A HUN-REN-SZTE Fotoakusztikus Kutatócsoportja három új közleményt jelentetett meg az ATK, a MATE és az ELTE kutatóival együttműködésben. A tanulmányokban részben az ammónia emissziót, részben az arra ható tényezőket vizsgáltuk.
1.) A talajtulajdonságok szerepe a napraforgótábla ammóniakibocsátásában
Megjelent új publikációnk, amelyben egy műtrágyázott hazai napraforgótábla talaj–légkör közötti ammóniaforgalmát és annak legfontosabb környezeti meghatározóit vizsgáltuk. A méréseket húsz mintavételi ponton, a teljes tenyészidőszakot lefedő tizennyolc mérési kampány során végeztük. Az ammóniafluxus mellett részletes talajkémiai, talajfizikai, mikroklimatikus és növényállományra vonatkozó adatokat is gyűjtöttünk. Az összetett kapcsolatok feltárására Random Forest gépi tanulási modellt és az eredmények értelmezését segítő SHAP-elemzést alkalmaztunk.
Eredményeink szerint az ammóniakibocsátás térbeli és időbeli változását nem egyetlen tényező határozta meg, hanem a talajhőmérséklet, a talajnedvesség, a humusztartalom és az ammónium-, illetve hidrogénion-koncentráció arányának összetett, nemlineáris kapcsolata. Fontos eredmény, hogy nemcsak a felszín közeli talajréteg, hanem a 20–30 cm mélységben mért tulajdonságok is hozzájárultak a modell előrejelzéseihez. Ez arra utal, hogy az ammóniakibocsátás alakulásában a talajszelvény mélyebb rétegeiben zajló folyamatoknak is szerepük lehet.
A nitrát koncentrációja szintén fontos változóként jelent meg, azonban ez nem tekinthető az ammóniakibocsátás közvetlen okának. Sokkal inkább a talajban zajló nitrogénátalakulási folyamatok, valamint a hőmérséklettel és a nedvességgel fennálló kapcsolatok jelzője lehet. Vizsgálatunk rámutat arra, hogy az adatvezérelt módszerek új információkat szolgáltathatnak a mezőgazdasági talajok nitrogénforgalmáról és a reaktív nitrogén környezeti veszteségeiről.
2.) Fotoakusztikus mérőrendszer az ammónia szántóföldi kibocsátásának meghatározására
Megjelent új tanulmányunk, amelyben egy kvantumkaszkád-lézeres fotoakusztikus mérőrendszer szántóföldi alkalmazhatóságát vizsgáltuk az ammónia talaj–légkör közötti áramának meghatározására. A rendszer a különböző magasságokban mért ammónia-koncentrációk különbségéből, aerodinamikai gradiens módszerrel számította ki a félórás ammóniafluxusokat. Az 54 napos mérési időszak a műtrágyázást követő időszakot fedte le, a kezdeti csupasz talajállapottól a téli repceállomány fokozatos fejlődéséig.
A műszer folyamatosan és megbízhatóan működött a szántóföldi körülmények között. A két mintavételi csatorna összehasonlítása alapján a véletlenszerű mérési bizonytalanság ±2 ppb volt, számottevő rendszeres eltérést pedig nem találtunk közöttük. A fluxusszámításokat többféle légköri stabilitási függvénnyel is elvégeztük. Az eredmények azt mutatták, hogy a függvény megválasztásából eredő eltérés jóval kisebb volt, mint az ammóniafluxus tényleges napi változása.
A vizsgált időszak átlagos ammóniakibocsátása 1,85 nmol m–2 s–1 volt. Az összesített veszteség 1,21 kg N ha–1-nek, vagyis a kijuttatott műtrágya-nitrogén körülbelül 4%-ának felelt meg. A nappali kibocsátás megközelítőleg egy nagyságrenddel meghaladta az éjszakai értékeket, ami a turbulens légköri keveredés és a napsugárzás által befolyásolt felszíni folyamatok jelentőségét mutatja. Eredményeink alapján a kifejlesztett fotoakusztikus rendszer alkalmas az ammónia hosszú távú, szántóföldi léptékű vizsgálatára.
3.) Gépi tanulással azonosított talajtani összefüggések az ammóniakibocsátásban
Megjelent új publikációnk, amelyben azt vizsgáltuk, hogy gépi tanulási módszerekkel jobban értelmezhető-e a talaj ammóniakibocsátásának kis területen belüli változatossága. Az ammóniafluxust, a talajhőmérsékletet és a felszín közeli talajnedvességet húsz mintavételi ponton mértük egy növényzet nélküli mezőgazdasági területen. Emellett három talajmélységben meghatároztuk az ammónium- és nitráttartalmat, az összes nitrogént, a humusztartalmat és a pH-t.
Az egyes talajtulajdonságok és az ammóniafluxus közötti páronkénti vizsgálatok nem mutattak ki egyetlen, minden más tényezőnél erősebb lineáris kapcsolatot. Az öt vizsgált regressziós eljárás közül ugyanakkor a Random Forest modell adta a legjobb keresztvalidált eredményt, 0,418-as R2-értékkel. Ez azt jelzi, hogy az ammóniakibocsátás térbeli különbségeit több talajtulajdonság együttes, részben nemlineáris kapcsolata jobban leírja, mint bármelyik változó önmagában.
A modellben a 10–20 cm-es talajréteg nitrátkoncentrációja és a felszín közeli talajnedvesség bizonyult a két legfontosabb változónak. A nitrát jelentősége azonban nem bizonyít közvetlen ok-okozati kapcsolatot az ammóniakibocsátással, és önmagában nem tekinthető a nitrifikáció intenzitását jelző mérőszámnak. Inkább a talaj nitrogénállapotáról és az egymással összefüggő átalakulási folyamatokról hordozhat közvetett információt. Eredményeink azt mutatják, hogy az értelmezhető gépi tanulási módszerek hasznos kiegészítői lehetnek a talaj nitrogénforgalmát vizsgáló hagyományos megközelítéseknek.