Az időjárást nagyon sok minden befolyásolja – ezért is olyan nehéz előre jelezni. De vajon megváltoztatja-e a helyi időjárást például az, hogy milyen a terület mezőgazdasági hasznosítása? Rajkai Kálmán a Magyar Tudományos Akadémia Agrártudományi Kutatóközpont Talajtani és Agrokémiai Intézetében dolgozik immár negyven éve. A talajról, a talaj szemcseösszetételéről, az időjárásról és a növények vízfelvételéről kérdeztük.
– Milyen főbb kutatási területeken dolgozik?
– A talajok fizikai jellemzőinek kutatási területén munkálkodom. Fő kérdéskörként a talaj vízgazdálkodásával, szemcseösszetételével és a talajban tárolt és szivárgó vízmennyiség kapcsolatrendszerével foglalkozom.
– Egyes kutatásainak időjárási vonatkozásai is vannak. Milyen szerepe van a talajnak az időjárásban?
– Az ELTE Meteorológiai Tanszékével együttműködésben végzett OTKA-kutatás kiinduló hipotézise szerint a talaj bizonyos időjárási helyzetekben, így a nyári meleg, úgynevezett anticiklonális időszakokban hat az időjárás alakulására. A talajban tárolt víz párolgása és a növények általi párologtatása ilyenkor a felhőképződés vízforrása. A talaj fölötti levegő hő- és vízgőzszállítás-intenzitása pedig a zivatarfrontok vonulását befolyásolhatja. A felszín közeli levegőbe jutó vízpára a planetáris határréteg-magasság (PHR) fölötti légtérbe kerülve lehűl és megindul a felhőképződés.
– Mit jelent a planetáris határréteg kifejezés, és hogyan hozzák kapcsolatba a talajokkal?
– A kifejezés a légréteg azon kitüntetett helyére utal, amelyben a földfelszín hatása a felmelegedése következtében generált turbulens átkeveredés miatt jelentős. E réteg tetején gomolyfelhők is képződhetnek.
– A talaj nedvessége vajon befolyásolja ennek a határrétegnek a kialakulását?
– Igen, hiszen a talaj és a talaj fölötti levegő hőmérsékletét a talaj nedvességtartalma befolyásolja. A kis nedvességtartalmú, azaz száraz talaj fölött a felmelegedett és kevés vízpárát szállító levegő a nyári meleg napokon 2000-2500 méter magasságú PHR-t eredményez. A talaj felmelegedése a szemcseösszetételtől is függ. A homoktalajok általában szárazak, mert nem tartják meg a vizet, és ezért gyorsan átmelegszenek. Intenzív felettük a hőtranszport, azaz a meleg levegő feláramlása, tehát felettük a PHR akár néhány száz méterrel magasabb, mint a több nedvességet tárolni képes vályog-, illetve agyagszemcse-összetételű talajok felett.
– A földhasználat is befolyásolja a lokális (azaz helyszíni) időjárást. Ezzel kapcsolatban mire jutottak?
– Erre nézve csupán előkísérleteink vannak, mert erre a következő OTKA-kutatás keretében szeretnénk választ találni. Modellkísérletben a hazai mezőgazdasági területet szántónak, gyepnek és erdőnek véve jelentős különbséget kapunk a planetáris határréteg-magasságra, illetve a felhőképződésre. Ezek azonban csupán modellkísérletek voltak, és nem tudjuk, hogy az alföldi területen a különböző földhasználati módok megoszlása hogyan hatna a PHR-magasságra és a meleg nyári napokon a nyári záporok kialakulására.
– Milyen módszerek léteznek a talaj szemcseösszetételének a vizsgálatára napjainkban?
– A hagyományos módszer az úgynevezett ülepítéses vagy pipettás módszer, amely a Stokes-törvényen alapul. Jelenleg ezt rögzíti a magyar szabvány. Ennek a vizsgálati módszernek nagy az idő- és munkaigénye, és ennek megfelelően az ára is magas: egyetlen minta laboratóriumi elemzése 6000-7000 Ft-ba kerül. Az új, a gyógyszeriparban poranalitikára kifejlesztett úgynevezett lézerdiffrakciós módszerrel a meghatározás fél-egy órán belül elvégezhető, kis anyagmennyiséggel, akár nagy ismétlésszámmal, tehát megfelelően kontrollálható módon. Az jelenti a problémát, hogy a két módszer más-más szemcseeloszlást állapít meg. Jelenleg nemzetközi viszonylatban is abban az irányban folynak a kutatások, hogyan lehet a két – a hagyományos és az új – módszer eredményeit összekapcsolni, összehasonlítani, illetve milyen mérési szabvány dolgozható ki az új eljárásra.
– Milyen a különböző talajok jellemző részecskemérete?
– A talajok fizikai féleségét, vagy textúráját jellemzik a különböző szemcse-eloszlásokkal, szemcseméret-tartományokkal. A homok textúrájú talajokban az úgynevezett durva, tehát nagyméretű szemcsék mennyisége a domináns. Ez azt jelenti, hogy az 5 századmilliméternél nagyobb méretű részecskék mennyisége 80-90% is lehet az alföldi, vagy a nyírségi homokterületeken. Ugyanakkor a jó mezőgazdasági területek, az úgynevezett mezőségi, vagy csernozjom talajaira a vályog-szemcseösszetétel (textúra) a jellemző. Itt az agyag mennyisége 20-35% közötti, míg a porfrakció, azaz a vályog a szemcsefrakciók legalább 50%-át adja. A homokfrakció mennyisége 10-15%-nál általában nem több. Az agyag textúrájú talajok esetében az agyag méretű szemcsemennyiség a 35-40%-ot is meghaladja, a többi a porfrakcióba tartozik, és a homokfrakció mennyisége kevés.
– Mi az a fraktál? Hogyan alkalmazzák a talajtanban?
– A fraktál matematikai fogalom, aminek egyik alkalmazása lehetséges a talajalkotó szilárd szemcsék és a közöttük levő pórusok méret szerinti eloszlására. A talajok 7 szemcseméret-frakcióból álló szemcseeloszlása térbeli geometriai modellel írható le. A modell a kis mérettől (0,001 mm) a 2 mm élhosszúságig növekvő méretű térfogatban mért szemcsemennyiséget hatványfüggvénnyel írja le. A függvény hatványkitevője a fraktáldimenzió (FD). A térbeli geometriai modellből következően FD-értéke 2 és 3 közötti. A sok kolloidméretű szemcsét tartalmazó agyagtalajok FD-értéke közel esik a 3-hoz, míg a nagyméretű szemcsék mennyiségének növekedési arányában az FD-érték csökken. Az FD aktuális jelentőségét a talajok úgynevezett lézerdiffrakciós módszerrel meghatározott szemcseeloszlása adja. Az új módszerű eljárás ugyanis körülbelül 100 szemcseméretből álló eloszlást szolgáltat. A hagyományos és lézeres mérési eljárás jelentősen különböző szemcseméret-eloszlást mutat, amelyeket FD-értékük egyértelműen jelez. Különösen jelentős ezért a hagyományos és a nagyszámú lézeres szemcseméret-eloszlások helyettesítése a fraktáldimenzióval. Eddigi tapasztalatunk szerint a talajok szemcseeloszlásának FD-értéke érzékenyen mutatja a mérési módszerelemek hatását és egyszerűsíti a talajok összehasonlítását szemcseméret-eloszlásuk alapján.
– Kutatásai során gyökérkapacitással is foglalkozott. Mit érdemes tudni erről a paraméterről? Hogyan lehet mérni?
– A látszólag jelentősen eltérő témakört az a körülmény kapcsolja a talaj vízgazdálkodásához, hogy a növények a talajpórusokban tárolt vizet gyökérzetükön keresztül veszik fel. A talajban gyökerező növény gyökerének elektromos kapacitása (EC) impedancia-mérő műszerrel mérhető meg. Bizonyított az EC, a gyökértömeg és a gyökérhossz kapcsolata. Eredetileg az EC-t egyetlen frekvencián mérték, a frekvenciaspektrum felvétele a mi kezdeményezésünk volt. Kontrollált körülmények között nevelt növényeken bizonyítottuk, hogy a növény sebzése nélkül mért EC alkalmas a növényfejlődést befolyásoló külső tényezők, például peszticidhatás és mikorhizagomba-szimbiózis kimutatására is. A jövőben az EC-méréseket a növények talajkörnyezeti és élettani jellemzőivel tervezzük összefüggésbe hozni.
BAJOMI BÁLINT
OTKA K 91052
PUB-I 113574
2014/39
