A Kukorica talajművelési rendszereinek hatása a talaj CO2- kibocsátására szántóföldi vizsgálatok alapján

Impact of the tillage systems of maize on the CO2 emission of soil on the basis of field examinations

Pappné Törő, Ágnes

Harsányi, Endre

Kerpely Kálmán Növénytermesztési, Kertészeti és Regionális Tudományok Doktori Iskola

DE--Mezőgazdaság- Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar -- Földhasznosítási, Műszaki és Precíziós Technológiai Intézet

DE--Mezőgazdaság- Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar -- Földhasznosítási, Műszaki és Precíziós Technológiai Intézet

2022-05-30T09:58:03Z

2022-05-30T09:58:03Z

2022

2022-06-14

szén-dioxid-kibocsátás

talajművelés

öntözés

talajhőmérséklet

carbon dioxide emission

soil cultivation

irrigation

soil temperature

soil moisture

talajnedvesség

Növénytermesztési és kertészeti tudományok

Agrártudományok

Kulcsszavak: szén-dioxid-kibocsátás, talajművelés, öntözés, talajhőmérséklet, talajnedvesség Absztrakt: A szén-dioxid-kibocsátás kérdése régóta foglalkoztatja a tudományos élet több szegmensét, így a mezőgazdaság is kiemelten foglalkozik a talajból kiáramló szén-dioxid mennyiségével, mérésének metódusával, csökkentésének lehetőségével. Korunkban a legnagyobb kihívások közé tartozik a termőterületek nagyságának csökkenése, a termőtalajok minőségi romlása, a vízkészletek csökkenése, valamint a Föld lakosságának drasztikus növekedése, amelyek mind szervesen érintik a mezőgazdaságot. Az fenntarthatóságot jelentősen befolyásolja a globális klímaváltozás. Kutatásomban a klímaváltozást befolyásoló tényezők közül egy kisebb szeletet választottam, a talaj szén-dioxid kibocsátásának vizsgálatát különböző talajművelési módok alkalmazása esetében. Vizsgálataim rávilágítanak arra, hogy hogyan tudunk egy fenntarthatóbb jövőt létrehozni azáltal, hogy kevesebbet bolygatjuk a talajt, valamint kisebb energia-befektetéssel műveljük azt. A vizsgálatokat a Debreceni Egyetem, Agrár Kutatóintézetek és Tangazdaság (AKIT) Debreceni Tangazdaság és Tájkutató Intézet Látóképi Kísérleti Telepén (É.sz. 47°33’ K.h. 21°27’) középkötött, mészlepedékes csernozjom talajon végeztük. A kísérletet 2018 májusában állítottuk be abból a célból, hogy megvizsgáljuk a tenyészidőszakban bekövetkező változásokat az őszi szántott, sávos és lazított területeken öntözött és öntözetlen kezelésekben. A statisztikai elemzéseket az R statisztikai környezetben RStudio grafikus felülettel, (gplots), (car) és (agricolae) csomagok segítségével végeztük el. A grafikonokat Ms Excel 2010 programmal készítettük el. A talajhőmérséklet illetve léghőmérséklet és a talajnedvesség valamint a szén-dioxid emisszió közötti összefüggést a tenyészidőszakban többszörös lineáris regresszió-analízissel modelleztük. Az egész évre viszont az O’Connell modellt használtuk. A méréseket TESTO 535 típusú mérőműszerrel végeztük el, amely egy infravörös abszorpciós elven működő, CO2-koncentrációt mérő műszer. A talajra helyezett, belső ventillációval ellátott, egyedi mérőhengerek egyforma méretűek voltak, egyenként 11,88*25 cm (átmérő*magasság) nagyságúak voltak, 2734 cm3 volt a térfogatuk egyenként. A mérések heti szinten zajlottak, a kora délelőtti órákban, valamint havonta egy nap vizsgáltuk a napi dinamika alakulását. A napi dinamika felvétele 24 órán belül négyszer történt, a kora reggeli órákban (6-7 óra), majd délelőtt (9-10 óra), a délutáni (12-13 óra), és az esti órákban (19-20 óra). A mintavételi időközöket 5 percben határoztuk meg, a korábbi mintavételi tapasztalatokra alapozva. A mintavételi pontokat minden parcellában véletlenszerűen helyeztük el, és süllyesztettük a hengereket a talajba 5 cm mélyen, ügyelve arra, hogy a legkevésbé legyen bolygatva a talaj az adott pontokon. Ezek a pontokat a sorközökben jelöltük ki, így a sávosan művelt terület mintavételi helyein egyáltalán nem történt talajművelés. Az szén-dioxid koncentráció értékeket ppm-ben (parts per million) adja meg a műszer. Az RStudio statisztikai rendszerben vizsgáltuk a szignifikáns különbségeket. A napi dinamika eredményeket hőmérsékleti szempontból összefoglalva elmondható, hogy az értékek a legtöbb esetben a reggeli óráktól az esti órákig folyamatosan emelkedtek az öntözött és öntözetlen területeken is, a legmagasabb értékeket este mértem, legtöbbször az őszi szántott területen. Összességében az őszi szántott terület értékei voltak a legmagasabbak, míg a lazított terület értékei a legalacsonyabbak. A sávos terület értékei a kettő közt helyezkedtek el, ritkán haladta meg a sávos terület értéke az őszi szántott terület maximumát. Az öntözetlen terület jobban felmelegedett az öntözött terület értékeinél. A napi dinamika adatainak külön-külön összevetettük a talajhőmérséklet és a talajnedvesség értékeivel. A többszörös lineáris regressziós analízis eredménye alapján elmondható, hogy az említett két tényező együttesen gyakorol hatást a kibocsátásra. 2018-ban közel 30%-ban, míg 2019-ben 9%-ban volt befolyásoló szerepük. A két magyarázó változós modell 2018-ban minden paraméterében igazolható volt, 2019-ben csak a talajhőmérsékleti értékek határozták meg a regressziós síkot. Az éves mennyiség előrejelzéséhez az órás értékeket a korábban már megbecsült szorzótényezővel szoroztuk meg. A mérések délelőtt történtek, ezért a 2018-ban megállapított 18-as szorzót alkalmaztam. Ez jó becslést biztosít a napi mennyiség közelítésére. Az éves dinamika megállapítása kapcsán a léghőmérsékleti adatokat és az emissziós értékeket vetettük egybe az O’Connell modell segítségével. 2018-ban a felállított modell jól illeszkedett a mért értékekre, 2019-ben a 20 °C feletti hőmérsékleti értékek fölött volt nagyobb eltérés. Kutatásaink rámutattak arra, hogy a szén-dioxid-kibocsátás vizsgálata - bár régóta vizsgált terület – sok kihívást rejt magában. A környezeti tényezők változékonysága, mint a talajnedvesség és a talajhőmérséklet, és az általunk eddig még nem vizsgált egyéb tényezők az értékeket nagymértékben befolyásolhatják, ezért szükséges olyan elméleti modell felállítása, amely a mért környezeti paraméterek alapján megbízhatóan meg tudja becsülni a kibocsátás mértékét. A tudományos színvonalú mérésekhez a jövőben érdemes a TESTO 535 készüléknél pontosabb berendezést használni. Az O’Connell modell a hőmérséklet és az emisszió közötti összefüggést jól leírja. Érdemes tovább fejleszteni, és a döntő mértékben ható környezeti tényezőket beépíteni a modellbe. A szántóföldi kísérletek megerősítették a hőmérséklet és a talajnedvesség szén-dioxid emissziót növelő hatását. A forgatásos művelésben magasabb nedvességet és hőmérsékletet mértünk, ezért a kibocsátási értékek is magasabbak voltak a sávos és lazításos talajműveléshez képest. A csökkentett menetszámú rendszerek így a talaj szervesanyag-készletét szignifikánsan lassabban oxidálják, kevesebb szén-dioxidot juttatnak a légkörbe. Ilyen szempontból környezetkímélő talajművelési rendszernek minősíthetők. Az öntözés a termésbiztonság és termésnövelés mellett a szén-dioxid kibocsátást is befolyásolja.

Key words: carbon dioxide emission, soil cultivation, irrigation, soil temperature, soil moisture Abstract: The issue of carbon dioxide emissions has long been of interest to many sectors of the scientific community, including agriculture, which is particularly concerned with the amount of carbon dioxide emitted from the soil, the method of measuring it and the possibility of reducing it. Today's major challenges include the reduction of arable land, the degradation of soils, the loss of water resources and the dramatic increase in the world's population, all of which have an intrinsic impact on agriculture. The sustainability is influenced by the global climate change. In my research I analysed a smaller part of the global changes as the emission of carbon dioxide of the soil in different tillage methods. My research enlightens how we can create a more sustainable future with less cultivation of the soil; meanwhile we invest less energy to cultivate it. The experiments were performed on medium-bound, calcareous chernozem soil at the Látókép Experimental Station of the Institutes for Agricultural Research and Educational Farm (AKIT) of the University of Debrecen (N 47 ° 33 'E 21 ° 27'). The experiment was set up in May 2018 in order to examine the changes during the growing season in irrigated and non-irrigated treatments in autumn ploughed, strip and ripped areas. The polyfactorial experiment is in a split-split-plot arrangement, with the main plots showing tillage and irrigation variants without repetition. The measurements were performed with a Testo 535 type measuring instrument, which is an CO2 measuring device concentration which operates based on the infrared absorption principle. The individual measuring cylinders placed on the ground and equipped with internal ventilation were of the same size, each measuring 11.88 * 25 cm (diameter * height), each having a volume of 2734 cm3. The measurements were performed on a weekly basis, in the early morning hours, and the development of the daily dynamics were examined one day a month. Daily dynamics were recorded four times within 24 hours, in the early morning hours (6-7 hours), then in the morning (9-10 hours), in the afternoon (12-13 hours), and in the evening hours (19-20 hours). Sampling intervals were determined in 5 min based on previous sampling experience. The sampling points were randomly placed in each plot and the cylinders were sunk into the soil to a depth of 5 cm, making sure that the soil was least disturbed at the given points. These points were marked in the row spacing, thus there was no tillage at all at the sampling sites of the strip tillage area. Upon completion of the measurements, the sampling cylinders were cleaned and vented, preparing them for re-measurement. The carbon dioxide concentration values are given in ppm (parts per million). Significant differences were examined/searched for in the RStudio statistical system. Summarizing the results of daily dynamics in terms of temperature, it can be said that in most cases the values increased continuously from morning to evening in both irrigated and non-irrigated areas, the highest values were measured in the evening, most often in the winter ploughed area. Overall, the values of the winter ploughed area were the highest, while the values of the ripped area were the lowest. The values of the strip tillage area were between the two, they rarely exceeded the maximum value of the winter ploughed area. The temperature values of the non-irrigated area were higher than the values of the irrigated area. The daily dynamics data were compared separately with soil temperature and soil moisture. The results of the multiple linear regression analysis show that these two factors have a combined effect on emissions, with almost 30% in 2018 and 9% in 2019. The model with two explanatory variables was valid in all its parameters in 2018, in 2019 only the soil temperature values determined the regression plane. To forecast the annual volume, the hourly values were multiplied by the multiplication factor already estimated. The measurements were taken in the morning, so the multiplier of 18 was used, which was established in 2018. This provides a good estimate to approximate the daily volume. To determine the annual dynamics, air temperature data and emission values were compared using the O'Connell model. In 2018, the model fitted the measured values well, with a larger deviation above 20 °C in 2019. The practical implementation of the presented research would help to improve soil life. That is why I deal with carbon dioxide emissions, examining the impact of tillage in order to address the possible factors influencing soil life within an area, and then project them into large-scale cultivation. Rethinking tillage methods has the potential to improve the above-mentioned soil life. In the future, for scientific measurements, it is recommended to use more accurate equipment than the TESTO 535. The O'Connell model describes the relationship between temperature and emission well. It is worth improving it further and incorporating environmental factors that have a decisive influence. It is essential to take into account soil moisture, soil looseness, air pressure and wind speed. Thus, reduced tillage systems oxidise soil organic matter significantly slower and release less carbon dioxide into the atmosphere. As such, they can be considered environmentally friendly tillage systems. Field experiments have confirmed the effect of temperature and soil moisture in increasing carbon dioxide emissions.

magyar

angol

PhD, doktori értekezés

application/pdf

application/pdf

application/pdf

141

application/pdf

application/pdf

application/pdf

http://hdl.handle.net/2437/333856