In the study of Tomlain (1997) a soil water balance model was applied to evaluate the climate change impacts on the soil water storage in the Hurbanovo locality (Southwestern Slovakia), using the climate change scenarios of Slovakia for the years 2010, 2030, and 2075 by the global circulation models CCCM, GISS and GFD3. These calculations did not take into consideration neither the various soil properties, nor the groundwater table influence on soil water content. In this study, their calculated data were compared with those monitored at the same sites. There were found significant differences between resulting soil water storage of the upper 100 cm soil layer, most probably due to cappilary rise from groundwater at sites 2 and 3. It was shown, that the soil properties and groundwater table depth are importat features strongly influencing soil water content of the upper soil layer; thus the application of the soil water balance equation (Eq. (1)), neglecting the above mentioned factors, could lead to the results far from reality. and V práci Tomlaina (1997) bol aplikovaný bilančný model vodného režimu pôd na ohodnotenie dopadu klimatickej zmeny na vodné zásoby pôdy v lokalite Hurbanovo (juhozápadné Slovensko), použijúc scenáre klimatickej zmeny pre Slovensko pre roky 2010, 2030 a 2075, založené na globálnych cirkulačných modeloch CCCM, GISS a GFD3. V týchto výpočtoch nebol braný do úvahy vplyv vlastností pôdy a hladiny podzemnej vody na vlhkosť pôdy. V práci boli porovnané vypočítané hodnoty zásob vody s monitorovanými v tej istej lokalite. Bol nájdený význačný rozdiel medzi zásobami vody v 100-cm hornej vrstve pôdy najpravdepodobnejšie spôsobený kapilárnym prítokom od hladiny podzemnej vody v monitorovacích miestach 2 a 3. Bolo ukázané, že pôdne vlastnosti a hĺbka hladiny podzemnej vody sú dôležitými faktormi, ktoré silno ovplyvňujú vlhkosť hornej vrstvy pôdy; z toho vyplýva, že aplikácia bilančnej rovnice (rov. (1)), ktorá zanedbáva vyššie uvedené faktory, nedáva reálne výsledky.
Results of cadmium sorption and desorption, as well as distribution coefficients of cadmium in the soils from the Danubian Lowland and from Veľký Ďur (neighbourhood of the nuclear power plant Jaslovske Bohunice) are presented in this study. It was found that Cd adsorption is high in studied soils already after the one-minute lasting Cd-soil contact. The results obtained show that the highest sorption of cadmium is in the loamy-sand soil from Kalinkovo (99.75 %). Zeolite application was the most effective in the loam soil from Macov. Sorption of cadmium in this soil increased by 1.45%. The presence of zeolite in chosen soil samples influenced Cd desorption, too. In loamy-sand soil from Kalinkovo cadmium desorption decreased by 50 % after zeolite application. Sorption experiments with radionuclides (85Sr and 137Cs) were conducted on brown earth from the site Velľký Ďur. The 137Cs sorption is very high in studied soil. Zeolite is more effective in the case of 85Sr. Desorption of radiostrontium decreased by 50% after zeolite application. and V práci sa prezentujú výsledky sorpcie, desorpcie a hodnoty rozdeľovacieho koeficientu kadmia vo vybraných vzorkách pôd Podunajskej nížiny a hnedozeme z lokality Veľký Ďur. Kadmium je silne sorbované sledovanými pôdami už po 1 minúte trvania kontaktu. Najvyššia sorpcia sa pozorovala u hlinito-piesočnatej pôdy z lokality Kalinkovo, kde pomerné adsorbované množstvo S kadmia bolo 99,75 %. Aplikácia zeolitu sa najviac prejavila u hlinitej pôdy z Macova, kde sa pomerné adsorbované množstvo S kadmia zvýšilo o 1,45 %. Zeolit ovplyvnil aj desorpciu naviazaného kadmia v sledovaných pôdnych vzorkách. Najviac kadmia sa desorbovalo z hlinito-piesočnatej pôdy z Kalinkova a aplikácia zeolitu znížila pomerné desorbované množstvo kadmia na menej ako polovicu. Sorpčné experimenty s rádionuklidmi (85Sr a 137Cs) boli vykonané na hnedozemi z lokality Veľký Ďur. 137Cs je už samotnou pôdou sorbované takmer na 100 % a prítomnosť zeolitu už sorpciu prakticky nezvyšuje. Zeolit zvyšuje sorpciu hlavne u rádiostroncia. Desorpcia stroncia po aplikácii zeolitu sa znížila o 50 %.
Acidic herbicide MCPA (4-chloro-2-methylphenoxyacetic acid) is applied to post-emergence control of annual and perennial broad-leaved weeds, mostly in cereals. This study was undertaken with two soils of different properties sampled from two soil horizons to determine the extent of degradation, sorption and desorption of MCPA. These processes are the most important to evaluate the fate of the herbicide in soil and its potential to leach from soil into groundwater. Two soils were used: a calcareous, sandy-loam soil with organic carbon content of 2.486 % (Pararendzina) taken from surface A horizon (the A topsoil) and a calcareous, loamy-sand soil with organic C content of 0.600 % (Fluvisol) sampled from subsurface C horizon (the C subsoil). The extent of degradation, sorption and desorption of MCPA were measured in laboratory batch experiments. Degradation followed first-order kinetics, with the MCPA half-lives of 11 and 24 d for the A topsoil and C subsoil, respectively. Soil organic carbon influenced MCPA degradation. Sorption followed a Freundlich isotherm equation and linear isotherm equation, as well. The distribution coefficient KD was higher in the A topsoil (0.387 l kg-1) than in the C subsoil (0.165 l kg-1), consistent with the higher organic C content of the A soil. The results indicate that MCPA is potentially mobile and might pose a threat to future groundwater quality due to its low sorption, relatively high water solubility and slow degradation in the C subsoil. and MCPA, slabokyslý herbicíd, sa používa postemergentne na ničenie jednoročných a trvalých širokolistých burín, najmä v obilninách. Cieľom tejto práce bolo štúdium degradácie, sorpcie a desorpcie MCPA v dvoch rozdielnych pôdach odobratých z odlišnej hĺbky. Tieto procesy v najväčšej miere ovplyvňujú celkové správanie MCPA v pôdach a determinujú jeho migračný potenciál. Použité pôdy boli: karbonátová, piesčito-hlinitá pôda s obsahom organického uhlíka 2,486 % (pararendzina) odobratá z vrchného A horizontu (pôda A) a karbonátová, hlinito-piesčitá pôda s obsahom organického uhlíka 0,600 % (Fluvizem), so znakmi oglejenia odobratá z C horizontu v hĺbke 2 m (pôda C). Všetky sledované procesy boli realizované v nádobkových experimentoch. Rozklad MCPA vyhovoval rýchlostnej rovnici reakcie prvého poriadku. Rozklad MCPA bol rýchlejší v pôde A so zisteným polčasom rozkladu 11 dní ako v pôde C s polčasom rozkladu 24 dní. Rozklad MCPA súvisel s odlišným obsahom organického uhlíka v týchto dvoch vzorkách pôd. Získané sorpčné izotermy MCPA vyhovovali rovniciam Freundlichovej a lineárnej sorpčnej izotermy. Rozdeľovací koeficient KD MCPA bol vyšší pre pôdu A (0,387 l kg-1) ako pre pôdu C (0,165 l kg-1). Vyššia sorpčná kapacita pôdy A ako pôdy C sa zhodovala s vyšším obsahom organického uhlíka v pôde A. Výsledky tejto práce naznačujú, že MCPA je potenciálne mobilný herbicíd a môže predstavovať veľké riziko pre kvalitu podzemných vôd v dôsledku jeho málo účinnej sorpcie, pomerne vysokej rozpustnosti vo vode a zvýšenej perzistencii v hlbších častiach pôdneho profilu.
This contribution presents a proposal of semiempirical method to estimate vertical profiles of nutrients uptake rate by plant roots, based on results of field measurements of soil - plant - atmosphere continuum (SPAC). The transport of chemicals in porous media can be described by convection-dispersion equation, containing sink term, characterising the solute (nutrients) uptake by roots. To determine this sink term was the aim of presented study. The data - necessary for determination of nutrients uptake rate profiles - during plants ontogenesis were acquired by measurement in the field site with maize canopy, near Trnava locality, South Slovakia. The proposed method of vertical profiles of nutrients uptake calculation is based on the estimated direct proportionality between nutrients uptake rate (nitrogen, phosphorus and potassium) and transpiration intensity during ten days time intervals. Shorter time interval is not recommended to be utilised, because estimation errors are comparable to the changes of estimated values of nutrients concentration in plants. A nutrient uptake rates profiles can be determined using the Eq. (9), knowing water uptake rate profiles and the ratio of transpiration flux and particular nutrient uptake rate. The nutrient uptake rate profile calculated by the proposed method can be incorporated into the convection-dispersion equation and is used to model nutrient transport in the soil, taking into account uptake of particular nutrients by plants, during the vegetation period. Comparison of nitrogen uptake rates estimated from field measurements and those, calculated by the presented method shows significant differences in some cases, but seems to be applicable for mathematical modelling of nutrients uptake by plants. and Príspevok obsahuje návrh poloempirickj metódy výpočtu vertikálneho rozdelenia intenzít odberu rozpustených látok (najdôležitejších živín) porastom poľnohospodárskych plodín. Súbor údajov (chodov intenzít transpirácie počas ontogenézy rastlín a sezónnych chodov obsahu vybraných živín v pôde a v rastlinách), umožňujúcich výpočet, bol získaný z výsledkov komplexných meraní charakteristík systému pôda - rastlina - atmosféra (SPAC) v pôde s porastom kukurice v objekte bývalého Výskumného ústavu kukurice v Trnave. Predpokladajúc platnosť zistenej priamej úmernosti medzi intenzitami odberu živín (dusík, fosfor, draslík) rastlinami z pôdy a intenzitou transpirácie porastu, navrhnutá bola metóda výpočtu vertikálneho rozdelenia intenzít odberu rozpustených látok (najdôležitejších živín) porastom poľnohospodárskych plodín. Jej aplikácia umožňuje určenie odberového člena v rov. (1) a riešením tejto rovnice môžeme vypočítať zmeny koncentrácie vybraných živín v pôde, berúc do úvahy ich odber koreňmi rastlín. Odberový člen možno vypočítať pomocou rov. (9), ak poznáme vertikálne rozdelenie intenzít odberu vody koreňmi rastlín a pomer medzi transpiračným tokom a celkovou intenzitou odberu príslušného iónu porastom v danom časovom intervale. Porovnanie celkových intenzít odberu dusíka porastom kukurice, ktoré bolo určené z výsledkov poľných meraní a intenzít, vypočítaných predloženou metódou síce v niektorých prípadoch ukazuje na značné rozdiely (obr. 4), avšak v prvom priblížení je metóda vhodná na modelovanie pohybu žívín v pôde.
We investigated the sorption-desorption behaviour of acid herbicide MCPA (4-chloro-2-methylphenoxy acetic acid) in five soils (denoted as A1-5), three bottom sediments (S1-3) and in two river sediments (L1-2) at two initial concentrations in aqueous solution - C0 = 0.5 and 10 mg L-1. Sorption and desorption of MCPA was measured by a batch equilibrium technique using analytical pure MCPA. There was no significant influence of the initial concentration of MCPA on its equilibrium distribution between soil/sediment and aqueous solution. The difference between distribution coefficient KD at C0 = 0.5 mg L-1 and KD at C0 = 10 mg L-1 was found only in the case of one bottom sediment (S2). Simple regression analysis between KD at C0 = 0.5 and 10 mg L-1 and soil/sediment properties indicated that the most important property which determined the variation in MCPA sorption is organic carbon (r = 0.885** and r = 0.921***, respectively). Similarly, the desorption of MCPA was inversely proportional to organic carbon content of the soils and sediments used (r = -0.821* and r = -0.888**). These observations showed that sorption-desorption behaviour of MCPA in soils and sediments was primarily controlled by organic components of the geosorbents used. Overall, the sorption extent of MCPA in soils and sediments was low (Psorp ≈ 5 - 53 %; KD = 0.131 - 2.827 L kg-1) and desorption extent was relatively high (Pdes ≈ 11 - 52 %), especially in soils and sediments with the lower organic carbon content. The experimental results and calculated values of groundwater ubiquity score GUS and relative leaching potential index RLPI imply that MCPA is very mobile in all soils and has high potential to contaminate groundwater. and Laboratórnymi metódami sme skúmali sorpčno-desorpčné správanie herbicídu MCPA (kyselina 4-chlór2-metyl fenoxyoctová) s kyslým charakterom (pKa = 3,07) v 5 vzorkách pôd (A1-5), v 3 vzorkách dnových sedimentov (S1-3) a v 2 vzorkách riečnych sedimentov (L1-2) pri dvoch koncentráciách vo vodnom roztoku - 0,5 a 10 mg l-1. Počiatočná koncentrácia MCPA vo vodnom roztoku nemala vplyv na jeho rozdelenie medzi pôdu/sediment a vodný roztok, iba v prípade 1 vzorky dnového sedimentu (S2) bol zistený rozdiel v rozdeľovacích koeficientoch KD. Sorbované množstvo MCPA v sledovaných pôdach a sedimentoch priamo úmerne záviselo od celkového obsahu organického uhlíka. Podobne, vodou desorbované (extrahované) množstvo MCPA z pôd a sedimentov vyjadrené v % (Pdes) nepriamo úmerne záviselo od celkového obsahu organického uhlíka. Tieto pozorovania dokumentujú, že sorpčno-desorpčné správanie MCPA v pôdach a sedimentoch je primárne kontrolované organickými zložkami sledovaných geosorbentov. Celkovo bol sorbovaný podiel MCPA v pôdach a sedimentoch nízky (Psorp ≈ 5-53 %; KD = 0,131-2,827 l kg-1) a desorbované množstvo relatívne vysoké (Pdes ≈ 11-52 %), zvlášť v pôdach a sedimentoch s nižším obsahom organického uhlíka. Experimentálne výsledky a vypočítané hodnoty GUS (Groundwater Ubiquity Score) a RLPI (Relative Leaching Potential Index) poukazujú na výraznú pohyblivosť MCPA v pôdach a vysokú tendenciu MCPA preniknúť do podzemných vôd.
Sorption of herbicides (acetochlor, atrazine, 2,4-D-DMA, chlorotoluron, MCPA and trifluralin) in six soils was evaluated. Among herbicides studied, dissociable herbicides (MCPA and 2,4-D-DMA) were the least sorbed, whereas nonionic herbicides were the most sorbed (acetochlor < chlorotoluron < trifluralin). The distribution coefficient values KD and equilibrium sorbed amounts positively correlated with soil organic carbon content for all herbicides except MCPA. Moreover, all herbicides except MCPA were the most sorbed in the Vertisoil (SA) with relatively high content of expanding clay minerals in proportion to organic carbon content. Organic carbon - water distribution coefficient values KOC for each herbicide showed a smaller variation among soils used except the SA soil than distribution coefficients KD. To estimate potential risk of groundwater contamination by herbicides investigated, measured KOC and treshold GUS values (Groundwater Ubiquity Score) were used to calculate half-lives t1/2 that would rank herbicides as potentially hazardous and non-hazardous. Comparison of calculated t1/2 values to published was found that atrazine and MCPA could be considered hazardous herbicides, trifluralin non-hazardous herbicide and acetochlor, 2,4-D and chlorotoluron could be hazardous or non-hazardous, depending on soil type. Presented analysis was also in line with risk assessment of groundwater contamination according to EPA (Environmental Protection Agency) criterion. and Referát prináša výsledky výskumu sorpcie herbicídov (acetochlór, atrazín, 2,4-D-DMA, chlórtoluron, MCPA a trifluralín) v šiestich poľnohospodárskych pôdach. V rámci sledovaných herbicídov najnižšie rovnovážne sorbované množstvá v pôdach boli zistené pre disociovateľné herbicídy (MCPA a 2,4-D-DMA) a najvyššie pre nepolárne herbicídy (acetochlór < chlórtoluron < trifluralín). Ukázalo sa, že s rastúcim podielom organického uhlíka v použitých pôdach sa priamo úmerne zvyšuje rovnovážne sorbované množstvo sledovaných herbicídov s výnimkou MCPA. Navyše, všetky herbicídy okrem MCPA sa najlepšie sorbovali v pôde smonica (SA) s relatívne vysokým podielom expandujúcich ílových minerálov v pomere k obsahu organického uhlíka. V rámci použitých pôd s výnimkou pôdy smonica (SA) boli rozdiely medzi zistenými hodnotami rozdeľovacích koeficientov normalizovaných na podiel organického uhlíka KOC pre daný herbicíd výrazne nižšie ako rozdiely medzi rozdeľovacími koeficientami KD. Na posúdenie potenciálneho rizika kontaminácie podzemných vôd skúmanými herbicídmi boli využité stanovené KOC a hraničné hodnoty ukazovateľa GUS (riziko výskytu organickej látky v podzemných vodách), z ktorých sa vypočítali žiadané polčasy rozkladu t1/2. Porovnaním vypočítaných t1/2 s publikovanými v literatúre sa dospelo k záveru, že atrazín a MCPA možno považovať za rizikové herbicídy vo všetkých pôdach, trifluralín za herbicíd bez rizika a acetochlór, 2,4-D a chlórtoluron za rizikové alebo bez rizika v závislosti od pôdneho typu. Uvedená analýza sa zhodovala aj s analýzou možného rizika kontaminácie podľa kritérií EPA.
Water repellency is a relative (and a little misleading) term because no surface actually exerts a repelling force on a liquid. There is always some attraction between a liquid and any solid. The affinity (hydrophilicity) or repellency (hydrophobicity) between water and solid surfaces originates from mutual attractive forces (adhesion) and the attraction between the water molecules (cohesion). Soil water repellency is generally attributed to hydrophobic organic matter coating soil particles or accumulating in the soil environment. The definition of hydrophobicity and hydrophilicity, based on the contact angle α between water and a solid, reads: if α < 90°, the solid is wettable, if α ≥ 90°, the solid is water repellent (Adamson, 1990). Another definition of hydrophobicity and hydrophilicity, based on the surface-free energy, reads: solid surfaces with a surface-free energy σsa > 72.75 mN m-1 attract water and are therefore hydrophilic. Solid surfaces with a surface-free energy σsa < 72.75 mN m-1 are hydrophobic (Doerr et al., 2000). Soil water repellency (WR) is characterised using three parameters: severity (degree) of WR, persistence of WR, and index of WR. The most frequently used techniques for the severity and persistence of WR measurements are MED (molarity of ethanol droplet) and WDPT (water drop penetration time) test, respectively. and Vodoodpudivosť je relatívny (a trochu zavádzajúci) pojem, pretože žiadny povrch tuhej látky nepôsobí na kvapalinu odpudivou, ale vždy príťažlivou silou. Afinita (hydrofilnosť) alebo odpudivosť (hydrofóbnosť) medzi vodou a povrchom tuhej látky vzniká zo vzájomných príťažlivých síl (adhézia) a príťažlivých síl medzi molekulami vody (kohézia). Vodoodpudivosť pôdy sa všeobecne pripisuje hydrofóbnej organickej hmote, ktorá buď pokrýva pôdne častice alebo je akumulovaná v pôdnom prostredí. Definícia hydrofóbnosti a hydrofilnosti, založená na veľkosti uhla omáčania, znie: ak je uhol omáčania α menší ako 90°, tuhá látka je zmáčavá, ak je väčší alebo sa rovná 90°, tuhá látka je vodoodpudivá (Adamson, 1990). Iná definícia hydrofóbnosti a hydrofilnosti, založená na povrchovej voľnej energii, znie: povrch tuhej látky s povrchovou voľnou energiou σsa > 72,75 mN m-1 je hydrofilný a povrch tuhej látky s povrchovou voľnou energiou σsa < 72,75 mN m-1 je hydrofóbny (Doerr et al., 2000). Vodoodpudivosť je charakterizovaná tromi parametrami: veľkosť, stálosť a index vodoodpudivosti. Najčastejšie používanou metódou na meranie veľkosti vodoodpudivosti pôdy je MED test, v ktorom sa povrchová voľná energia pôdy určuje z molarity kvapky etanolu, ktorá vnikne do pôdy za určitý čas. Najčastejšie používanou metódou na meranie stálosti vodoodpudivosti pôdy je WDPT test, pri ktorom sa meria čas, potrebný na infiltráciu kvapky destilovanej vody do pôdy.
The main hydrological and geomorphological impacts of soil water repellency are: (a) reduced infiltration capacity; (b) increased overland flow; (c) spatially localised infiltration and/or percolation, often with fingered flow development; (d) effects on the three-dimensional distribution and dynamics of soil moisture, evapotranspiration, as well as plant germination and growth; (e) enhanced streamflow responses to rainstorm; (f) enhanced total streamflow; and (g) enhanced soil erosion. Surfactants (wetting agents), clay, and municipal solid waste compost were found to be successful in mitigation of the consequences of soil water repellency. and Hlavné hydrologické a geomorfologické dôsledky vodoodpudivosti sú: (a) zmenšenie rýchlosti infiltrácie vody do pôdy, (b) zväčšenie povrchového prúdenia, (c) priestorovo lokalizovaná infiltrácia a/alebo perkolácia a prúdenie prstami, (d) účinky na trojrozmerné rozdelenie a dynamiku pôdnej vlhkosti, evapotranspiráciu, ako aj klíčenie a rast rastlín, (e) zväčšenie odtoku po búrke, (f) zväčšenie celkového odtoku a (g) zväčšenie erózie pôdy. Dôsledky vodoodpudivosti pôdy možno zmierniť aplikáciou povrchovo aktívnych látok (zmáčadiel), ílu a kompostu z tuhého komunálneho odpadu.