Experiences of soil physical measurements with laser diffractometer and their application possibilities in soil water management research
Authors: Makó András , Ryżak Magdalena , Barna Gyöngyi , Polakowski Cezary , Rajkai Kálmán , Bakacsi Zsófia , Hernádi Hilda , Beczek Michał , Sochan Agata , Mazur Rafał , Kocsis Mihály , Bieganowski Andrzej 
Published: March 2022

Summary. In this study, we presented the experience of two
high-speed laser diffractometry methods for measuring particle size distribution
(PSD) and microaggregate stability (MiAS%) of soils, which parameters have a
significant influence on the soil water management properties. PSD results
obtained with sieve-pipette and laser diffractometry method were compared on a
continental (LUCAS), a national (HunSSD) and a regional (TOKAJ) database. We
found significant differences between the results of the two methods at all
three scales. When the clay/silt boundary was modified to 7 µm for the LDM,
significantly better results were obtained. The LDM was also suitable for the
determination of the MiAS% of soils, which was influenced mainly by organic
matter, pH and exchangeable Na+ content of soils.

Összefoglalás. Tanulmányunkban a lézerdiffraktométerrel végzett
talajfizikai mérések tapasztalatait és alkalmazási lehetőségeit vizsgáltuk a
vízgazdálkodási kutatásokban. A talajok mechanikai összetétele, azaz az elemi
talajrészecskék méret szerinti százalékos eloszlása, az egyik legfontosabb
talajfizikai paraméter, mely számos egyéb tulajdonságot, így a talajok
szerkezetét, vízgazdálkodását befolyásolja. Meghatározása több módon történhet:
pl. a hagyományos szitás-pipettás ülepítéses módszerrel (SZPM), vagy az egyik
legmodernebbnek számító lézerdiffraktométeres (LDM) eljárással. Kutatásunk során
e kétféle módszerrel kapott mechanikai összetétel eredményeket három nagyobb
adatbázison hasonlítottuk össze: egy kontinentális (LUCAS), egy hazai (HunSSD)
és egy regionális (TOKAJ) adatállományon. Azt tapasztaltuk mindhárom adatbázis
esetében, hogy a lézerdiffrakciós vizsgálatok az agyagtartalmat alulbecslik a
pipettás módszerrel kapott eredményekhez képest, míg a portartalmat felülbecslik
(az adatsorok eltérését jellemző RMSE értékek az agyagfrakciókra: 16,30; 19,29
és 24,97; a porfrakciókra: 15,68; 19,82 és 26,95. A homoktartalmak közt
lényegesen kisebb eltéréseket tapasztaltunk (RMSE: 7,26; 9,25 és 5,25 a három
adatbázis esetében). Ha azonban az LDM vizsgálati eredményeknél módosítottuk az
agyag és a por frakció mérethatárát 2 µm-ről 7 µm-re, szignifikánsan jobb
eredményeket kaptunk az összehasonlítás során mind az agyagtartalom (RMSE: 8,99;
6,77 és 6,54), mind a portartalom esetében (RMSE: 8,87; 7,46 és 5,74). A
különböző módszerekkel mért és számított PSD eredményeket textúra háromszög
diagramokon is ábrázoltunk.

A lézerdiffrakciós eljárás alkalmas a talajok mikroaggregátum stabilitásának
(MiAS%) meghatározására is, melyet a HunSSD hazai adatbázis talajain mutattunk
be. Megállapítottuk, hogy erős, szignifikánsan pozitív kapcsolat van a MiAS% és
a talaj szervesanyag-tartalma között; és erős, szignifikánsan negatív kapcsolat
a mikroaggregátumok stabilitása és a pH, a mésztartalom, a sótartalom és a
kicserélhető nátriumtartalom között.

A tanulmányban vizsgált talajfizikai tulajdonságok szorosan összefüggnek a
talajok vízgazdálkodási tulajdonságaival. A talajok vízgazdálkodási
tulajdonságait jellemző hidrofizikai paraméterek (víztartó képesség, vízvezető
képesség) becslése általában a mechanikai összetétel adatok felhasználásával
történik. A becslési módszerek (pedotranszfer függvények) pontosítására egyre
gyakrabban figyelembe veszik a talaj szerkezeti tulajdonságait is. Amennyiben
gyorsan és megbízhatóan tudjuk mérni a talajok mechanikai összetételét és
aggregátum-stabilitását lézerdiffrakciós módszerekkel, akkor a hidrofizikai
tulajdonságok becsléséhez szükséges input adatokat is gyorsan, nagyobb számban
tudjuk előállítani, így a talajok vízgazdálkodását is több minta alapján,
nagyobb részletességgel, megbízhatóbban tudjuk jellemezni.