10 – 0,2 0,3 – 15 300 - 15000 kapilláris gravitációs pórusok 50 – 10 0,05 – 0,3 50 – 300 1,8 – 2,5 lassan szivárgó víz gravitációs pórusok > 50 < 0,05 0 05 < 50 < 1,8 18 gyorsan szivárgó víz Beázási profilok A

nedvességg eloszlás a talajj p profilban 1 eredeti nedvesség, 2= 1=eredeti 2 közvetlenül a vízgazdálkodás megszüntetése után, 3=a víz kiegyenlítődése (24 óra múlva) 4= 3nap múlva; A = vályog; B= homokos vályogtalaj 120 1,8 100 1,5 80 1,2 I=k*m 60 0,9 40 0,6 V = k * m tm-1 20 0 0 60 120 180 240 V, mm m/perc I,  mm A beszivárgási g sebességg és az összesen beszivárgott g víz mennyiségének időbeli változása 0,3 300 0 360 t, perc A Kosztjakov – egyenletben szereplő k és m grafikus meghatározása log I 1 Y X = tg t m log k 0 0 1 l t log A pF fogalma A szívóerő mértékegysége gy g : atmoszféra, bar, kilopascal p ((kPa)) vagy vízoszlop cm lehet: 1 atmoszféra = 760 Hg mm = 1036 vízoszlop cm  101 kPa A log h (víz cm) egységeket: ‐ Schofield nyomán – pF‐értékeknek nevezzük. Ennek megfelelően (log h = pF), pF) azaz 0,001 atm. = 1 cm (100 cm) vízoszlop = 0 pF 0,01 , atm. = 101 cm

vízoszlop p =1p pF 0,1 atm. = 102 cm vízoszlop = 2 pF vízoszlop = 3 pF 1,0 atm. =102 cm 10 atm. =103 cm vízoszlop = 4 pF 10000 atm. =107 cm) vízoszlop = 7 pF pF = log h = log 300 – log d’ = 3,477 – log d’ A homok‐, vályog‐ és agyagtalajokra jellemző pF ‐ görbék A ttalaj l j llevegőgazdálkodása ő dálk dá II. Ha a talaj kiszárad: ‐ nő a levegőtartalma ‐ nedvesedéskor csökken növények ‐ igénylik a levegőt oxidációs idá ió – redukciós d k ió viszony i (ill (illetve f l folyamatok) k) A levegő gazdálkodást á á befolyásolja: f á ‐ a VK‐ig telített talaj levegőtartalma ‐ a talajlevegő összetétele ‐ a levegő és a talaj kölcsönhatása A talaj levegőgazdálkodása II. Levegőellátottság jellemzője: nP% RL 100 - P% *100 RL=100 30:70 = levegő:víz homok – vályog pórustérben 25 – 40% agyagnál 5 – 15% mechanikai h ik i ö összetétel é l – szerkezet k Szerkezetjavítás : altalajjavítás,

mélyművelés A levegő összetétele: összetétele eltér a légköri levegőétől. levegőétől CO2 elérheti a 8 –10% O2 lecsökkenhet néhány %‐ra % ra Növényzet, hőmérséklet, légnyomás,légáramlás, gázdiffuzió 4000 m3/ha CO2 egy év alatt!!!! Adszorbeálódhat a kolloidokon, elnyelheti a nedvesség. Redoxi folyamatok a talajban I. I 1. 2 2. 3. Oxi‐redukációs folyamatok y oxi1 + red2  red1 + oxi2 2 + S0 + 6H O 2Fe(OH) ( )3 + H2S + 4H+  2Fe2+ 2 oxidációs szám: (+3) (‐2) (+2) (0) R d i t iál (Eh) NERNST egyenlet Redoxipotenciál l t 0,059 [oxi] 0 Eh=En + log n [red] A talajok redoxipotenciálját befolyásolja ‐ levegőellátottsága g g ‐ nedvességtartalma ‐ szemcseösszetétele ‐ pH értéke é ék Redoxi folyamatok a talajban II. Értéke a talaj felső rétegében 100‐600 mV között változhat, évszakonként és rövidebb időszakon belül A talaj átnedvesedésekor csökken, száradása során növekszik a

redoxipotenciál. E pH Egy H egység é változásával ált á á l 55 55‐65 65 mV‐tal V t l változik ált ik a redoxipotenciál. d i t iál A pH csökkenése növeli a rendszer (Eh) értékét. Eh (milli volt) rH= + 2pH 28,9 rH: a redoxirendszerben lévő hidrogéngáz g g p parciális nyomásának y negatív logaritmusa 1 atmoszféra tiszta hidrogén gáz rH értéke:0 1 atmoszféra tiszta oxigén gáz rH értéke: 41 A talajban: ha az rH<15 a redukciós folyamatok dominálnak ha az rH>25 az oxidációs folyamatok dominálnak A redoxi rendszerek stabilitása a talajban A redoxi d i folyamatokban f l kb részt é vevő ő élő szervezetekk és a folyamatok redoxipotenciál ‐ tartománya Redoxipár Oxidált forma redukált forma Folyamat Eh, mV A talajban lévő szervezetek O2 +e- H2O aerob légzés 600-400 Növényi gyökerek, aerob mikroszervezetek, állatok NO3- +e- N2, N2O denitrifikáció 500-200 Pseudomonas Mn4+ +e- Mn2+ mangánredukció

250 100 Bacillus stb 250-100 stb. szerves anyag +e- szerves sav erjedés 200-0 Clostridium stb. Fe3+ +e- Fe2+ vasredukció 200-100 Pseudomonas NO3- +e- NH3 disszimiláció, nirtátrukció 100-150 Acromobacter SO42- +e- H2S szulfátredukció CO2 +e- CH4 metánképződés 0-200 Desulfovibrio 150-280 Metanobaktérium Redoxpotenciál – változások a talajban A talaj hőmérséklete és hőgazdálkodása I. I KH= Q*L t*F KH= hővezető képesség ( J * cm‐2 °C‐1 s‐1) Q = Az időegység alatt elmozduló hőmennyiség (J * s‐11) L= rétegvastagság (cm) t = időegység alatti hőmérséklet változás (°C * s‐11) Hővezető képesség szilárd ilá d rész é 0 016 (J*cm 0,016 (J* ‐11 °C‐11s * ‐11) víz 0,4 l levegő ő 0 0002 0,0002 A talajj hőmérséklete és hőgazdálkodása g II. Hőkapacitás p (K) ( ) A fajhő függvénye K=f* Néhány anyag fajhője és hőkapacitása anyag fajhő (J *g‐11 °C‐11) víz 4 4

levegő 1 homok 0,84 agyag 0 92 0,92 humusz 1,70 jég 2,10 hőkapacitás (J/ ‐33 °C‐11) (J/cm 0,0012 0 0012 2,18 25 2,5 2,72 1,88 A talaj hőmérséklete és hőgazdálkodása III. III Melegítőhatás KH (hővezető képesség) K (hőkapacitás) a= mértékegység : cm2 * s‐1 A száraz és a sok nedvességet tartalmazó talaj hővezető ké képessége é kkicsi A legnagyobb hővezető képessége a közepesen nedves talajnak van. A talaj tápanyagforgalma Mobilizáció (mállás, mineralizáció, oldódás) adszorbeált 1 1. Tápanyag tartalom Tápanyag pótlás trágyázás csapadék mikrobiális N‐kötés 2. 5. 6. 3. 4. oldható Immobilizáció (kémiai kötés, biológiai felhalmozás oldhatatlan vegyületet képez) Tápanyag csökkentés tápanyag felvétel kilugzás, erózió defláció denitrifikáció A nitrogén körforgalom II. NH3 fixált NH4+ H+ +O2 adszorp. NH4+ lemoosódás Cserél‐ h ő H4+ hető N2 NO2 - +O2 beépülés b

é lé szerves anyagba beépülés mikroorganizmusokba NO3‐ Kilugzzás Növények denitroofikációó Nitrogén körforgalom II II. Ásványi foszforvegyületek 1. Apatitok ‐ Ca5(PO4)3 OH ‐ Ca5(PO4)3 F ‐ Caa5((PO O4)3 Cl 2. Kálcium foszfátok ‐ Ca3(PO4)2 (TCF) ‐ CaHPO4 (DCF) ‐ Ca(H2PO4)2 (MCP) ‐ Ca4H(PO4)3 * 2,5 H2O ‐ Ca8H2(PO4)6 * 5 H2O 3. Vas és aluminium foszfátok ‐ Variscit ‐ Sterngit Trikálcium ‐ foszfát Dikálcium – foszfát Monokálcium – foszfát Oktakálcium - foszfát AlPO4 * 2H2O FePO4 * 2H2O A talaj kémhatása (pH) A kálium körforgalom Pórustérváltozások a talajban j Víztartalom szívóerőben, bár