Szikpadkás talajerózió értékelése az Alföldön térinformatikai módszerekkel

Átírás

1 Szikpadkás talajerózió értékelése az Alföldön térinformatikai módszerekkel Kovács Ferenc 1 Szatmári József 2 Rakonczai János 3 1. Bevezetés Az Alföld aránylag egyenletes domborzatú felszínén tájképileg különleges morfológiai változatosságot jelentenek a padkás felszínek. Elterjedésük fő területei a vízrendezések előtt rendszeresen elöntött vidékek, de a formák megjelennek a tájrendezési munkálatokhoz kapcsolódva is. A korábban alig vizsgált padkás felszínek kutatása aránylag pontos értékelési lehetőséget adhat a síkvidéki erózió mértékének a meghatározásához. A talajerózió az Alföldön jelentősen elmarad a dombsági területeken tapasztaltaktól (Barta 2001), de a most bemutatandó kutatásaink is ráirányítják a figyelmet arra, hogy annak mértékét nem szabad lebecsülni. Az erózió ezen sajátos fajtája a szárazodási folyamattal kiegészülve jelentős talaj és vegetációs változásokat is előidéz. 2. A padkás geomorfológia Annak ellenére, hogy a talajerózió sajátos síksági formájában, a padkás erózióban érintett területek kiterjedése jelentős és tájképi jelentőségű Magyarországon, a mikroformák átfogó geomorfológiai értékelésével az 1970-es évekig csupán Strömpl 1931-es tanulmánya foglalkozott. Akár néhány centiméteres relief energia elég a sajátos formakincs, a szikpadka megjelenéséhez, melynek kialakulása komplex folyamatnak tekinthető. Két fázist célszerű megkülönböztetni: a padkásodás megindulása, illetve a padkás felszínek pusztulása. A degradációs folyamat az alsóbb szinteknek az erózió következtében történő felszínre kerülését jelenti. A területhasználat változása, a csatornák kiépítése, a legeltetés miatti koncentrált állati taposás, utak használata mind a lokális relief energia növekedését eredményezik, vagy a már padkás felszínt tagolják. Mivel egy felszabdalt út nem járható, a forgalom sokkal szélesebb sávban történik, mint az a térképen van jelezve. A padkás területek további felszínfejlődését döntően a relatív magassági különbség és a talajszerkezet befolyásolja, de hatása lehet rá a növényzettel való fedettségnek is (Rakonczai 1986). A sajátosan gazdag mikroformakincset formakomplexumokként lehet felfogni. A szikformák három típusa: szikpadka, szikér, sziklapos. A szikpadka a zárt szikes pusztai gyeppel borított, ép talajszelvényű a denudációból kimaradt, eredeti felszínmagasságot mutató térszínnek (hát, padkatető), különböző lejtőszögű peremmel (padkaperem) való leszakadása egy alacsonyabb, elvékonyodó a lehordódott talajt tartalmazó térszínbe (sziklanka), majd a legmélyebb szikfokba (szikfenék, sziklapos) (Rakonczai et al. 2004) (1. ábra). A lejtés irányában mozgó csapadékvíz mechanikai hatása mellett a záporok, zivatarok okozta csepperózió, a huzamosabb talajátázás esetén a víz oldó hatása (szik-töbör) és a nagyon vizes időszakban a hullámzás ereje is rombolhatja a felszínt. 1 Kovács Ferenc egyetemi tanársegéd, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, feri@earth.geo.u-szeged.hu 2 Szatmári József egyetemi tanársegéd, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, joe@earth.geo.u-szeged.hu 3 Dr. Rakonczai János egyetemi docens, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, rjanos@earth.geo.u-szeged.hu 1

2 1. ábra A szikpadkás táj a Dunamenti-síkságon, Miklapusztán Tóth (2003) meghatározta a szikes felszínfejlődés stádiumait (iniciális-, juvenilis-, maturus- és szenilis állapot, illetve antropogén hatásra bekövetkezett felszínfejlődés). Rakonczai et al. (2004) szerint a padkás erózió négy fontos típusát különíthetjük el az Alföldön, amelyeknek természetesen átmeneti formái is ismertek: hátráló erózió, leszakadásos erózió, lineáris erózió, areális erózió (2. ábra). 2. ábra Hátráló eróziót mutató meredek padkaperemek A szárazodási folyamatokra érzékeny szikes talajok formakincsének, a szikpadkáknak a fejlődésében az utóbbi évtizedekben több tényező is változásokat okozhatott. Elsősorban a szemiarid jelleg fokozódását, a sztyeppesedési folyamatok megjelenését, valamint az ember tájrendezését sorolhatjuk a változásokat okozó fő tényezők közé. 3. A szikpadkás talajerózió felmérése A recens geomorfológiai változások mérése során gondot jelent, hogy a rövidebb idő alatt tapasztalt változások mennyiben általánosíthatók, valamint az is, hogy ezen változások kisebb értéke hogyan viszonyul mérési pontosságunkhoz. A padkás erózió folyamatának értékelése különböző években készült, különböző típusú, méretarányú és pontosságú adatforrásokra alapuló, több módszert összehangoltan alkalmazó változásvizsgálatok alapján történt. A padkás erózió felmérését célzó térképezésre és a terepi mérésekre elsőként a tiszántúli szolonyec szikeseken találunk példákat (Dövényi et al. 1977, Tóth 2003). A mérések az 1990-es évek második felétől a korszerűbb eszközök (fotogrammetria, GPS, geodéziai mérőállomás) és feldolgozási technikák (GIS) bevonásával folytatódtak több eltérő sajátosságú mintaterületen (Kovács Rakonczai 2001, Rakonczai et al. 2004). 2

3 A szoloncsák jellegű szikesekre jellemző erózió mérésére alkalmas mintaterület a Duna-Tisza közén, Akasztótól nyugatra fekvő Miklapuszta (3. ábra), ahol a terepbejárás és az adatforrások áttekintése alapján a padkák hátrálásának mérésére három fő irányt jelöltünk ki: a régi és mai adatokat együtt kezelő, elemző geoinformatikai módszerek alkalmazása, terepi adat-felvételezés, mérés GPS-el és digitális mérőállomással, mérések fotogrammetriai adatok alapján. 3. ábra Miklapuszta északi része Miklapuszta a Kiskunsági Nemzeti Park része. A szikes lapos a Duna újholocén árterületén fekszik. A padkák oldala nem egyszer meghaladja az 1 méteres magasságot, illetve felszínük több, mint 1 km 2 -ig terjedhet. A szoloncsák szikes közel 300 cm szelvényvastagságú. Harmati (2000) mérései szerint rendkívül sós a talaj (minimum 500 mg/100g) és még sósabb a talajvíz (minimum 6400 mg/l), ami közrejátszik a viszonylagos fajszegénységben A geoinformatikai módszerek lehetőségei és korlátai A miklapusztai nagy méretű padkák változásának vizsgálatához az 1: es III. katonai felmérés, valamint az 1960-as és 1982-es, 1: es topográfiai térkép felhasználásával készítettünk elemzést, lehatárolva a feltételezhetően legjelentősebb eróziós területeket. A pontatlansági tényezők alapján a csak a térképekkel megvizsgált 100 éves időtartam eredményei alapvetően informáló jellegűek és a műszeres mérések megalapozását szolgálják, de egyúttal irányadók is a ma jellemző erózió mértékének a megállapításához (4. ábra). A padkákkal tagolt felszín jelenlegi állapotát legjobban közelítő terepmodell előállítására elsőként a terepi geodéziai felmérést említjük, amely történhet mérőállomás alkalmazásával, vagy kinematikus GPS (RTK), illetve félkinematikus GPS (Stop and Go) mérésekkel. 3

4 4. ábra Szikpadkák azonosítása egykor és ma GPS-el a terepi felmérés első szakaszában dolgoztunk (TOPCON Turbo-S II., Trimble Basic+ műszerek). A 2003-tól végrehajtott mérések már egy SOKKIA Set310 mérőállomással történtek. A műszer szögmérési pontossága 3, távmérési pontossága +/- 2 mm + 2ppm /2700 m. A közelben fekvő negyedrendű háromszögelési alappontok megfelelő álláspontot biztosítottak. A részben előzetesen tervezett bejárási útvonalon, valamint a terep jellemző mikromorfológiai jegyeit és magassági pontjait figyelembe véve szubdeciméteres pontosságú mérési adatokat kaptunk az önkényesen megválasztott pontokban. A módszer nagy előnye a pontosság, hiszen néhány cm/év padkahátrálási sebességet feltételezve csak ezzel a mérési pontossággal vizsgálhatók egy emberöltőn belül a változások. Hátránya, hogy a vizsgált terület kiterjedését (közelítőleg 25 km 2 ) és szabdaltságát ( padkásodottságát ) figyelembe véve rendkívül nagyszámú pontmérést, így hosszadalmas és fáradságos (azaz irreálisan költséges) terepi munkát igényelne a terepmodell felvétele. További 3D-ós felvételezési technológia lehet a lézeres magasságmérés (LIDAR), amely a fentebb említett pontossági és területfedési követelményeket kielégíti, viszont költségessége miatt még mindig elenyésző hazai tapasztalattal rendelkezünk alkalmazásában. Felmerülhetnek a nagyfelbontású térképező műholdak (pl. Ikonos, QuickBird) felvételei, de ezek ugyancsak meglehetősen drága adatok és egyelőre még nem teljesítik az elvárt pontosságot. 4

5 Ezek után nem meglepő, hogy a feladat végrehajtásához légifényképek sztereofotogrammetriai úton történő feldolgozását, majd a nagypontossággal tájékozott sztereomodellekből automatikus pontkinyeréssel (Kugler et al. 2005, Mészáros et al. 2006) felületmodell generálását választottuk, mint a pontosságot részben, a területfedést maximálisan kielégítő kompromisszumos megoldást. A légifelvételeket a FÖMI Archívumában található színes színhelyes, 2000-ben készült, digitális formátumú sztereopárok közül válogattuk, létrehozva és tájékozva egy 8 felvételből álló tömböt. A légiháromszögelés és kiegyenlítés után középgyök hibaként a kielégítőnek értékelhető 35 cm-es értéket kaptuk, miután az abszolút tájékozáshoz rapidstatikus GPS technikával mért terepi illesztőpontokat használtunk. A felületmodell kinyerését a Leica fotogrammetriai rendszerével (LPS) végeztük, melynek eredményeként megközelítőleg 4 millió magassági pont állt rendelkezésünkre a modellterületen. A tájékozott sztereo- és magassági modell felhasználásával ortofotókat generáltunk a területre, amelyek alapján leválogattuk a padkahatároló kb. 400 ezer pontot (5. ábra), valamint 3D-ós perspektív technikával megjelenítettük a szikpadkás felszínt (6. ábra). 5. ábra A belső (padkatető-piros pontok) és külső (sziklapos kezdete-kék pontok) 3D pontok elhelyezkedése a kész TIN modellen (5-szörös magassági torzítás) A generalizált szikpadkamodell előállításához a korábban kidolgozott LEGO-GIS módszert használtuk (Bódis-Szatmári 2005), ahol alap terepmodellként az 1: es topográfiai térkép szintvonal-állományából készült TIN modellt használtuk és ezen helyeztük el a határvonalaival ábrázolt padkákat. 4. A nagypadkás erózió értékelése Az közötti időszakban, a szikformákat jelölő határvonalak közötti távolságoknál a nem egy helyen mért, több mint 100 méteres különbségeknél a hátrálást nemcsak nagynak, hanem gyorsnak is minősíthetjük (7. ábra). Az ebben az esetben kiszámított több, mint 1 m/év-es változás még akkor is nagy, ha a bizonytalanság miatt ennek csak a töredékével számolunk. Gyors eróziót állapítottunk meg azokon a helyeken, ahol között mérhető különbség adódott. A nagy hátrálással jellemezhető padkák a mintaterület délkeleti felén tömörülnek, jellemző kitettség az erózió irányultságánál nem állapítható meg. 5

6 6. ábra A területen található legmagasabb padkák modellje (20-szoros magassági torzítás) 7. ábra A szikpadkás felszínformálódás jellemzése Miklapusztán térképi adatok alapján 6

7 Az egykori, összefüggő padkahátak mai helyén az utak, csordajárások, csatornák hatására található feldarabolódott formák az elmúlt 100 év alatt kerülhettek ilyen állapotba. Ha megmérjük a XIX. században még egységes hátakon belül kialakult új padkaszigetek egymástól való távolságát és ezt a lineáris eróziós hatás miatt megfelezzük, akkor egy évszázad változását becsülhetjük meg. Ezekre az értékekre nem vonatkoznak a katonai térképre és a feldolgozási körülményekre jellemző pontatlansági tényezők. Természetesen az között mért különbségek is hasonló pontosságot adnak. Az ilyen helyszíneken ( nagy és gyors padkahátrálás és padkaszigetek elkülönülésének vonala kategóriák) mintegy 100 pontban mért hátrálás szerint átlagosan cm/év-et állapíthatunk meg, de jelentős területeken számolhatunk 30 cm/év-es, sőt a legnagyobb mért értékek alapján cm/év-es változással. Tóth (2003) hortobágyi szolonyecen végzett terepi méréseiből kiindulva, Miklapusztán a jobban erodálódó szoloncsákon nem elképzelhetetlen az ilyen nagy padkapusztulás. A területi lepusztulás a III. katonai felméréshez viszonyítva átlagosan 40 %-os. A megvizsgált foltok alapján a XIX. század végén körülbelül 4,5 ha-os átlagméret mára alig 1,5 ha-ra csökkent, úgy, hogy eközben a padkahátak száma megduplázódott (1. táblázat). A terepi ismereteink alapján megbecsülhetjük a tényleges felszínpusztulást, ha 50 cmes átlagos padkamagassággal számolunk. Egy 500 ha-os lehatárolt részen 25 ha, azaz a felszín 5 %-a pusztult le. Ez az átlagos padkamagasság mellett m 3 anyag lepusztulását jelenti, vagyis az átlagos erózió mértéke 2,5 m 3 /év/ha. Igaz, ennek csak egy része hordódik el a területről, mert a sziklankán és a sziklaposon jellemző az akkumuláció. Ez az érték alapvetően elenyésző a dombvidékeken, vagy a futóhomokon mértekhez képest (Barta 2001, Szatmári 2004), de egy sík, kvázi természetközeli, védett területen meglepően nagynak mondható. Szikpadkák sorszáma 1. táblázat Az erózió mértéke a 7. ábra egyes szikpadkáinál. Eredeti terület [ha] évi terület [ha] Feltételezhető átlagos erózió [m 3 /év] 1 14,58 12,45 kb ,8 1,9 > , ,4 0, ,18 11,2 > ,9 5,2 > 200 A csökkenő terület mellett a vizsgált szikpadkáknál a kerületi értékek általában nem változnak. Az ilyen jellegű tagolódásban, több esetben is megfigyelhető a paraméterek fejlődésének legintenzívebb változata; csökkenő terület mellett nő a padkaperem hossza (pl. 7. ábra: 1, 4, 7-es szikpadka). Ezeket a padkahátakat csak a formájuk alapján is különösen sérülékenynek minősíthetjük, itt a talajdegradáció felgyorsulása várható. Érdemes térben és időben megvizsgálni a lineáris jelenségek (utak, csordajárások, csatornák) padkásodást befolyásoló hatását (8. ábra). Az utak, csatornák hálózatának erőteljes sűrűsödése kijelöli a fokozottan veszélyeztetett területeket, és jól mutatja, hogy a tájhasználat az erózió talán legfőbb okozója. Az 1360 ha-os, nagy mintaterületen e lineáris jelenségek ben (II. kat. felmérés) még a terület 97 %-a a 0 10 m/0,25ha-os útsűrűségi kategóriákba tartozott, de 2000-ben már 40 %-os a m/0,25ha-os osztályok részaránya. A távérzékelési és terepi vizsgálatainkban elsősorban a gyorsabban pusztuló padkákat vizsgáltuk meg, figyelembe véve az 7. és 8. ábrán lehatároltakat. 7

8 8. ábra A mesterséges, lineáris jelenségek hálózatsűrűségének alakulása Miklapusztán közötti időben jól megfigyelhető, degradálódó felszíneket a mintaterületen is, valamint az alábbi felsorolt padkákon belül is térben koncentráltan figyelhetjük meg (pl. 7. ábra: 1, 4, 5, 6, 9, 12, 14, 15, 16. számú padkák). Az erózió mértéke e padkaperemek hátráló peremein átlagosan 20 cm/év. A térképi eróziós padkák közül azoknak csak a felén mértünk kép alapján is lepusztulást, de a légifotókon újabb gyorsan erodálódó peremeket is találtunk. A közötti különbségek kimutatásánál a MADOP-hoz készült és itt használt légifotók felbontása és a feldolgozás során kikerülhetetlenül fellépő és összegződő hibahatások nem teszik lehetővé a padkahátrálás sebességének rövidtávú meghatározását. A modellezési módszer elfogadhatóságát viszont többféleképpen is vizsgálhatjuk. Ezek közül az első a fotogrammetriai úton kinyert pontok magassági koordinátáinak megbízhatóságát igazolja. Az 5. ábrán jól láthatók a magasabban lévő padkaperemen, valamint az alacsonyabban, a sziklapos határán elhelyezkedő pontok, melyekből a padkák magassága meghatározható. Az ábra kitűnően szemlélteti, hogy fotogrammetria úton meghatározhatók a néhány deciméteres magasságkülönbségek még az itt felhasznált, közepes terepi felbontású (0,68 m) légifotók esetében is. A másik ellenőrzési módszernél a szikpadkákról készült ortofotókat a korábbi, geodéziai (mérőállomással végzett) felméréssel hasonlítjuk össze (9. ábra). A terepen mért pontokat az ortofotóra helyezve jól látható, hogy a pontok a padkák peremén helyezkednek el, a pontok eltérései a fotogrammetriai úton mért padkaperemtől még az elfogadható értéken belül maradtak, a legnagyobb eltérés a vizsgált A jelű profilnál 0,8 m-nek adódott. A térképek alapján leírt maximális, 0,75 1 m/év-es padkahátrálásra alapozva sem tudtunk a terepen felvételezett padkaperem, és az ortofotó szikpadka határa (3000 pont) alapján eróziós peremeket lehatárolni. A magassági értékek mérésével, illetve a peremek és sziklankák 8

9 együttes felvételezésével részletesen ki tudjuk jelölni a jelenleg legmagasabb (1,05 m), illetve a legmeredekebb, vagyis a leggyorsabban pusztuló szikformákat. (a) (b) 9. ábra Mérőállomás pontmérései a mintaterületen (a) és egy szikpadka-hát esetében (b) az ortofotó-fedvényen (A: a vizsgált profil) A 5. A folyamat következményei Kutatásaink alapján megállapítható, hogy a padkás erózió viszonylag gyors, a területet illetően az egyik legnagyobb tájformáló tényező. Miután az erózió mértéke jellemzően cm-es, tíz centiméteres nagyságrendű, a változások már egy két évtized alatt is tetemesek. A folyamatnak legalább két fontos következménye van. Egyrészt jelentős talajpusztulással jár, másrészt sokfelé a tájképi jelentőségű mikroformák pusztulását okozza a természetes körülmények között is, s azok megóvására a fokozott védettség mellett sincs mód. Amit a térképek, légifotók kiértékelése alapján jól érzékeltethetünk, a padkahátaknál jellemző fragmentáció. Miután a padkás erózió kialakulásához csak a kezdeti lépést kell megtenni (ezt sajnos már visszavonhatatlanul megtettük) és attól kezdve a felszínpusztulás nehezen megállítható, nem kell nagy jósnak lennünk ahhoz, hogy előrejelezzük ezen tájértékünk megállíthatatlan megsemmisülését. Mindez azt is jelzi, hogy a természetvédelem nem elégedhet meg csupán a passzív módszerekkel e területen. Az éghajlati változásokhoz kapcsolódó talajvízszint-változások, illetve a részben az ezekkel összefüggő talaj és vegetáció módosulások nyomán a táji változások is szerepet kaphatnak az eróziós formák átalakulásában. Ennek egyelőre ellentmond a 100 éves hosszú időtartamú, a 20 éves rövidebb és a 3 éves legrövidebb időközök vizsgálata, mely szerint a talajdegradáció átlagos üteme nem változott. A térképek alapján feltételezett lepusztulást a terepi és távérzékelési mérések együttes alkalmazásával csak úgy tudjuk bebizonyítani, illetve újraértékelni, ha a mérőállomással és az alkalmazottnál nagyobb méretarányú sztereo-képpárokkal 3 5 évenkénti méréssorozatokat tervezünk. Így megkaphatjuk a választ a felmérés jelenlegi pontatlanságaira. 9

10 Irodalomjegyzék Barta K Az EUROSEM talajeróziós modell tesztelése hazai mintaterületen. in.: A földrajz eredményei az új évezred küszöbén. Az I. Magyar Földrajzi Konferencia CD kötete. p.10. Bódis K. Szatmári J Geoinformatikai döntéstámogatás síkvidéki tározók tervezéséhez. Térinformatika. 2005/5. pp Dövényi Z. Mosolygó L. Rakonczai J. Tóth J Természeti és antropogén folyamatok vizsgálata a kígyósi puszta területén. Békés megyei természetvédelmi évkönyv 2. Békéscsaba, pp Harmati I A vízrendezés hatása a Duna-völgy szikes talajaira. Agrokémia és Talajtan. Tom.49. No.3-4. pp Kovács F. Rakonczai J Geoinformatikai módszerek alkalmazása a tájváltozások értékelésében a Kiskunsági Nemzeti Park területén. in.: A földrajz eredményei az új évezred küszöbén. az I. Magyar Földrajzi Konferencia CD kötete, p.15. Kugler Zs. Barsi Á. Mélykúti G. Ládai A Automatikus fotogrammetriai eljárással előállított digitális terepmodell beépített környezetben. Geodézia és Kartográfia 2005/12. pp Mészáros M. Szatmári J. Tobak Z. Mucsi L Digitális domborzatmodellek előállítása és alkalmazása sztereo Corona űrfelvételek alapján. Geodézia és Kartográfia 2006/3. pp Rakonczai J A szabadkígyósi puszta földtani viszonyai és geomorfológiája. in.: Réthy Zs. (szerk.) Környezet- és természetvédelmi évkönyv. 6. Békéscsaba. pp Rakonczai, J. Kovács, F Possibilities provided by GIS in the evaluation of landscape changes on plain territories. Acta Geographica Szegediensis, Tomus XXXVII, pp Rakonczai, J. Kovács, F. Zádori, A Some examples of bench erosion from the Great Hungarian Plain Acta Geographica Szegediensis, Tomus XXXVIII, pp Strömpl G A szik geomorfológiája. Földrajzi Közlemények 4-5. pp Szatmári J Szélerózió-veszélyeztetettség értékelése a Duna-Tisza közén RWEQ modell alkalmazásával in.: A magyar földrajz kurrens eredményei. A II. Magyar Földrajzi Konferencia CD kötete. pp Tóth Cs A Hortobágy negyedidőszak végi felszínfejlődésének főbb természeti és antropogén vonásai. Doktori (PhD) értekezés. Debreceni Egyetem. p