ANYAG ÉS MÓDSZER
3.3. Laboratóriumi vizsgálatok és a statisztikai értékelés módszere 1. Térfogattömeg meghatározása
A térfogattömeg meghatározása során a meghatározott térfogatú talajmintát szárítószekrényben 105 oC-on (15 – 20 óra) tömegállandóságig szárítottuk, majd a szárítószekrényből kivett és vízmentes CaCl2-dal töltött exszikkátorban kihűlt mintát gyorsmérlegen 0,1 g pontossággal mértük le (Buzás ed., 1993).
3.3.2. Humusztartalom mérése
A humusztartalom meghatározásához 2 mm-es szitán átszitált talajból mértünk be 0,2 g körüli mennyiségeket 0,0001g pontossággal. A humusztartalom meghatározása a Tyurin-féle módszerrel történt.
A módszer alapelve, hogy a kálium-dikromátból savas közegben felszabaduló oxigén, oxidálja a talaj szerves széntartalmát. A reakcióban részt nem vett kálium-dikromát mennyisége Mohr-só segítségével redox-titrálással határozható meg. A roncsolásra elfogyott oxidálószer mennyiségéből számítottuk a minta szerves széntartalmát, majd humusztartalmát (Buzás ed., 1993).
3.3.3. CaCO3 tartalom mérése
A mérést a szabvány szerint Scheibler-féle kalciméterrel végeztük el. Ezzel a készülékkel, a mintához adott sósav hatására felszabaduló széndioxid térfogatát mérhetjük meg.
Előzetes, vizuális értékelés után a talajmintából 2-10 g-ot mértünk be 0,01 g pontossággal.
A mérés során a sósav reakcióba lépve a talajminta mésztartalmával, annak mennyiségétől függően széndioxidot szabadított fel belőle. A fejlődött szén-dioxid mennyisége alapján egy erre a célra összeállított táblázatból kerestük ki az adott hőmérsékleten és nyomáson mért CaCO3-tartalmat (Buzás ed., 1993).
3.3.4. Mechanikai összetétel meghatározása
A mechanikai összetétel vizsgálatok esetében a mintákat 2002. évig a hazai (MSZ-08.
0205-78 MÉM) szabványban rögzített pirofoszfátos módszerrel, míg 2002. évtől a FAO (ISO/DIS 11277/1995.) szabvány szerint, az aggregátumok teljes roncsolásával készítettük elő.
A két előkészítési módszer közti alapvető különbség az aggregátumokat összetartó cementáló anyagok eltávolításának mértékében van. Az MSZ-08. 0205-78 MÉM szabvány szerinti előkészítésnél a 2 mm-es szitán átengedett talajhoz az Arany-féle kötöttségi számának megfelelő mennyiségű Na-pirofoszfátot adtunk, majd a mintát rázógépen, egy
éjszakán át rázatva diszpergáltuk a talajt. A 0,25 mm-nél nagyobb részecskéket tartalmazó homok frakciót nedves szitálással választottuk el. A különböző mérettartományba eső 0,25 mm-nél kisebb részecskék mennyiségét ülepítéssel és - a talajok sűrűségének figyelembevételével, a szemcsefrakcióknak megfelelő ülepedési idők és pipettázási mélységek megválasztásával - pipettázással határoztuk meg.
A FAO (ISO/DIS 11277/1995.) módszertan szerinti előkészítési eljárásnál a talaj bemérését követően a diszpergálószer hozzáadása és a vizes rázatás előtt eltávolítottuk a talajmintából az aggregátum-képzésében jelentős szerepet játszó cementáló anyagokat. A talajminta humusztartalmát hidrogén-peroxiddal roncsoltuk el, mésztartalmát híg sósavval, vastartalmát Na-ditionitos redukcióval távolítottuk el, majd a talajmintákhoz diszpergálószert (4 %-os Na-hexametafoszfát és 1 %-os Na-karbonát oldat keverékét) adtunk. A diszpergált részecskéket tartalmazó talajszuszpenzióból a homok frakciót (>50µm ) szitával különítettük el, majd - ezt szárítószekrényben kiszárítva - száraz szitálással választottuk szét a különböző méretű (>1000 μm, 1000-500 μm, 500-100 μm, 100-50 μm ) homokfrakciókat. A további frakciókat (durva por: 50-20 µm, finom por: 20-2 µm és agyag: 20-2µm-nél kisebb) adott idő elteltével meghatározott mélységből kipipettázva határoztuk meg (Makó et al., 2002, Hernádi et al., 2007, Hernádi et al., 2008).
3.3.5. Aggregátum összetétel
Az aggregátum összetétel meghatározását a szabványosan előkészített (légszáraz, megdarált és 2mm-es szitán átrostált) talajmintából száraz szitálással végeztük. Az eredeti szerkezetű talajminták kivételével minden vizsgálatnál ilyen módon előkészített talajmintákkal dolgoztunk. Ehhez 100-100 g mintát mértünk be, majd szitasorozat segítségével 10-10 percet szitálva választottuk szét az előre meghatározott aggregátum frakciókat (0,056 mm >, 0,056- 0,25 mm, 0,25 – 0,5 mm, 0,5 – 1 mm, 1- 2 mm ) (Buzás ed., 1993).
3.3.6. A talajminták víz- és szerves folyadékvisszatartó-képességének mérése
A talajminták víz- és szerves folyadékvisszatartó képességének meghatározására több mérési sorozatot is végeztünk.
A szerves folyadékvisszatartás és a talajtulajdonságok között fennálló kapcsolat vizsgálata során a mérési adathalmazból az SPSS/PC for Windows 9.0 programmal véletlenszerűen kiválogattam a teljes mérési adathalmaz 60 %-át képező mérési adatot. Ezt követően a kiválogatott mérési adatok bevonásával a szerves folyadékvisszatartást becslő egyenleteket parametrizáltam, úgynevezett szerves folyadékvisszatartás pedotranszfer függvényeket hoztam létre. A parametrizált becslő egyenleteket a mérési adathalmaz megmaradt részén (40 %) teszteltem, összehasonlítottam a mért értékeket a lineáris regresszióval becsült értékekkel, illetve a „hagyományos” (Leverett-féle) becslési eljárással kapott eredményekkel.
3.3.6.1. Víz- és szerves folyadékvisszatartó-képesség mérése állandó hőmérsékleten és változó nyomáson
Az első mérési sorozat alkalmával tizenkettő talajszelvény (Zalakomár, Heresznye, Zalakaros I., Zalakaros II., Vízvár I., Vízvár II., Nagyrécse, Karcag, Kisújszállás, Keszthely 0, Lovasberény, Magyarszombatfa) választottunk ki vizsgálatainkhoz. A mintasorozatot kiegészítettük még további öt talaj- és ásványi őrlemény (salföldi kvarchomok, paksi lösz, mádi bentonit, füzérradványi illit és zettlitzi kaolin) mintával, így összesen 50 féle talajmintát és ásványi őrlemény mintát vontunk be a vizsgálatokba. A talajok típusát és a megmintázott talajszintek mélységeit, illetve vastagságát a 1. és 2.
melléklet tartalmazza. Az első mérési sorozat alkalmával a mechanikai összetétel meghatározása a hazai, MSZ-08. 0205-78 MÉM és a nemzetközi, FAO (ISO/DIS 11277/1995.) szerint is megtörtént. A víz- és szerves folyadékvisszatartás mérésekre 36 eredeti szerkezetű és 5 mesterséges talajoszlop esetében került sor (3. melléklet).
A vízvisszatartó-képességet három ismétlésben határoztuk meg adott talajszintből származó három eredeti szerkezetű, 100 cm3 térfogatú talajmintán és egy adott humuszmentes talajból vagy ásványi őrleménymintából készített három 100 cm3 térfogatú mesterséges talajoszlopon.
A vizsgálat során a vízvisszatartást alacsony szívóerő tartományban (pF 0 és pF 2,5) a Várallyay féle homok és kaolinlapos pF mérő berendezéssel (Buzás ed., 1993), míg nagyobb szívóerő tartományban (pF 3,4 és pF 4,2) nyomásmembrános készülékkel (Buzás
ed., 1993) határoztuk meg három ismétlésben. A pF 6,2 meghatározásához meghatározott gőznyomású térben végeztük a talajminták telítését (Sík-féle higroszkóposság mérések:
CaCl2 x 6H2O fölött). A pF 6,2 értéknek megfelelő térfogatszázalékos nedvességtartalmat a talaj higroszkóposságának (hy1) és térfogattömegének a szorzata adta.
A szerves folyadékvisszatartó-képesség meghatározására a Soilmoisture Equipment Corporation által gyártott LAB 23 jelű porózus kerámialapos pF-mérő berendezés szerves folyadékokkal történő mérések céljára – általunk – átalakított változatát használtuk (Klute, 1986), melyet a 2. ábrán mutatunk be. A szerves folyadékvisszatartó-képesség mérésére az eredeti gyári porózuslap cellák alkalmatlanok voltak, mert azokat alulról a szerves folyadékoknak kevéssé ellenálló gumiréteg fedte. A gyári porózuslap cellák helyett ezért a gyártótól vásárolt porózus kerámialapok alját szerves folyadéknak ellenálló szilikongumi lapokkal borítottuk be. Ily módon kétféle cellát készítettünk, gyárilag 1,0 és 5,0 bar levegőáteresztési küszöbértékkel jellemzett porózus kerámialapok felhasználásával. A cellákon túl módosítani kellett a pF-mérő berendezés összes csatlakozását és a folyadékvezető csőrendszereket is. Az elvezető csöveket és a dugókat teflonból, illetve szerves folyadéknak ellenálló szilikongumiból, a gyűjtőedényeket és nívópalackokat üvegből alakítottuk ki.
Mivel a porózus kerámialapok levegőáteresztési küszöbértéke a víz/levegő rendszerre lett megadva (1,0 és 5,0 bar), a határfelületi feszültség értékek figyelembevételével ki kellett számolnunk a cellák szerves folyadék/levegő rendszerre érvényes levegőáteresztési küszöbértékeit (0,4 és 1,8 bar), melyek megadták az átalakított készülék celláival végezhető nyomás-folyadéktartalom mérések lehetséges méréstartományát (0-0,4 bar és 0,5-1,8 bar).
A szerves folyadékvisszatartó-képességet a vízvisszatartó-képességhez hasonlóan három ismétlésben határoztuk meg adott talajszintből származó három eredeti szerkezetű, 100 cm3 térfogatú talajmintán és egy adott humuszmentes talajból vagy ásványi őrleménymintából készített három 100 cm3 térfogatú mesterséges talajoszlopon. A mintákat tartalmazó hengerek aljára sifon vásznat erősítettünk fémbilincsek segítségével, mivel a szerves folyadékot tartalmazó közegben a vizes pF-méréseknél alkalmazott műanyag szitaszövet, illetve gumi nem volt alkalmazható.
2. ábra: A folyadékvisszatartó-képesség méréséhez kialakított mérőrendszer (a porózus kerámialapos nyomás-telítettség mérés berendezése)
Miután a mintákat előkészítettük, telítettük őket DUNASOL 180/220 elnevezésű szerves folyadékkal. A telítést egységesen 1 hétig végeztük, bár a telítődés szemmel láthatóan néhány óra alatt, esetleg 1-2 nap alatt megtörtént. A mintákat lemértük telített állapotban (0,01 g pontossággal végeztük a tömegméréseket), majd a mintákat oly módon állítottuk szerves folyadékba, hogy csak az alsó élük érintkezzen a folyadékkal. Ez átlagosan 0,002 bar szívóerőnek felel meg. Egy hetet álltak így a minták a folyadékban, majd újból mértük tömegüket. A Soilmoisture Equipment Corporation által gyártott LAB 23 típusú készülékkel 0,1; 0,2; 0,5 és 1,0 bar-on végeztünk méréseket. A mérés folyamán a hőmérséklet szabályozására még nem került sor, a vizsgálati hőmérséklet a laboratóriumban uralkodó hőmérsékletnek megfelelően változott, de közelítőleg 20 oC körül adható meg.
A mintákat egységesen 1 - 2 hétig tartottuk egy-egy nyomásértéken a készülékben. A nyomásértékek megváltoztatása előtt a mintákat kiszedtük a készülékből és lemértük a tömegüket. A vizsgálatsorozat végén a talajmintákat szárítószekrénybe helyeztük és 48 óráig 105 oC-on kiszárítottuk - mérésekkel igazoltuk, hogy egyrészt majdnem a teljes szerves folyadék mennyiség elpárolog ez idő alatt, másrészt a hőmérséklet emelésével (200
oC) nem kapunk pontosabb szerves folyadékvisszatartó-képesség eredményeket -, majd lemértük. Legvégül lemértük az üres, megtisztított, száraz „szerelvényeket” (mintatartó csövek, bilincsek és a sifon vásznak) is. A mérési adatokból kiszámítottuk a minták adott nyomásértékekkel szemben visszatartott tömeg- és térfogatszázalékos szerves folyadéktartalmát, illetve megszerkesztettük a nyomás-szerves folyadéktelítettség görbéket.
A vizsgálat során a desztillált vízzel és szerves folyadékkal végzett folyadékvisszatartó-képesség mérések eredményeit az alábbi módon elemeztem. Mivel a módszertani lehetőségek nem tették lehetővé, hogy a kétféle folyadékkal történő folyadékvisszatartó-képesség méréseknél azonos nyomásértékek mellett vizsgáljam a visszatartott folyadékok térfogatszázalékos mennyiségét, az összehasonlíthatóság végett regressziós görbe illesztéssel becsültem a hiányzó nyomásértékekhez tartozó visszatartott folyadéktartalmakat. A görbeillesztéshez a nemlineáris regresszió módszerét alkalmaztam (SPSS/PC for Windows 9.0), az illesztett függvény az ún. Brutsaert-féle háromparaméteres hatványfüggvény volt (Rajkai és Kabos, 1999):
Θ = Θ0 / (1+ αφn) (1.)
ahol Θ a talajminta folyadéktartalma térfogatszázalékban, Θ0, α és n illesztési paraméterek és φ a talaj nedvességpotenciálja (a nyomásérték) bar-ban.
A görbeillesztés után összehasonlítottam az azonos nyomásértékekhez tartozó térfogatszázalékos víz- és szerves folyadékvisszatartó-képességeket, másrészt ellenőriztem a szénhidrogénszennyezés-terjedési modellek által széleskörűen használt 2. becslő egyenlet megbízhatóságát a vizsgálati mintaanyagon.
A Leverett – féle (Leverett, 1941; Amyx et al., 1960) 2. egyenlettel egy adott folyadékpárra (általában víz/levegő) mért nedvességtartalom, vagy
nyomás-telítettség görbe alapján számítják egy másik folyadékpár (szerves folyadék/levegő vagy szerves folyadék/víz) nyomás-folyadéktartalom vagy nyomás- telítettség görbéjét:
Pcszl = Pc lv . (ρv. σlsz) / (ρsz. σlv) (2.)
ahol Pc vl a víz/levegő, Pc szl a szerves folyadék /levegő folyadékpár nyomás-nedvességtartalom, vagy nyomás-telítettség görbéje, ρv és ρsz a folyadékok fajlagos tömeg értékei (g/cm3), σszl és σlv a folyadékpárok (szerves folyadék/levegő és víz/levegő) határfelületi feszültség értékei (N/m2).
Végezetül regresszió-analízissel vizsgáltam a talajtulajdonságok (mechanikai összetétel, térfogattömeg, stb.) kapcsolatát a minták szerves folyadékvisszatartó-képességével (SPSS/PC for Windows 9.0/Backward elimináció).
A folyadékvisszatartás vizsgálatára irányuló első mérési sorozat során csak a nyomás szabályozására, változtatására nyílott lehetőségünk. Ezt követően a második mérési sorozatot azon célból hajtottuk végre, hogy megvizsgáljuk szabályozott, állandó hőmérsékletű és változó nyomású térben miként befolyásolja a talajminták aggregáltsága, szerkezetessége a folyadékvisszatartást.
A kísérleteink céljára agyag-, humusz- és mésztartalmukban, agyagásvány összetételükben, illetve aggregáltságuk mértékében eltérő talajmintákat választottunk ki. A négy kiválasztott -Keszthely, Magyarszombatfa, Lovasberény és Székesfehérvár - talajszelvény legfelső, „A” genetikai szintjéből származó talajmintákból (2. melléklet: 26., 30., 33. és 45. jelű minta) előzetesen szitasorozattal „aggregáltsági sorozatot” állítottunk elő. Az „aggregáltsági sorozatok” elemei a 2,0 mm >, 1,0 mm >, 0,5 mm >, 0,25 mm > és 0,056 mm > méretű aggregátumokat tartalmazó mesterséges talajminták voltak.
A vizsgálatok elvégzéséhez tovább fejlesztettük a mérőrendszerünket is (3. ábra). A cellákat tartalmazó extraktorokat már olyan térben helyeztük el, ahol a hőmérsékletszabályozókkal állandó, meghatározott hőmérsékletet tudtunk biztosítani.
Továbbfejlesztettük a nyomásszabályzó rendszert is (0,02 bar, 0,05 bar, 0,15 bar és 0,4 bar állandó alacsony nyomást biztosító reduktorok beszerelésével) és bővítettük a
3. ábra: A folyadékvisszatartás mérése során alkalmazott új mérőberendezés A.: az extraktorokhoz csatlakozó büretták B.: nyomás szabályozó rendszer C.: a porózus
kerámialapon elhelyezett folyadékkal telített talajminták D.: hőmérséklet szabályozó rendszer
A talajminták szerves folyadékkal mérhető nyomás-telítettség görbéinek meghatározásakor 100 cm3 térfogatú mesterséges talajoszlopokat vizsgáltunk három ismétlésben. Első lépésként a talajok víztartalmának eltávolítására 105°C-on szárítottuk a mintákat, meghatároztuk az abszolút száraz tömegüket. Majd telítettük a mintákat a DUNASOL 180/220 modellfolyadékkal. Egy hét elteltével mértük a talajoszlopok tömegét, majd az
A.
B.
C.
D.
oszlopokat úgy állítottuk a szerves folyadékba, hogy alsó lapjukat érintkezzen a folyadékszinttel. Újabb egy hét múlva ismét tömegmérést végeztünk, majd a mintákat a speciálisan kialakított extraktorokba helyeztük. A készülékkel a méréseket 20mbar, 50mbar, 150mbar, 400mbar, 1bar és 1,5 bar nyomáson végeztük el. Az egyensúly kialakulása azonban sok esetben a vízvisszatartáshoz képest több időt vett igénybe.
Akkor tekintettük beálltnak az egyensúlyt, amikor az extraktorokból kifolyó szerves folyadékot összegyűjtő bürettában a folyadéknívó szintje észrevehetően két napon keresztül nem változott. A vizsgálatban felhasznált minták esetében az egyensúly megközelítőleg egy-két hét alatt állt be. Az abszolút száraz talaj tömegére vonatkoztatva határoztam meg a tömegszázalékos visszatartott szerves folyadéktartalmat, illetve számoltam a térfogatszázalékos folyadéktartalmakat és a folyadéktelítettséget is.
Vizsgáltam a mechanikai összetételen és az alap talajvizsgálati eredményeken túl a talajok szerkezetességének a szerves folyadékvisszatartásra kifejtett hatását. A statisztikai vizsgálatokhoz meghatároztam az „aggregáltsági sorozatok” egyes elemeinek (úgynevezett aggregátum frakcióknak) az alapvető talajtani jellemzőit, az ISO/DIS 11277/1995 (FAO) szabvány szerinti mechanikai összetételét, illetve az aggregátum összetételt száraz szitálással. Kiszámítottam a talajok mechanikai összetételét, illetve az aggregátum összetételt egyetlen számadattal jellemző átlagos geometriai átmérőket (GMD(mech) és GMD(aggr)):
GMD = exp(
Σ
ni=1 wi .logxi/ Σ
ni=1 wi ) (3)ahol wi : az elemi részecskék vagy az aggregátumok tömege egy adott xi átlagos átmérőjű frakcióban, wni=1 wi : a minta összes tömege (Kemper és Rosenau, 1986).
Az adatok kiértékelését az SPSS for Windows 9.0 statisztikai program segítségével végeztem. Egytényezős varianciaanalízissel (SPSS/ Univariate Analysis of Variance, Duncan teszt) vizsgáltam, hogy hány szerves folyadékvisszatartási csoport különíthető el talajtípusonként és aggregáltsági frakciónként.
Többváltozós lineáris regresszióval (SPSS/PC for Windows 9.0, Backward eliminációs
befolyásolják a talajminták szerves folyadékvisszatartó-képességét. Külön-külön is vizsgáltam a talajtulajdonságok és a szerves folyadékvisszatartás összefüggéseit.
Ezt követően összehasonlítottam a mért szerves folyadékvisszatartás értékeket a Leverett (1941) módosított egyenlete (Amyx et al., 1960) alapján és a többváltozós lineáris regresszióval (SPSS/PC for Windows 9.0, Backward eliminációs módszerrel) becsült szerves folyadékvisszatartás értékekkel.
3.3.6.2. Víz- és szerves folyadékvisszatartó-képesség mérése változó hőmérsékleten és nyomáson
A folyadékvisszatartás vizsgálatára irányuló első és második mérési sorozat során állandó hőmérsékletű és változó nyomású térben vizsgáltuk a folyadék visszatartást. Ezt követően a harmadik mérési sorozat folyamán azt kívántuk vizsgálni, hogy a nyomás változása mellett a hőmérséklet változása hogyan befolyásolja a talajok folyadékvisszatartását.
Ennek érdekében a harmadik mérési sorozatnál 11 féle 100 cm3 térfogatúmesterséges talajoszlopon végeztünk méréseket változó nyomású (0,02, 0,05, 0,15, 0,4, 0,5, 1 és 1,5 bar) és hőmérsékletű (20, 40 és 60 oC) térben.
A mintákat úgy választottuk ki, hogy azok minél változatosabb mechanikai összetételűek legyenek. A kísérleteket a 26. (Keszthely, Ramann-féle erdőtalaj, A szint), 27. (Keszthely, Ramann-féle erdőtalaj, B1 szint), 28. (Keszthely, Ramann-féle erdőtalaj, B2 szint), 29.
(Keszthely, Ramann-féle erdőtalaj, BC szint), 43. (Keszthely, Ramann-féle erdőtalaj, C1
szint), 44. (Keszthely, Ramann-féle erdőtalaj, C2 szint), 45. (Székesfehérvár, futóhomok talaj, A szint), 37. (Mád, bentonit), 38. (Salföld, kvarchomok), 40. (Zettlitz, kaolin) és 41.
(Paks, lösz) jelű talajmintákból és ásványi őrleménymintákból (2. melléklet) készített mesterséges talajoszlopokon végeztük.
A talajminták szerves folyadékkal mérhető nyomás-telítettség görbéinek meghatározásakor 100 cm3 térfogatú mesterséges talajoszlopokat vizsgáltunk, három ismétlésben. A vizsgálatokat a 2. mérési sorozattal azonos módon hajtottuk végre.
Az adatok kiértékelését az SPSS for Windows 9.0 statisztikai program segítségével végeztem. A térfogatszázalékos visszatartott szerves folyadéktartalom és a talajtulajdonságok kapcsolatát lineáris regresszióanalízissel (Backward elimináció) vizsgáltam változó hőmérsékleten és nyomáson. A talajtulajdonságok közül a homok-, por-, agyagtartalmatpor-, a humusz- és mésztartalmatpor-, valamint a térfogattömeget vontam be a regresszióanalízisbe.
3.3.7. A talajminták folyadékvezető- és légáteresztő-képességének mérése
3.3.7.1. Hidraulikus vezető- és szerves folyadékvezető-képesség mérése
Az első mérési sorozat folyamán az 1. és 2. mellékletekben ismertetett 1 – 22. jelű, 100 cm3 térfogatú és 26 – 36. jelű, 790 cm3 térfogatú talajminták folyadékvezető-képességét vizsgáltuk.
4. ábra: A folyadékvezető-képesség méréséhez használt mérési elrendezés és az eredeti szerkezetű (műgyanta borítású) nagyméretű talajoszlopok
Az eredeti szerkezetű mintákat a méréseinkhez úgy készítettük elő, hogy először 40 oC-on szárítottuk azokat, majd a némiképp összezsugorodott talajoszlopokat óvatosan kiszedtük a mintavevő csőből. A minta előkészítés során a 42. jelű minta megsérült, így azon nem tudtuk elvégezni a tervezett folyadékvezető-képesség mérést. A száraz talajoszlopokat ezután 4 - 5 rétegben műgyantaborítással (POLIKON P-210 FAXT) vontuk be, majd lemértük a talajoszlopok átmérőjét, magasságát. A műgyanta kb. 1 mm vastagságban a száraz talajba ivódott, így elkerültük, hogy a talajoszlop és a mintatartó henger fala között makropórusok, hézagok alakulhassanak ki. Végül a műgyantával borított talajoszlop aljára sifon vászonszövetet, a tetejére pedig a folyadékvezető-képesség mérő eszközzel (a talajminta átmérőjével közel azonos belső átmérőjű) csatlakoztatható fém- vagy műanyagcsövet rögzítettünk, ugyancsak műgyantával (4. ábra).
A csökkenő folyadéknyomás módszerével mértük a talajok hidraulikus- és szerves folyadékvezető-képességét (Búzás ed., 1993). Berendezésünket oly módon alakítottuk át, hogy az alkalmas legyen a szerves folyadékokkal történő mérésekre (Makó 1995 a,b) is (fém, olajálló műanyag, üveg, illetve olajálló szilikongumi alkatrészek, lásd 4. ábra). Egy-egy folyadékkal Egy-egy-Egy-egy talajmintán 27 ismétlésben végeztünk méréseket. A mérések eredményei alapján kiszámítottuk a minták átlagos folyadékvezető-képességét.
Hasonló módon mértük a 26 – 50. és a 37 – 41. jelű talajmintákból, valamint ásványi őrlemény mintákból (3. melléklet) készített mesterséges talajoszlopok (légszáraz, 2mm-es szitán átrostált talajból szárazon tömörített 100 cm3 térfogatú oszlopok) hidraulikus- és szerves folyadékvezető-képességét.
Összehasonlítottam a Kozeny - Carman féle 4. egyenlettel (Kozeny, 1927; Carman, 1956) becsült szerves folyadékvezető - képesség értékeket a mért szerves folyadékvezető-képesség értékekkel. A Kozeny-Carman - féle becslési eljárással a hidraulikus vezetőképességből becslik a szerves folyadékvezető-képességet, felhasználva a folyadékpárok eltérő viszkozitási és fajlagos tömeg értékeit:
KS sz = KS v. (μv. ρsz) / (μsz. ρv) (4.)
ahol KS sz: szerves folyadékvezető-képesség; KS v: hidraulikus vezetőképesség; μv és μsz: a víz és a szerves folyadék viszkozitása; ρv és ρsz: a víz és a szerves folyadék fajlagos tömege.
A továbbiakban kerestem a mért szerves folyadékvezető - képesség értékek kapcsolatát a talajtulajdonságokkal. Ennek során a Campbell-féle függvény (Campbell, 1985) linearizált változatát vizsgáltam regresszióanalízis alkalmazásával (SPSS for Windows 7.5/Backward elimináció) :
KS = Poösszb . exp(a+c . A+d . P+e . H+f . MESZ) (5.)
ahol KS: a minták folyadékvezető-képessége [m/s]; Poössz: az eredeti szerkezetű minták számított összporozitása (%)/100, A: agyag (%)/100, P: por (%)/100, H: homok (%)/100 és MESZ: CaCO3 [%]/100.
3.3.7.2. Vízre és szerves folyadékra vonatkozó relatív áteresztőképesség mérés
A több folyadékfázist tartalmazó rendszerek relatív áteresztőképességének vizsgálatára a hidraulikus-, illetve a szerves folyadékvezető-képesség mérések során alkalmazott 100 cm3 mesterséges talajoszlopokat használtuk. Az előzetesen vízzel telített talajoszlopokon mértük a szerves folyadék (DUNASOL 180/220) átszivárgási sebességét, illetve a szerves folyadékkal telített talajoszlopokon mértük a víz átszivárgási sebességét csökkenő folyadéknyomás módszerével. Eközben folyamatosan regisztráltuk az átszivárgó folyadékok mennyiségét.
A több folyadékfázisú áramlás (relatív áteresztőképesség) vizsgálata során kapott mérési eredményeket a mintákon átszivárgott folyadékmennyiségek függvényében ábrázoltam és értékeltem.
3.3.7.3 A talajok hidraulikus vezető- és szerves folyadékvezető-képességének, valamint légáteresztő-képességének mérése
A második mérési sorozat során a folyadék vezetőképességi kísérletek végrehajtásához
talajmintákat (42 féle) használtunk fel. A talajtípusokat és a genetikus szinteket, illetve a legfontosabb talajtulajdonságokat az 1. és 2. melléklet mutatja. A folyadékvezető-képesség mérésekhez a légszáraz, darált és 2 mm-es szitán átszitált bolygatott mintákból mesterséges talajoszlopokat készítettünk.
A folyadékvezető-képesség méréseket 100 cm3–es mesterséges talajoszlopokon desztillált vízzel és szerves folyadékkal (DUNASOL 180/220) végeztük, a csökkenő folyadéknyomás módszerét alkalmazva (Klute és Dirksen, 1986). Három oszlopot készítettünk minden talajmintából, és kilenc mérést végeztünk minden talajoszlopon.
A légáteresztő-képesség mérésére a PL-300 típusú berendezést alkalmaztuk, melyet az UGT (Umwelt-Geräte-Technik GmbH München) fejlesztett ki. Ez a készülék mind terepen, mind pedig a laboratóriumban képes mérni a talajok légáteresztő-képességét, a tenzióját és térfogatszázalékos nedvességtartalmát is (5. ábra).
5. ábra: Légáteresztő képesség mérő berendezés
A légáteresztő-képesség a Darcy egyenlet alapján meghatározható - a légáramlás mértéke és az áramlási távolság mentén mérhető nyomásgradiens között felírható - arányossági tényező.
A légáteresztő-képesség mérő berendezés biztosítja különböző mérőkamrák csatlakoztatásával a talajállapotnak megfelelő levegőáramlási formát. A megfelelő mérőkamra egy jól meghatározott légáramot állít elő a vizsgált talajtérfogatban. Az áramlás sebessége a mérőberendezésben lévő kalibrált fúvókánál mérhető nyomásgrádiensből határozható meg. Egy másik nyomásérzékelő szenzorral mérhető a vizsgált talajtérfogat feletti nyomásváltozás, melyből kiszámítható a légáramlás nyomásgradiense.
6. ábra: A mesterséges talajminták mérésére használt mérőcella vázlatos rajza a mérendő mintával
A légáteresztő-képesség méréseket mesterséges, 900 cm3 térfogatú talajoszlopokkal (2.
melléklet) végeztük a homogén légáramot biztosító mérőkamra (6. ábra) használatával. A légszáraz talajminták nedvességtartalma 2 - 7 % között változott.
A továbbiakban összehasonlítottam az azonos talajmintákon mért légáteresztő- és
A továbbiakban összehasonlítottam az azonos talajmintákon mért légáteresztő- és