DEBRECENI EGYETEM Agrár- és Gazdálkodástudományok Centruma Mezőgazdaság-, Élelmezéstudományi és Környezetgazdálkodási Kar

Kerpely Kálmán Növénytermesztési, Kertészeti és Regionális Tudományok Doktori Iskola

VÍZVÉDELMI DÖNTÉSTÁMOGATÁSI RENDSZEREK ALKALMAZHATÓSÁGI ÉRTÉKELÉSE

Készítette: Fehér János doktorjelölt

ÖSSZEFOGLALÁS

Doktori értekezésem elsődleges célkitűzése és eredménye a klímaváltozás hatására a különböző talajtípusokban bekövetkező szikesedés változásának előrejelzésére kidolgozott paraméter- és szabályrendszer, és ezek szakértői rendszerbe (SALINEXP) foglalása. Ennek megvalósításához szükséges tudásmérnöki ismereteim bizonyítására az értekezésben először áttekintettem a döntéstámogató rendszerek általános felépítését, fő elemeit és az agrárkörnyezetvédelem területén vízvédelmi célok eléréséhez ezek alkalmazásait, valamint bemutattam a tudásmérnök szerepét és feladatkörét a szakértői rendszerek kidolgozásában. Tárgyaltam a fő célhoz kapcsolódó kutatási eredményeimet, melynek során szabályrendszer algoritmust dolgoztam ki a telítetlen talajzónában lejátszódó oldattranszport folyamatok leírását adó modellek kiválasztásának optimalizálására. Az erre kidolgozott szakértői rendszerem (EXSOLUTE) segíteni tudja a felhasználót determinisztikus oldat-transzport modell(ek) kiválasztásában. A kutatás folytatásaként a telítetlen talajzónában lejátszódó oldattranszport folyamatok mezőgazdasági táblaszintű, a nitrát-bemosódást leíró modell-struktúráját dolgoztam ki, amely napi léptékben számolja a mezőgazdasági táblára kihelyezett szerves trágyából és műtrágyából származó nitrát talajba történő bemosódását (DISNIT2 modell). A modell alkalmazhatóságát három eltérő jellegű, fokozatosan összetettebb problémára vizsgáltam:

• bolygatatlan talajmonolitikon végzett nitrát bemosódási kísérlet kiértékelésére,
• trícium bemosódási folyamat modell-vizsgálatára,
• felszín alatti vízbázis vízminőségi veszélyeztetettségének meghatározására. Végezetül, a fő célkitűzés alapján a klímaváltozás hatására talajokban bekövetkező szikesedés előrejelzésére kidolgozott szakértői rendszeremmel (SALINEXP) a Közép-Tisza vidékét jellemző talajokat a feltételezett klímaváltozási esetekre vizsgálva megállapítható volt, hogy:  a szikesedés szintje csak kis mértékben növekszik, de a növénytermesztési potenciál csökkeni fog;  a régió talajai esetében a szikesedést jellemző állapotváltozókban nem lesz szignifikáns változás;  a várható növénytermesztési potenciálban csökkenés fog bekövetkezni a vízhiány és a talajnedvesség csökkenése következtében. Ezt kompenzálni lehet öntözéssel, de ez megnöveli a termesztési költségeket valamint növeli a talajok másodlagos szikesedésének a valószínűségét.

Kulcsszavak: talajok szikesedése; klímaváltozás; szakértői rendszer; nitrát bemosódás talajokba; oldat-transzport modellezés; liziméteres kísérletek. UNIVERSITY OF DEBRECEN Centre for Agricultural and Applied Economic Sciences Faculty of Agricultural and Food Sciences and Environmental Management

Kálmán Kerpely Agricultural, Horticultural and Regional Studies Sciences Doctoral School

APPLICABILITY EVALUATION OF WATER PROTECTION DECISION SUPPORT SYSTEMS by János Fehér

SUMMARY

The main objective and results of my dissertation are the development of a parameter system and a rule system and incorporation of them into an expert system (SALINEXP) which was elaborated to predict changes of salinity level in different climate change influenced soil types. For proving my knowledge engineering preparedness for the task I have surveyed the general set up of the decision support systems, their main elements and applications in the field of agro-environment protection with focus on water protection as well as presented the tasks of knowledge engineer in the process of expert system development. I discussed my research results related to the main objective when I elaborated a rule based algorithm to optimize the selection of unsaturated soil zone solute transport processes. For this purpose I developed an expert system (EXSOLUTE), which can assist the users in the selection of deterministic solute transport model(s) for their special problem. As the continuation of the first research task I developed a solute transport model structure capable of describing nitrate leaching through the unsaturated soil zone. The system can calculate, in daily time step in agricultural field scale, the nitrate leaching from organic manure and fertilize applied on the field (DISNIT2 model). For the evaluation of the applicability of DISNIT2 model I carried out investigations of three different character, gradually more complicated problem areas:

• evaluation of nitrate leaching experiments carried out in undisturbed soil monoliths,
  • modelling tritium infiltration process,
  • assessing water quality risks of subsurface water resources. Finally, with the running of the climate change induced soil salinity change prediction expert system programme (SALINEXP) for the Middle-Tisza Region soils, the forecast in the majority of the cases were as follows:  the salinity/alkalinity level will increase only slightly, but the cropping potential will decrease;  there would be no significant change in the state of salinity/alkalinity in the soils located in the region;  the expected cropping potential decrease will occur as a consequence of water and soil moisture shortage in the soils. It can be compensated by irrigation, but this will increase production costs and raise the likelihood of secondary salinization of the soils.

Key words: Soil salinity/alkalinity; climate change; expert system; nitrate leaching into soil; solute-transport modelling; lysimeter experiments.