KÍSÉRLETBEN
CZELLÉR Krisztina1 – TUBA Géza1 – KOVÁCS Györgyi1 – SINKA Lúcia2 – ZSEMBELI József1– PERCZE Attila3
1 Debreceni Egyetem, Agrár Kutatóintézetek és Tangazdaság, Karcagi Kutatóintézet, 5300 Karcag, Kisújszállási út 166., czellerk@agr.unideb.hu
2 Debreceni Egyetem, Mezőgazdaság-, Élelmiszertudományi és Környezetgazdálkodási Kar, 4032 Debrecen, Böszörményi út 138., sinkalucia@agr.unideb.hu
3 Szent István Egyetem, Mezőgazdaság- és Környezettudományi Kar, 2100 Gödöllő, Péter Károly u. 1., percze.attila@mkk.szie.hu
Bevezetés
A növénytermesztés szempontjából a víz alapvető jelentőségű, ugyanis a növények működéséhez szükséges tápanyagok vízben oldott állapotban jutnak el hozzájuk és a fotoszintézis folyamatának is alapvető eleme (Láng, 2007). Emiatt a növényeknek a teljes vegetációs periódusuk során szükségük van vízre. A növények számára szükséges víz fő forrása a természetes csapadék, mely a talaj felső rétegében tárolódik és onnan kerül felvételre a növények által, azonban ez a vízmennyiség az időjárás szeszélye szerinti adagokban (nagy csapadékok mellett hosszan tartó aszályos időszakok) és időeloszlásban érkezik (téli csapadék növekedése, nyári csökkenése) (Ledér, 2016). A mezőgazdasági időjárási kockázatok csökkentésének, a biztonságos élelmiszertermelés elősegítésének egyik alternatívája az öntözéses termesztés, mely biztonságosabbá és intenzívebbé teszi a termelést.
A kínai nád (Miscanthus giganteus) egy nagy biomassza-potenciállal rendelkező, alacsony tápanyagigényű, a faggyal szemben ellenálló, magas szénmegkötő képességű, évelő fűféle (Fogarassy, 2001). Sokáig egy helyben termeszthető, az ültetvények élettartama akár 15-25 év is lehet. A talajra nem igényes, hozamát elsősorban a vízellátottság és a hőmérséklet befolyásolja (Percze, 2010). Évente egy alkalommal aratják, kora tavasszal, mikor a nedvességtartalma lecsökken és ezáltal kedvező tüzeléstechnikai tulajdonságokkal bír.
Napjainkban a biomassza alapú energiatermelés fejlesztése egyre inkább előtérbe kerül az Európai Unióban és hazánkban is. Az Európai Parlament és a Tanács 2009/28/EK irányelve 2020-ra közösségi szinten a teljes energiatermelésben 20%-os megújuló arány elérését tűzte ki célul. Magyarország 2020-ra 14,65%-os zöldenergia-arányt vállalt a teljes energiatermelésen belül a Megújuló Energia Hasznosítási Cselekvési Tervben (Fodor, 2013). Ennek megvalósításában a fás tüzelőanyagok mellett jelentős szerepe van a lágyszárú energianövényeknek – köztük a kínai nádnak – is.
49 Anyag és módszer
Kutatásunk fő célja az volt, hogy meghatározzuk a vízellátás és a vízfelhasználás arányának hatását a növények fejlődésére, illetve a vízfelhasználási hatékonyságra.
Ehhez a Debreceni Egyetem Agrár Kutatóintézetek és Tangazdaság Karcagi Kutatóintézetének (DE AKIT KKI) Liziméter Állomásán lévő súlylizémétereket használtuk, melyekből háromba telepítettünk kínai nádat (1. ábra).
1. ábra: Miscanthus giaganteus májusban, júniusban, júliusban és augusztusban Figure 1: Miscanthus giganteus in the lysimeters in May, June, July and August
A súlyliziméterek felülete 1,7 m2, mélysége 1 m. A műanyag falú liziméterek mindegyike elektronikus mérlegen nyugszik, melyek ±300 kg-os méréstartományban mérik az egységek tömegváltozását 0,1 kg pontossággal (ami egyenértékű 0,06 mm vízmagassággal). A mérlegek számítógép által vezéreltek, a mérésgyakoriság 10 perc. A liziméter egységek alján távozó drénvizet rendszeres időközönként gyűjtjük, mennyiségileg meghatározzuk. A csapadék adatokat a DE AKIT KKI területén található meteorológiai állomás 10 perces mérésgyakorisággal rögzített adatai alapján határoztuk meg.
Az egyszerűsített vízháztartási mérleg lényege, hogy a mérleg egyéb komponenseinek ismeretében a párolgás kiszámítható. A súlyliziméterekkel történő mérések során is ezt az egyszerűsített vízmérleget alkalmazzuk, mely egy adott talajoszlopra vonatkoztatva a következőképpen néz ki:
CS + Ö = G + VM + P
ahol CS = csapadék (mm), Ö = öntözővíz (mm), G = gravitációs víz (mm), VM = nedvességtartalom változása (mm), P = párolgás (mm).
A liziméterek esetében az egyszerűsített vízháztartási mérleg minden eleme ismert, mérhető (csapadékmennyiség, öntözővíz mennyisége, gravitációs víz mennyisége, a nedvességtartalom változása, ami a tömegváltozás), kivéve a párolgást. Az egyenletet átrendezve kiszámolható a párolgás mértéke:
P = CS + Ö – G – Tv
50
A vízhasznosítási indexet (VHI) a teljes vízinput (TVI) és az evapotranszspiráció (ET) hányadosával fejezhetjük ki az alábbi módon: ET/TVI*100 (%). Ez az index jellemzi azt, hogy a növény vízellátása elégséges volt-e, mely esetben az index 100% vagy az alatti. Ellenkező esetben a növény a talaj vízkészletét csökkentette (Zsembeli et al., 2011).
Eredmények és értékelésük
A három vizsgált liziméter talaját különböző vízdózisokkal öntöztük: 10, 15 és 20 l/hét (5,88, 8,82 és 11,76 mm). A kísérlet 2017-ben indult, az előbetakarítást 2018 áprilisában végeztük el. Jelen cikkben a májustól augusztusig tartó időszakra vonatkozóan mutatjuk be a kínai nád vízfelhasználását.
Május elején már a 1,5 métert is meghaladta a nádak magassága (2. ábra), legalacsonyabbra a legkisebb öntözővíz mennyiséget kapó liziméterben lévő nőtt (160 cm). Mindhárom liziméter esetében erősen negatív vízmérleg volt jellemző (1. táblázat).
A vizsgált időszakban ekkor volt a legintenzívebb a párolgás, azonban a kezelések közötti különbségek elhanyagolhatók (2, illetve 7%). A vízfelhasználási indexek tekintetében 200% feletti értékeket kaptunk, tehát nemcsak a liziméterbe bekerülő összes vízmennyiség párolgott el, hanem a talaj vízkészletének jelentős része is távozott az evapotranszspiráció útján. Minél nagyobb volt a kijuttatott vízmennyiség, annál jobb volt a nád vízfelhasználási hatékonysága. A nagy vízfelhasználás a magasság növekedésben is megnyilvánult, ugyanis június elejére már a 2 m-t is meghaladták a nádak (3. ábra).
1. táblázat: A Miscanthus giganteus vízfelhasználása különböző öntözővíz dózisok mellett májusban
Öntözés
Table 1: Water use of Miscanthus giganteus with different irrigation doses in May
(1) Irrigation, (2) Precipitation, (3) Total water input, (4) Drain water, (5) Evapotranspiration, (6) Water balance, (7) Water use efficiency index
51
2. ábra: A kínai nádak májusban (növekvő öntözési sorrendben) Figure 2: Miscanthus giganteus in May (increasing order by irrigation water)
Júniusban – hasonlóan a májushoz – a legtöbb öntözővizet kapó liziméterből párolgott el a legtöbb víz, viszont ebben a hónapban már jelentősebb különbségek voltak a kezelések között, a legkevesebb öntözővizet kapó egységből 29%-al kevesebb víz párolgott el (2. táblázat). A vízfelhasználási indexek tekintetében 100% feletti értékeket kaptunk, ami a talaj vízkészletének – a májusihoz képest – kisebb mértékű kihasználását jelenti. Az összes kezelésre a negatív vízmérleg volt jellemző, bár a különbségek nem voltak jelentősek.
2. táblázat: A Miscanthus giganteus vízfelhasználása különböző öntözővíz dózisok mellett júniusban Öntözés
(mm) (1)
Csapadék (mm) (2)
Vízinput (mm) (3)
Drénvíz (mm) (4)
Evapotranszspiráció (mm) (5)
Vízmérleg (mm) (6)
Vízhasznosulási index (%) (7)
23,53 55,00 78,53 0,00 98,76 -20,24 125,8
35,29 55,00 90,29 0,00 117,00 -26,71 129,6
47,06 55,00 102,06 0,00 127,59 -25,53 125,0
Table 2: Water use of Miscanthus giganteus with different irrigation doses in June
(1) Irrigation, (2) Precipitation, (3) Total water input, (4) Drain water, (5) Evapotranspiration, (6) Water balance, (7) Water use efficiency index
52
3. ábra: A kínai nádak júniusban (növekvő öntözési dózis sorrendben) Figure 3: Miscanthus giganteus in June (increasing order by irrigation water)
A júliusi hónap a júniusihoz hasonlóan alakult a különböző kezelésekhez tartozó párolgás tekintetében, ugyanis a legkevesebb öntözővizet kapó egységből 31%-al kevesebb víz párolgott el, mint a legjobb vízellátottságúból (3. táblázat). A vízfelhasználási indexek 100%-ot alig meghaladóak, az evapotraszspirációt majdnem teljes egészében fedezte a csapadék és az azt kiegészítő öntözővíz mennyisége. A nádak magassága ebben a hónapban jelentősen már nem változott, csupán néhány cm volt a növekedés (4. ábra), azonban a közöttük meglévő különbség továbbra is mérhető volt (legkisebb vízinputtal rendelkező volt a legalacsonyabb).
3. táblázat: A Miscanthus giganteus vízfelhasználása különböző öntözővíz dózisok mellett júliusban Öntözés
(mm) (1)
Csapadék (mm) (2)
Vízinput (mm) (3)
Drénvíz (mm) (4)
Evapotranszspiráció (mm) (5)
Vízmérleg (mm) (6)
Vízhasznosulási index (%) (7)
29,41 57,30 86,71 0,00 90,89 -4,18 104,8
44,12 57,30 101,42 0,00 105,06 -3,65 103,6
58,82 57,30 116,12 0,00 119,65 -3,53 103,0
Table 3: Water use of Miscanthus giganteus with different irrigation doses in July
(1) Irrigation, (2) Precipitation, (3) Total water input, (4) Drain water, (5) Evapotranspiration, (6) Water balance, (7) Water use efficiency index
53
4. ábra: A kínai nádak júliusban (növekvő öntözési sorrendben) Figure 4: Miscanthus giganteus in July (increasing order by irrigation water)
Augusztusban már a talaj vízkészletének gyarapodás volt megfigyelhető, egyik liziméter esetében sem párolgott el a felszínre jutó összes vízmennyiség, amit a vízfelhasználási indexek 100% alatti értékei is mutatnak (4. táblázat). Az egymáshoz viszonyított párolgási értékek az előző hónapokhoz hasonlóan alakultak (a legkevesebb öntözővizet kapó egységből 27%-al kevesebb víz párolgott el). A nádak száradása már megkezdődött, vízhiánytól azonban nem szenvedtek (5. ábra).
4. táblázat: A Miscanthus giganteus vízfelhasználása különböző öntözővíz dózisok mellett augusztusban Öntözés
(mm) (1)
Csapadék (mm) (2)
Vízinput (mm) (3)
Drénvíz (mm) (4)
Evapotranszspiráció (mm) (5)
Vízmérleg (mm) (6)
Vízhasznosulási index (%) (7)
17,65 72,20 89,85 0,00 82,85 7,00 92,2
26,47 72,20 98,67 0,00 92,73 5,94 94,0
35,29 72,20 107,49 0,00 105,61 1,88 98,2
Table 4: Water use of Miscanthus giganteus with different irrigation doses in August
(1) Irrigation, (2) Precipitation, (3) Total water input, (4) Drain water, (5) Evapotranspiration, (6) Water balance, (7) Water use efficiency index
54
5. ábra: A kínai nádak augusztusban (növekvő öntözési sorrendben) Figure 5: Miscanthus giganteus in August (increasing order by irrigation water) Következtetések
A vizsgált négy hónapnyi időintervallumra vonatkozóan folyamatosan mértük a nádak magasságát, meghatároztuk a vízhasznosulási indexet havi bontásban, illetve a vízmérleg elemeit is, melyből kiszámítottuk a párolgás értékét. Megállapítottuk, hogy a vizsgált időszak minden hónapjában a nagyobb öntözővíz dózist kapó egységben volt nagyobb az evapotranszspiráció értéke, mely a 10 l/hét öntözővíz dózis alkalmazása mellet 469 mm volt. A 15 l/hét öntözővíz dózis esetén 8,31%-al (508 mm), a 20 l/hét öntözővíz dózis esetén pedig 18,55%-al (556 mm) volt magasabb ez az érték. Hasonló összefüggést sikerült kimutatni a nádak magassága tekintetében is. A vízhasznosulási index tekintetében is elmondható, hogy a nagyobb vízinputtal rendelkező egységek esetében kaptunk alacsonyabb, a talaj vízkészletére vonatkozó kedvezőbb értékeket (a kijuttatott víz dózisok növekvő sorrendjében 142,42%, 136,86%, 132,77%). Pontosabb információkat a vízfelhasználás hatékonyságáról majd csak a növények betakarítása után fogunk kapni, amikor meghatározható lesz az egységnyi biomassza/szárazanyag előállításhoz felhasznált víz mennyisége.
Összefoglalás
Kutatásunk fő célja az volt, hogy meghatározzuk a DE AKIT Karcagi Kutatóintézet három súlyliziméterébe telepített Miscanthus giganteus vízmérleg elemeit különböző öntözővíz dózisok alkalmazása mellett. Az alkalmazott vízdózisok: 10, 15, 20 l/hét (5,88, 8,82, 11,76 mm) voltak. Jelen dolgozatunkban a 2018 májusától augusztusáig tartó időszak eredményeit mutatjuk be. A vízmérleg elemek és a növény magasság alakulásán túl a vízfelhasználás hatékonyságát is kiszámítottuk az öntözési kezelések közötti különbségek jellemzésére. Megállapítottuk, hogy minél nagyobb volt a kijuttatott vízmennyiség, annál nagyobb volt a párolgás, illetve hasonló összefüggést állapítottunk meg a nádak magasságának alakulása kapcsán is. A vízhasznosulási index is kedvezőbb (alacsonyabb) volt a nagyobb öntözővíz dózis alkalmazása mellett.
55 Kulcsszavak: öntözés, párolgás, vízmérleg Köszönetnyilvánítás
A tanulmány alapjául szolgáló kutatást az Emberei Erőforrások Minisztériuma által meghirdetett 20428-3/2018/FEKUTSTRAT azonosító számú, a Felsőoktatási Intézményi Kiválósági Program támogatta, a Debreceni Egyetem 4. tématerületi programja keretében.
Irodalom
Láng F.: 2007. Növényélettan – A növényi anyagcsere I-II. ELTE Eötvös Kiadó, Budapest.
Ledér H.: 2016. A klímaváltozás hatása a felszíni vízgazdálkodásra. NAK Magyar Földtani és Geofizikai Intézet, Budapest.
Fogarassy Cs.: 2001. Energianövények a szántóföldön. SZIE GTK Európai Tanulmányok Központja, Gödöllő.
Percze A.: 2010. A kínai nád (Miscanthus sinensis) hazai termesztésének tapasztalatai. Agrofórum 21. 7: 75–
78.
Fodor B.: 2013. Kihívások és lehetőségek a hazai megújulóenergia-szektorban. Vezetéstudomány 44. 9: 48–
61.
Zsembeli J. – Kovács Gy. – Mándoki A.: 2011. Water use efficiency of maize and different sorghum hybrids under lysimeter conditions. 14 Gumpensteiner Lysimetertagung, Austria, 2011. május 3-4. 227–229.