TUDOC KÁRPÁT-MEDENCEI DOKTORANDUSZOK NEMZETKÖZI KONFERENCIÁJA

Átírás

1 SZENT ISTVÁN EGYETEM Mezıgazdaság- és Környezettudományi Kar TUDOC KÁRPÁT-MEDENCEI DOKTORANDUSZOK NEMZETKÖZI KONFERENCIÁJA Konferencia kiadvány Gödöllı, 2010

2 TUDOC KÁRPÁT-MEDENCEI DOKTORANDUSZOK NEMZETKÖZI KONFERENCIÁJA Konferencia kiadvány Szerkesztık: Dr. Centeri Csaba, Bodnár Ákos, Jung Ivett, Falusi Eszter A Szakmai Bizottság tagjai, bírálók: Dr. Fekete József, Dr. Barczi Attila, Dr. Bíró Zsolt, Dr. Czinkota Imre, Dr. Turcsányi Gábor, Dr. Jakab Gergely, Dr. Fekete Csaba, Dr. Szilassi Péter, Dr. Csontos Péter, Dr. Gyuricza Csaba, Dr. Malatinszky Ákos, Dr. Bokor Zoltán, Dr. Naszradi Tamás, Mikó Péter A Szervezıbizottság tagjai: Dr. Centeri Csaba, Dr. Penksza Károly, Jung Ivett, Falusi Eszter, Bodnár Ákos, Szabó István, Kenéz Árpád ISBN: A konferencia az A tudomány eredményei, az eredmények közlésének tudománya a Szent István Egyetemen címő TÁMOP /1/KMR jelő európai uniós pályázat támogatásával valósul meg. Gödöllı,

3 Tartalomjegyzék BAKA ERZSÉBET: GENETIKAI ESZKÖZRENDSZER FEJLESZTÉSE A TERMOACIDOFIL THERMOPLASMA ACIDOPHILUM MODELLSZERVEZET MOLEKULÁRIS BIOLÓGIAI VIZSGÁLATÁHOZ...5 BALLA ISTVÁN: LABORATÓRIUMI ÉS HELYSZÍNI FEHÉRJETARTALOM-MÉRİ BERENDEZÉSEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA ELTÉRİ NITROGÉN DÓZISÚ İSZI BÚZA (TRITICUM AESTIVUM L.) KÍSÉRLETEKBEN...18 BOECKER, DANIELA: VISSZAGYEPESEDETT SZÁNTÓK NÖVÉNYCÖNOLÓGIAI ÉS TALAJTANI VIZSGÁLATA...26 BUCSI TAMÁS: PACKUNGSDICHTE TALAJTÖMÖRÖDÉSI SZABVÁNY VIZSGÁLATA TALAJ- MIKROMORFOLÓGIA MÓDSZER SEGÍTSÉGÉVEL...38 CZIRBUS NÓRA: AZ AGGTELEKI-KARSZTRÓL SZÁRMAZÓ VÖRÖSAGYAGOS RENDZINA TALAJ SZERVES ANYAGÁNAK GEOKÉMIAI JELLEMZÉSE ROCK-EVAL PIROLÍZISSEL...46 ENDRİDI JUDIT: AZ EMBER TÁJALAKÍTÓ TEVÉKENYSÉGÉNEK ÖKOLÓGIAI HATÁSAI EGY BALATON-FELVIDÉKI TELEPÜLÉS TERÜLETHASZNÁLATÁNAK PÉLDÁJÁN...55 FAZAKAS CSABA: A HAGYOMÁNYOS ÉS A DIGITÁLIS ERÓZIÓS TÉRKÉPEZÉS...68 GELENCSÉR GÉZA: ÖSSZEHASONLÍTÓ VÍZRAJZI ELEMZÉSEK A TÖRTÉNETI KATONAI TÉRKÉPEK ALAPJÁN A KOPPÁNY-PATAK EGY SZAKASZÁNAK REHABILITÁCIÓJÁHOZ...78 HAUSNER CSABA: A FELSZÍNI RÉTEGERÓZIÓ ÉS A BARÁZDÁS ERÓZIÓ ÁTMENETÉT SZIMULÁLÓ MODELL KALIBRÁLÁSA ÉS PARAMÉTEREZÉSE...90 HELFRICH TÍMEA: A RHEINLAND-PFALZI SARJERDİK KULTÚRTÖRTÉNETE, SZEREPÜK A TERMÉSZETVÉDELEMBEN ÉS A HELYI TURIZMUSBAN HOFFMANN ORSOLYA IVETT: TRANSZGÉNIKUS NYÚL LÉTREHOZÁSA LENTIVÍRUS ALAPÚ TRANSZGENEZISSEL KENÉZ ÁRPÁD: SZÁZ ÉV ARCHAEOBOTANIKAI KUTATÁSI EREDMÉNYEI KESZTHELY- FENÉKPUSZTA RÓMAI ERİD FELTÁRÁSAIN KONCZ ANNAMÁRIA: SZÉLERİMŐVEK, SZÉLERİMŐ PARKOK OBJEKTÍV ÉS SZUBJEKTÍV SZEMPONTOKBÓL MÉRLEGELHETİ KÖRNYEZETI HATÁSAI KOVÁCS GERGİ PÉTER: A TALAJMŐVELÉS ÉS NÖVÉNYTÁPLÁLÁS HATÁSA A CUKORCIROK (SORGHUM BICOLOR L. MOENCH) BELTARTALMI ÉS FENOLÓGIAI PARAMÉTEREIRE KOVÁCS GYÖNGYI: AZ ÖKOTURIZMUS MEGÍTÉLÉSE A MAGYAR LAKOSSÁG KÖRÉBEN KRIFATON CSILLA: MIKOTOXIN-BONTÓ MIKROBÁK SCREENELÉSE BAKTERIÁLIS BIOTESZTEKKEL MÁJER ANDRÁS ZSOLT: A BIOTRÁGYA PIACI ÉRTÉKÉNEK MEGHATÁROZÁSA

4 PETİ ÁKOS: AZ EURÓPAI AGRÁRTÁJAK ÉRTÉKELÉSE (AZ EUCALAND PROJEKT) STASZNY ÁDÁM: PIKKELY-MORFOMETRIAI VIZSGÁLATOK ZEBRADÁNIÓ (DANIO RERIO) HALFAJON SZALAY D. KORNÉL: KÖRNYEZETBARÁT LOMBTRÁGYÁK HATÁSÁNAK VIZSGÁLATA AZ İSZI BÚZA (TRITICUM AESTIVUM L.) MENNYISÉGI ÉS MINİSÉGI PARAMÉTEREINEK VÁLTOZÁSA FÜGGVÉNYÉBEN MŐTRÁGYA NÉLKÜLI TERMESZTÉS ESETÉN TÓTH SZILVIA: A FÖLDTUDOMÁNYI ÉRTÉKEK FELMÉRÉSÉNEK NEHÉZSÉGEI ÉS LEHETİSÉGEI UJVÁRY KRISZTINA: TERMÉSZETVÉDELEM ÉS TURIZMUS AZ ALSÓ-TISZA HOLTÁGAI ESETÉBEN ÚJVÁRY DÓRA: ETETÉSI MÓDSZER HATÁSA ZÁRTTÉRI VADDISZNÓK AGRESSZÍV VISELKEDÉSÉRE ÉS TÁPLÁLKOZÁSSAL ELTÖLTÖTT IDEJÉRE WEIPERTH ANDRÁS: A HALFAUNÁBAN BEKÖVETKEZETT VÁLTOZÁSOK AZ IPOLY HAZAI SZAKASZÁN

5 GENETIKAI ESZKÖZRENDSZER FEJLESZTÉSE A TERMOACIDOFIL THERMOPLASMA ACIDOPHILUM MODELLSZERVEZET MOLEKULÁRIS BIOLÓGIAI VIZSGÁLATÁHOZ BAKA ERZSÉBET Balázs Kriszt 1, Barnabás Jenes 2, Ivanics Milán 2, István Nagy 3, Roland Wilhelm Knispel 3, Cédric Hobel 4, József Kukolya 5 Szent István Egyetem, Környezettudományi Doktori Iskola 2103-Gödöllı, Páter K. u baka.erzsebet@kti.szie.hu 1 Szent István Egyetem Környezetvédelmi és Környezetbiztonsági Tanszék, H-2103-Gödöllı, Páter K. u 2 Mezıgazdasági Biotechnológiai Kutatóközpont, H-2100 Gödöllı, Szent-Györgyi Albert u Max Planck Institute of Biochemistry, Dept. of Structural Biology, D Martinsried 4 Max-Planck-Institute for Developmental Biology, Department of Protein Evolution, D Tuebingen, Germany 5 Agruniver Holding Ltd., Ganz A. 2, 2100 Gödöllı, Hungary Összefoglalás A Thermoplasma acidophilum egy extremofil archaebaktérium, mely optimális növekedéséhez 58 o C-ot és ph 1,5-1,8 közötti, kifejezetten savas tápközeget igényel. A szervezet az elmúlt évtizedben a proteomika jelentıs modellszervezetévé vált. A több száz thermoplazmával foglalkozó publikáció ellenére teljes mértékében hiányoznak az e szervezet genetikai manipulációjához elengedhetetlen eszközök, vektorok és transzformációs módszerek. A genetikai manipulációs rendszerekhez szükséges legalapvetıbb metodikák, mint például a mikroba szilárd táptalajon történı tenyésztése, sem megoldottak napjainkig. Munkánk elindítását két alapvetı eredmény inicializálta: 2005-ben japán kutatóknak sikerült egy novobiocin rezisztens T. acidophilum sejtvonalat izolálni, amelyért egy módosult girázb gén felelıs. Japán kutatók fedezték fel a T. acidophilum-ból származó eddig ismert egyetlen plazmidot, a pta1-et is. PhD kutatási programom célja, a fenti nehézség ellenére, a hiányzó genetikai eszközrendszer fejlesztése volt a T. acidophilum molekuláris biológiai vizsgálatainak elısegítésére. Mivel a szilárd táptalajon történı tenyésztés nélkülözhetetlen a további genetikai munkákhoz, ezért elıször a thermoplasma tenyészkörülményeihez megfelelı (58 o C, ph 1,5) szilika-alapú szilárd táptalajt fejlesztettünk. Ezzel párhuzamosan különbözı vektor-konstrukciókat építettünk a transzformációs kísérletekhez. Konstrukcióink rezisztencia modulja a novobiocin rezisztenciát mutató T. acidophilum klónból származó girázb operon volt, melyet a puc18-as vektorba klónoztunk, így kialakítva a pdta vektort. A rezisztencia fokozása érdekében helyspecifikus mutagenezissel módosítottuk a gyrb gént, majd ezzel a modullal a pnta plazmidot alakítottuk ki. Egy új E. coli T. acidophilum shuttle-vektort is fejlesztettünk a prsf-as vektor és a pta1 vektor ori-régiójának és három nyitott leolvasási keretet (ORF, open reading frame) tartalmazó régiójának felhasználásával. Számos transzformációs módszert tesztelünk, többek között elektroporációt, lipofekciót, magnetofekciót és a genegun technikát. A módszerek önmagukban mind hatástalanok voltak, de speciális kombinációjukkal végül sikerült megismételhetı módon, rutinszerően transzformálni a T. acidophilum-ot. Ezen módszer alkalmazásával ezidáig 14 novobiocin rezisztens T. acidophilum sejtvonalat hoztunk létre a pdta és pnta plazmidok 5

6 alkalmazásával. A legmagasabb novobiocin koncentrációt toleráló sejtvonal, a pnta plazmidot hordozza, mellyel a mikroba ng/ml-es novobiocin koncentrációt volt képes tolerálni, ami összehasonlítva a vad típus 10 ng/ml-es érzékenységével, 200-szoros novobiocin rezisztencia növekedést jelent. A transzformánsok PCR alapú ellenırzésével igazoltuk a homológ rekombináció megtörténtét. További céljaink között elsı helyen szerepel az új transzformációs rendszer optimalizálása. Ezt követıen szeretnék a módszert mutáns génkonstrukciók létrehozására és bevitelre alkalmazni, ezáltal mód nyílna különbözı alegység-szervezıdéső enzimek struktúr- fehérjéinek in vivo fúziós proteinként történı expressziójára. Egy KO-mutagenezis rendszer fejlesztésével pedig ismeretlen funkciójú T. acidophilum gének azonosítására nyílna mód. Kulcsszavak: Thermoplasma acidophilum, transzformáció, novobiocin rezisztens girázb gén, homológ rekombináció Bevezetés A Thermoplasma acidophilum termoacidofil ısbaktérium (Archaea; Euryarchaeota; Thermoplasmata; Thermoplasmatales; Thermoplasmataceae; Thermoplasma; Thermoplasma acidophilum) optimális növekedéséhez 58 o C-ot és ph: 1,5-1,8 környezeti feltételeket igényel. Elsı törzseit szénbányák felmelegedı meddıhányóiból izolálták a hatvanas években (Darland et al., 1970). Ezt követıen a kilencvenes évek közepéig úgy gondolták, hogy kizárólag ebben a közegben élnek, de 1995-ben japán melegviző forrásokból is sikerült számos T. acidophilum törzset izolálni (Yasuda et al., 1995). A T. acidophilum sejtek gömbölyded, vagy szabálytalan alakúak, méretük igen változó lehet: 0.3-tól 2.0 µm. A szervezet nem rendelkezik sejtfallal, csak egy háromrétegő, 5-10 nm vastag membrán határolja, ami meglepı a mikroba különleges környezeti igényei tükrében. A sejtek lényeges tulajdonsága, hogy semleges ph-n azonnali és teljes lízis következik be, ami jelentısen megkönnyíti a DNS és fehérje izolálást. Eddigi kísérletekben a mikrobát csak élesztıkivonat tartalmú táptalajon sikerült tenyészteni, ezen viszont mind aerob és anaerob környezetben is jól szaporodik (anaerob környezetben elemi ként használ terminális elektron akceptorként). A szervezet az elmúlt évtizedben a vizuális proteomika kiemelkedı modellszervezetévé vált köszönhetıen számos, az eukarióta sejthez közeli tulajdonságának mely fıként protein és enzimkomplexek felépítésében és szervezıdésében nyilvánul meg. Egészen a 2000-ben befejezett genom projektig úgy tekintettek a termoplasmákra mint az eukarióta sejt lehetséges ısére (Ruepp et al., 2000). Annak ellenére, hogy a genom projekt a rokonságot megcáfolta, a T. acidophilum a mai napig a proteomika kiemelt fontosságú modellszervezete (Sun et al., 2007). Ezt bizonyítják a szervezet 20S proteaszómáján végzett struktúra/funkció vizsgálatok, melyek feltárták, hogy a proteolítikus folyamatok analógjai az eukarióta sejtekben zajló folyamatoknak és így igen jelentıs klinikai vonatkozásai vannak az itt folyó kutatásoknak (Mayr et al., 1999; Sharon et al., 2006). Annak ellenére, hogy a T. acidophilum ennyire intenzíven kutatott, a mai napig nem állnak rendelkezésre a genetikai manipulációját szolgáló eszközök és transzformációs módszerek, és a szervezet szilárd táptalajon történı tenyésztése sem megoldott. Sikeres transzformációs rendszerek kialakításának négy feltétele van. A szilárd táptalajon való tenyésztés azért az egyik legfontosabb elem, mert ezzel a módszerrel lehet rutinszerő klonális munkát végezni. A Robert Koch által az 1860-as években kidolgozott szilárd táptalajon történı tenyésztés vezetett a tiszta tenyészetek, genetikailag homológ sejtvonalak kialakításához- azaz a modern mikrobiológia kialakításához. Számos ısbaktérium - többek között az általunk vizsgált T. acidophilum - esetében azonban nem megoldott a 6

7 szilárd táptalajon történı tenyésztés az extrém tenyészkörülmények miatt. Így azokból csak nagyon fáradságos munkával, az ún. extinkciós higítás technikával lehet axénikus kultúrákhoz jutni. Hasonlóan fontos feltétel a vadtípusú és genetikailag manipulált sejtek elkülönítése. Erre a feladatra a legkülönbözıbb szelekciós ágensek használatosak, melyek közül legelterjedtebbek, egyszerő alkalmazhatóságuk miatt, az antibiotikumok. Sok antibiotikum az ısbaktériumok esetben hatástalan az extrém környezeti feltételek, vagy az ısbaktériumok fiziológiai-szerkezeti adottságai miatt. Az ısbaktériumok genetikai manipulálására/transzformálására két vektortípust szoktak alkalmazni: 1; integratív vektorokat, melyekkel homológ rekombinációt (a genetikai információ beépülését a kromoszómába) akarnak elérni, ezért nem tartalmazzák a célszervezetben történı önálló replikációhoz szükséges információkat, 2; bifunkciónális (shuttle) vektorokat, melyek képesek két különbözı törzsben a kromoszómától függetlenül, önállóan replikálódni. Végül szükség van egy hatékony transzformációs módszerre, mely segítségével bejuttatjuk a genetikai információt hordozó DNS molekulát a célszervezetbe. Számos esetben a baktériumok transzformálására rutinszerően használt módszerek, mint pl. a hısokk, vagy az elektroporáció hatástalannak bizonyulnak az ısbaktériumok manipulálására. Ezen alapvetı elıfeltételek számos ısbaktérium esetében nem megoldottak, mint például: Picrophilus torridus, Methanosarcina thermophila, Pyrolobus fumarii, Thermoplasma volcanium, Thermoplasma acidophilum (Allers et al., 2005), ezért e szervezetek kutatásától sok kutató elfordul. E dolgozat a T. acidophilum genetikai-eszközrendszer fejlesztése során elért legújabb eredményeink összefoglalása. A kísérletek elindítását két elızetes eredmény motiválta: ben japán kutatók azonosították a novobiocin rezisztenciáért felelıs módosult girázb (gyrb) gént egy általuk izolált novobiocin rezisztens T. acidophilum törzsbıl (Yamashiro et al., 2005), és szintén ez a csoport felfedezte az eddig egyetlen T. acidophilum-ból származó kriptikus plazmidot, a pta1-et (Yamashiro et al., 2006). Anyag és módszer A Thermoplasma acidophilum DSM 1728 törzs tenyésztése folyékony és szilárd táptalajon A T. acidophilum DSM 1728 törzset folyékony táptalajon rutinszerően a Christiansen (Christiansen et al., 1975) által leírtaknak megfelelıen mikro-aerofil környezetben tenyésztettük Schott üvegekben (az esetleges párolgás elkerülése érdekében) 58 o C-n, 100 rpm rázatás mellett. A szervezet szaporodását minden esetben a táptalaj turbiditásnak mérésével (O.D. 600 nm) követtük nyomon NanoPhotometer (Implen Inc.) segítségével. Kísérleteinkben kétféle szilárd táptalaj alkalmazásának a lehetıségét vizsgáltuk: a már korábban leírt gelrite-bázisú (Yasuda et al., 1995), továbbá egy szilika-bázisú táptalaj használatát próbáltunk ki. A gelrite-bázisú médium összetételét módosítottuk a rövidebb inkubáció idı elérése érdekében, Yasuda és munkatársai által alkalmazott gelrite-bázisú médium szilárdítását nem 0,6 %-os Gelrite és 3mM CaCl 2 - vel végeztük, hanem 0,8 %-os Gelrite oldattal továbbá a médiumot kiegészítettük 10 %-os glükóz oldattal, és 10 % - os Sol B médiummal (Thermoplasma folyékony médium). A szilika-bázisú médiumnál a folyékony Thermoplasma médiumot szilárdítottuk meg 20 %-os szilika oldat segítségével. A psta bifunkciónális (shuttle) vektor és a pdta integrációs vektor megépítése Elsıként egy bifunkciónális (shuttle) vektort építettünk (psta), melynek alapjául a prsf-duett vektort választottuk, melynek NcoI klonozó helyére azt a pta1 vektorból származó NcoI enzimmel hasított ~6000 bp nagyságú fragmentet illesztettük be, mely három 7

8 nyitott leolvasási keretet (ORF, open reading frame) és egy ori régiót kódolt. Az így elkészült vektort XbaI és HpaI restrikciós endonukleáz enzimekkel emésztettük, majd gélbıl visszaizoláltuk (Qiagen Gel Extratcion Kit) a megfelelı fragmentet. Ezzel párhuzamosan a már korábban elkészített pch2-es vektort XbaI és ZraI enzimekkel emésztettük, és agaróz gélbıl visszaizoláltuk a novobiocin rezisztenciáért felelıs girázb (gyrb) gént tartalmazó DNS darabot. (A pch2-es vektort egy másik kísérlet sorozathoz terveztük, alapját egy puc18-as vektor képezi, melybe a novobiocin rezisztenciáért felelıs girázb (gyrb) gént és a Ta1137-es promotert klónoztuk az ZraI-XbaI klónozó helyekre.) Ezt követıen a vektort és az inszertet ligáltuk, majd E.coli Top10 (Invitrogen) kompetens sejteket transzformáltunk az így elkészült vektorral. Az klónozó munkánk során általános laboratóriumi módszereket használtunk (Sambrook et al., 1989). Ezzel egy idıben, homológ rekombinációs célokra egy integratív vektort készítettünk, melynek alapja a puc18-as vektor volt, melynek NdeI-EcoRI klónozó helyeire a novobiocin rezisztenciáért felelıs T. acidophilum gyrb továbbá a gyra géneket hordozó DNS darabot vittük be, így létrehozva a pdta vektort. Irodalmi adatok alapján tudjuk, hogy a novobiocin rezisztencia jelentısen megnövelhetı akár egyetlen aminosav cseréjével is. Mi a pdta vektoron a 136-os pozícióban levı arginint helyspecifikus mutagenezissel hisztidinre cseréltük létrehozva a pnta plazmidot, mivel egy novobiocin rezisztens Staphylococcus saprophyticus gyrb mutáns esetében ez bizonyult a kritikus aminosav cserének (Vickers et al., 2007). A helyspecifikus mutagenezist a gyártó által megadott protokoll szerint végeztük el (Stratagene, QuickChange XL Site-Directed Mutagenesis Kit). A helyspecifikus mutagenezisre alkalmazott primer pár az alábbi volt: SITF1 ( 5'- GCT TAT AGC CGT GGT GAA GCA TGA CGG CAA GAT ATA CTA CG - 3') és SITR1 (5'- CGT AGT ATA TCT TGC CGT CAT GCT TCA CCA CGG CTA TAA GC -3 ) A helyspecifikus mutegenezis megtörténtét szekvenálással igazoltuk. Transzformációs módszer fejlesztése Kísérleteinkben számos transzformációs módszert teszteltünk a T. acidophilum transformálására. Elıször az elektroporáció használatának lehetıségét teszteltük, mely során nagy fesztültséggel kíséreltünk meg plazmidokat bejuttatni a sejtekbe. Emellett néhány a mikroorganizmusok körében kevésbé vagy egyáltalán nem elterjedt módszert próbáltunk ki. Úgy mint gén puskát vagy gén ágyút, amit fıként növényi sejtek és szövetek transzformációjára alkalmaznak (Shark et al., 1991). A DNS-sel bevont különbözı átmérıjő (100 nm, 250 nm) aranyszemcséket kíséreltük meg belıni a sejtekbe. A kísérleteteket a gödöllıi Mezıgazdasági Biotechnológiai Intézetben végeztük az általuk kifejlesztett protokoll alapján. Ezt követıen lipofekció és magnetofekció módszereket teszteltük. A lipofekcióhoz a DOTAP-ot (Roche GmbH) alkalmaztunk a gyártó által megadott protokoll szerint. A magnetofekcióhoz számos DNS-t kötni képes magnetit szemcsét alkalmaztunk: fluidmag- DEAE, fluidmag-pea, a magnetofekciót szintén a gyártó által javasolt transzformációs módszernek megfelelıen vittük véghez. Thermoplasma acidophilum transzformánsok analízise A transzformánsokat elıször novobiocin tolerancia vizsgálatnak vetettük alá, a vad típus által már nem tolerálható 10 ng/ml-es novobiocin koncentrációtól a 3000 ng/ml-es koncentrációig esı tartományban. A tolerancia vizsgálat minden esetben 10 napig tartott és 12 óránként mintát vettünk a tenyészetbıl és megmértük az OD 600 értéket. A vad típusú törzset minden esetben negatív kontrollként alkalmaztuk. Amikor a novobiocin rezisztens tenyészet elérte az OD 600 0,7 értéket, a sejtekbıl plazmid (Viogene Plasmid Isolation Miniprep) és genomi DNS (MoBio DNA isolation Kit) preparátumokat készítettünk a gyártók által megadott eljárás szerint. 8

9 Az izolált plazmidokkal E. coli Top10 kompetens sejteket transzformáltunk, melyekbıl szintén elvégeztük a plazmid izolálást. Egy másik kísérletben ezek a preparátumok egy girázb (gyrb) specifikus PCR reakció templátjaként szolgáltak. Az általunk alkalmazott primerek az alábbiak voltak: GyrF : 5 - CTC CAC AGC GGT GCG AAG - 3 GyrR1 : 5 - ACC ATG TGG CTG TCT ACC TC - 3 GyrR2 : 5 - GAT TCG TCT CCA TGA ACG TC - 3 A GyrR1-GyrF primerpár alkalmazása esetén ~500 bp nagyságú fragmentet várunk, míg a GyrR2-GyrF primerpárnál ~800 bp. A PCR reakció elegy összetétele és a DNS szál szintézisének programja az alábbi volt: Reakció elegy: 5 µl 10x PCR puffer (Fermentas), 2mmol l -1 3 µl MgCl 2 (Fermentas), 0.5 µmol l -1 forward és 0.5 µmol l -1 reverse primer, 1 U Taq DNS polimeráz, 10 µl 10mM dntp (Fermentas), 3 µl templát és annyi desztillált víz, hogy a végsı térfogat 50 µl legyen. PCR protokoll: 98 o C 5 min 94 o C 30 sec 56 o C 30 sec 32 ciklus 72 o C 1 min 72 o C 10 min 4 o C A PCR reakció eredményét agaróz-gélelektroforézissel vizsgáltuk. Ezzel párhuzamosan az E.coli sejtekbıl izolált plazmidokat restrikciós emésztésnek vetettük alá EcoRI és XhoI enzimekkel. A restrikciós emésztést a gyártó által megadott protokoll szerint állítottuk össze (New England BioLab Inc.). Ezt követıen agaróz-gélelektroforézissel detektáltuk az eredményeket. Az izolált genomi DNS egy PCR reakció templátjaként szolgált. Jelen esetben alkalmazott primerpár: GyrAR (5 - ACT CTG CCC TCT ATG ACC-3 ) és GyrF volt, és egy 4000 bp nagyságú fragment amplifikálódását vártuk. A GyrAR primer a gyrb gén N- terminális rész upstream szakaszra volt specifikus a Thermoplasma genomjában, míg a GyrF primer a gyrb génre. A PCR reakció eredményét agaróz-gélelektroforézissel detektáltuk, majd egy tisztítási lépést (Viogene PCR Advanced Purification Kit) követıen szekvencia analízisnek vetettük alá. Eredmények A bevezetésben leírt munkánk célja az volt, hogy kifejlesszük a T. acidophilum modell szervezet genetikai eszköztárát. Elıször a rendelkezésünkre álló információk alapján egy olyan szilárd táptalaj fejlesztését kezdtük el, melyen a T. acidophilum sejtek telepet formálnak viszonylag rövid idı alatt, és a szilárdító anyag nem hidrolizál a sejtek szaporodásához szükséges magas hımérsékleten és alacsony ph-n. Erre a célra egy gelrite-bázisú szilárd médiumot készítettünk Yasuda (Yasuda et al., 1995) leírása alapján, melyet az inkubációs idı (30 nap) csökkentése érdekében néhány összetevıjében módosítottunk az Anyag és módszer részben leírtaknak megfelelıen. Ezekkel a változtatásokkal elértük, hogy 8-10 nap alatt 0,5 mm átmérıjő telepek fejlıdjenek. Ezzel párhuzamosan szilika-bázisú médiumot fejlesztettünk ki a már leírt módon, melyen az inkubáció 7. napjára már 1-2 mm átmérıjő telepek fejlıdtek (1. ábra). 9

10 1. ábra Thermoplasma acidophiulm telepek szilika-bázisú médiumon az inkubáció 7. napján Figure 1. Thermoplasma acidophilum colonies on silica-based medium after 7 days of incubation A következı lépés a sikeres transzformációhoz szükséges vektor-konstrukciók megalkotása volt. Elıször a psta jelő shuttle vektort hoztuk létre, mely önállóan képes fennmaradni E. coli és T. acidophilum sejtekben. E vektor 3 fı részbıl áll: a 6000 bp nagyságú pta1 vektorból származó, három nyitott leolvasási keret (ORF, open reading frame) régiót és egy ori régiót tartalmazó Thermoplasma specifikus rész, a T. acidophilum HO-62N1C törzs novobiocin rezisztens gyrb gén, továbbá a vektor alapját képezı prsf Duett E. coli specifikus vektor alkotják részeit. A psta vektor restrikciós hasítási térképét a 2. ábra szemlélteti. A psta vektor a prsf konstrukcióból származó rezisztencia (KnR) és replikációs origo (ori) szekvenciáknak köszönhetıen tud az E.coli sejtekben fennmaradni, a módosult gyrb gén felelıs a novobiocin rezisztenciáért T. acidophilum sejtekben, míg a pta1 vektorból származó rész felelıs az önálló repikációért T. acidophilum sejtekben. Abból a célból, hogy további munkák elkezdéséhez meggyızıdjünk arról, hogy T. acidophilum sejtekben homológ rekombináció megtörténik-e hasonló DNS darabok kicserélıdésével, egy integratív vektort építettünk. Ennek alapja a puc18-as E.coli specifikus plazmid volt, melynek NdeI és EcoRI hasító helyeire klónoztuk be a T. acidophilum vad típusú törzs gyrb és gyra génjeit hordozó 4 kb nagyságú DNS darabot. A gyrb gén PstI és PsiI hasító helyei közötti DNS darabot eltávolítottuk és a HO-62N1C törzs gyrb génjének hasonló, de a megfelelı (novobiocin rezisztenciáért felelıs) mutációkat hordozó darabjával helyettesítettük. A vektor nem tartalmaz T. acidophiulm specifikus ori régiót. Az integratív vektor sematikus térképét a 3. ábra szemlélteti. A pdta vektoron egy további helyspecifikus mutagenezissel kicseréltük a 136-os pozicióban levı arginint hisztidinre. Mindkét vektortípust a felhasználás elıtt szekvenálással ellenıriztük. 10

11 2. ábra A psta bifunkciónális (shuttle) vektor térképe, melyen a releváns restrikciós enzimek hasítóhelyeit az enzimek rövidített nevével jelöltük. Jelmagyarázat: a fekete nyílak az E.coli prfs Duet vektort, mely a KnR gént és a RFS ori régiót tartalmazza, a kék nyíl a pta1 vektorból származó 6000 bp nagyságú fragmentet (3 ORF és ori régió), a pirossal jelzett rész a HO-62N1C törzsbıl izolált NovR gyrb gént, a lila nyíl a gyrb gén elé klónozott promta1137 promotert jelölik. Figure 2. Map of psta shuttle vector (Relevant restriction sites are shown. Black arrows indicate the position of the E.coli prsfduet vector moiety. The blue arrow corresponds to the 6000 bp fragment originated from pta1 that encodes for 3 ORF s and the ori region. The red stretch indicates the NovR gyrb gene from the HO- 62N1C strain under control of the Ta1137 promoter (purple arrow). 3. ábra A pdta integratív vektor térképe, melyen a releváns restrikciós enzimek hasítóhelyeit az enzimek rövidített nevével jelöltük. Jelmagyarázat: a fekete nyíl az E.coli puc18 vektort, mely az AmpR gént és a pmb1 ori régiót, a kék nyílak a Ta1054 (gyra gén), Ta1056 és TA1057 géneket kódoló DNS darabot, a zöld nyíl a Ta1055-öt (gyrb gén) és benne a piros rész a HO-62N1C törzsbıl származó novobiocin rezisztenciát hordozó mutans gén darbot (mely a PsiI-PstI klónozó helyekre lett beépítve) jelölik. Figure 3. Map of pdta integrative vector. (Relevant restriction sites are shown. The black arrow indicates the E.coli puc18 vector moiety (AmpR gene and pmb1 ori). The blue arrow corresponds to Thermoplasma protein genes Ta1054, Ta1056 and Ta1057. The green arrow indicates the Ta1055 gyrb gene with the NovR part of 11

12 the gene from the HO-62N1C strain (red streak). 12

13 Ezt követıen különbözı transzformációs módszereket teszteltünk (elektroporáció, gén puska, lipofekció, magnetofekció). Az általunk tesztelt módszerek önmagukban nem voltak hatékonyak, viszont speciális kombinációjukkal sikerült megismételhetı módon, rutinszerően transzformálni a T. acidophilum-ot (Baka et al., 2009). Ez idáig 14 novobiocin rezisztens T. acidophilum sejtvonalat hoztunk létre. A transzformánsokat elıször novobiocin rezisztencia teszteknek vetettük alá folyékony médiumban. A különbözı törzsek (vad típusú, mutáns novobiocin rezisztens HO- 62N1C törzs, pdta és a pnta plazmidot hordozó törzsek) novobiocinnal szembeni toleranciáját a 3. ábra szemlélteti. A vad típusú T. acidophilum törzs 10 ng/ml, míg a HO- 62N1C törzs, mely a novobiocin rezisztenciáért felelıs természetes módon kialakult gyrb gént hordozza 1000 ng/ml novobiocin koncentrációt volt képes eltőrni. Ezzel szemben az általunk létrehozott novobiocin rezisztens pdta vektort hordozó sejtvonal ~ 1500 ng/ml koncentráció mellett is szaporodott. A legmagasabb novobiocin toleranciával rendelkezı sejtvonal a pnta plazmidot hordozó volt, ezen a plazmidon végeztük el a helyspecifikus mutagenezist, a 136-os pozícióban levı arginint-hisztidin cserét. A pnta plazmiddal transzformált T. acidophilum sejtvonal ~ 2500 ng/ml-es novobiocin koncentrációt volt képes tolerálni, mely összehasonlítva a vad típus által tolerálható, 10 ng/ml-es koncentrációval, több mint 200-szoros novobiocin tolerancia növekedést jelent. 3. ábra A novobiocin hatása különbözı Thermoplasma acidophiulm törzsek növekedésére Figure 3. Effect of novobiocin on growth of Thermoplasma acidophilum strains A tenyésztéses vizsgálatokkal párhuzamosan molekuláris biológiai módszerekkel is igazoltuk T. acidophilum sejtek sikeres transzformációját. A korábban már leírt módszerekkel elıször a plazmidok fennmaradást igazoltuk. Elıre nem várt módon sikerült a rezisztens T. acidopilum sejtekbıl plazmidot izolálnunk, majd azzal E. coli-t transzformálni és tenyészteni ampicillin tartalmú LB- táptalajon. Ezután PCR -technikával sikeresen mutattuk ki a gyrb gén jelenlétét az E. coli sejtekbıl izolált plazmidokon is. Számos esetben tapasztaltuk azonban, hogy a gyrb gén specifikus PCR reakció negatív lett az E.coli-ból izolált plazmidot templátként használva. Erre az lehet a magyarázat, hogy a gyrb gén kirekombinálódott a plazmidokból és homológ rekombinációval a Thermoplasma genomba integrálódott. Annak érdekében, hogy ezt bebizonyítsuk, elvégeztük a plazmidok restrikciós hasítását XhoI és EcoRI enzimekkel. Ezzel egyrészt sikerült igazolni a pdta és pnta plazmidok jelenlétét, emellett több módosult 13

14 plazmidot is izoláltunk, melyekbıl a gyrb gén vagy a gyra és gyrb gén hiányzott. Ezt szekvencia analízissel is bizonyítottuk. Azokban a plazmidokban, melyek az eredeti vektornak megfelelı hasítási képet mutatták, a gyrb gén jelenlétét minden esetben ki tudtuk mutatni. A homológ rekombináció megtörténtét is vizsgáltuk, novobiocin rezisztens Thermoplasma sejtvonalak esetében. Feltételeztük, hogy a rezisztenciáért felelıs gyrb gén homológ rekombinációval a T. acidopilum genomjába integrálódott. Ennek érdekében a gyrb gént genom specifikus PCR reakciót genomi DNS-templáton. Az így kapott PCR termékeket szekvencia analízisnek vetettük alá. Ezzel a módszerrel sikerült igazolni a homológ rekombináció megtörténtét, a novobiocin rezisztenciáért felelıs mutáns gyrb gén jelenlétét a T. acidophilum genomjában. Eredményeink szerint molekuláris módszerekkel sikerült igazolni egyrészt a plazmid fennmaradását, másrészt a homológ rekombináció megtörténtét. A pdta és pnta plazmidokat eredetileg homológ rekombinációs célokra terveztünk, de számos esetben a plazmidok shuttle vektorokként funkcionáltak önállóan fennmaradtak T. acidophilum sejtekben Thermoplasma specifikus ori régió nélkül is. Ebbıl arra következtethetünk, hogy a T. acidophilum képes felismerni és alkalmazni az E.coli specifikus ori régióját. Az eredmények megvitatása Az általunk vizsgált Thermoplasma acidophilum már izolálása óta a kutatók érdeklıdésének központjában áll, köszönhetıen többek között meglepı környezeti igényeinek és fiziológiai tulajdonságainak, továbbá az eukarióta sejtekhez való hasonlóságának. Ennek ellenére a mai napig nem áll rendelkezésre megfelelı genetikai manipulációs rendszer, mely nagyban hátráltatja a további kutatásokat. Munkánk fı célja ezen hiányzó genetikai eszközök fejlesztése, és jelen dolgozat egy genetikai eszközfejlesztési folyamat eddig elért eredményeit mutatja be. Elıször a sejtek szilárd táptalajon való tenyésztést kellett megoldanunk, ehhez egy szilika alapú médiumot hoztunk létre, és a már leírt gelrite-bázisú médiumot módosítottuk céljainknak megfelelıen. Ezeken a táptalajokon nemcsak hogy gyorsan szaporodtak a sejtek és kolóniákat képeztek, hanem a telepekbıl származó sejtek jól szaporodtak folyékony táptalajban is. Ezt követıen szelekciós ágenst kellett találnunk. Archeonok esetében a konvencionálisan alkalmazott szelekciós ágensek hatástalanok lehetnek a körülmények (magas hımérséklet, alacsony ph) és a fiziológiás tulajdonságok miatt. Ezért számos ısbaktériumnál nem antibiotikum alapú szelekciót alkalmaznak, hanem például uracilt mint auxotrof szelekciós markert (Berkner et al., 2008). A T. acidophilum esetében a szervezet szaporodásához szükséges alapkövetelmények miatt ezen szelekciós ágenssel nem számolhattunk, mivel ezidáig csak élesztı tartalmú táptalajon sikerült tenyészteni, mely tartalmaz urcailt, ahogy az általunk alkalmazott szilárdító anyag, a Gelrite is. Így választásunk a novobiocin antibiotikumra esett, hiszen ez az antibiotikum nagyon alacsony koncentrációban is gátolja a T. acidophiulm szaporodását, és stabil marad magas hımérsékleten és alacsony ph-jú közegben is. A választást megkönnyítette, hogy vizsgálataink megkezdésekor rendelkezésre állt már egy novobiocin rezisztenciáért felelıs gyrb gén a T. acidophilum-ból. Ez a gyrb gén, illetve ennek helyspecifikus mutagenezissel továbbfejlesztett változata szolgált alapjául az általunk létrehozott shuttle és integratív vektoroknak. Ezt követıen sikerült egy olyan új transzformációs módszert kialakítanunk, mellyel ezidáig 14 önálló novobiocin rezisztens sejtvonalat tudtunk létrehozni. Minden esetben molekuláris módszerekkel is igazoltuk a transzformáció megtörténtét. Vizsgálatink során számos esetben tapasztaltuk, hogy az általunk homológ 14

15 rekombinációs célokra tervezett integratív vektorok (pdta és pnta) shuttle vektorként funkcionálnak. Tehát a T. acidophiulm képes felismerni és használni az E.coli puc18-as ori régiót (pmb1-es ori régió). Ezidáig egyetlen archeon esetében sem írták le, hogy képes lenne egy evolúciós szempontból távol álló másik szervezet ori régióját felismerni és alkalmazni. A továbbiakban tervezzük ezen új felismerés alapján egyrészt más E.coli specifikus ori régiók és más szervezetekbıl, többek között élesztıbıl, származó ori régiók tesztelését is. Ezen felismerés megkönnyítheti a további vektor-konsturkciók építését és alkalmazását, mely jelentısen leegyszerősítheti munkánkat, hogy olyan ismeretlen funkciójú fehérjék génjeit hordozó mutáns vektor-konstrukciókat hozzunk létre, mely egy specifikusan indukálható promoter irányítása alatt áll, hogy pl. His-tag fehérjéket tudjunk expresszáltatni a T. acidphilum- ban. E módszer megnyitja a kapuit annak a lehetıségnek is, hogy a mikroba saját fehérjéit és makromolekula komplexeit natív módon tudjuk izolálni, majd analizálni. A késıbbiekben akár más szervezet fehérjéinek szerkezet/funkció vizsgálataira is mód nyílik ezáltal. Az általunk homológ rekombinációs célokból épített vektorok egyrészt képesek voltak fennmaradni a célszervezetbe, továbbá képesek voltak homológ rekombinációval integrálódni a genomba is, ezáltal igazolni tudtuk, hogy a homológ rekombináció számos esetben lejátszódó esemény a T. acidophilum-nál. Ez lehetıséget ad a továbbiakban egy egyrészt KO mutagenezis rendszer létrehozására, ami egy sor eddig ismeretlen T. acidophilum gén funkciójának megértését teszi lehetıvé. Hasonló elven mőködı lehetıség a kevésbé homológ Thermoplasma volcanium gyrb génjének használata, mellyel olyan vektor-konstrukciókat hozhatunk létre, amelyek a T. acidophilum saját génjeit tartalmazzák fúziós-fehérje konstrukciók formájában. A módszer segítségével, a homológ rekombinációt követıen, akár a kromoszómában lokalizált géneket tudjuk az egyszerő izolálást lehetıvé tevı taggel (pl Histag) ellátni. Ezzel a technikával jó eséllyel lehet alegység-szervezıdéső, millió Daltonos tartományba esı, eddig nem vizsgálható, labilis molekula-komplexeket kíméletes módon izolálni és elektronmikroszkópos tomográfiai vizsgálattal szerkezetvizsgálatukat megoldani. Köszönetnyilvánítás A munkát Max Plank Institute of Biochemistry Strukturbiológiai tanszéke és a KMOP / pályázat támogatta. Irodalom Allers T, Mevarech M. 2005: Archaeal genetics - the third way. Nature Rev Genet. 6: Baka E., Kriszt B., Jenes B., Ivanics M., Nagy I., Kukolya J. (2009): Developing of genetic tools for the model organism, Thermoplasma acidophilum. Acta Microbiologica et Immunologica, 56: Berkner S., Lipps G. 2008: Genetic tools for Sulfolobus spp.: vectors and first application. Arch Microbiol Vol 190: Christiansen C, Freundt E A, Finn T Black 1975: Genom size and dezoxyribonucleic acid base composition of Thermoplasma acidophiulm. Int. Journal of Systematic Bacteriology Vol. 25. No. 2: Darland G, Brock TD, Samsonoff W, Conti SF 1970: A thermophilic, acidophilic mycoplasma isolated from a coal reduse pile. Science Vol. 170 : Mayr, J., Huei-Rong Wang, Petra Nederlof, and Wolfgang Baumeister 1999:The Import 15

16 Pathway of Human and Thermoplasma 20S Proteasomes into HeLa Cell Nuclei Is Different from That of Classical NLS-Bearing Proteins. Biol. Chem., Vol. 380: Ruepp A, Graml W, Santos-Martinez ML, Koretke KK, Volker C, Mewes HW, Frishman D, Stocker S, Lupas AN, Baumeister W. 2000: The genome sequence of the thermoacidophilic scavenger Thermoplasma acidophilum. Nature Vol 407: Sambrook, J., E.F. Fritsch, and T. Maniatis, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2nd ed. 1989, Cold Spring Harbor, N.Y.: Cold Spring Harbor Laboratory. Shark K, Smith F, Harpending P, Rasmussen J, Sanford J (1991): Biolostic Transformation of a Procaryote, Bacillus megaterium. Applied and Environmental Microbiology Vol. 57. No. 2 : Sharon M, Witt S, Felderer K, Rockel B, Baumeister W, Robinson CV 2006: 20S proteasomes have the potential to keep substrates in store for continual degradation. J Biol Chem.281: Sun N, Beck F, Knispel RW, Siedler F, Scheffer B, Nickell S, Baumeister W, Nagy I. Proteomics analysis of Thermoplasma acidophilum with a focus on protein complexes. Mol Cell Proteomics Mar;6(3): Yamashiro K, Yamagishi A. 2005: Characterization of the DNA gyrase from the thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum.j Bacteriol. 187: Yamashiro K, Yokobori S, Oshima T, Yamagishi A. 2006: Structural analysis of the plasmid pta1 isolated from the thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum. Extremophiles. 10: Yasuda M, Oyaizu H, Yamagishi A, Oshima T. 1995: Morphological Variation of New Thermoplasma acidophilum Isolates from Japanese Hot Springs. Appl Environ Microbiol. 61: Vickers A, Chopra I, O Neill A 2007: Intrinsic novobiocin resistance in Staphylococcus saprophyticus. Antimicrobial Agents and Chemotherapy Vol. 51. No. 12 :

17 Abstract DEVELOPING GENETIC TOOLS FOR MOLECULAR BIOLOGY ANALYSIS OF THE ARCHAEON THERMOPLASMA ACIDOPHILUM ERZSÉBET BAKA Szent István University, PhD School of Environmental Sciences H-2103, Gödöllı, Páter K. u. 1., Hungary, Thermoplasma acidophilum is a thermo-acidophilic archeon, which thrives at 58 o C and ph 1,5-1,8. The organism became an important model organism of visual proteomics approaches. Despite the hundreds of Thermoplasma related-publications, essential tools for genetic manipulation of this microbe are still missing. Vital for genetic engineering is to establish a cultivation method on solid media and to develop suitable plasmid-vectors and transformation methods. Two recent developments: 1; the isolation and characterisation of the gyraseb gene (gyrb) from the novobiocin resistant T.acidophilum cell line, and 2; the description of pta1 the as yet only known indigenous T. acidophilum plasmid triggered our work which aims to develop and establish genetic tools and transformation methods for molecular biology investigations of T. acidophilum. Since the cultivation on solid media is essential for further genetic works, firstly we developed a silica based solid medium. In parallel, shuttle vectors and chromosomal integration vectors were constructed. For the resistance marker of the constructs the gyrb gene of the novobiocin resistant T. acidophilum cell line was chosen together with the gyra gene that was cloned into puc18 to produce pdta. To increase the novobiocin resistance mediated by the gyrb gene the A136H mutation was introduced producing pnta. Furthermore, an E. coli-t. acidophilum shuttle vector was developed using the prsfduet vector and the 6 kb segment of pta1 plasmid, which encodes for the ori region of the plasmid and three additional ORFs with unknown function. Several transformation methods such as electroporation, lipofection, magnetofection and gene gun techniques were tested. However, neither of the individual methods worked efficiently, therefore elements of these techniques were combined leading to successful transformation of T. acidophilum cells. With this new method 14 novobiocin resistant T. acidophilum cell lines were created using pdta and pnta plasmids. pnta harbouring cell lines could tolerate the highest novobiocin concentrations (2000 ng/ml) which in comparison to 10 ng/ml novobiocin tolerance of the WT resulted in a >200 fold increase. The presence of the novobiocin resistance gene integrated into the chrosome of every of the transformants was proven by using integration specific PCR primers. Our work resulted in the establishment of all necessary elements of a successful transformation of T. acidophilum. Further improvement of the transformation protocol to simplify the present procedure, and construction of expression vectors for the purpose of affinity purification of tagged proteins still needs to be done. Additionally, to characterize the function of genes and gene products of hypothetical proteins KO mutagenesis vectors and strategies have to be developed. Keywords: Thermoplasma acidophilum, transformation, novobiocin resistant gyraseb gene, homologous recombination 17

18 LABORATÓRIUMI ÉS HELYSZÍNI FEHÉRJETARTALOM-MÉRİ BERENDEZÉSEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA ELTÉRİ NITROGÉN DÓZISÚ İSZI BÚZA (TRITICUM AESTIVUM L.) KÍSÉRLETEKBEN BALLA ISTVÁN 1 SZALAY KORNÉL 2 FENYVESI LÁSZLÓ 3 JOLÁNKAI MÁRTON 1 MILICS GÁBOR 4 1 Szent István Egyetem, Növénytudományi Doktori Iskola, 2103 Gödöllı, Páter K. u. 1., Balla.Istvan@mkk.szie.hu 2 Szent István Egyetem, Mőszaki Tudományi Doktori Iskola, 2103 Gödöllı, Páter K. u FVM Mezıgazdasági Gépesítési Intézet, 2100 Gödöllı, Tessedik Sámuel u Nyugat-magyarországi Egyetem, MÉK, Biológiai Rendszerek Mőszaki Intézete, 9200 Mosonmagyaróvár, Vár 2. Összefoglalás Kutatásunk célja az volt, hogy összefüggéseket keressünk az ıszi búza (Triticum aestivum L.) fehérjetartalma és a kijuttatott különbözı nitrogéndózisok között. A kisparcellás fajtaösszehasonlító kísérlet beállítására egy magángazdálkodó tulajdonában lévı földterületen, a Szent István Egyetem Növénytermesztési Intézetének Hatvanhoz közeli nagygombosi kísérleti terén került sor. A területen búza állományban öt fajta esetében (Alföld 90, Mv Magdaléna, Mv Csárdás, Mv Toborzó, Mv Suba) 4 különbözı nitrogénadagot (0, 40, 80, 120 kg/ha N hatóanyag) juttattunk ki. A búza betakarítása után két különbözı mérımőszer segítségével állapítottuk meg az egyes fajták szemtermésének fehértartalmát. Az egyik eszköz a Gödöllı székhelyő FVM-MGI szárítólaborjának Foss Tecator Infratec 1275 típusú spektrométere, a másik pedig a Nyugat-magyarországi Egyetem Biológiai Rendszerek Mőszaki Intézetének Zeltex On-Combine Grain Analyzer-e volt. Az Infratec 1275 egy labormőszer, ebbıl adódóan egy jól kalibrált, pontos mérést biztosító eszköz. Ezzel szemben a Zeltex egy kombájnra szerelhetı, az aratással egy idejő, gyors mérést lehetıvé tevı mőszer, ami a mérések idejére a vizsgálat megkönnyítése céljából le lett választva a betakarítógéprıl. Mindkét eszköz mőködése a spektrometrián alapul, viszont a kialakításból és a vizsgálatra rendelkezésre álló idıbıl fakadóan azt feltételeztük, hogy a mérések között különbségek lesznek. A kapott eredmények összehasonlításától, közöttük lévı összefüggések keresésétıl azt vártuk, hogy az On-Combine készülék gyári kalibrációja a labormérések eredményeit figyelembe véve pontosítható. A két méréssorozat eredményit összehasonlítva azt tapasztaltuk, hogy az on-line mérımőszer (Zeltex) átlagosan 2 %-kal magasabb fehérjetartalmat mért. Az elvégzett regresszióanalízis alapján viszont elmondható, hogy a két eredménysorozat közötti összefüggés nagyon szoros, még a legrosszabb esetben is (Mv Csárdás) R 2 =0,85 volt. A legjobb esetben (Mv Magdaléna) ez a korreláció elérte az R 2 =0,99- es értéket. Ezen eredmények figyelembe vételével végeztük el a precíziós gazdálkodásban használt On-Line eszköz gyári kalibrációjának pontosítását. Kulcsszavak: ıszi búza, fehérjetartalom, kisparcellás fajta-összehasonlító kísérlet, eltérı N- szintek, Infratec, Zeltex 18

19 Bevezetés Az ıszi búza teszi ki az emberiség élelmezési alapjának jelentıs hányadát. Magas gazdasági értékével egyike Magyarország legfontosabb gabonanövényeinek (Klupács et al., 2007). A nitrogénnek jelentıs szerepe van a búza fehérjéinek, az enzimeknek és a vitaminoknak a felépítésében, döntı szerepe van továbbá a búza minıségének kialakításában. A növényi nitrogénfelvétel a bokrosodási idıszakban és szárbainduláskor a legintenzívebb (Ragasits, 1998). A nitrogénmőtrágyázás fontosságára hívja fel a figyelmet, valamint a kijuttatási idı helyes megválasztását javasolja Koltay és Balla (1975), Bocz és Gyıri (1985) egyaránt. Az eltérı N-dózisok különbözı növényekre gyakorolt hatásait már sokan megállapították (Balla Kovács et al., 2008; Vágó et al., 2008; Sipos et al., 2008). Általában megegyeznek a közlemények a nitrogen minıségjavító hatásáról (Ragasits, 1998), ám legtöbbször a kijuttatott mőtrágya mennyiségének is ez a makroelem szab határt (Neményi, 2008). Az egyes szerzık fıleg a külföldiek nagyon eltérı mőtrágyaadagot és kijuttatási idıpontot javasolnak attól függıen, hogy milyen talaj- és ökológiai viszonyok között történik a gazdálkodás. Berecz (1989) szerint a szemtermés fehérjetartalmának és terméseredményének növekedése miatt mintegy másfélszeresére nıhet a területegységenként megtermelt fehérjemennyiség, mivel a különbözı adagú nitrogénmőtrágya nagymértékben befolyásolja a búza fehérjetartalmát és aminosav-összetételét. Az elızıekben megfogalmazottak alapján az ıszi búza fehérjetartalma a termés egyik legfontosabb minıségi paramétere. Különbözı fajtákra kijuttatott N-mennyiség különbözı fehérjetartalmakat eredményez. Az MSZ 6383:1998 szabvány meghatározza az ıszi búza minıségét ezáltal felvásárlási árát befolyásoló paramétereket, köztük az egyik legfontosabbat, a fehérjetartalmat. A szabvány szerint az ıszi búza három minıségi csoportba sorolható. Nagyon fontos lenne a minıségi paramétereknek már az aratás közbeni meghatározása, így biztosítva már a szántóföldön az élelmiszer minıségét (Milics et al., 2006). Anyag és módszer A kísérleti terület egy mintegy 5 hektár mérető tábla Nagygombos külterületén, amit az M3-as autópálya és a Hatvan-Salgótarján vasútvonal határol (1. ábra), tulajdonosa magángazdálkodó. Experimental research field Motorway Railway line 1. ábra A kísérleti terület elhelyezkedése (Háttérkép: GoogleEarth) 19

20 Figure 1. The location of the research field (Background picture: GoogleEarth) A kísérleti terület talaja csernozjom-barna erdıtalaj, legfontosabb átlagos talajvizsgálati adatai a következık: szervesanyag tartalom %: 2,65 CaCO3 %: 1,86 ph (KCl): 7,30 KA: 45 P2O5 (mg/kg): 643 (AL-oldható) K2O (mg/kg): 293 (AL-oldható). A mintavételek idején (2003 ıszén 2004 tavaszán) mért összes ásványi nitrogén tartalom 0,09 mg/100g volt. A mérési eredményekbıl látszik, hogy a terület foszforból igen jól, káliumból jól ellátott, így az alaptrágyázás szerepe csak fenntartó jellegő. A gabonatermesztésben közismert, hogy a kijuttatott nitrogén mennyisége szoros összefüggésben van a szemtermés minıségi paramétereivel. Kísérletünkben kisparcellákon négy nitrogén dózis hatását vizsgáltuk 5 fajta esetében 4 ismétlésben (1. táblázat). A kisparcellák mérete 1x10 m volt. A búza elıveteménye bab volt. Kísérletünkben az egyes ismétlések mintáiból átlagokat képeztünk, így variancia-analízis elvégzésére nem került sor. A kísérleti téren alaptrágyaként, vetés elıtt egységnyi (300kg/ha) komplex (N:P:K=15:15:15) mőtrágya került kijuttatásra. A különbözı N-dózisokat fejtrágyaként, a bokrosodás kezdetén juttattuk ki. 1. táblázat Búzafajták és a kijuttatott N-dózisok Table 1. Types of winter wheat and applied doses of nitrogen fertilizer Búzafajták Kijuttatott N-dózis [kg/ha] Mv Toborzó 0,40,80,120 Mv Suba 0,40,80,120 Mv Csárdás 0,40,80,120 Mv Magdaléna 0,40,80,120 Alföld 90 0,40,80,120 A kísérletben beállított fajták kiválasztásánál a cél az volt, hogy mindegyik magas fehérje- és sikértartalommal rendelkezzen, hiszen ezek a kijuttatott hatóanyag-dózisokra könnyebben reagálnak. Az aratással egyidejőleg 1kg tömegő mintákat vettünk a termésbıl, amiket papírzacskóban tároltuk a vizsgálat idıpontjáig. A búza betakarítása után két különbözı mérımőszer segítségével állapítottuk meg az egyes fajták szemtermésének fehértartalmát. Az egyik eszköz a Gödöllı székhelyő FVM-MGI szárítólaborjának Foss Tecator Infratec 1275 típusú spektrométere, a másik pedig a Nyugatmagyarországi Egyetem Biológiai Rendszerek Mőszaki Intézetének Zeltex On-combine Grain Analyzer-e volt. Mindkettı a közeli infravörös ( nm) tartományt használja fel a méréshez (NIR = near-infrared reflectance). Az Infratec 1275 egy labormőszer, ebbıl adódóan egy jól kalibrált, pontos mérést biztosító eszköz. Ezzel szemben a Zeltex egy kombájnra szerelhetı, az aratással egy idejő (On-line), gyors mérést lehetıvé tevı mőszer, ami a mérések idejére a vizsgálat megkönnyítése céljából le lett választva a betakarítógéprıl. Mindkét eszköz mőködése a spektrometrián alapul, viszont a kialakításból és a vizsgálatra rendelkezésre álló idıbıl fakadóan azt feltételeztük, hogy a mérések között 20

21 különbségek lesznek. Eredmények A különbözı fajtáknál a kijuttatott eltérı nitrogéndózisok hatására változatos fehérjetartalmakat mértünk. Az Infratec 1275 készülék mérési eredményei az 2. ábrán követhetık nyomon. Az ábrán jól látszik, hogy nulla N-dózis esetén is volt egy fajta (Mv Suba), mely fehérjetartalma elérte a szabványban (MSZ 6383:1998) meghatározott javító búza minimum értékét (12,5 %). Egy másik fajta pedig ugyancsak N-fejtrágya nélkül érte el a malmi III. kategória szintjét (11,5 %). Kijelenthetı tehát, hogy ezen fajták esetében nulla dózisnál is mindig 10 % fölötti volt a fehérjetartalom, tehát termesztésben ezen fajták tápanyagvisszapótlás nélkül is elfogadható proteintartalmat produkálhatnak. 17,0 16,0 Fehérjetartalom [%] 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 T 0 M 0 Cs 0 S 0 A 0 T 4 M 4 Cs 4 S 4 A 4 T 8 M 8 Fajta és N-dózis 2. ábra Búzafajták fehérjetartalmának alakulása a kijuttatott N-dózis függvényében (Infratec) Figure 2. Protein content of various types of winter wheat depending on the applied amount of N (Infratec) Cs 8 S 8 A 8 T 12 M 12 Cs 12 S 12 A 12 Az egyre növekvı N-szinteken megfigyelhetı a fajták fehérjetartalmának fokozatos növekedése. Két esetben találtunk ettıl a tendenciától eltérést. Az egyik az Mv Suba fajtánál figyelhetı meg, ahol is a 40 kg-ról 80 kg-ra emelt N hatóanyag következtében nem nıtt, hanem kismértékben csökkent a fehérjetartalom. A jelenség oka valószínőleg valamilyen technológiai hiba, hiszen a legnagyobb dózisnál (120 kg N) már a legnagyobb fehérjetartalmat produkálta a fajta. A másik anomália az Mv Toborzó fajtánál mutatkozott, ahol is a 120 kg N hatóanyag hatására a fehérjetartalom nem változott az elızı dózisnál mérthez képest. Ennek az oka ugyancsak technológiai hiba lehet, vagy az, hogy mennyiségi optimumpont (N) a két dózis között helyezkedik el. Az Mv Magdaléna és az Alföld fajtáknál egyenletes proteinnövekedést tapasztaltunk minden N-szinten, de a legmagasabb dózis esetén is csak 15 % környékén maradt a fehérjetartalmuk. Az Mv Csárdás fajtánál volt a legkevesebb a fehérjetartalom 0 N-dózis esetén. A következı lépcsıben (40 kg N) egy kiugró proteinnövekedés, 80 kg-nál elhanyagolható, majd a 120 kg N-szintnél újabb kiugró fehérjenövekedés volt megfigyelhetı. 21

22 Az Infratec-kel történı méréseknél két fajta (MV Csárdás és Mv Suba) érte el a 16 %- os fehérjetartalmat. A Zeltex On-Combine Grain Analyzer mérési eredményei a 3. ábrán láthatók. 18,0 17,0 16,0 15,0 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 T 0 M 0 Cs 0 S 0 A 0 T 4 M 4 Cs 4 S 4 A 4 T 8 M 8 Cs 8 S 8 A 8 T 12 M 12 Fehérjetartalom [%] Cs 12 S 12 A 12 Fajta és N-dózis 3. ábra Búzafajták fehérjetartalmának alakulása a kijuttatott N-dózis függvényében (Zeltex) Figure 3. Protein content of various types of winter wheat depending on the applied amount of N (Zeltex) Jól megfigyelhetı, hogy a Zeltex-szel elvégzett méréssorozatnál az Infratecnél jelentkezı fehérjetartalombeli anomáliák már nem figyelhetık meg, hiszen a proteintartalom minden egyes nitrogénszinten növekvı tendenciát mutat. Azoknál a mintáknál, amelyeknél az Infratec-es méréseknél a már említett anomáliákat találtuk, többször is megmértük a fehérjetartalmat, és még a többszöri mérés eredményeként is ezeket az eltéréseket kaptuk. Ebbıl azt valószínősítettük, hogy a labormőszer pontosabb, és a Zeltex-nél minden fajta esetén folyamatosan növekvı fehérjetartalmak a mőszer kisebb mértékő pontosságának köszönhetı. A 4. ábra egy regresszióanalízis eredményét mutatja, amikor is a két eszköz mérési eredménysorozatainak azonos fajtához és N-szinthez tartozó értékei között kerestünk összefüggéseket. Fehérjetartalom Zeltex 19,0 18,0 17,0 16,0 15,0 y = 0,6199x + 7,4826 R 2 = 0,8532 y = 0,7739x + 4,9609 R 2 = 0,9922 y = 0,8065x + 4,6573 R 2 = 0,9896 y = 0,592x + 7,1065 R 2 = 0,9814 T M S A Cs Lineáris (T) Lineáris (A) Lineáris (M) Lineáris (S) Lineáris (Cs) 14,0 y = 0,8945x + 3,4788 R 2 = 0, ,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 Infratech ábra Összefüggések a Zeltex On-Combine Grain Analyser és az Infratec 1275 labormőszer 22

23 mérési eredményei között Figure 4. Correlation between Zeltex On-Combine Grain Analyser and Infratech 1275 laboratory analyser protein data Az ábrán jól látható, hogy a két mérımőszer eredményei között a legrosszabb esetben (Mv Csárdás) is R 2 =0,85 a kapcsolat, tehát a két sorozat között még ennél a fajtánál is szoros az összefüggés. A legjobb eredményt a Mv Magdaléna fajtánál kaptuk, ahol is R 2 =0,99 volt, ami rendkívül szoros korrelációnak minısül. Végsı soron elmondható, hogy a két méréssorozat eredményit összehasonlítva azt tapasztaltuk, hogy az on-line mérımőszer átlagosan 2 %-kal magasabb fehérjetartalmat mért, ami valószínősíthetıen a készülék kisebb mértékő pontosságának és nem megfelelı gyári beállításának tulajdonítható. A kapott eredmények figyelembe vételével végeztük el a precíziós gazdálkodásban használt On-Combine eszköz gyári kalibrációjának pontosítását. Megvitatás Kísérletünkben két eszköz segítségével készítettünk méréssorozatokat. Az így kapott érétkeket regresszió-analízisben hasonlítottuk össze, és megállapítottuk, hogy az értékpárok közötti összefüggés szoros. A Zeltex egy a precíziós gazdálkodásban használt kombájnra szerelhetı, aratással egyidejő gyors mérést lehetıvé tevı analitikai mőszer. Mérési eredményeit egy pontosan kalibrált, megbízható labormőszerrel Infratec hasonlítottuk össze. Az egyik méréssorozat az FVM-MGI szárítólaborjában készült (Infratec 1275), a másik sorozat pedig Mosonmagyaróváron - a kombájnról ideiglenesen leszerelt Zeltex analizátorral. A két eredménycsoport között szoros korrelációt állapítottunk meg minden egyes búzafajta és N- szint esetében, és mivel a laboreszköz pontossága nem kifogásolható, a nagyobb eltérések átlagolásával a Zeltex kalibrációjának pontosítását kívántuk megvalósítani. A Zeltex mérési metódusából adódik - hiszen a szerkezet a magfelhordó útjába van telepítve -, hogy a termésátlag és a menetsebesség függvényében változhat a méréstérbe kerülı mag mennyisége. Kísérletünknél kézi beadagolás történt, amikor is minden esetben ügyeltünk arra, hogy a mőszer méréstere teljesen megteljen. Mivel már a kézi feltöltésnél is adódtak különbségek a méréscsoportok között (Infratec-Zeltex), feltételeztük, hogy természetes körülmények között On-line üzem: amikor is nem feltétlenül telik meg a méréstér ez a differencia tovább nıhet. A kísérletbıl kiderült, hogy már ideális körülmények között (teletöltött méréstér) is a Zeltex On-Combine mőszer gyári beállítása pontosítást igényel, ám ennek korrekciójával biztosított az on-line mérések eredményeinek megbízhatósága. Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozunk a Szent István Egyetem Növénytermesztési Intézetének és a Nyugatmagyarországi Egyetem Biológiai Rendszerek Mőszaki Intézetének a munkánk során nyújtott segítségért. A szerzık köszönettel tartoznak még a Magyar Tudományos Akadémia Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatásáért. 23

24 Irodalom Balla Kovács, A., Sipos, M., Kremper, R. 2008: Influence of bio- and chemical fertilization on nitrate accumulation, phosphorus and calcium content in lettuce (Lactuca sativa L.). Cereal Research Communications VII. Alps-Adria Scientific Workshop. Stara Lesna. Berecz, K. 1989: A búza fehérjefelhalmozása N-mőtrágyázás hatására és a szemfejlıdés során. Kandidátusi értekezés, Keszthely Bocz, E., Gyıri, Z. 1985: A búza minısége a tápelemek széles spektrumának tükrében. In: Búzatermesztési Kísérletek (Szerk.: Bajai J. Koltay Á.), Akadémiai Kiadó, Budapest, Klupács, H., Nyárai H., F., Balla, I., Jolánkai, M. 2007: Water availability-a stressor influencing quantity and quality of winter wheat (Triticum aestivum L.) yield. Cereal Research Communications, 37: Suppl Koltay, Á., Balla, L. 1975: Búzatermesztés és nemesítés, Mezıgazdasági Kiadó, Budapest, Milics, G., Neményi, M., Stépán, Zs., Ásványi, L. 2006: A szemtermés tulajdonságainak mérése betakarítás során. XXXI. Óvári Tudományos nap, Élelmiszer alapanyagelıállítás Quo Vadis?, 2006 október 5., Mosonmagyaróvár, Elıadások és poszterek összefoglaló anyaga, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Konferencia CD. Neményi, M. 2008: Egy agro-ökológiai alrendszer (növénytermesztés) termodinamikai modellezésének elemei, avagy hol a határa az ésszerő beavatkozásnak. A fenntarható fejlıdés és a megújuló természeti erıforrások környezetvédelmi összefüggései a Kárpátmedencében c. Nemzetközi Konferencia. Pécs, Kiadja az MTA Regionális Kutatások Központja. ISBN Ragasits, I. 1998: Búzatermesztés, Mezıgazda Kiadó, Budapest, 64. Sipos, M., Balla Kovács, A., Oláh Zsuposné, Á. 2008: Effect of nitrogen-supply, nickelcontamination and liming on the chemical composition of perennial ryegrass (Lolium perenne L.). Cereal Research Communications VII. Alps-Adria Scientific Workshop. Stara Lesna. Vágó, I., Kátai, J., Sipos, M., Balla Kovács, A., Kincses, I. 2008: Changes of yield amount and some content parameters of strawberry (Fragaria ananassa) as affected by potassium and magnesium fertilization. International Symposium Risk Factors for Environment and Food Safety Oradea, Romania

25 Abstract EFFECT OF DIFFERENT NITROGEN DOSES APPLICATION ON WINTER WHEAT (Triticum aestivum L.) PROTEIN CONTENT ISTVÁN BALLA 1 KORNÉL SZALAY 2 LÁSZLÓ FENYVESI 3 MÁRTON JOLÁNKAI 1 GÁBOR MILICS 4 1 Szent István University, Doctoral School of Plant Sciences, H-2103, Gödöllı, Páter K. str. 1., Balla.Istvan@mkk.szie.hu 2 Szent István University, Doctoral School of Engineering, H-2103, Gödöllı, Páter K. str FVMMI Hungarian Institute of Agricultural Engineering, H-2100, Gödöllı, Tessedik Sámuel str University of West Hungary, Faculty of Agricultural and Food Sciences, Institute of Biosystems Engineering, H-9200, Mosonmagyaróvár, Vár 2. The aim of our research was to find connection between protein content and amount of nitrogen fertilizer applied in winter wheat (Triticum aestivum L.). The research was carried out in a small plot research field located in Nagygombos - near Hatvan -, Hungary belonging to a private farmer. Samples were collected form small fields where different amount of nitrogen (0, 40, 80, 120 kg respectively) in 5 different cultivars (Alföld 90, Mv Magdaléna, Mv Csárdás, Mv Toborzó, Mv Suba) were applied. Following harvest, protein content of the various wheat types were measured by different instruments. The laboratory analysis took place in the drying laboratory of FVM-MGI (Gödöllı) by a Foss Tecator Infratec 1275 type spectrometer. This instrument was especially designed for laboratory analyzes, therefore it is a calibrated, high accuracy device. The other instrument was a Zeltex On-combine Grain Analyzer (University of West Hungary, Institute of Biosystems Engineering, Mosonmagyaróvár). Zeltex On-combine Grain Analyzer is especially designed for data collection during harvest. For the time Zeltex was used, it was disconnected from the harvester. Both instruments measurement methodology is based on spectrometry, however based on the earlier experiments, the actual design and the measurement time we expected some differences. We also expected that based on the results of the measurements and the data analysis the Zeltex On-combine Grain Analyzer calibration can be carried out. Comparing the two measurement data we could conclude that the on-combine instrument measured an average 2 % higher protein content, however the correlation between the two measurement methods in the worst case ( Csárdás cultivar) R 2 =0.85 was, in the best case ( Magdaléna cultivar) R 2 =0.99. According to these results the calibration of Zeltex Oncombine Grain Analyzer can be carried out. Keywords: winter wheat, protein content, small plot research, different N-levels, Infratec, Zeltex 25

26 VISSZAGYEPESEDETT SZÁNTÓK NÖVÉNYCÖNOLÓGIAI ÉS TALAJTANI VIZSGÁLATA DANIELA BOECKER 1, BODO MARIA MOESELER 1, GERD WELP 2 és STEFAN PÄTZOLD 2 1 University of Bonn, Institute of Crop Science and Resource Conservation (INRES), Division Ecology of Cultural Landscape, work group Geobotany and Nature Conservation, D Bonn Karlrobert-Kreiten-Straße 13., daniboecker@ecologyfund.net 2 University of Bonn, Institute of Crop Science and Resource Conservation (INRES), Division Soil Science, D Bonn, Nussallee 13. Összefoglalás Tekintettel a természetes, természetközeli és féltermészetes európai vegetációk ütemes hanyatlására, az elmúlt évtizedekben ezek megmentése mellett elıtérbe került annak kérdése, hogy lehetséges-e újratelepíteni hasonló állományokat. Jelen vizsgálat tárgya spontán visszagyepesedett parlagok és azok szomszédságában lévı értékes ısgyepek összehasonlítása. Jól regenerált állományok esetében kulcsfontosságú szerepet kap az a kérdés, hogy fennállnak-e még alapvetı különbségek a vegetáció öreg és fiatal állományai között. Fiatalabb állományok esetén inkább azon a kérdésen van a hangsúly, hogy milyen vonásaikban hasonlítanak már az idısebbekhez, és hogy képezhetik-e fejlettebb regenerációs stádiumok elıfokozatát. A vegetáció struktúrája és faji összetétele mellett a talaj tulajdonságait is lényeges figyelembe venni a területek minısítéséhez. A vizsgálati területek alapvetıen a Duna-Tisza közében találhatóak (Ócsai TK, Dabasi turjános, Peszéradacsi rétek), emellett a Tápió-Vidéki-TK-ben és a Sárréti TK-ben is bevontunk néhány foltot a vizsgálatba. Vizes és száraz élıhelyeket egyaránt figyelembe vettünk. A vegetáció felvétele 25 négyzetméteres kvadrátumokban történt, amelyekben vegyes mintákat is vettünk a talaj felsı tíz cm-bıl. A megvizsgált területek az elért regenerációs fokozat tekintetében nagyon különbözıek. Miközben egy részük inkább még parlagra hasonlított és sok gyomnövénnyel volt jellemezhetı, néhány olyan állomány is elıfordult, amely már semmiben nem maradt el az ısgyepek mögött. Multivariációs analízissel végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy utóbbiakat a faji összetételük alapján már nem lehet megkülönböztetni az ısgyepállományoktól. Természetvédelmi szempontból értékes fajok is megtalálhatóak voltak bennük. Bár az átmeneti stádiumban levı állományok struktúrájukban többnyire még jelentısen különböznek az ısgyepektıl, mégis már néhány gyepekre jellemzınek mondható faj jelent meg bennük. Így várható, hogy kedvezı irányba fejlıdnek tovább. A parlagterületek idıvel bekövetkezı florisztikai közeledése az ısállományokhoz logaritmikus görbét követve megy végbe. Az általunk vizsgált gyeptársulásoknál abból lehet kiindulni, hogy átlagosan éves idıszakra van szükség ahhoz, hogy a parlagterületek nagymértékő regenerációja bekövetkezzen. Az eddig megvizsgált talajparamétereket (összes C, összes N, szerves C, C/N-arány, mésztartalom, ph-érték) nem lehetett összefüggésbe hozni a területek korával. Kulcsszavak: visszagyepesedett terület, parlag, Duna-Tisza köze, restauráció, ısgyep 26

27 Bevezetés Az elmúlt évtizedekben számos tanulmány törekedett annak a kérdésnek a megválaszolására, hogy egykori szántóterületeken milyen mértékben lehetséges helyreállítani féltermészetes vegetációtípusokat, mennyi idıt követel meg egy ilyen regeneráció, és hogy ehhez milyen feltételekre van szükség (Ejrnaes, 2008; Fagan et al., 2008; Pywell et al., 2002; Csecserits és Rédei, 2001; Gibson és Brown, 1991). A regeneráció eredményességének és idıtartamának tekintetében nagyon különbözıek voltak az eredmények. Kevésbé bizonyultak sikeresnek azon kísérletek, melyek során gyepfajok aktív bevitelével próbáltak meg néhány éven belül fajgazdag gyepállományokat újratelepíteni (Martin et al., 2005). Egy bizonyos fajkombináció helyreállítása során a következı tényezık jelenthetnek akadályt: a (legalábbis kezdetben) magas tápanyagtartalom az egykori mezıgazdasági területeken; a nem kívánt agresszív kompetitorfajok (pl. invazív tájidegen fajok) gyakran bekövetkezı dominanciája; valamint az, hogy a megcélzott fajok gyakran csak kis mértékben vagy egyáltalán nem érik el a területet, illetve hogy nem sikerül ott megtelepedniük (Rosenthal, 2003; Bakker és Berendse, 1999). Más tanulmányok jó regenerációs lehetıségeket igazolnak, miközben az átalakulás idıtartamát illetıen eltérı eredményekhez jutottak. Amíg pl. Ruprecht (2006) szerint román gyepterületek esetében már év után nagymértékő regenerációra lehet számítani, Gibson és Brown (1991) dél-brit gyepterületeken végzett tanulmányai alapján évtizedekkel vagy évszázadokkal kell számolni a teljes regeneráció bekövetkeztéig. Az említett tanulmányok ezenfelül azt mutatják, hogy a természetes (kaszálás vagy legeltetés mellett végbemenı) szukcesszió elegendı a regenerációhoz, amennyiben az ehhez szükséges tipikus fajok már elıfordulnak a terület környéken. Jelen vizsgálat célja különbözı magyar termıhelyek gyepállományainak spontán regenerációs kapacitását felbecsülni. Tér-idı megfeleltetés (space for time substitution) alapján azt a folyamatot törekedtük nyomon követni, ahogyan a vegetáció faji összetétele és struktúrája idıben változik. Arra a kérdésre keressük a választ, hogy a látszólag jól regenerált állományokban kell-e még hiányokat megállapítanunk faji összetétel vonatkozásában az ısállományokhoz képest. Továbbá megkísérlünk különbözı növénycönölógiai egységeket átfogó általános megállapításokat tenni a regeneráció várható idıtartamával kapcsolatban. Anyag és módszer A vizsgálat alá vett vegetációállományok a következı területekhez tartoztak: Ócsai Tájvédelmi Körzet, Dabasi Turjános természetvédelmi terület, Kiskunsági Nemzeti Park (Peszéradacsi rétek nevő részterület), Tápió-Hajta Vidéke Tájvédelmi Körzet (Nyik-rét nevő részterület), Sárréti Tájvédelmi Körzet. Olyan területeket választottunk ki vizsgálatra, amelyeknek legnagyobb része hosszabb idın keresztül volt szántó, de azóta felhagytak mővelésükkel. Lényeges kritérium volt a választás során, hogy legalább bizonyos határokon belül ismert legyen a felhagyás idıpontja. Ezeket az idıpontokat a következı források alapján lehetett kideríteni: mindenekelıtt a helyben dolgozó természetvédelmi ırök közléseire támaszkodtunk, hogy a részterületeket meddig mővelték, majd ezeket az ismereteket katonai térképek tanulmányozásával tudtuk alátámasztani vagy bıvíteni. Ehhez 1:25000-arányú térképeket használtunk az 1951 és 1990 közötti idıszakból. Az ócsai területek vonatkozásában a harmadik katonai felmérést ( ) is figyelembe vettünk. A térképeket a budapesti Hadtörténeti Térképtár bocsátotta rendelkezésünkre. Az ısgyepek korát a kiértékelés elvégzéséhez 110 évben határoztuk meg. Így a különbség a fiatalabb területekkel történı összehasonlításban nem annyira nagy, hogy ennek 27

28 során a fiatalabb állományokon belüli differenciák eltőnhetnének a diagramokon. Továbbá fontos szempont volt a területek kiválasztásában, hogy a szomszédságukban olyan ısállományok is megtalálhatóak voltak-e, amelyeket az elemzés során alapul lehetett venni az összehasonlításhoz, és amelyekbıl egyúttal azok a fajok származhattak, amelyek az évek során vándoroltak be a fiatalabb területekre. A területek legnagyobb részét a felhagyás óta rendszeresen kaszálják, egy részét legeltetik is: szarvasmarhával a peszéradacsi réteken, szarvasmarhával és lóval a Tápió-Hajtavidéken, és juhokkal egy területet az Ócsai TVK-ben. Vizes és száraz élıhelyeket egyaránt figyelembe vettünk. A vegetáció felvételét 25 négyzetméteres kvadrátumokban végeztük. Az egyes fajok borítási értékét százalékosan becsültük meg egy 0,05-100%-os skála alapján. Az elemzett ısállományok legnagyobb részét a következı növénytársulásokba lehet besorolni (Borhidi, 2003): Juncetum subnodulosi (csoport: Caricion davallianae, osztály: Scheuchzerio-Caricetea fuscae), Succiso-Molinietum hungaricae (csoport: Molinion caeruleae, osztály: Molinio-Arrhenatheretea) és a Festucion rupicolae-csoporton belül (osztály: Festuco-Brometea) az Astragalo austriaci-festucetum sulcateae, valamint a Salvia nemorosae-festucetum rupicolae. A szárazabb állományok sokszor csak részben egyeznek meg a Festucion rupicolae említett társulásaival, de a leginkább ezekre hasonlítanak a Borhidi (2003) által leírt társulások közül. Az üdébb helyeken legtöbbször (lápos) réti talajokat és öntéstalajokat lehet találni, a szárazabbakon fıleg csernozjom-jellegő talajok és (humuszos) homoktalajok várhatóak (legalábbis ami az ısállományok termıhelyeit illeti.) A felvételi pontok kiválasztása a célkitőzés szempontjából érdekes területeken az ArcView GIS 3.3 program segítségével történt meg. A számítógéppel elızetesen kiválasztott pontokat ezután GPS-szel kerestünk fel terepen, így az egyes állományok területén belül véletlenszerő mintavétel történt. Ezt az eljárást csak olyankor kellett módosítani, amikor olyan zavaró tényezı lépett föl a kijelölt pontnál, ami miatt ez a pont alapvetıen különbözött az állomány többi részétıl. Ilyen esetekben egy lehetı legközelebb esı zavartalan pontot választottunk. A felvételi kvadrátumokban vegyes mintákat is vettünk a talaj felsı tíz centiméterébıl. Ezeket levegın szárítottuk, homogenizáltuk és 2 milliméteres szemcseméreten szitáltuk. Ezek után vibrációs rázó golyósmalommal minden mintából egy kisebb mennyiséget finomra ıröltünk. Az így kapott mintákon a következı vizsgálatokat végeztük el: ph-értéket 100 mintán 0,01 mólos CaCl 2 -oldattal mértünk. Ehhez 10g átszitált talajt mértünk ki, és 25 ml-es oldatba kevertük. Idınként felráztuk, majd két óra eltelte után phmérıvel mértük meg az értékeket. Az összes nitrogén- és összes szén-dioxid-tartalmat 60 finomra ırölt mintán szénnitrogén-analízissel a DUMAS-módszer alapján határoztuk meg (Pätzold et al., 2006). A karbonát tartalom mérését 52 mintán végeztük el Scheibler-féle gáztérfogatmeghatározással (Pätzold et al., 2006). Az említett hagyományos elemzéseken túl, melyeket elıre kiválasztott mintákon végeztünk el, az összes minta spektrumát felvettük közép-infravörös spektroszkópia segítségével. Ehhez minden megırölt mintából egy kis mennyiséget mikrotiter lemezekre hordtunk fel, és azok felszínén egyenletesen oszlattuk el és tömörítettük. A spektrumot egy Bruker Tensor 27-es készülékkel vettük fel. Minden mintát ötször hordtunk fel, és ezeket párhuzamosan 120-szor világítottuk meg a mérési pontatlanság kiküszöbölésére törekedve (Bornemann et. al., 2008). A hagyományos módon meghatározott értékek és az ezekhez tartozó spektrumok alapján többváltozós kalibrációval olyan modellt állítottunk fel, ami további, nem vizsgált minták spektrumaiból azok összes szén-, nitrogén- és mésztartalmát próbálja megjósolni. Ezt az OPUS QUANT ( BRUKER, 2006) szoftver segítségével készítettük el a részleges legkisebb négyzetek regressziós módszerével (Conzen, 2001; Köhler 28

29 et. al., 2007). Végeztünk egy keresztérvényesítést, melynek során a kalibrációs adatbázisból egyenként kivettük a mintákat, majd ezek értékét a fennmaradó minták (azaz spektrumjaik és az azokhoz kapcsolódó mérések) alapján jósoltuk meg (Conzen, 2001). Az ismert értékeket az ily módon megjósolt értékek függvényében ábrázolva, képet kapunk a modell által tehetı elırejelzés minıségérıl. Ha a modellt ismeretlen minták egy adott paraméterének elırejelzésére használjuk, egyúttal visszajelzést kapunk arról is, mennyiben hasonlít az elemzett spektrum azokra, melyeket a modell felállításához használtunk fel. Ha a különbség túl nagy, az elırejelzés bizonytalan. Így kizártuk a további statisztikai elemzésekbıl azokat a felvételeket, melyek esetében az összes szén-, nitrogén- vagy mésztartalmat nem lehetett kellı pontossággal megjósolni. A fennmaradó 225 felvételt, és azoknak a növényzetre vonatkozó adatait vetettük többváltozós statisztikai elemzések alá a PC-ORD 5.0 nevő szoftver segítségével. Elıször DCA-t (Detrended Correspondance Analysis, magyarul: detrended korreszpondenciaelemzés) hajtottunk végre, mely a felvételeket egy háromdimenziós ordinációs térben a faji összetételük hasonlósága alapján rendezi el (Leyer és Wesche, 2007). Ehhez az adatmátrixot egyszer az eredeti borítási értékekkel használtuk, másszor pedig bináris (presence-absence) adatokkal. A bináris mátrix alapján került sor továbbá a klaszter analízis elvégzésére. Ennek során a távolság méréséhez a Sörensen-együtthatót, a klaszter algoritmust illetıen pedig az átlagos kapcsolódást használtuk (Leyer és Wesche, 2007). Borhidi (1993) paramétereit használtuk az egyes felvételek összesített jellemzéséhez a bennük található fajok alapján. A fajok súlyozott átlagát számítottuk ki (Leyer és Wesche, 2007). Jóllehet ez az eljárás az indikátorértékek esetében matematikailag nem helyes, mivel itt ordinális adatokról van szó, de a tapasztalatok azt mutatják, hogy az eredmények mindazonáltal értelmezhetıek és jellemzıek lehetnek (Diekmann, 2003). Az egyes fajok a százzal szorzott, majd logaritmizált borítási értékükkel szerepelnek a végzett számításban. Így a borítási értékek közötti távolságok ugyan jelentısen csökkentek, de nem hagytuk teljesen figyelmen kívül, hogyan nézne ki ugyanez bináris adatok esetén. A területek esetében ezenkívül az egyöntetőséget (evenness-t) számítottuk ki annak alapjául, mennyire kiegyensúlyozott a borítási érték megoszlása egy felvétel fajai közt (Dierschke, 1994). Eredmények Az elemzésbe bevont 226 felvétel DCA-ját az 1. ábrán biplotként ábrázoltuk. A nyilak mutatják az egyes felvételek alapján kiértékelt különbözı paraméterek vetületét az ordinációs térben. Egy paraméter korrelációja egy tengellyel annál erısebb, minél inkább egyezik vele a hozzátartozó nyíl iránya, és az minél hosszabb. Az elsı tengely 4,599 szórású (SD) gradiensel rendelkezik. Ez több mint a fajok teljes váltakozása, másként szólva, a diagram jobb és bal oldalán található felvételekben nincsenek azonos fajok. Bár nem áll hozzá rendelkezésre mérési adat, ez a tengely egyértelmően az állományok vízellátására vezethetı vissza, mivel nagyon erıs korrelációt mutat az átlagos nedvesség indikátor értékekkel (Borhidi, 1993) (korrelációs együttható r = 0,982). A diagramon szereplı talajparaméterek is jól korrelálnak a tengellyel: különösen az összes szén és összes nitrogén, és a szerves szén (azaz összefoglalóan a szerves anyag a talajban) mutat ugyanabba az irányba, mint a közepes FB-értékek. Az 1. táblázat a mért értékek és a vegetációból nyert paraméterek korrelációs együtthatóit foglalja össze az tengelyen. 29

30 1. ábra Biplot egy DCA-hoz (detrended correspondence analysis, magyarul: detrended korreszpondencia-elemzés), amely a Duna-Tisza közében, a Tápió-Hajta-Vidéke TVK-ben és a Sárréti TVK-ben található gyepterületek 225 felvételét mutatja. Az ábra az elsı két tengelyt ábrázolja. A klaszteranalízis (távolság függvény: Sörensen-együttható, klaszter algoritmus: átlagos kapcsolódás) eredményeit különbözı szimbólumok segítségével ábrázoltuk 7 csoportra történt szétválasztásig. A nyilak mutatják az összefüggést a két tengely és különbözı, vegetációs adatokból kiszámított paraméterek, valamint megmért talaj-paraméterek között (lásd jelmagyarázatot). A Borhidi-féle ökológiai besorolások a felvételek súlyozott középértékeiként szerepelnek. Fig. 1 Biplot einer DCA (Detrended correspondence analysis) von 225 Grünland-Aufnahmen aus dem Donau-Teiß-Zwischenstromland, dem LSG Tápió-Vidék und dem LSG Sárrét. 30 rövidítés mész C_tot C_org N_tot C/N kor rud_komp gyom pionir general kompetit érték TB WB RB NB LB CB SB ZAVART GYEP/RÉT jelentés mésztartalom összes C szerves C összes N C/N-arány felhagyás óta eltelt idı ruderális kompetitorok természetes gyomfajok természetes pionir növ. generalisták kompetitor fajok természetességi érték relatív hıigény rel. talajvíz/-nedvesség relatív talajreaktió relatív nitrogén-igény relatív fényigény szélsıs. klimahatások eltőrése rel. sótőrés/-kedvelés zavart termıhelyek növénytársulásaihoz tartózó antropo-zoogén gyepek és rétekhez tartózó

31 tengely 1 tengely 2 tengely 3 r r-sq r r-sq r r-sq mésztartalom -0,791 0,625 0,116 0,013-0,232 0,054 C_tot, összes C -0,883 0,78-0,063 0,004-0,139 0,019 C_org, szerves C -0,837 0,701-0,178 0,032-0,058 0,003 N_tot, összes N -0,815 0,665-0,188 0,035-0,037 0,001 C/N-arány 0,479 0,229 0,235 0,055-0,01 0 kor (felhagyás óta eltelt idı) -0,369 0,136-0,5 0,25-0,158 0,025 fajszám -0,162 0,026-0,316 0,1 0,082 0,007 evenness -0,087 0,008-0,261 0,068-0,048 0,002 agresszív tájidegen inváziós fajok 0,146 0,021 0,412 0,17 0,329 0,108 ruderális kompetitorok 0,283 0,08 0,573 0,328 0,163 0,027 behurcolt vagy adventiv fajok 0,091 0,008 0,32 0,102 0,257 0,066 természetes gyomfajok 0,367 0,135 0,704 0,496 0,358 0,129 zvarástőrı természetes fajok 0,213 0,045-0,253 0,064 0,125 0,016 természetes pionir növények 0,615 0,379-0, ,214 0,046 generalisták -0,265 0,07-0,649 0,421-0,502 0,252 kompetitor fajok -0,755 0,57-0, ,139 0,019 specialisták -0,411 0,169 0,063 0,004-0,19 0,036 ritka vag unikális specialisták -0,347 0,12-0,314 0,099 0,105 0,011 természetességi érték -0,511 0,261-0,583 0,34-0,371 0,137 TB 0,863 0,745 0,061 0,004-0,174 0,03 WB -0,983 0,966 0,158 0,025-0,14 0,02 RB 0,604 0,364-0,191 0,037-0,477 0,228 NB -0,387 0,149 0,704 0,496 0,351 0,124 LB 0,823 0,678 0,045 0,002-0,065 0,004 CB 0,752 0,566 0,131 0,017-0,118 0,014 SB -0,353 0,125 0,447 0,2-0,542 0,294 ZAVART termıhelyek növény- 0,213 0,046 0,736 0,542 0,331 0,11 társulásaihoz tartózó antropo-zoogén GYEPek 0,131 0,017-0,703 0,494-0,276 0,076 és RÉTek-hez tartózó 1. táblázat Különbözı (legtöbbször a vegetációs adatokon alapuló) paraméterek Pearson-féle korrelációs együtthatói (r) és determinációs együtthatói (= négyzetre emelt r, r-sq). Ezek az értékek azt mutatják, hogy milyen mértékben korrelálnak a paraméterek a DCA elsı három tengelyével. Azokat a korrelációs együtthatókat, melyeknek értéke 0,5 vagy magasabb (illetve -0,5 vagy kisebb), félkövérrel szedtem. A determinációs együtthatók (r-sq) azt mutatják, hogy a vegetációs adatok adott tengelyen kifejezett variációjának mekkora részét lehet a paraméterek segítségével megmagyarázni. Egyértelmően felismerhetı, hogy tengelyrıl tengelyre erısen csökken a paraméterekkel való korreláció. Tabelle 1. Pearson-Korrelationskoeffizienten (r) und Bestimmtheitsmaße (= r quadriert, r-sq) verschiedener (meist aus der Vegetation ermittelter) Parameter als Maße für die Korralation mit den ersten drei Achsen der DCA.

32 2. ábra Kétdimenziós ordinációs diagram egy 225 felvétellel végrehajtott DCA eredményeirıl A: a bináris mátrix (presence-absence-adatok) alapján B: a borítási értékeket (egy 0,05% és 100% közötti skálán) tartalmazó mátrix alapján. A tengelyek beosztása (SD) alapján értelmezhetı. A diagramok a felvételi területek 3 és 110 év közötti korát is mutatják a szimbólumok mérete révén. Minél nagyobb egy szimbólum, annál magasabb a felvételezett állomány kora. A két háromszöggel és körrel szemléltetett csoport egy klaszteranalízis eredménye (bináris adatokkal számolva, távolság függvény: Sörensen-együttható, klaszter algoritmus: átlagos kapcsolódás). Fig. 2 Ordinationsdiagramm mit den ersten beiden Achsen einer DCA von 225 Aufnahmen auf Grundlage A: der binären Vegetationstabelle (presence-abscence-daten) und B: der Vegetationstabelle mit prozentualen Deckungsgraden auf einer Skala von 0,05%-100%. Amint azt az 1. ábra és az 1. táblázat mutatja, van még további néhány paraméter, melyek a második tengellyel (hossza: 2,793 SD) mutatnak jelentıs összefüggést: itt többek közt a területek korát kell kiemelni, ami ezt a tengelyt a kérdésfelvetés szempontjából különösen érdekessé teszi. A 2. ábrán látható mindkét ordinációs diagramon csak két klaszter szerepel (amely ugyanabból a klaszteranalízisbıl származik, mint a hét az elsı ábrán látható klaszter). Az A diagramon mely csakúgy, mint a klaszteranalízis, bináris adatokon alapszik, különösen jól felismerhetı a felvételek határozott szétválása kb. az ordinációs diagram közepén. Tekintettel az 1. ábrára, a háromszöggel szimbolizált klaszter a vegetációs felvételezések nedves, a körrel szimbolziált klaszter ezek száraz feleként interpretálható. A B diagram, melynek kiszámításában a borítási érték is szerepel, jól illeszkedik a tisztán bináris adatokon alapuló kettéválasztáshoz. A 2. ábrán látható két diagramon továbbá az egyes felvételi területek korát a szimbólumok mérete jeleníti meg. Jól látható a tendencia, hogy az idısebb területek (nagyobb szimbólum) a 2. tengely alsó felébe koncentrálódnak. Ezzel szemben a tengely felsı felébe elsısorban fiatalabb állományok kerülnek. Ennek megfelelıen az 1. ábrán a kort jelölı nyíl is lefelé mutat, és a klaszteranalízis alapján történı további szétválás nagyjából ugyanígy a fiatalabb és az idısebb állományok közt következik be. Kitőnik továbbá a 2. ábrából, hogy a fiatal-idıs megoszlás a borítási érték figyelembevételével valamivel egyértelmőbben bekövetkezik. Ráadásul látható, hogy a jelentıs kor-grádiens ellenére a 2. tengely mentén számos fiatalabb terület van, amely a diagramon az idısek közt jelenik meg, és ezekhez tehát 32

33 florisztikai szempontból nagyon hasonló. Itt elsısorban néhány nagyon jól regenerált, kb. közepes korú (30 év körüli) területrıl van szó az Ócsán és Dabason vizsgált körzetekben. Azonban csak néhány olyan régi állomány van, amely a diagram felsı felébe került (különösen a bal oldali, nedvesebb területek közül). 6 5,5 NB 4,5 4 természetességi érték 5 3,5 4, ,5 2 3,5 1, , , ,4 0,35 zavart termöhelyek növényei 0,8 0,7 gyepek/rétek növényei 0,3 0,6 0,25 0,5 0,2 0,4 0,15 0,3 0,1 0,2 0,05 0, ábra Különbözı a vegetációs adatok C/N-arány alapján kiszámolt paraméterek, valamint a 18 talaj C/N-arányának ábrázolása az 16 állományok korának függvényében. A pontok 225 felvételi területet ábrázolnak. Az 14 ökológiai és természetvédelmi besorolások 12 Borhidi (1993) mőve alapján történtek. Az NB és a természetességi érték a felvételek 10 súlyozott középértékeiként szerepelnek. A 8 zavart termıhelyek, illetve rétek és gyepek növényfajainak részarányát a felvételek teljes 6 fajszámához képest adtuk meg. (Azok a felvételek, amelyek 110 éves korral szerepelnek a diagramokon, az ısgyepeket reprezentálják. Ezt a besorolást szabadon választottuk meg, úgy, hogy ezek megfelelı pozíciót kapjanak a diagramokon, anélkül, hogy túlságosan jobbra tolódnának. Ez a kor kb. az ısállományok minimális korának tekinthetı). 33

34 Fig. 3 Auftragung verschiedener aus den Vegetationsdaten errechneter Kenngrößen sowie des Boden-C/N-Verhältnisses gegen das Alter der Bestände in Jahren. Az összes ısgyepállományban fellelt, és a fiatalabb állományokban talált fajok összevetésével 23 olyan faj tőnt ki, amely a fiatalabbakban nem fordult elı, és cönológiai osztályozásuk során (Borhidi, 1993) relevánsnak lehetett besorolni (azaz nem ruderális fajokról van szó). Ezek közül 9 egynél többször fordul elı valamelyik ısgyepen található felvételi területen. A következı fajokról van szó (zárójelben a gyakoriság): Trinia glauca (4), Salvia austriaca (4), Caltha palustris (3), Peucedanum palustre (3), egy nem azonosítható faj (3), Selinum carvifolia (2), Equisetum fluviatile (2), Adonis vernalis (2), Epipactis palustris (2). Mivel a kérdésfelvetés szempontjából elsısorban a különbözı paraméterek és jellemzık, valamint a területek kora közötti esetleges összefüggés érdekes, ezeket mindig az kor függvényében ábrázoltuk. A 3. ábra néhány példát mutat be. Azok a diagramok, amelyeken egyértelmően pozitív vagy negatív összefüggések ismerhetıek fel, logaritmikus görbére utalnak. A két fı klaszter (tehát a szárazabb és nedvesebb FB-értékek alapján történt felosztásában) külön elemzése azonos tendenciák felismerését tette lehetıvé, akkor is, ha ez a felvételek számának kb. a felében mindig kevésbé egyértelmő (itt nem ábrázoltuk). A 100 megvizsgált minta ph-értékei egy pár kivételtıl eltekintve a 7-8 közti tartományban mozognak. Nem lehetett szignifikáns összefüggést megállapítani a ph értékek és a tengelyek egyike, vagy más értékek között. Megvitatás Jóllehet itt nagyon különbözı gyeptársulásokat elemeztünk együtt (melynek során a differenciáló tényezı elsısorban a vízellátás volt), mégis megfogalmazhatunk néhány általános következtetést. Az eredmények azt támasztják alá, hogy a vizsgált területek többnyire jó regenerációs potenciállal bírnak. Bár az 1. ábrán kitőnik, hogy a multivariációs módszerek alkalmazása az idıs és fiatal állományok vegetációs alapú, egyértelmő különválását eredményezi, a 2. és 3. ábra diagramjai azt mutatják, hogy itt nem élesen differenciált csoportokról van szó, hanem folyamatos florisztikai átmenetrıl az idıs és a fiatal állományok között. Ezenfelül számos fiatal állomány az idısek közé rendezıdött, azaz alig mutat florisztikai különbségeket azokhoz képest. A csupán idıs állományokban elıforduló fajok kis számának nem lehet differenciáló hatást tulajdonítani alacsony gyakoriságuk miatt. Lehetséges, hogy ezek csak nagyon késın vagy egyáltalán nem tudnak megtelepedni a fiatal területeken, de lehet a véletlen mőve is, hogy nem fordulnak elı a fiatal területek felvételeiben. A regenerált állományok jó minıségé a 2. ábrán tett megfigyelésbıl következtethetünk, mert ugyan egy adott florisztikai összetétel csekély eséllyel tüntethet fel tévesen egy területet fiatalnak, ugyanakkor az ısállományok a florisztikai összetétel alapján nem egyértelmően azonosíthatóak, mivel fiatalabb állományokat is jellemezhet ez az összetétel. Ezek a megfigyelések egybevágnak azokkal, amelyeket Ejrnaes et al. (2008) tettek: a dán ısgyepeket és a heide-vegetációk (fenyérek) állományait csak ritkán osztályozták tévesen parlagként, miközben parlagot ugyanazzal a módszerrel az esetek 20%-ában soroltak be ısállománynak. A 2. ábrán megfigyelhetı jelenség, azaz az ısállományok kissé határozottabb szétválása a borítási értékek figyelembevétele mellett, arra utal, hogy a parlagok kvalitatív regenerációs fejlıdése kissé megelızi a vegetáció strukturális fejlıdését. Ha egy fiatalabb területen már számos réti faj jelen van, a borítási érték eloszlása még akkor is erısen eltérhet az ısállományokétól, így felületesen csupán csekély hasonlóság figyelhetı meg (a terepen szerzett tapasztalataink alapján). Ennek ellenére nem ismerhetı fel összefüggés a fajok száma 34

35 vagy a területek egyenletessége (evenness), és más paraméterek vagy a DCA tengelyei közt (1. táblázat); így ezt a két értéket nem lehet felhasználni a strukturális eltérés becslésénél. A 3. ábrán a kor függvényében ábrázolt paraméterek közül a természetességi érték mutatja a legerısebb összefüggést. Itt figyelhetı meg leginkább, hogy a vegetáció logaritmikus módon éri el az ısgyepállomány állapotát. Összevetve a 3. ábra fentebbi négy diagramja azt mutatja, hogy az ısgyepekéhez hasonló állapot átlagosan kb év múltán következik be. Ugyanakkor az is látható a diagramokon, hogy az idı elırehaladtával minden szakaszban széles skálán, a jótól a rosszig mozog a területek regeneráltsága. Ezek szerint egy adott területen csak nagyon bizonytalan prognózist lehet adni a regeneráció várható idıtartamáról, függetlenül attól, hogy nedves vagy inkább száraz termıhelyrıl van szó. Nagy valószínőséggel feltételezhetı azonban, hogy a megvizsgált körülmények között elıbb-utóbb, de bekövetkezik a regeneráció. Ahogy Ruprecht (2006) is kiemelte, a jó regenerációs eredmények és kilátások lényeges okának, illetve feltételének elsısorban az ısállományok térbeli közelségét lehet tekinteni, ami az itt vizsgált területek esetében is többé-kevésbé, de mindig adott volt. A Ruprecht (2006) által román gyepállományok esetében megállapított nagyon rövid, éves regenerációs idıtartam bizonyára optimális értéknek tekinthetı, azaz a legtöbb esetben hosszabb idıre kell számítani. Amint azt a 3. ábra mutatja, a termıtalaj C/N aránya aligha lehet annak indikátora, hogy mennyire elırehaladott az egykori szántók gyepterületté fejlıdése. A fiatalabb, még szántóra hasonlító területeknél ugyan még sokkal nagyobb az ingadozás, és várható módon jóval nagyobb értékek is elıfordulnak, mint az ısgyepeknél (Wild, 1995), de minden korosztályban elıfordulnak már alacsonyabb értékek is. Nem lehet egyértelmő összefüggést találni a C/N-arány és a vegetáció ruderális vagy gyepterületi jellege között sem. Ugyanúgy a termıtalaj összes C-tartalma és a területek korának elırehaldása között sem lehet olyan összefüggést megállapítani, amilyet Baer et al. (2002) írtak le egy 2-12 éves kronologikus szekvencia esetérıl (a korral növekvı C-tartalom). Elképzelhetı, hogy a teljes C-tartalom és a Borhidi-féle nedvességi értékszámok közötti erıs összefüggés fedi el ezt a hatást. A regenerációs kilátások és talajparaméterek közötti összefüggés vonatkozásában nem jutottunk megállapításra, e téren fıleg a tápelemek hozzáférhetıségével kapcsolatban még további vizsgálatok szükségesek. Köszönetnyilvánítás Szeretnénk köszönetet mondani a DAAD-nak és az ERASMUS-Program felelıseinek a munkánk anyagi támogatásáért. Köszönet illeti a vizsgálati területek természetvédelmi ıreit gyakorlati segítségnyújtásukért a terepen végzett munkálatok során, valamint a felvételi területekkel kapcsolatos kérdések megválaszolásáért. Köszönjük az Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (Haszonnövényismereti és Erıforrásvédelem-Intézet) laboránsainak is a talajminták feldolgozásában és vizsgálatában, valamint az elemzések elvégzésében nyújtott segítségüket. Hálás vagyok Turcsányi Gábornak és Centeri Csabának, a gödöllıi SZIE tanárainak munkám szakmai támogatásáért. Köszönjük továbbá Kollár Péternek a tanulmány fordítását németrıl magyar nyelvre. 35

36 Irodalom Bakker, J. P., Berendse, F. 1999: Constraints in the restoration of ecological diversity in grassland and heathland communities. Tree 14 (2): Borhidi A. 1993: A Magyar Flóra Szociális Magatartás Típusai, Természetességi és Relatív Ökológiai Értékszámai. Janus Pannonius Tud. Egyetem, Pécs Borhidi A. 2003: Magyarorszóag növénytársulásai. Akadémiai Kiadó, Budapest Bornemann, L., Welp, G., Bodrowski, S., Rodionov, A., Amelung, W. 2008: Rapid assessment of black carbon in soil organic matter using mid-infrared spectroscopy. Organic Geochemistry 39: Conzen J.-P.2001: Multivariate Kalibration Ein praktischer Leitfaden zur Methodenentwicklung in der quantitativen Analytik. Bruker Optik GmbH, Karsruhe Csecserits, A., Rédei, T. 2001: Secondary succession on sandy old-fields in Hungary. Applied Vegetation Science 4: Diekmann, M. 2003: Species indicator values as an important tool in applied plant ecology a review. Basic and Appl. Ecol. 4: Dierschke, H. 1994: Pflanzensoziologie. Ulmer, Stuttgart Ejrnaes, R., Liira, J., Poulsen, R. S., Nygaard, B. 2008: When has an abandoned field become a Semi-Natural Grassland or Heathland? Environmental Management 42: Fagan, K. C., Pywell, R. F., Bullock, J. M., Marrs, R. H. 2008: Do restored calcareous grasslands on former arable fields resemble ancient targets? The effect of time, methods and environment on outcomes. Journal of Applied Ecology 45: Gibson, C. W. D., Brown, V. K. 1991: The nature and rate of development of calcareous grassland in Southern Britain. Biological conservation 58 (3): Köhler, W., Schachtel, G., Voleske, P. 2007: Biostatistik Eine Einführung für Biologen und Agrarwissenschaftler. Springer, Berlin/Heidelberg Leyer, I., Wesche, K. 2007: Multivariate Statistik in der Ökologie. Springer, Heidelberg/Berlin Martin, L. M., Moloney, K. A., Wilsey, B. J. 2005: An assessment of grassland restoration success using species diversity components. Journal of Applied Ecology 42: Pätzold, S., Welp, G., Brümmer, G. W. 2006: Anleitung zur Durchführung von Bodenanalysen. 11. Auflage, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) Bodenwissenschaften, Bonn Pywell, R. F., Bullock J. M., Hopkins, A., Walker, K. J., Sparks T. H., Burke, M. J. W., Peel, S. 2002: Restoration of Species-Rich Grassland on Arable Land: Assessing the Limiting Processes Using a Multi-Site Experiment. Journal of Applied Ecology 39: Rosenthal, G. 2003: Selecting target species to evaluate the success of wet grassland restoration. Agriculture, Ecosystems & Environment 98: Ruprecht, E. 2006: Successfully Recovered Grassland: A Promising Example from Romanian Old-Fields. Restoration Ecology 14 (3): Wild, H. 1995: Umweltorientierte Bodenkunde - Eine Einführung. Spektrum, Heidelberg/ Berlin/Oxford 36

37 PFLANZENSOZIOLOGISCHE UND BODENKUNDLICHE UNTERSUCHUNG VON RENATURIERTEM GRÜNLAND AUF EHEMALIGEN ACKERFLÄCHEN DANIELA BOECKER 1, BODO MARIA MOESELER 1, GERD WELP 2 STEFAN PÄTZOLD 2 1 Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Fachbereich Ökologie der Kulturlandschaft, Arbeitsgruppe Geobotanik and Naturschutz, Karlrobert-Kreiten-Str. 13, D Bonn, Deutschl., daniboecker@ecologyfund.net 2 Universität Bonn, Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES), Fachbereich Bodenkunde, Nussallee 13, D Bonn, Deutschland Zusammenfassung In Anbetracht des weitreichenden Rückgangs von natürlichen, naturnahen und halbnatürlichen Vegetationstypen in Europa ist in den letzten Jahrzehnten neben der Erhaltung der verbleibenden Bestände die Frage in den Vordergrund gerückt, ob es möglich ist, ähnliche Bestände neu entstehen zu lassen. Gegenstand der vorliegenden Untersuchung ist ein Vergleich von auf spontane Weise zu Grünland rückentwickelten Ackerbrachen und wertvollen Altbeständen, die sich in deren Nachbarschaft befinden. Im Falle gut regenerierter Bestände kommt der Frage eine Schlüsselfunktion zu, ob es noch grundlegende Unterschiede zwischen den alten und jungen Vegetationsbeständen gibt. Im Hinblick auf jüngere Bestände liegt der Schwerpunkt eher auf der Frage, in welchen Zügen sie schon den älteren ähneln, und ob es sich dabei um ein Vorstadium älterer regenerativer Stufen handeln kann. Neben der Artenzusammensetzung und Struktur der Vegetation ist auch die Berücksichtigung der Bodeneigenschaften bedeutsam für die Bewertung der Flächen. Die untersuchten Flächen liegen im Wesentlichen im Donau-Teiß-Zwischenstromland (Landschaftsschutzgebiet Ócsa, Turjángebiet Dabas, Peszéradacser Wiesen). Daneben wurden auch einige Punkte im LSG Tápió-Hajta-Vidéke und im LSG Sárrét mit in die Untersuchung einbezogen. Es wurden sowohl nasse als auch trockene Lebensräume berücksichtigt. Die Aufnahme der Vegetation erfolgte in 25 m 2 großen Quadraten, in denen auch Mischproben aus den obersten 10 cm des Bodens genommen wurden. Die untersuchten Flächen unterscheiden sich im Hinblick auf den erreichten Grad der Regeneration deutlich. Während ein Teil noch eher bracheähnlich ist und durch viele Unkräuter charakterisiert werden konnte, gibt es auch viele Bestände, die den alten in nichts nachstehen. Mit multivariaten Methoden durchgeführte Analysen haben gezeigt, dass die Letzteren aufgrund ihrer Artenzusammensetzung nicht mehr von den Altbeständen unterschieden werden können. Auch naturschutzfachlich wertvolle Arten kommen darin vor. Obwohl sich diejenigen Bestände, die sich in einem Übergangsstadium befinden, im Hinblick auf ihre Struktur noch stark von den Altbeständen unterscheiden, waren dennoch schon einige Arten darin vorhanden, die als charakteristisch für Wiesen und Weiden anzusehen sind. Vor diesem Hintergrund ist zu erwarten, dass diese Bestände sich in einer günstigen Richtung weiterentwickeln werden. Die im Laufe der Zeit voranschreitende floristische Annäherung der Brachflächen an Altbestände erfolgt in Form einer logarithmischen Kurve. Bei den untersuchten Grünlandgesellschaften kann davon ausgegangen werden, dass durchschnittlich ein Zeitraum von etwa Jahren benötigt wird, bis die weitgehende Regeneration einer Brachfläche erfolgt ist. Die bisher untersuchten Bodenparameter (Gesamt-C, Gesamt-N, Organischer C, C/N-Verhältnis, Kalkgehalt, ph- Wert) konnten nicht in einen Zusammenhang mit dem Alter der Flächen gestellt werden. Schlagworte: Renaturierung, Brache, Donau-Teiß-Zwischenstromland, Altbestände 37

38 PACKUNGSDICHTE TALAJTÖMÖRÖDÉSI SZABVÁNY VIZSGÁLATA TALAJ- MIKROMORFOLÓGIA MÓDSZER SEGÍTSÉGÉVEL BUCSI TAMÁS 1, PETİ ÁKOS, BARCZI ATTILA 1 Szent István Egyetem, Környezettudományi Doktori Iskola 2100 Gödöllı, Páter Károly utca 1., bucsi.tamas@pest.ontsz.hu Összefoglalás A talajtömörödés legtöbbször emberi tevékenységekre visszavezethetı fizikai talajhiba, amely jelentısen befolyásolja a talaj termékenységét. Az Európai Unió a talajdegradációs folyamatok problémáját felismerve - köztük a talajtömörödést - Talajvédelmi Stratégiát (Proposal for a soil framework directive COM(2006)232 ) dolgozott ki a káros folyamatok térhódításának megfékezésére. Ahhoz azonban, hogy a talajtömörödést megelızzük, leromlott fizikai állapotú talajainkat javíthassuk, elkerülhetetlen a tömörödés egyszerő, gyors és hatékony terepi felismerése. A számos tényezıt mérlegelı, komplex szemléletet igénylı és figyelembe vevı módszer a Németországban alkalmazott úgynevezett Packungsdichte talajtömörödés meghatározó módszer, melyet egy rekultivált talajokkal rendelkezı egykori külszíni fejtéső bányaterületen próbáltunk ki. Célunk az egyes kategóriákhoz tartozó talajállapotok talaj-mikromorfológiai jellemezése és értékelése volt. Tekintettel arra, hogy a mesterségesen kialakított talajok szemcseeloszlása mindenhol közel azonosnak tekinthetı, az elkészített vékonycsiszolatok egymással jól összehasonlíthatóak. Kulcsszavak: talajtömörödés, Packungsdichte, talaj-mikromorfológia Bevezetés 2005-ben Köln mellett a Világ Ifjúsági Találkozó idejére egy közel 300 ha nagyságú egykori külszíni fejtéső bányaterületen jelenleg szántóföld-,több mint egy millió látogató kiszolgálása érdekében 200 km ideiglenes utat építettek (1. ábra). Az utak 2005 ıszén, a rendezvény végeztével visszabontásra kerültek és az egész terület ismét a szántóföldi termelésbe került. A nagy odafigyelés ellenére az útépítés és úthasználat során jelentıs talajtömörödés alakult ki melyet meg kellett szüntetni (Dumbeck, 2005). A talaj tömörödés mértékét a packungsdichte alapján (talaj szerkezet, makropórusok, gyökéreloszlás, aggregátunok közötti hézageloszlás stb. figyelembevételével) 1-5ig terjedı skálába lehet sorolni (PD1-PD5), ami segítséget nyújt a lazítás szükségességének eldöntésében és a meliorációs mélység meghatározásában. Tekintettel arra, hogy Németországban is megoszlik a vélemény a terepi módszer hitelességérıl, igazolására (vagy cáfolására) kiegészítésként talaj-mikromorfológiai vizsgálatokat végeztünk. A talajtömörödés a mezıgazdaságban is nagy problémát jelent. Legtöbbször emberi tevékenységekre visszavezethetı fizikai talajhiba, amely a nedvességforgalom gátlása miatt kiemelt figyelmet érdemel (Várallyay, 1996). Az ember okozta károk leggyakrabban a nedves talajon járással (taposás-eredető) és a talajmővelés (mővelés eredető) hatására alakulnak ki (Birkás et al., 2006). Az Európai Unió a talaj degradációs folyamatok problémáját felismerve -természetesen a talajtömörödést is- Talajvédelmi Stratégiát (Proposal for a soil framework directive COM(2006)232 ) dolgozott ki a káros folyamatok térhódításának megfékezésére. A tömörödés környezeti és gazdálkodási kárai súlyosak (Gyuricza et. al., 2007). A leromlott talaj hatására romlik a vízbeszivárgó, vízáteresztı képesség, a talajban tárolt vízmennyiség, és 38

39 korlátozódik a tápanyag felvétel is, ami kapcsán kisebb termésátlagra számíthatunk (Várallyay, 2006a). E kedvezıtlen talajadottság elkerülésének egyik módja a szántóföldi agrotechnikai eszközök tömegcsökkentése. A mezıgazdasági gépek jellemzıen túlméretezettek, ezért fontos program napjainkban a gépek tömegcsökkentése (Samyn et al., 2007), valamint a megfelelı agrotechnikai beavatkozások elvégzése. Anyag és módszer A talajtömörödés meghatározásához a Németországban használatos 5-ös skálát használtuk a (DIN ) szabvány alapján. A terepi talajtömörödési skála felállításához talajszelvénybıl makroszkopikusan vizsgáltuk a talajt. Tekintettel arra, hogy a területen ideiglenesen út volt kialakítva, a szabványban meghatározott növényi gyökéreloszlást nem tudtuk vizsgálni. A leglazább talajt a PD1 a legtömörebb talajt pedig a PD5 kód jelöli. A Póruseloszlás meghatározásánál Hartge és Horn (1999) által felállított kategóriákat vettük alapul (1. táblázat). Póruscsoport neve Átmérı (µm) Finompórusok < 0,2 Keskeny pórusok 0,2-10 Közepes pórusok Közepesen durva pórusok Széles durva pórusok Nagyon széles durva pórusok > táblázat Póruseloszlás kategóriák (Hartge és Horn, 1999) Table 1. Categories of pore distribution (Hartge és Horn, 1999) A talaj-mikromorfológiai vizsgálatokhoz a mintákat Kubiena (10X5 cm átmérıjő) dobozokba vettük, majd 3 hetes száradás után poliészter gyantával itattuk és 10 µm vastagságura csiszoltuk (Hans-J. A, 1974) alapján. A csiszolatok kiértékelésnél polarizációs mikroszkópot alkalmaztunk Stoops (2003) alapján. A talajtömörödés terepi vizsgálata mellett Kraus-győrő segítségével meghatároztuk a talaj térfogattömegét is. Eredmények A rendezvény végeztével amikor az utak már teljesen vissza lettek bontva nyílt lehetıségünk a talajtömörödés mértékének megállapítására. A makromorfológiai vizsgálatok során az aggregátum nagysága, szerkezeti elemek kapcsolata, az aggregátumok közötti rés, és a makropórusok aránya alapján soroltuk be a talajt a Packungsdichte 5 kategóriájának egyikébe. A PD 5 tömıdöttségi kategória a vizsgált szelvény 0-10 cm rétegében volt megtalálható. A terepi viszonyok között az aggregátumok közötti teret igaz hézag választja el, de az aggregátumok egymáshoz képest zártan helyezkednek el. A felületet pedig láthatóan a nyomás alakította ki. A talajmonolitok esési próbáját elvégezve, nagyon erıs stabilitást tapasztaltunk. Azaz a leesés után alig esnek szét. Ez nagyon erıs tömörödésre enged következtetni. A PD 5 kategóriához tartotó 10-es számú vékonycsiszolat alapanyaga nagyon tömör, melyben pórusok csak kis számban voltak meghatározhatóak. A mintában fıként a szabálytalan alakú üregek jelennek meg, mely leginkább a zsugorodás és tágulás, valamint a talajt érı terhelés alakított ki. A porozitást tekintve az összes vizsgált minták közül ez a réteg a leginkább tömıdött, a vizsgált területen belüli összpórusszám (csiszolaton belül lemért pórusok mennyisége) arány 39

40 mindössze 0,35 % körüli. A csiszolaton belüli pórusok a keskeny és a közepes kategóriába sorolhatók be. A kapilláris vízemelésért felelıs üregek száma kimagasló értéket mutatott a többi mintához és a mintán belüli póruseloszláshoz képest is (338 db). A közepes üregek aránya viszont minimális értéket mutatott (9 db). A mintán belül a durva pórusok és a nagyon széles pórusok nem voltak fellelhetık. A minta elemzése során megállapítható volt, hogy az aggregátumok között leginkább nincsen rés, sem repedés, azok egymástól nem különíthetıek el. A packungsdichte nomenklatúra szerint ezért a zárt kategóriába sorolható. A talajalkotókat a minta egy bizonyos helyén agyaghártya rögzíti. A mikroszerkezet teljesen tömıdött, abban szerkezeti elemek nincsenek. A finom, illetve durva szerkezeti elemek egymáshoz viszonyított eloszlását tekintve porfíros szerkezet a jellemzı. Az alapanyag színe világos/sárga, melyben fıleg a kristályok dominálnak. Szerves anyag maradvány a mintán belül nem volt fellelhetı, csakúgy mint ahogy a karbonát sem. A mintán belül fıleg a vasszeplık uralkodóak. A vaskiválás mellett igaz a mangán is jelen van, de sokkal kisebb mennyiségben. A vaskiválás mátrixtól való elkülönülés közepes, leginkább az orthic konkréció forma a jellemzı A vas a mintán belül legtöbbször a mangántól külön jelenik meg. A mangán megjelenési formája a dendrites, azaz a szinte teljesen kör alakú fekete konkréció. A mátrixtól való elkülönülése éles. A vázszemcse és az alapanyag arányát tekintve a vázszemcsék egymáshoz képest nagyon közel helyezkednek el. A PD 4-es skálát a vizsgált szelvény felsı rétegében (10-20 cm) határoztuk meg. A terepi viszonyok között az aggregátumok közötti teret részben hézag, kevés rés, és csı alakú üregek választják el. A talaj aggregátumok esési próbáját elvégezve, az elızıhöz hasonlóan szintén erıs stabilitást tapasztaltunk. Azaz a leesés után kevesebb darabra, kézzel bontva pedig nehezen, vagy egyáltalán nem voltak tovább bonthatók. Ez erıs tömörödésre enged következtetni. A PD 4-es kategóriához tartozó 31 -es számú vékonycsiszolatban az elızı csiszolattól eltérıen leginkább a szabálytalan alakú üregek és repedések jelennek meg. Az összpórusszámot tekintve az összes minta közül ez a réteg erısen tömıdöttnek tekinthetı, hiszen a vizsgált területen belüli porozitási arány mindössze 1,3 % körüli. Ez az érték az elızı mintához képest nem mutat lényeges eltérést. A csiszolaton belül a kapilláris vízemelésért felelıs pórusok száma mutatta ismételten a legnagyobb értéket (273 db). A nyomás hatására a nagyobb pórusok száma lecsökken és a keskeny pórusok aránya megnövekszik, így nem meglepı, hogy a keskeny pórusok aránya ilyen magas értéket mutat. A közepes pórusok aránya ennél lényegesebben kevesebb értéket mutatott. A mintán belül durva és nagyon széles pórusok nem voltak. A csiszolaton belül repedéshálózat figyelhetı meg. Ezek lefutása teljesen szabályos. A minta elemzése során megállapítható volt, hogy az aggregátumok között leginkább rés, illetve repedés van, mely a packungsdichte nomenklatúra szerint a majdnem zárt kategóriába sorolható. Ez azt jelenti, hogy az aggregátumokat, illetve a köztük lévı teret a nyomás alakította ki, melyben megjelenhet a poliéderes szerkezeti forma (2. ábra). A talajalkotókat a minta egy bizonyos helyén ismét agyaghártya rögzíti. A mikroszerkezetre az élesebb hasábok a jellemzıek. A finom, illetve durva szerkezeti elemek egymáshoz viszonyított eloszlását tekintve a szintén porfíros szerkezet a jellemzı. Az alapanyag színe világos/sárga, melyben fıleg a kristályok dominálnak. Szerves anyag maradvány a mintán belül nem volt fellelhetı, csakúgy mint ahogy a karbonát sem. A mintán belül néhol leginkább mangán kiválások voltak elemezhetık. A vaskiválással csak egy területen találkozhatunk. A mangán kiválások a vizsgált területen belül sokkal nagyobb számban voltak jelen, mint a vas kiválások. Megjelenési formája a dendrites, mátrixtól való elkülönülése éles. A vázszemcse és az alapanyag arányát tekintve a szimpla távolságú, nyílt porfíros rendszer volt meghatározható. A PD 3 értéket a szelvény cm mélységben találtuk meg. Makroszkopikusan elemezve az aggregátumokat részben hézag, részben rés vagy csı alakú üregek választják el egymástól. Az aggregátumok esési próbáját elvégezve, közepes stabilitást tapasztaltunk. Azaz 40

41 a leesés után kevesebb darabra, de kézzel bontva további darabokra esik szét. Ez közepes tömörödésre enged következtetni. A PD 3-as kategóriához tartozó 1u jelő vékonycsiszolatban alapvetıen az üregeknek három típusa jelenik meg ebben a rétegben. Csatornák (nyúlt, hengerszerő), hólyagok (izometrikus) és a szabálytalan alakú üregek. Az összpórusszámot tekintve a vizsgált minták közül ez a réteg lazának tekinthetı, a vizsgált területen belüli aránya 21% körüli. A mintán belüli összpórusszám érték azért mutat ilyen nagy értéket, mert az mintát egy nagy repedés szeli ketté, amely jelentısen megnövelte az értéket. A csiszolaton belül a kapilláris vízemelésért felelıs pórusok száma 198db. A közepes pórusok aránya ennél némileg kevesebb értéket mutatott. A mintán belül a 34 db közepesen durva pórusok is fellelhetık voltak. Továbbá 17 db durva pórus és 6 db nagyon széles pórust is meg lehetett határozni. A minta elemzése során megállapítható volt, hogy az aggregátumok között hézag van, mely a packungsdichte nomenklatúra szerint is a félig nyitott kategóriába sorolható. Ez azt jelenti, hogy az aggregátumok nem egybefüggık, hanem azokat üregek választják el egymástól. Az aggregátumok egymástól elkülöníthetıek, de elhelyezkedésük teljesen szabálytalan. A csiszolatban a korábbi eredeti talajtípus Bt szintjében lévı agyag jelenik meg úgynevezett rollagregat szerkezeti formában. Ennek a jelentése teljesen kör alakú aggregátum, amely mesterségesen a terület rekultivációja során alakult ki. A mikroszerkezetre a félig koptatott, néhol kicsit élesebb hasábok/morzsák a jellemzıek. A finom, illetve durva szerkezeti elemek egymáshoz viszonyított eloszlását tekintve a porfíros szerkezet a jellemzı. Szerves anyagot a mintában nem találtunk, ami nem is meglepı, hiszen ebben a fejletlen talajban minimális humuszanyag található. A mintán belül néhol mangánkiválások és vasborsók is kimutathatóak voltak. A mangán élesen világító fekete konkréció, a vas pedig diffúz átmenettel rendelkezı formában jelenik meg. Mennyiségük a csiszolaton belül mintegy 1-2 %-ot tesz ki. Megjelenésük és eloszlásuk teljesen szabálytalan, ami a talaj rekultivációjának és a recens talajképzıdési folyamatoknak köszönhetı. A PD 2 érték a talajszelvény mélyebb rétegében volt detektálható (60-70 cm mélység), ahol már nem volt hatással az utakon közlekedı teherautók tengelynyomása. A pórusokat tekintve a teljesen szabályos falú csatornák (nyúlt, hengerszerő), kerek hólyagok és a szabálytalan alakú üregek jelennek meg. A csatornák és hólyagok az üregtípusok mintegy kétharmadát teszik ki, ami arra enged következtetni, hogy a kialakult pórusokat terhelés nem érte. A porozitás szerint az összes vizsgált minták közül ez a réteg a leglazább, a vizsgált területen belüli porozitási arány 8,9% körüli. A csiszolaton belül a póruseloszlás egyenletes értéket mutat. A kapilláris vízemelésért felelıs pórusok száma mutatta a legnagyobb értéket (265db). A közepes pórusok aránya körülbelül a fele a keskeny pórusok arányánál. A mintán belül a 32 db közepesen durva pórusok is fellelhetık voltak. Továbbá 37 db durva pórus és 8 db nagyon széles pórust is lehetett meghatározni. A minta elemzése során megállapítható volt továbbá, hogy az aggregátumok között hézag van, mely a packungsdichte nomenklatúra szerint a félig nyitott, nyitott kategóriába sorolható. Ez azt jelenti, hogy az aggregátumokat fıleg csatornák választják el egymástól. Az aggregátumok egymástól elkülöníthetıek, de elhelyezkedésük teljesen véletlenszerő. A mikroszerkezetre a félig koptatott és lekerekített morzsák a jellemzıek. A finom, illetve durva szerkezeti elemek egymáshoz viszonyított eloszlását tekintve a porfíros szerkezet a jellemzı. Növényi maradvány (korábbi gyökér) az egyik makropórust teljesen kitöltötte. Fehéren világító karbonát sem a mátrixban, sem a pórusok falán nem jelent meg. A mintán belül néhol vasszeplık, de leginkább mangán kiválások voltak elemezhetık. 41

42 1. ábra Útépítés a 2005-ös Világ Ifjúsági Találkozón Figure 1. Road construction at the World Youth Meeting, ábra PD 4 esetén kialakuló poliéderes szerkezet Figure 2. Polieder structure formed under PD 5 A vas esetén a mátrixtól való elkülönülés közepes, a mangán a vizsgált területen belül sokkal nagyobb számban volt jelen, mint a vas kiválások. A vázszemcse és az alapanyag arányánál az elızıektıl eltérıen a dupla távolságú, nyílt porfíros rendszer volt meghatározható. Packungsdichte Térfogattömeg Összpórusszám tömıdöttségi kategóriák (g/cm 3 Csiszolatszámok ) (PD) (%) 5 1, ,35 4 1,7 31 1,3 3 1,65 1u , ,9 2. táblázat Térfogattömeg, PD és összpórusszám kapcsolata Table 2 Conncetion between bulk density, PD and total pore number A vizsgált talajon a PD1 kategória nem volt megtalálható, mely természetes körülmények között is csak igen ritkán fordul elı. A PD 1 esetén a talaj makropórusokkal igen gazdagon átszıtt, az aggregátumok közötti összetartó erı kicsi, kedvezı aprómorzsás szerkezettel rendelkezik. Megvitatás A vontató jármővek keréknyomása és a speciális nehézgépek a fı okozói a talajtömörödésnek (Kalácska et al., 2006). Persze a gépek talajra kifejtett nyomó hatása mellett fontos megemlíteni a mezıgazdasági mővelı eszközök tömörítı hatásait (Birkás et al., 42

43 2006) és akár a legeltetés során kialakult tömör felsı, olykor vízzáró rétegként funkcionáló feltalajt is. A vizsgálati terület talajszelvényét vizsgálva megállapítottuk a tömörödés fokozatait. A szelvényben fentrıl haladva igen erıs tömörödésre utaló nyomokat találtunk a szelvény makroszkópikus vizsgálata során, hiszen a 0-10 cm-es rétegben PD 5 kategóriát határoztunk meg. Ugyanebbıl a rétegbıl készült vékonycsiszolatot vizsgálva az volt megállapítható, hogy az aggregátumok egymástól nem különíthetıek el, elhelyezkedésük egymáshoz viszonyítva zárt. A mikroszerkezetben az éles sarkokkal rendelkezı poliéderek jellemzıek. A csiszolat alapanyaga teljesen tömör, abban leginkább a keskeny pórusok jelentek meg. Az összpórusszám 0,35 %-ra határoztam meg, ami igen kevésnek mondható. A pórusokat tekintve a szabálytalan lefutású üregek jelennek meg. A PD 4 kategória a szelvény cm-es rétegben volt meghatározható. A csiszolat képe szintén tömör, de az aggregátumok már egymástól jobban elkülöníthetıek, azok között több a hézag, így egymáshoz viszonyított elhelyezkedésükre az elızıektıl eltérıen a majdnem zárt kategória a jellemzı. Ennek megfelelıen az üregtípusokat tekintve már nem csak a szabálytalan lefutású üregek, hanem a repedések is megjelennek. Tekintettel arra, hogy több a csiszolatban lévı pórus az összpórusszám is némileg nagyobb értéket mutat a PD kategóriához képest (1,3 %). Ahogy a vizsgált szelvényben lefelé haladunk egyre kisebb volt a tömıdöttség mértéke, hiszen a keréknyomás a mélyebb rétegekben lévı talajszerkezetre nem tudta kifejteni a hatását. Ennek megfelelıen 20 cm alatt, egészen a 60 cm-es rétegig közepes talajtömörödést határoztunk meg, melyhez a PD3-as értéket rendeltünk. Terepen vizsgálva a talajszerkezet néhol szemcsés illetve diós volt, az aggregátumok könnyen elváltak egymástól. A vékonycsiszolatban az aggregátumok egymástól szintén jól elkülöníthetıek, közöttük a PD4- es értékhez képest sokkal nagyobb az elválasztó üregek nagysága. Az összpórusszám meghatározásánál a 21 %-os értéket kaptam. Ez mind az elızıektıl, mind a következı csiszolathoz képest kimagasló eredmény. Ez azért lehet, mert a csiszolatot egy nagy repedés szelte ketté, ami az érétket jelentısen megnövelte. A pórusok megjelenése a csiszolatban egyenletes, szinte mindegyik póruseloszlási kategóriához lehet valamilyen értéket hozzárendelni. Az üregek típusát tekintve mind a szabályos falú csatorna, hólyag és kevés szabálytalan lefutású üreg is megjelenik. A PD 2 kategória a szelvény legalsó részén volt detektálható (60-70 cm). A mikroszkópikus képre az erısen elkülönülı lekerekített morzsák a jellemzıek. A PD2 és PD3 kategóriához tartózó póruseloszlás nem mutatott jelentısebb eltérést. A fentieknek megfelelıen megismerhettük az egyes PD kategóriákhoz tartozó vékonycsiszolatok mikroszkopikus képét. Összességében megállapítható, hogy a PD 4 és PD 5 kategóriához tartozó csiszolatok nem különíthetıek el erısen egymástól, hiszen a szerkezeti képük, illetve a pórusok alakja is nagy hasonlóságot mutat. Egyedül az összpórusszám mutat eltérést, ami egy jó kiinduló pont lehet az elkülönítéshez. A PD3 és PD2 kategóriákhoz tartozó csiszolatok szintén erıs hasonlóságot mutatnak. Ez a két kategória az elızı kettıtıl a szerkezeti kép, a póruseloszlás és az összporozitás alapján is erısen elkülöníthetı. A packungsdichte német szabványa szerint káros tömıdöttségrıl (azaz a meliorációs beavatkozás szükségességének meghatározásában) a PD4 és PD 5 kategória esetén van szükség. A PD 3 kategória kedvezı talajszerkezetre utal (amit a csiszolatokban lévı póruseloszlás és aggregátum elhelyezkedés is jól alátámaszt), a PD2 esetén pedig a talajt lazának lehet tekinteni. Azaz a PD 3 kategória, illetve alatta lévı értékek esetén nem kell a talaj kultárállapotába beavatkozni. Ahhoz, hogy pontosan el lehessen dönteni, hogy a packungsdichte kategóriáknál van-e egyáltalán szükség az ötös skálára, illetve arra, hogy több csiszolatot vizsgálva is fennállnak-e a fenti összefüggések, további mintavételre és csiszolatelemzésre van szükség. 43

44 Köszönetnyilvánítás Köszönetet szeretnénk mondani a német DAAD-nak, a kutatásban való pénzügyi támogatásért, valamint prof. Dr. Harrach Tamásnak és Peter Kornatz-nak a terepi mintavételben, konzultációban és a csiszolatok készítésében nyújtott segítségért. Irodalom Birkás, M., Dexter, A. R., Kalmár, T., Bottlik, L Soil quality soil condition production stability. Cereal Research Communications, 34(1): DIN (1998 BZW. 2007): Bodenuntersuchungsverfahren im Landwirtschaftlichen Wasserbau Felduntersuchungen Teil 10: Beschreibung und Beurteilung des Bodengefüges. Beuth Verlag GmbH Berlin Dumbeck, G. 2005: personal communication Gyuricza, Cs., Ujj, A., Mikó, P., Nagy, L., Fenyvesi, L Long-term soil tillage effects on selected physical and biological parameters under semi-humid climate in Austria. Cereal Research Communications, 35(2): Hans-J., A Handbuch der Mikroskopie in der Technik, Band IV, Teil 2, p Kalácska, G., Keresztes, R., Kozma, M Research of friction properties on polymer/steel gears. Hungarian Agricultural Engineering. N.19/2006. Hungarian Academy of Sciences.p Várallyay, Gy Magyarország talajainak érzékenysége a szerkezetromlásra és tömörödésre. Környezet és Tájgazdálkodási Füzetek, 96/1. Pszicholingva Kiadó, Szada, p Várallyay, Gy Soil degradation processes and extreme soil moisture regime as environmental problems in the Carpathian Basin. Agrokémia és Talajtan, 55(1-2): Samyn,M., Kalacska, G., Keresztes, R., Zsidai, L., De Baets, P Design of a tribotester for evaluation of polymer components under static and dynamic sliding conditions. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J, Journal of Engineering Tribology, 221(6): Stoops, G Guidelines for analysis and description of soil and regolith thin sections, Soil Science Society of America Inc. 44

45 Abstract PACKUNGSDICHTE SOIL COMPACNESS STANDARD EXAMINATION, WITH SOIL MICROMORPHOLOGY METHOD BUCSI TAMÁS, PETİ ÁKOS, BARCZI ATTILA Szent István Egyetem, Környezettudományi Doktori Iskola 2100 Gödöllı, Páter Károly utca 1., Soil compaction is a human-induced physical soil failure connected to cultivation. It unfavourably effects crop production and degrades soils. The EU included compaction as a dangerous threat on our soil cover in the proposal of the soil framework directive [COM(2006)232] to reduce the spread of harmful tendencies that are present nowadays. Present paper demonstrates a simple, but easy-to-use field method developed earlier in Germany, through the examination of soils of a recultivated strip mine territory. Our approach was to test the so called 'Packungsdichte' or packing density and to define the micromorphological characteristics of each compaction state. For this aim we have chosen a sampling site where soils were created and effected artificially. 45

46 AZ AGGTELEKI-KARSZTRÓL SZÁRMAZÓ VÖRÖSAGYAGOS RENDZINA TALAJ SZERVES ANYAGÁNAK GEOKÉMIAI JELLEMZÉSE ROCK-EVAL PIROLÍZISSEL CZIRBUS NÓRA 1, NYILAS TÜNDE 2, BOZSÓ GÁBOR 2, HETÉNYI MAGDOLNA 2 1 Szegedi Tudományegyetem, Környezettudományi Doktori Iskola, 2 Szegedi Tudományegyetem Ásványtani, Geokémiai és Kızettani Tanszék 6722 Szeged, Egyetem u czirbus.nora@geo.u-szeged.hu Összefoglalás A talajokban levı nagy mennyiségő szerves anyag jelentıs szerepet játszik a környezeti folyamatokban. A heterogén szerves anyag eltérı stabilitású csoportjai különbözı mértékben befolyásolják ezeket a folyamatokat. Geokémiai vizsgálataink célja egy hazai kızethatású talaj szerves anyagának geokémiai jellemzése és a különbözı stabilitású frakciói részarányának meghatározása volt. A vizsgált vörösagyagos rendzina talaj az Aggteleki Nemzeti Park északi területén található Vörös-tó mellıl származik. A szelvény keleti kitettségő 5%-os lejtı közepén helyezkedik el. A felsı O i -szint barnás-fekete humusztakaró, a mélyebb szintekben egyre inkább a vörösagyag tulajdonságai érvényesülnek. A minták nagy agyag és szerves anyag tartalmúak. A homogenizált mintákból mért mésztartalom ellenére a talaj savas karakterő, ugyanis a karbonát tartalom semlegesítı hatása csak az alapkızet aprózódásából származó mészgöbecsek közvetlen közelében levı talajrészre terjed ki. A foszfát-, kálium-, nitrát- és szulfáttartalom a szerves anyag mennyiségével összhangban változik, valószínőleg azért, mert a szerves anyag bomlásából származik. A röntgendiffraktometriai mérés eredményei alapján a különbözı szintekben a kaolinit az uralkodó agyagásvány, szmektit csak kis mennyiségben jelenik meg az A-szinttıl. A kaolinit a talaj vörös színét adó hematitban gazdag kvarc szemcsékbıl álló mátrixban található. A röntgenfluoreszcens mérésekbıl meghatározott kiemelkedı mennyiségő titán és mangán tartalom a karbonátos alapkızet mállásából származik. A stroncium hiánya arra enged következtetni, hogy a nagy mennyiségő szulfát nem tengeri eredető, tehát nem az alapkızetbıl származik, hanem a szerves anyag bomlása során halmozódott fel. A Rock-Eval pirolízissel kapott geokémiai alapadatok vertikális változása megfelel a talaj szerves anyag O i - és A-szintek közötti evolúciós trendjének. Az összes szerves széntartalom kb. a harmadára csökkent és a teljes széntartalmon belül növekedett az inert szervesszén aránya. A hidrogén index csökkenı értéke a biológiai anyag humin-típusú anyaggá történı transzformációjának korai szakaszát mutatja az A-szintben. Ezt támasztják alá a Rock-Eval pirogrammok matematikai bontásával számított adatok is, amelyekkel a szerves anyagot alkotó termikusan labilis (friss növényi anyag) és stabil (lignin és cellulóz) biomakromolekulák, az éretlen geo-makromolekulák (humin anyagok), a stabil, rezisztens geomakromolekulák részarányát és a biomassza transzformációjának mértékét becsülhetjük. Kulcsszavak: talaj szerves anyag, Rock-Eval pirolízis, rendzina 46

47 Bevezetés Az utóbbi évtizedben a talaj szerves anyagának vizsgálata az agrártudományokon túl a környezet-geokémiának is egyik fontos kutatási irányzatává vált. A talajokban lévı nagy mennyiségő szerves anyag a környezeti folyamatokban jelentıs szerepet játszik. Hatással van a kızetek mállására és befolyásolja magát a talajképzıdési folyamatot (Clark & Fritz, 1997). A talaj és az atmoszféra közötti szén-dioxid csere révén hatással van a globális földi hımérsékletre is. A talajban és a recens üledékekben lévı szerves anyag adszorpciós sajátságai (a talaj puffer-képességében játszott szerepe) meghatározzák a szervetlen és szerves szennyezıdések mobilitását, és így hatással vannak a felszíni és a felszín alatti vizek minıségére. A heterogén szerves anyag eltérı stabilitású csoportjai különbözı mértékben befolyásolják ezeket a folyamatokat. A talaj szerves anyaga különbözı növényi biopolimereket és ezek különbözı mértékig degradálódott bomlástermékei mellett, az ezekbıl felépülı humin anyagokat, kerogént és a természetes vagy antropogén égési folyamatokból származó black carbon -t is tartalmazhat. Az egyes alkotók stabilitása, degradációjának sebessége és így környezeti hatása széles skálán mozog; néhány évtıl sok ezer évig terjed. A geokémia a talaj szerves anyagában két fıcsoportot különböztet meg, bio-makromolekulákat és geo-makromolekulákat (Hetényi, 2008). Geo-makromolekuláknak nevezi a szerves anyagnak azt a részét, amely a talajban már különbözı kémiai átalakulásokon (biopolimerek degradációja és a degradációs termékek újra polimerizálódása) ment keresztül. A geo-makromolekulák csoportjába tartoznak a természetes szénüléssel, vagy égéssel éretté vált szerves anyagok is. Tehát a talaj szerves anyaga nem homogén, hanem számos különbözı kémiai összetételő és fizikai-kémiai tulajdonságú és így különbözı stabilitású szerves anyag keveréke. A biopolimerek humifikációja azok által a környezeti paraméterek (relief, klimatikus viszonyok) által meghatározott, amelyek a talajtípus fontosabb tulajdonságait meghatározzák. A Rock-Eval pirolízist eredetileg a kıolaj és földgáz anyakızet vizsgálatára fejlesztették ki (Espitalié et al., 1985; Lafargue et al., 1998), azonban számos tanulmány hívja fel a figyelmet arra, hogy az így meghatározott alapadatok többsége jól használható a talajokban és a recens üledékekben felhalmozódott éretlen szerves anyag mennyiségi és minıségi jellemzésére is (Di Giovanni et al., 1998; Sanei et al., 2005). Gyors, sorozatvizsgálatok végzésére alkalmas módszer, egy-egy mérés anyagigénye kicsi. Rövid idı alatt, egyetlen mérésbıl számos a szénhidrogén-genetikában alapadatnak számító, többek között a szerves anyag típusát, érettségét, termikus stabilitását leíró paraméter határozható meg. A legújabb kutatások alapján a Rock-Eval pirogramok matematikai bontásával lehetıvé vált a primer biomassza átalakulási folyamatainak nyomon követése, a biopolimer/geopolimer arány aktuális értékének becslése is (Disnar et al., 2003, Hetényi et al., 2005, 2006, 2007; Sebag et al. 2006). Talajok esetében a módszer ezen felül lehetıséget nyújt szerves szennyezı anyagok kimutatására és tanulmányozására (Lafargue et al., 1998), valamint a különbözı ökoszisztémákból származó talajprofilok szerves anyagának analitikai vizsgálatára (Disnar et al., 2003; Nyilas et al. 2008). Anyag és módszer Az általunk vizsgált vörösagyagos rendzina talaj Borsod-Abaúj-Zemplén megye északi részén elterülı ha kiterjedéső Aggteleki Nemzeti Park északi területérıl származik, a Vörös-tó mellıl (É-i szélesség 48 o 28 ; K-i hosszúság 20 o 32 ). Az Aggtelek- Rudabányai-hegység tipikus fedetlen karszt területén helyezkedik el, viszonylag vékony talajtakaróval borított, felszínre is kibukkanó karbonátos kızetekkel, fıként vörösagyagot 47

48 tartalmazó talaj fedi. Ennek vastagsága átlagosan cm (Kaszala et al., 2004; Ujvárosy, 1998; Zámbó, 1998), azonban a karsztfennsíkok töbreit akár 5-10 m vastagságban is dominánsan vörösagyag töltheti ki (Less et al., 2006). A vörösagyagos rendzina talaj alapkızete a középsı-triász korú Steinalmi Formáció zátonyfácieső képzıdményein kialakult Aggteleki Vörösagyag Formáció néven különült el (Less et al., 2006). A mintaszelvény keleti kitettségő lejtı közepén helyezkedik el, mely körülbelül 5%-os lejtéssel bír. A vörösagyagos rendzina WRB besorolás szerint Luvisol típusú talajokhoz tartozik (Barta et al., 2009). A területre a zártabb erdıállományokat alkotó, hulló makkterméső lombosfák (tölgyek, bükk) jellemzıek (Varga et al., 1998). Évi középhımérséklete 9,1 o C, évi átlag csapadékmennyiség 620 mm, uralkodó szélirány ÉNy (Ujvárosy, 1998). A melegebb klímaviszonyok között létrejött vörösföldes-vörösagyagos málladéktakaró, mint reliktum talajmaradvány, a karbonátos kızetekkel együtt a mai vörösagyagos rendzina talajok anyakızete (Zámbó,1998). A talajképzı kızet repedéseiben, mélyedéseiben lévı vörösagyagon alakult ki, mely a dolomiton áthalmozódás következtében jelent meg, így eredete allochton (Barta et al., 2009, Beck and Borger, 1999.). A felsı szint barnás-fekete humusztakaró, a mélyebb szintekben egyre inkább a vörösagyag tulajdonságai érvényesülnek (Stefanovits et al., 1999). A humusz az agyagásványokhoz kötıdik. Munkánk során a területrıl a vörösagyagos rendzina két szintjének (O i - és A-szint) vizsgálata történt meg. Az ásványtani vizsgálatokat röntgendiffrakciós (XRD) és röntgenfluoreszcens (XRF) mérésekkel hajtottuk végre. A röntgen pordiffrakciós vizsgálatok PW-1730 röntgendiffraktométerrel (CuK α sugárzás, gyorsító feszültség 45 kv, csıáram 35 ma, detektor és divergencia rés 1 o, monokromátor grafit) végeztük. A röntgenfluoreszcens méréseket Horiba Jobin-Yvon XGT-500-as készülékkel végeztük el borsavas magas nyomású préselt pasztillákon (30 kv feszültség, Rh sugárforrás, 100 µm sugárnyaláb, 1000 sec idıtartam). A vizsgált talajminták kémiai adatainak meghatározása magyar szabványok alapján történt. Arany-féle kötöttségi szám (K A ) térfogatmérés MSZ :1983 alapján, kémhatás vizes és kálium-kloridos oldatban potenciometria MSZ :1978 és MSZ :1978 szabvány szerint, humusztartalom (OC) spektrofotometria MSZ :1983, összes karbonáttartalom gravimetria validált módszer Dean szerint, foszfát spektrofotometria MSZ :1977 alapján, kálium lángatomabszorpciós spektrofotmetria MSZ 20135:1999 alapján, nitrát spektrofotometria MSZ :1982 alapján, szulfát spektrofotometria MSZ :1984 szabvány szerint lett meghatározva. A talajminták Rock-Eval adatait Delsi Oil Show Analyzer (DELSI Instruments, France) típusú mőszerrel határoztuk meg. A kemence programozása a következı (Hetényi et al., 2005): a hımérsékletet 3 percen keresztül 180 o C-on tartja, majd növeli 600 o C-ig 25 o Cmin - 1 egyenletes felfőtési sebességgel. Az állandó hımérséklető fázisban a szabad szénhidrogének szabadulnak fel (S1 csúcs), ezt a többi szerves anyag krakkolódásával keletkezı szénhidrogének követik (S2 csúcs). A mérés lángionizációs detektor segítségével történik, inert gáz (hélium) atmoszférában. Az áramló hélium mind az állandó hımérsékleten felszabaduló, mind a termikus bontás pirolízis termékeit gyorsan a detektorhoz szállítja, minimálisra csökkentve a másodlagos krakkolódási reakciók lehetıségét. Az S2 csúcs regisztrálását követıen a minta maradéka egy másik kemencébe kerül, ahol 7 percig állandó 600 o C-os hımérséklet mellett, átáramló levegınél a szerves-szén tartalom tökéletesen elég. A keletkezett szén-dioxid mérése vezetıképességi detektorral történik. A talajminták esetében szabad szénhidrogénekkel (S1) nem kell számolni, ezért a fentebb említett paraméterek mellett a teljes szénhidrogén termelést egyetlen csúcs képviseli, amely a nagyon heterogén összetételő szerves anyag szénhidrogén potenciálját mutatja. A méréseket homogenizált mintákon végeztük (100 mg/minta). A mérés során a pirolízis körben meghatározhatjuk a termikus degradációval képzıdı szénhidrogén mennyiségét (S2), amelybıl kiszámítható a 48

49 pirolizált szén mennyisége (OC r ). Az oxidációs körben az inert szénhidrogének termelésére alkalmatlan maradék szén mennyiségét (OC i ) mérjük. Az összes szerves szén mennyiségét OC r + OC i összege adja meg. A szerves anyag minıségét jellemzı hidrogénindex (HI) az S2 egységnyi szerves szénre normalizált értéke. A mérések reprodukálhatósága az IFP (Institut Francais du Pétrole) által kiadott referencia anyaghoz képest ± 5% a TOC tartalomra, ± 10% az S2 csúcsra nézve. A talajban levı különbözı termikus stabilitású szerves anyagok csoportjai vállakként jelennek meg a pirogramon, ezeket a csoportokat a görbe matematikai bontásával különíthetjük el (Hetényi et al., 2005). A pirogram négy elemi Gauss-görbével jól lefedhetı (Disnar et al., 2003; Sebag et al., 2006; Nyilas, 2009). Az elemi Gauss-görbével a szerves anyag négy eltérı stabilitású csoportja különböztethetı meg: F1 az erısen heterogén, labilis bio-makromolekulák (friss növényi anyag és avar), F2 a stabil biopolimerek (cellulóz és lignin), F3 az éretlen geo-makromolekulák, humuszanyagok, F4 a stabil, rezisztens geomakromolekulák, termikusan érett szerves alkotók. Az utóbbi frakcióba tartoznak például a fizikai-kémiai folyamatok által stabilizálódott szerves komponensek (szerves-ásványi komplexek), illetve az antropogén szennyezés során talajba került black carbon. A matematikai bontás során meghatározott négy szerves anyag frakció arányából további az elemzésekben jól használható paramétert határozhatunk meg. Az éretlen szerves anyag degradációs indexe (I érték) tulajdonképpen a biológiai inputból származó beáramló anyag (bio-makromolekulák: F1 és F2) relatív menniségét adja meg a humuszos réteg fı komponenseinek függvényében (éretlen geomakromolekulák: F3). A két bio-makromolekula osztály (F1 és F2) relatív evolúcióját az F1/F2 arány az ún. R-érték illusztrálja (Nyilas, 2009). Eredmények és megvitatásuk Az Aggteleki-karszt vörösagyagos rendzina (Munsell-féle színkála alapján 10YR 4/8) két szintjén végzett talajkémiai vizsgálatok azt mutatták, hogy a minták nagy agyag- és szerves anyag-tartalmúak, az O i -szint a nehézagyag kategóriába tartozik (1. táblázat). A vizsgált szelvény kémhatása savanyú. A felsı O i -szint gyenge savassága a bomlási szakasz kezdeti stádiumában levı szerves anyagból adódhat. A kálium-kloridos valamint a vizes ph értékek nagy különbségébıl arra következtethetünk, hogy a terület savanyodásra hajlamos. A homogenizált mintákból mért mésztartalom ellenére a talaj savas karakterő, ugyanis a karbonát tartalom semlegesítı hatása csak az alapkızet aprózódásából származó mészgöbecsek közvetlen közelében levı talajrészre terjed ki. A foszfát-, kálium-, nitrát- és szulfáttartalom a szerves anyag mennyiségével összhangban változik, valószínőleg azért, mert a szerves anyag bomlásából származik. K A ph (H 2 O) ph (KCl) OC CaCO 3 PO 4 3- K + NO 3 - SO 4 2- m/m% mg/kg O i 81 6,59 5,79 5,10 4,70 46,40 413,40 80,13 234,20 A 43 5,36 3,76 3,08 5,09 37,30 185,20 28,60 17,00 1. táblázat A vizsgált talajminták kémiai adatai Table 1 Chemical data measured on studied soil samples A vörösagyagos rendzina talajokra a nagy agyagtartalom jellemzı, egyes esetekben ez a 80%-ot is elérheti (Beck and Borger, 1999). Rendzina talajokra jellemzı, hogy az agyagfrakció uralkodó ásványa a szmektit, mellette a kaolinit közepes mennyiségben fordul elı (Szendrei, 1998). A röntgendiffraktometriai mérés eredményei alapján a vizsgált 49

50 talajszintekben szmektit csak kis mennyiségben van jelen (A-szint), inkább a talajokra kevésbé jellemzı kaolinit az uralkodó agyagásvány. A szmektit kis részarányát további vizsgálatok is alátámasztották. Az agyagásványok komplex röntgendiffrakciós vizsgálata során megállapítottuk, hogy mindkét szintre a duzzadó agyagásványok hiánya jellemzı. Etilén-glikollal, lítiummal, káliummal és magnéziummal történı telítés esetén reflexió elmozdulás nem történt. Hasonlóképpen nem tapasztaltunk reflexió változást a lítiummal telített, 250 o C-ra hevített majd glicerinnel kezelt minta spetrumán sem. A magnéziummal való telített minta hevítésébıl (95 o C) megállapítható, hogy jelentıs mennyiségő klorit van a talajban, amely fıleg az A-szintre jellemzı (1. ábra). 1. ábra Az A-szint 2 µm alatti frakciójának röntgendiffrakciós spektrumai (EG: etilén-glikol; GLIC: glicerin) Figure 1 XRD spectra obtained from the fraction <2 µm of the A horizon A kaolinit a talaj vörös színét adó hematitban gazdag kvarc szemcsékbıl álló mátrixban található (Beck and Borger, 1999). A röntgenfluoreszcens mérésekbıl meghatározott kiemelkedı mennyiségő titán- és mangán-tartalom a karbonátos alapkızet mállásából származik (2. táblázat). A stroncium hiánya arra enged következtetni, hogy a nagy mennyiségő szulfát nem tengeri eredető (1. táblázat), tehát nem az alapkızetbıl származik, hanem a szerves anyag bomlása során halmozódott fel. MgO Al 2 O 3 SiO 2 K 2 O CaO Fe 2 O 3 Ti Mn Cu Zn Rb Sr Ni Zr Pb % ppm O i 1,36 13,74 47,07 1,86 1,86 5, A 1,39 14,98 49,14 1,98 1,10 6, táblázat A röntgenfluoreszcens mérések eredményei Table 2 XRF data measured on the studied soil samples 50

51 S2 TOC HI OC reakt OC inert OC i /TOC mg CH/g % mg CH/g TOC % O i 27,2 8, ,3 6,4 0,74 A 5,0 2, ,4 2,3 0,85 3. táblázat A Rock-Eval pirolízissel kapott geokémiai alapadatok Table 3 Bulk Rock-Eval data of studied soil samples A Rock-Eval pirolízissel kapott geokémiai alapadatok vertikális változása megfelel a talaj szerves anyag O i - és A-szintek közötti általános evolúciós trendjének. Az összes szerves széntartalom kb. a harmadára csökkent az O i -szinttıl az A-szintig és a teljes széntartalmon belül növekedett az inert szerves szén aránya (3. táblázat). A pirolízissel képzıdött szénhidrogének mennyiségének egységnyi szerves szénre normalizált értéke (hidrogén index) jelentısen kisebb az A-szintben, mint az O i -szintben. A hidrogén index csökkenı értéke az A-szintben a biológiai anyag humin-típusú anyaggá történı transzformációjának korai, általában a talajok A-szintjére jellemzı, szakaszát mutatja. Ezt a megfigyelést támasztják alá a Rock-Eval pirogrammok matematikai bontásával (2. ábra) számított adatok is. 2. ábra A Rock-Eval pirogramok bontása: a) O i -szint b) A-szint. Figure 2 Mathematical deconvolutions of Rock-Eval pyrograms: a) O i -horizon b) A-horizon. F1 F2 F3 F4 R I % O i 0,94 26,25 61,5 11,31 0,036-0,3543 A 1,09 26,48 64,68 7,75 0,041-0, táblázat A talaj szerves anyag különbözı termikus stabilitású frakcióinak részarányai és származtatott paraméterei Table 4 Relative contributions of the major classes of soil organic matter differing in origin and thermal resistance 51

52 Ezzel a módszerrel a szerves anyagot alkotó termikusan labilis (friss növényi anyag, avar) és stabil (lignin és cellulóz) bio-makromolekulák, az éretlen geo-makromolekulák (humin anyagok) és a stabil, rezisztens geo-makromolekulák (fizikai kémiai folyamatokkal, pl. agyagásványokon adszorbeálódva stabilizálódott szerves anyag, égési folyamatokban képzıdött black carbon és allochton kerogén) részarányát és a biomassza transzformációjának mértékét becsülhetjük (4. táblázat). Köszönetnyilvánítás A szerzık köszönetet mondanak az OTKA (K 81181) támogatásáért és Tóth Mária tudományos munkatársnak (MTA Geokémiai Kutatóintézet) a röntgendiffraktometriai mérésekért. Irodalom Barta, K., Tanács, E., Samu, A., Bárány-Kevei., I. 2009: Hazai rendzinák megfeleltetése a WRB nemzetközi talajosztályozási rendszerben. Agrokémia és Talajtan, 58(1): Beck, R.K., Borger, H. 1999: Soils and relief of the Aggtelek Karst (NE Hungary): A record of the ecological impact of palaeoweathering effects and human activity. In: Bárány- Kevei, I.; Gunn, J.: Essays In The Ecology and Conservation of Karst. International Geographical Union Comission Sustainable Development and Management of Karst Terrains, Szeged-Budapest-Miskolc, Hungary, pp Clark I., Fritz P. 1997: Environmental Isotopes in Hydrogeology, Lewis Publishers Boca Raton, New York Di Giovanni C., Disnar J. R., Bichet V., Campy M., Guillet B. 1998: Geochemical characterization of soil organic matter and variability of a postglacial detritical organic supply (Chaillexon Lake, France) Earth Surface Processes and Landforms 23: Disnar, J.R., Guillet, B., Keravis, D., Di-Giovanni, C., Sebag, D. 2003: Soil organic matter (SOM) characterization by Rock-Eval pyrolysis: scope and limitations. Organic Geochemistry 34, Espitalié J., Deroo G., Marquis F. 1985: Rock-Eval pyrolysis and its applications. Revue de l Institut Francais du Pétrole, Hetényi, M., Nyilas, T., M.Tóth, T., 2005: Stepwise Rock-Eval pyrolysis as a tool for typing heterogeneous organic matter in soils. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 74: Hetényi, M., Nyilas, T., Sajgó, Cs., Brukner-Wein, A., 2006: Heterogeneous organic matter from the surface horizon of a temperate-zone marsh. Organic Geochemistry 37: Hetényi, M., Nyilas, T., Sajgó, Cs. 2007: Distribution pattern of organic fractions isolated from soils of different topography. The 23rd International Meeting on Organic Geochemistry, Torquay, England, 9th-14th September 2007, Book of Abstract, Hetényi, M. 2008: Heterogén szerves anyag a talajban és a recens üledékekben. Akadémiai székfoglaló elıadás. Kaszala, R., Bárány-Kevei, I., Polyák, K. 2004: Further dates of heavy metal content on the soil and vegetation of Aggtelek karst (Hungary). Acta Carsologica, 33(2):

53 Lafarque, E., Espitalié, J., Marquis, F., Pillot, D. 1998: Rock-Eval 6 applications in hydrocarbon exploration, production and soil contamination studies. Revue de L Institute Francais du Pétrole 53(4): Editions Technip/ Paris. Less, Gy., Kovács, S., Szentpétery, I., Grill, J., Róth, L., Gyuricza, Gy., Sásdi, L.,Piros, O., Réti, Zs., Elsholz, L., Árkai, P., Nagy, E., Borka, Zs., Harnos, J., Zelenka, T. 2006: Az Aggtelek-Rudabányai-hegység földtana. Magyarország tájegységi térképsorozata. Budapest, Magyar Állami Földtani Intézet, pp. 54. Nyilas, T., M.Tóth T., Hetényi, M. (2008). Quantification of soil organic matter degradation by Rock-Eval pyrolysis. Cereal Research Communications 36, Suppl., Nyilas, T. 2009: Talajok szerves anyagának jellemzése Rock-Eval pirolízis vizsgálatok alapján. Ph.D. értekezés, Szeged. Sanei, H., Stasiuk, L.D., Goodarzi, F. 2005: Petrological changes occuring in organic matter from recent lacustrine sediments during thermal alteration by Rock-Eval pyrolysis. Organic Geochemistry 36: Sebag, D., Disnar, J.R., Guillet, B., Di Giovanni, C., Verrecchia, E.P., Durand, A. 2006: Monitoring organic matter dynamics in soil profiles by Rock-Eval pyrolysis : bulk characterization and quantification of degradation. European Journal of Soil Science 57: Szendrei G. 1998: Talajtan. ELTE, Eötvös Kiadó, pp Stefanovits, P., Filep, Gy., Füleky, Gy. 1999: Talajtan. Budapest, Mezıgazda, pp Ujvárosy, A. 1998: Földrajzi helyzet, éghajlati viszonyok. In: Baross G.: Az Aggteleki Nemzeti Park. Mezıgazdasági Kiadó, Budapest, pp Varga, Z., Sipos, J., Horváth, R., Tóth, E. 1998: Az Aggteleki-karszt élıvilága. In: Baross G.: Az Aggteleki Nemzeti Park. Mezıgazdasági Kiadó, Budapest, pp Zámbó, L. 1998: Talajtakaró. In: Baross G.: Az Aggteleki Nemzeti Park. Mezıgazdasági Kiadó, Budapest, pp

54 Abstract GEOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF SOIL ORGANIC MATTER FROM RED CLAY RENDZINA (AGGTELEK KARST) BY ROCK-EVAL PYROLYSIS NÓRA CZIRBUS 1, TÜNDE NYILAS 2, GÁBOR BOZSÓ 2, MAGDOLNA HETÉNYI 2 1 University of Szeged, Doctoral School of Environmental Sciences 2 University of Szeged, Department of Mineralogy, Geochemistry and Petrology H-6701, Szeged PO Box 651, Hungary, czirbus.nora@geo.u-szeged.hu Large quantities of organic matter stored in soils play an important role in environmental processes. The heterogeneous organic matter is composed of different fractions with different stability, which modify these processes to various extent. The aim of our geochemical investigations is to study the organic matter from a Hungarian litomorphic shallow soil and to evaluate the relative contribution of the fractions with different stability. The studied soil samples came from a red clay rendzina profile near Lake Vörös (Aggtelek Karst, NE Hungary). The profile can be found in the middle of a 5 % eastern slope. While the thin upper layers are rich in humic substances covered by litter, a downward increased contribution of clay minerals was determined in deeper layers. The clay mineral and organic matter content of the samples is considerable. The potassium, phosphate, nitrate and sulphate contents probably derive from the decomposition of the organic matter, as it is evidenced by the parallel changes in their amounts and in the quantity of organic matter. Despite the carbonate content, measured on the whole samples, the soil is of an acidic character, the neutralizing effect of carbonate is manifested only in the vicinity of the carbonate-concretions originating from the weathering of the parent rock. X-ray diffraction measurements reveal kaolinite as the dominant clay mineral, a small amount of smectite was determined only for the A-horizon. The kaolinite can be found in the hematite-rich quartz-matrix, which gives the red-colour of the soil. The substantial titanium and manganese content - shown by X-ray fluorescence measurements - came from the weathering of the parent carbonates. The lack of strontium implies that the high amount of sulphate derives rather from the organic matter than from the rock. The vertical changes in the bulk geochemical data, determined by Rock-Eval pyrolysis, correspond to the general trend of soil organic matter transformation from the Oi- to A- horizon. The total organic carbon content decreased with about two-thirds and the ratio of the inert carbon increased. The downward decreasing hydrogen indices (HI) suggest the early stage of the transformation of the biological compounds. It is confirmed by the mathematical deconvolution of Rock-Eval pyrograms, which can be used for the evaluation of the relative contribution of the labile and stable bio-macromolecules, immature geo-macromolecules (humic substances), mature refractory geo-macromolecules and the turnover rate of biomacromolecules to humic substances. Keywords: soil organic matter, Rock-Eval pyrolysis, rendzina 54

55 AZ EMBER TÁJALAKÍTÓ TEVÉKENYSÉGÉNEK ÖKOLÓGIAI HATÁSAI EGY BALATON-FELVIDÉKI TELEPÜLÉS TERÜLETHASZNÁLATÁNAK PÉLDÁJÁN ENDRİDI JUDIT VARGA ÁDÁM Eötvös Loránd Tudományegyetem, Környezettudományi Doktori Iskola, Földtudományi Doktori Iskola 1117-Budapest, Pázmány Péter sétány 1/A Összefoglalás A Balaton-felvidék egy jellegzetesen átalakított kultúrtáj, ahol a lezajlott tájváltozások igen jól tanulmányozhatók, meglehetısen jól dokumentáltak és értékelésük tájvédelmi tájesztétikai szempontokat figyelembe véve is igen nagy jelentıségő. A települési szinten zajló, táj ember viszonyrendszerén alapuló kultúrtájvizsgálatok olyan történelmi folyamatokra és helyi jelenségekre világíthatnak rá, melyek mintegy leképezik a természethez való alkalmazkodás és a tájalakító tevékenység általános jelenségeit, törvényszerőségeit. Az egyes mővelési ágak által átformált tájhasználati térstruktúra, valamint a települési környezetben zajló társadalmi-gazdasági folyamatok együttesen határozzák meg a táj arculatát, fejlıdésének irányvonalait. A Vászolyi-medence hazánk legrégebben lakott vidékei közé tartozik, ahol a lakosság elsısorban a mezıgazdasághoz kötıdı tevékenységekkel módosította a korábbi természetes vagy természetközeli állapotokat. A történeti szemlélető és komplex (tájföldrajzi, néprajzi, ökológiai) módszereket alkalmazó vizsgálatok fontos eszköze a korabeli felszínborítási típusok számbavétele, egybevetve azokat a jelenlegi egyes esetekben tájvédelmi szempontból is kiemelt fontosságú élıhelytípusok elterjedésével. A humanizált tájban kialakult ökológiai állapotok ilyen módon tükrözik az egyes tevékenységi formákhoz kapcsolódó beavatkozások térbeliségét és azok mértékét is. A hagyományos gazdálkodás egyes ágazataiban az itt élık nagy hatékonysággal használták ki a felszíni vízfolyások, elsısorban a Séd kínálta lehetıségeket. Erre utalnak többek között a medermódosításokkal járó speciális öntözési eljárások, valamint a patakra települt, több évszázados múlttal rendelkezı vízimalmok. A patak menti vegetáció részletes terepi felmérésével és ökológiai módszerekkel történı kiértékelésével a Séd mentén tájképi és természetességi szempontból több szakasz különíthetı el. Ezek egyenként és egymással összevetve is jól tükrözik az egykori tájformáló tevékenységek mint pl. a rétmővelés és malomipari munkálatok napjainkban is érzékelhetı hatásait. Kulcsszavak: Balaton-felvidék, kultúrtáj, ökológiai állapot, tájhasználat, vízhasználati módok Bevezetés A Balaton-felvidék DK-i felén elterülı Vászoly és környéke (1. ábra) hazánk legrégebben lakott vidékei közé tartozik, apró települései napjainkig ırzik a hagyományos gazdálkodás számos emlékét. A katonai felmérésekbıl, XX. századi térképszelvényekbıl és mai légifelvételekbıl levezetett változó tájhasználati kép, valamint a történeti forráselemzés és néprajzi győjtés során kibontakozó társadalmi-gazdasági folyamatok együttesen határozzák meg a táj arculatát, fejlıdésének irányvonalait. A mindezen folyamatok által átformált, humanizált táj napjainkra jellemzı környezeti állapota tükrözi a beavatkozások térbeliségét, illetve azok mértékét. Az emberi beavatkozásokat vizsgálva nagy jelentısége van a mezıgazdasági vízhasználatnak, fıként az egyes mővelési ágaktól elválaszthatatlan öntözési eljárásoknak. Az alábbiakban ezen vízhasználati módok tájhasználatban betöltött szerepét, valamint az érintett élıhelyekre gyakorolt hatását vizsgáljuk komplex tájföldrajzi, történeti, ökológiai szempontrendszerre alapozva. 55

56 1. ábra. A vizsgált terület és a mintavételi pontok (M1-M4) elhelyezkedése Vászoly külterületén Figure 1. The localization of the examined area and sample points (M1-M4) in the periphery of Vászoly Források és módszerek Vászoly tájhasznosításának történeti tendenciáit a katonai felmérések és XX. századi térképek, valamint a kapcsolódó mezıgazdasági statisztikák elemzésével körvonalaztuk. A kapott adatokat történeti forrásfeltárással és néprajzi adatgyőjtéssel egészítettük ki. A jelenlegi vegetációs viszonyokat a különbözı mezıgazdasági tevékenységek által bolygatott Séd Vászoly közigazgatási területére esı kezdıszakaszán a Balaton-felvidéki Nemzeti Park által készített, az Á-NÉR Fekete et al., (1997) által kidolgozott kategóriáit használó élıhelytérképpel, valamint terepi vizsgálatok segítségével próbáltuk feltárni, illetve ebbıl következtetni a potenciális vegetációra. (A Mészáros és Simon [2002] adatain alapuló élıhelytérképet a Balaton-felvidéki Nemzeti Park Igazgatósága bocsátotta rendelkezésünkre). A vászolyi Séd mentén a természetes vegetáció nagyrészt eltőnt, ez alól a patak erdei szakaszának egyes részei jelentenek kivételt. Az általános indikátor elv szerint a vegetáció, illetve az egyes növényfajok utalnak az ökológiai viszonyokra, a környezet állapotára (Szabó és Kalapos,1999), ennek megfelelıen 2009 nyarán-ıszén megvizsgáltuk a vászolyi Séd növényzetének fı jellemzıit a Tói-forrástól kiindulva Vászoly közigazgatási határáig. Vizsgálatunk szempontjából a fı kérdés a vegetáció jellege mellett a patak egyes szakaszainak természetessége, vagy éppen degradáltsága; ezt a Borhidi (1993) által kidolgozott ún. szociális magatartás-típusok (ezek az egyes növényfajok élılényközösségekben betöltött szerepére utalnak) és az ezekhez rendelt természetességi értékszámok alapján jellemeztük. 56

57 Potenciális vegetáció A terület potenciális növénytakaróját mint kiindulási alapot vizsgálva igen sokszínő kép tárul elénk. A Vászolyi-medence a Balaton-felvidék szubmediterrán és mediterrán flóraelemekben igen gazdag területén helyezkedik el. A terület természetes növénytakaróját Zólyomi (1981) vegetáció térképe szerint a cseres-tölgyesek, illetve a szubmediterrán jellegő tölgyesek adhatták. A térkép méretarányából adódóan természetesen csak nagy vonalakban nyújt tájékoztatást, a táji adottságok (ld. pl. Jakucs 1962) és a jelenlegi növénytakaró ismerete alapján több más vegetációtípus elıfordulása is erısen valószínősíthetı. Vászoly környékén a felszín jelentıs részét, a csekélyebb lejtéső dombhátakat, keleties vagy nyugatias lejtıket egykor cseres-tölgyesek (Quercetum petreaecerris) fedhették. Mivel ezek az élıhelyek az emberi megtelepedés és a mezıgazdaság számára igen elınyös térszíneken helyezkedtek el, feltételezhetıen az elsık között estek az antropogén beavatkozások áldozatául (a vizenyıs völgytalpakkal szemben a lakosság kezdetben a dombhátakat részesítette elınyben). A cseres-tölgyesek területei ugyanis mezıgazdaságilag is értékes területek, termıhelyeiken a szántóföldi gazdálkodás számos formája őzhetı, akár nagyüzemi módon is. Ezzel szemben a gyertyános-tölgyesek (Querco petraeae - Carpinetum) élıhelyei gazdasági szempontból kevésbé hasznosíthatóak, ennek köszönhetıen nagyobb arányban fenn is maradtak. Vászoly környékén északias lejtıkön fordulhattak elı, jelenleg is találhatók foltszerően állományai. A bükkösök (Laureolae - Fagetum) termıhelyei fıként erdımővelésre alkalmasak, emellett üdülı- és kirándulófunkciójuk emelhetı ki. Vászoly környékének sajátsága, hogy alacsony tszf. magassága ellenére a falutól délkeletre jelentıs kiterjedéső bükkösök találhatók, a Vászolyi-Séd szurdokvölgye is részben ilyen bükkösök között halad. Ezek a bükkösök jó állapotban fennmaradtak, bár jelentıs emberi hatások érték, a korábbi erdımővelésre utal pl. a Szénégetı elnevezés. Vászoly területén a délies lejtıket egykor mészkedvelı tölgyes (Orno - Quercetum pubescenti-cerris) társulások fedhették, helyükön ma fıként szılık találhatók, a felhagyott parcellákon sokfelé az eredetire emlékeztetı erdısülı foltok jelennek meg. Az elegyes karszterdık (Fago - Ornetum) az északias kitettségő lejtık ritka, védendı társulásai. Sajátossága a hidegkedvelı bükk (Fagus sylvatica) és a melegkedvelı virágos kıris (Fraxinus ornus) együttes elıfordulása. A Vászolytól délnyugatra elterülı erdıségekben, a Vászolyi- Séd szurdokvölgye mentén foltszerően máig fennmaradtak állományai. Víz hatására kialakult társulások: a vízfolyások mentén, a helyenként kiszélesedı ártereken egykor különbözı vizes élıhelyek, ligeterdık, nádasok, mocsár- és láprétek helyezkedhettek el. Vászoly területén a vizes élıhelyek a felszín domborzati adottságaiból kiindulva nem boríthattak nagyobb területet, ám szerepük a völgyekben így sem elhanyagolható. Nagyobb kiterjedéső mocsaras részt alkothatott egykor a falu délkeleti határában elhelyezkedı Káposztáskertek területe, és a Vászolyi-Séd erdei szakaszán is találhatók helyenként mocsaras foltok. Az erdıbıl kiérve a patak széles völgyben folyik tovább, feltételezhetıen egykor ezen a szakaszon jelentıs kiterjedéső vizes élıhelyek övezték. Napjainkra a hajdani természetes élıhelyek átalakultak, nagyrészt el is tőntek. A változások természetesen kapcsolatban állnak az emberi tevékenységekkel, társadalmi folyamatokkal, és a hozzájuk szorosan főzıdı gazdasági tevékenységekkel. Az alábbiakban elsısorban a víznek, mint természeti tájtényezınek tájhasználatban megjelenı szerepét, és a hozzákapcsolódó vegetációban zajló környezeti hatásmechanizmusokat elemezzük. A vászolyi Séd szerepe a terülathasználati rendszerekben Vászoly egyetlen nagyobb vízfolyása a Séd patak, mely a falu belterületén fakadó Tói- (másnéven Felsı-) forrásból ered. A patak tulajdonképpen három kisebb ágból fut össze, ezek 57

58 a Tói-forrás által táplált fıág (a tulajdonképpeni Séd vászolyi szakaszon értelmezett fımedre), valamint a Belsı-kúti-forrásból és a Meggyes-kúti-forrásból fakadó mellékágak. Bár Vászoly dimbes-dombos külterülete mezıgazdasági szempontból nem rendelkezik kedvezı talajadottságokkal, termıföldjei gyengék, a helyi lakosság ennek ellenére képes volt sokrétően alkalmazkodni a természeti feltételekhez és önfenntartó rendszerként mőködni. A XX. század második feléig a területet csaknem 50%-ban uraló erdıségek megfelelı kihasználása mellett a területhasználati képet leginkább meghatározó mezıgazdasági ágazat a szántóföldi mővelés és szılıtermesztés volt. A területhasználat változásának elmúlt 200 évre vonatkozó tendenciái a 2. ábráról olvashatók le. A mővelt területek részarányának XX. századi csökkenı tendenciái jelzik a hagyományos paraszti gazdálkodási rendszerek 1950-es évektıl meginduló fokozatos felbomlását. % szántó erdı legelı 2. ábra. A tájhasználati típusok arányainak változása Forrás: Németh, Figure 2. Changes on the rate oflanduse types between Source: Németh, rét szılı kert, gyümölcsös Más falvakhoz hasonlóan a gazdálkodás egyéb ágazatai, a kertmővelés és az állattartáshoz szorosan kapcsolódó rét- és legelıgazdálkodás egészítette ki az itt lakók számára megélhetést nyújtó mezıgazdasági munkálatokat. A tájhasználat Séd mentére vonatkozó részleteit (átnyúlva a pécselyi határrészekre is) a 3a-c. ábrasorozat mutatja be. 3a. ábra. Tájhasználati struktúra a Séd patak mentén a II. katonai felmérés (1852) idején 1 szántó, egyéb; 2a nedves rét; 2b gyep; 3 gyep bokrokkal, facsoportokkal; 4 erdı; 5 szılı; 6 település Figure 3a. Landuse structure along the Brook Séd at the time of the 2 nd Military Survey (1852) 58

59 3b. ábra. Tájhasználati struktúra a Séd patak mentén a III. katonai felmérés (1880) idején 1 szántó, egyéb; 2a nedves rét; 2b gyep; 3 gyep bokrokkal, facsoportokkal; 4 erdı; 5 szılı; 6 település Figure 3b. Landuse structure along the Brook Séd at the time of the 3 rd Military Survey (1880) A Séd vize által járt rétek (a 3a-c ábrákon nedves rétek kategóriaként feltőntetve) egyes darabjai, amelyek a Séd áttöréses völgyön kívüli szakaszát végigkísérik, megfelelı hátterét adták az állati takarmányozásoknak. Közülük igen magas aranykorona értékkel bírtak a Bab-völgyi kaszáló rétek. A rétgazdálkodás mellett fontos szerepet kapott a Séd mentén a kertmővelés is, amely területileg a Séd falu- és erdıhatár közötti szakaszát érintette. 3c. ábra. Tájhasználati struktúra a Séd patak mentén az 1980 körül 1 szántó, egyéb; 2a nedves rét; 2b gyep; 3 gyep bokrokkal, facsoportokkal; 4 erdı; 5 szılı; 6 gyümölcsös; 7 település Figure 3c. Landuse structure along the Brook Séd around

60 A patakmeder lefutása ezen a szakaszon feltételezéseink, valamint történeti források és az adatközlık elmondása szerint az elmúlt évszázadokban antropogén hatásra jelentısen módosult. A változás bemutatására az ArcView 3.3 szoftver Hydro Tools funkciójával, 1 méteres felbontású DDM segítségével elkészítettünk egy elméleti modellt a patakmeder lefutására. Az így kapott, 20 méteres felbontású modell medervonalait a katonai felméréseken bedigitalizált medervonalakkal hasonlítottuk össze. A katonai felmérések georeferálása során (Detrekıi és Szabó, 2002), de egyes esetekben, fıként az elsı felméréseknél (Nagy, 2003) akár 200 méteres torzulással is számolni lehet. Területünkön belül a torzulás météke a vizsgált szakaszokon nem haladta meg a 70 métert. Összevetve tehát az elméleti futásirányt a katonai felmérések térképeivel, jelentıs módosulásokat állapíthatunk meg a XIX. század második felére. A változásokat a 4. ábra szemlélteti, bekeretezve azokat a mederszakaszokat, ahol az eltérés olyan fokú, hogy az illesztési pontatlanságon túlmenıen egyértelmő az antropogén beavatkozás, vagy erre konkrét objektumok (pl. vízimalmok) utalnak. 4. ábra. A vászolyi Séd medrének futása elméleti modellezés valamint régi térképek alapján, bekeretezve a megvizsgált és bizonyosan antropogén hatásra módosult szakaszokat. 1 a patakmeder elméleti futásiránya (Paraméterek: Output Grid Cell Size: 20 m; Flow accumulation algorithm: D8 (Single flow), Flow accumulation threshold: 1000; Stream ordering method: Strahler) 2 a patakmeder futása a II. katonai felmérés (1852) idején; 3 a patakmeder futása a III. katonai felmérés (1880) idején Figure 4. The trackline of the bed of the Séd at Vászoly on the basis of old maps and theoretical modells Kiemelendı a falu belterületétıl D-re elterülı Káposztáskertek öntözése céljából végrehajtott patakelterelés (5. ábra), valamint a vízimalmokhoz kapcsolódó munkaárkok kialakítása. Mivel az adatközlık nem tudtak pontos idıszakot megnevezni a Káposztáskertekre történı elterelésekre vonatkozóan ( amióta az eszemet tudom, az mindig úgy volt ), így az eddigiek alapján feltételezhetı, hogy a dőlı patakvízzel történı öntözési rendszerét legkésıbb a XIX. század második felében alakíthatták ki (ennek potosítsához még levéltári forrásgyőjtés szükséges). Ez nem mond ellent annak a megállapításnak, miszerint a rétöntözés gyakorlata hazánkban legalább a XIX. század elejéig vezethetı vissza (Paládi- Kovács, 1979). 60

61 5. ábra. A Séd modellezett és 1980 körüli futása, a malmok és a növényzeti mintavételi pontok feltüntetésével (M1-M4) Figure 5. The theoretical and real trackline of the Séd around 1980, with mills and sampling points (M1-M4) A Sédre települı öntözırendszerek és vízimalmok A falu belterületétıl D-re elterülı Káposztáskertek nevő dőlıt, a falu legnagyobb kis parcellákra osztott zöldségeskertjét rendszeres öntözési munkálatok érintették. Tavasszal, nyár elején, hetente kétszer került sor a kertek folyatására (azaz patakvízzel való öntözésére), aminek szigorúan meghatározott rendje volt. Az öntözés idıpontját és az öntözık névsorát a patak vizét rendszeresen használó molnárok határozták meg, erre az idıszakra ugyanis a malmok mőködése leállt. A patak medrét az éppen soron lévı folyató gazda saját földje határánál deszkával torlaszolta el és az ágyások közé ásott (általában csigavonalas, az ágyásokat kerülgetı) árokrendszeren keresztül vezette be a vizet a veteményre. Egy parcella öntözése kb. két-három órán át tartott, gondosan ügyelve arra, hogy a víz ne árassza el a földet, lemosva a tápanyagban gazdag felsı talajréteget, hanem fokozatosan áztassa azt. Ettıl eltérı módszerrel zajlott a jelentısebb, kaszálásra alkalmas rétek öntözése. A vászolyi Séd mentén elterülı rétek öntözése szükségtelen volt, eltekintve néhány aszályosabb esztendıtıl. Egyedül a Bab-völgyben folyatták rendszeresen a réteket, ahol nem volt szükség barázdák kialakítására, a réteket zsilippel szabályozott módon egyszerően elárasztották. Ennek ideje májusra esett, még a kaszálások elıtti periódusban. Kis vízbısége ellenére nagy szerepe volt viszont a XX. század elsı felében a falu É-i határában fakadó Meggyes-kúti-forrás vize által táplált Meggyes-kúti-érnek a környezı rétek öntözésében. A meggyeskúti ér Vászoly község határában a községi legelın fakad: ezen forrás nagyon kis mérvő vízbıséggel bir, a vízhozama másodperczenként alig tehetı liternél többre. Az 1904-ben keltezett, A vászolyi, ú.n. meggyes-kúti éren lévı öntözési vízhasználatok terve szerint a 8-20-as számú szelvénynél a patak elzárásával és a partok átvágásával a víz 254 számú rétterület öntözésére használtatik már régi idık óta, amely rét a róm. kath. plébánia tulajdonát képezi. Ugyancsak felhasználtatik a patak vize a helyszínrajzon 259 és 260 számú rétterületek öntözésére is, amely rétterületek közül az elsınek az evangélikus tanító, a másodiknak a református tanító a haszonélvezıje. Ezen rétterületek öntözését ama körülmény teszi feltétlenül szükségessé, hogy a rét altalaja köves s vékony 61

62 termı réteggel bír, így az nagyon gyorsan kiszárad, miért is öntözés nélkül termést alig hoz. A dokumentum szerint tehát ezt az árasztásos öntözési eljárást már régóta gyakorolták a falubeliek a kaszálórétek fenntartása és megfelelı hozamának biztosítása céljából. Az öntözési tervezeten alapuló 1906-ban kiadott engedélyokirat szerint a rét birtokosai a hét különbözı napjain voltak jogosultak öntözni Engedélyesek jogosítva vannak a meggyes-kúti vízfolyás összes vizét bármely vízállás mellett a 2. paragrafusban körülírt czélra felhasználni, e végbıl a víz színét a duzzasztási határig felduzzasztani és ezen engedélyokiratban körülírt vízimőveket és medreket létesíteni, továbbá azok jókarban tartása czéljából szükséges munkálatokat foganatosítani. És pedig minden héten vasárnap, hétfı, kedd és szerdai napokon a róm. kath. plébánia, csütörtök, péntek és szombati napokon az egyesült protestáns egyház használhatja a patak vizét öntözésre. (Engedélyokirat, 1906) Az emberi társadalom folyamatos kölcsönhatásban állva az ıt körülvevı környezettel, tevékenysége és földfelszínre gyakorolt hatása által antropogén morfológiai elemeket, formákat eredményez a tájban (Szabó, 1993). Ilyen antropogén morfológiai elemek a vízimalmokhoz kapcsolódó munkaárkok és a mederelterelések után fennmaradt maradványformák is. A Sédre csak a vászolyi szakaszon hat vízimalom települt a történelmi idık során. Eredeti funkcióját ma már egyik sem tölti be. A malmok szerkezetüket tekintve úgynevezett felülcsapó malmok voltak, amelyek az eséskülönbség adta lehetıségeket használták ki. A malmok számára az eséskülönbség fokozása és a vízmennyiség szabályozása érdekében a patak vizét munkaárkokba terelték, melyek nagy része még ma is létezik, vagy nyomai felismerhetık. A molnárok számára az úgynevezett vízjog tette lehetıvé a szabad vízhasználatot, melynek természetesen évszaktól függıen megszabott korlátai voltak, hiszen tevékenységük szorosan összekapcsolódott a fentiekben már említett kertek és rétek folyatásával, az öntözés idıtartama alatt ugyanis a malmok mőködése szünetelt. A korlátozott idıszakot nem meglepı módon fıként a kaszálás, betakarítás, vagyis a termés érési idıszaka, azaz a tavaszi és nyári hónapok jelentették. A vászolyi Séd és környéke ökológiai állapota A vizsgált szakaszon a patakot tájképi és természetességi szempontból (6. ábra) is négy jelentısen eltérı szakaszra oszthatjuk. 6. ábra. A vászolyi Séd egyes szakaszainak természetességi viszonyai a meder és környéke vegetációja alapján. -3: agresszív kompetitorok; -2: ruderális kompetitorok; -1: adventív fajok, kivadult haszonnövények; +1: gyomfajok; +2: zavarástőrı fajok; +3: természetes pionírok; +4: generalista fajok; +5: természetes kompetitorok, +6: specialista fajok Figure 6. The natural state of some units of the Séd at Vászoly on the basis of the vegatation 62

63 A) Sőrőn beépített lakóterület: a Tói-forrásból kiinduló patak egy mesterségesen felduzzasztott, rendszeres kotrással növénytelenített sekély tavon át hosszabb ideig Vászoly belterületén a házak között, sıt gyakran a házak kertjében kanyarog. Növényzete gyér, helyenként tömeges a mederben a békakorsó (Sium latifolium). A patak környezetében ezen a szakaszon legfeljebb mesterségesen kialakított növényzet van (gyepek, kertek). A szakasz az Á-NÉR 1997 kategorizálás szerint egységesen az U3 (Falvak) típusba tartozik. A természetes növényzetre ezen a szakaszon a legnehezebb következtetni, fıként azért, mert a település kialakítása nemcsak a növényzetben, de a domborzatban is jelentıs átalakulásokat okozhatott. A patak ezen forrás közeli szakaszán jelentısebb kiterjedéső ártér kialakulása nehezen feltételezhetı, bár a mai képnél voltak lényegesen bıvizőbb idıszakok is a történelmi idık során. A vízhatás jelentıségére közvetett bizonyítékunk, hogy egy korábbi településmag maradványait nem a völgyben, hanem egy, a mai falumagtól keletre elhelyezkedı dombon találjuk a korábbi falu telepítésében a védelmi szempont mellett a völgy vizenyıssége is szerepet játszhatott, ha másképp nem, egy-egy nagyobb áradás idején. A pataktól távolabb tölgyesek, esetleg a meredekebb, délies kitettségő lejtıkön bokorerdık fordulhattak elı. Az antropogén hatás az alacsony természetességi értékszámokban is tükrözıdik, bár a kevés növényfaj miatt itt a legkevésbé reprezentatív az ökológiai vizsgálat. Az élıhelytípus uralkodó fajai: Humulus lupulus, Persicaria hydropiper, Rumex palustris, Sium latifolium, Solidago gigantea. B) Káposztáskertek : a falu belterületét elhagyva a patak szántók, kertek között folytatja útját. A mederben foltokban megjelennek a főnemő növényfajok (nád, káka), helyenként csaknem teljes a növényborítás. A meder mentén dúsabb patak menti vegetáció is kialakulhat, azonban a környezı mezıgazdasági területek gondozottságától függıen szinte méterenként változik a növényzet képe. A terület jelentıs része egykor ártér volt, ezt a korábbi katonai felmérések térképei is igazolják. A Tói-forrásból induló fıág mellett más forrásokból is idefolyik a víz, ennek köszönhetıen jelentıs kiterjedéső mocsaras rész alakulhatott ki. A területen kis léptékben ugyan, de nagyszabású vízrendezés zajlott, ennek eredményeképp ma nagy része öntözött kis parcellákból áll, déli felén, a jelenlegi fıágtól távolabb pedig erısen zavart, másodlagos mocsári növényzet jelenik meg, melyet főzcsoportok, illetve magaskórós vegetáció uralnak. A kettısség az élıhelytérképen (7. ábra) is jól látható: az északkeleti rész a T6 (Kistáblás mozaikok), a délnyugati rész az O1 (Kiszáradó, jellegtelen és másodlagos mocsarak és sásosok) kategóriába tartozik. A továbbra is igen erıs emberi hatást jelzik a helyenként az élıhelytérképen is feltüntetett, U4 (Telephelyek, roncsterületek) kategóriába sorolható foltok. A természetességi értékszámokat vizsgálva az átlagérték emelkedése állapítható meg, azonban továbbra is a zavarástőrı fajok vannak többségben. Az élıhelytípus uralkodó fajai: Cirsium canum, Epilobium hirsutum, Equisetum palustre, Lysimachia nummularia, Mentha longifolia, Myosoton aquaticum, Persicaria hydropiper, Phragmites australis, Rumex palustris, Salix alba, Scirpus lacustris ssp. lacustris,sium latifolium, Solidago gigantea, Symphytum officinale, Urtica dioica. C) Erdıs szakasz: az egykori Bagó-malom épületét elhagyva a patak helyenként több tíz méter mély, szurdokszerő völgyben folyik tovább. A többnyire gyors folyású vízben nem tudnak megtelepedni növények, a meredek partok miatt a patak menti vegetáció számára sincs élettér, ezért a szakasz természetességének jellemzéséhez a patakot körülvevı, ám nem közvetlenül a vízhez kapcsolódó növényzetet (szubmontán bükkös) használtuk fel. A patakot körülvevı erdık elegyes karszterdıként, szubmontán bükkösként, gyertyános-tölgyesként, illetve ezek átmeneteként írhatók le. Az antropogén hatás csak a XX. század elsı felében mőködı malomépületek környezetében érvényesül, itt meg is jelennek invazív fajok (japánkeserőfő, aranyvesszı). Ezek a foltok nem elhanyagolható veszélyforrást jelentenek pl. az invazív fajok kiindulóhelyeiként, ám kis kiterjedésük miatt az élıhelytérkép sem jelöli 63

64 ıket. Az élıhelytérkép a patakmeder déli oldalán K5 (Középhegységi montán és szubmontán bükkös), illetve kicsit távolabb L3 (Lombelegyes, tölgyes jellegő sziklai maradványerdık) Á- NÉR kategóriát jelöl, míg a pataktól északra elterülı vegetációt a P2 (Spontán cserjésedıerdısödı területek) kategóriába sorolja be. 7. ábra. A vászolyi Séd környékének élıhelytérképe (Mészáros A. Simon P nyomán) 1 Nyitott bányafelület (U6); 2 Telephely, roncsterület (U4); 3 Vászoly település belterületi jellegő része (U3); 4 Kisüzemi gyümölcsösök, szılık (T8); 5 Kistáblás mozaikok (T6); 6 Vetett rétek és legelık (T5); 7 Egyéves szántóföldi kultúrák (T1); 8 (S7); 9 Ültetett erdei és feketefenyvesek (S4); 10 Spontán cserjésedı-erdısödı területek (P2); 11 Gyomos üde gyepek (O8); 12 Gyomos száraz gyepek (birkalegelık) (O7); 13 Zavart és degradált felszínek iszapnövényzete (O2); 14 Természetközeli gyepek felhagyott szántókon (O11); 15 Kiszáradó, jellegtelen és másodlagos mocsarak és sásosok (O1); 16 Lombelegyes, tölgyes jellegő sziklai maradványerdık (L3); 17 Cseres tölgyesek (L2); 18 Mészkedvelı és melegkedvelı tölgyesek (L1); 19 Középhegységi montán és szubmontán bükkösök (K5); 20 Hegyvidéki gyertyános tölgyesek (K2); 21 Pusztafüves lejtısztyeppek, erdısztyeppek (H3); 22 Franciaperjés domb- és hegyvidéki rétek (E1); 23 Dombvidéki mocsárrétek (D3); 24 Üde és nádasodó láırétek-rétlápok (D1); 25 Nem zsombékosodó magassásrétek (B5); 26 Zsombékosok (B4); a a Séd állandó vízhozamú, jelenlegi medre; b idıszakos vízellátottságú medrek Figure 7. The habitat map of the Séd at Vászoly (after Mészáros A. Simon P ) Ez utóbbi típus talán túlzott általánosításra utal, a patakvölgyet nagyrészt az északi oldalon is zárt erdık övezik, melyek leginkább a pataktól valamivel északabbra fel is tüntetett L2 (Cseres-tölgyesek) közé sorolhatók. A szakasz végéhez közeledve helyenként lelassul a patak folyása, itt magaskórós aljnövényzettel övezett füzes mocsarak jelennek meg. Az élıhelytérkép nem különíti el ezeket az élıhelyeket, erre a területre is a P2 kategóriát jelöli. Ez a vizsgált terület természetvédelmi és tájképi szempontból legértékesebb része, egyes szakaszai fokozott védelem alatt állnak. 64

65 Az élıhelytípus uralkodó fajai: Acer campestre, Asarum europaeum, Euonymus verrucosus, Fagus sylvatica, Festuca altissima, Fraxinus ornus, Galium odoratum, Hedera helix, Orchis purpurea, Pulmonaria officinalis, Salvia glutinosa. D: Gyepekkel övezett szakasz: Vászoly közigazgatási területének határához közeledve a patak esése lecsökken, kaszálóként-legelıként használt gyepek (feltételezhetıen egykori árterek) között kanyarog tovább. Az élıhelytérképen jól kirajzolódik a patakmedret övezı fasor (S7, Facsoportok, erdısávok, fasorok), a patakot övezı üde, ám mai állapotában jelentısebb vízhatást valóban alig mutató kaszálóréteket az E1 (Franciaperjés domb- és hegyvidéki rétek) típusba sorolják. Helyenként a medertıl néhány méterre már intenzíven hasznosított mezıgazdasági területekkel találkozhatunk (T1, Egyéves szántóföldi kultúrák). A terület csekély lejtése miatt a B szakaszhoz hasonlóan itt is egykor szélesebb ártérrel, ennek megfelelıen hajdan nagyobb területre kiterjedı mocsári növényzettel számolhatunk. A természetes vegetáció maradványainak tekinthetık a patakmedret végigkövetı főzfák, az ismét erıteljesebben megjelenı antropogén hatás jeleként azonban megjelennek az invazív (aranyvesszı) és degradációt jelzı (csalán, bodza) fajok. Összességében a természetességi értékek alacsonyabbak az elızı, erdıs szakaszénál, ám magasabbak az elsı két, antropogén hatás által erısen befolyásolt szakaszhoz képest. Az élıhelytípus uralkodó fajai: Arctium lappa, Salix alba, Sambucus nigra, Sium latifolium, Solidago gigantea, Typha angustifolia, Urtica dioica Összefoglalás A fentiek alapján megállapítható, hogy a vászolyi Sédnek kiemelt szerepe volt a történeti tájhasználatban, úgyis, mint mezıgazdasági elem és mint a mezıgazdaságra települı, helyi jelentıségő malomiparhoz szükséges energiaforrás. A patakra települt malmok hosszú idıkön át nemcsak a település, de a környék ellátásában is kiemelkedı szerepet kaptak. A XIX. század második felében lokálisan jelentısnek nevezhetı vízrendezési munkálatok után megnıtt az öntözéses földmővelés jelentısége is. A XX. század közepére a hagyományos paraszti gazdálkodási rendszerek felbomlásával mind a malmok, mind az egykori öntözı árkok megszőntek. A különbözı mértékő, pontszerő, vagy nagyobb területet érintı emberi beavatkozásokról az antropogén morfológiai jelenségek mellett a jelenlegi vegetáció fajösszetétele is tanúskodik. Az egyes élıhelyek, a patak közvetlen környezete napjainkban fıként természetvédelmi, tájképi szempontból válhatnak értékessé a falu számára. Köszönetnyilvánítás Ezúton fejezzük ki köszönetünket mindenekelıtt témavezetıinknek: Dr. Szabó Máriának és Dr. Horváth Gergelynek; valamint Mészáros Andrásnak (Balaton-felvidéki Nemzeti Park), Szınyeg Józsefnek (Vászoly Önkormányzat) és minden vászolyi lakosnak, akik visszaemlékezéseikkel e munkához hozzájárultak. Irodalom Borhidi A. 1993: A magyar flóra szociális magatartás típusai, természetességi és relatív ökológiai értékszámai. Janus Pannonius Tudományegyetem, Pécs. 93. Detrekıi Á., Szabó Gy. 2003: Térinformatika. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest. Fekete G., Molnár Zs., Horváth F. (szerk.) 1997: A magyarországi élıhelyek leírása, határozója és a Nemzeti Élıhely-osztályozási Rendszer, Nemzeti Biodiverzitásmonitorozó Rendszer II. Magyar Természettudományi Múzeum, Budapest Jakucs P. 1962: A domborzat és a növényzet kapcsolatáról. Földrajzi értesítı 11. pp

66 Mészáros A., Simon P. 2002: Élıhely-térképezés a Nemzeti Biodiverzitás-monitorozó Rendszer Pécsely R 5x5 101 számú 5x5 km-es mintaterületén. Kézirat, Balatonfelvidéki Nemzeti Park Igazgatóság, 5.; 123. NAGY D. 2003: Tájtörténeti kutatások a Gömör-Tornai karszton I. A történeti táj rekonstrukciója az ANP környezetében az I.-III. katonai felmérések alapján. in.: Boldogh S. (szerk.) Kutatások az Aggteleki Nemzeti Parkban _ ANP füzetek II Németh F. (szerk) 1988: Földterület. Községsoros adatok, Történeti Statisztikai Kötetek, KSH, Budapest. Paládi Kovács A. 1979: A magyar parasztság rétgazdálkodása, Akadémia kiadó, Budapest Szabó J. 1993: A társadalom hatása a földfelszínre. In: Borsy Z. (szerk.): Általános természeti földrajz. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest Szabó M., Kalapos T. 1999: Társulások szervezıdése, mőködése, az ökológiai rendszer. In: Nánási I. (szerk.): Humánökológia. Medicina Könyvkiadó, Budapest Zólyomi B. 1981: Magyarország természetes növénytakarója. In.: Hortobágyi T., Simon T. (szerk.): Növényföldrajz, társulástan és ökológia. Tankönyvkiadó, Budapest. Térképmelléklet. Kéziratos források Mórádi Károly ( ) kéziratos jegyzetei A Vászolyi ú.n. Meggyes-kúti éren lévı öntözési vízhasználatok terve; Engedélyokirat, Térképek II. Katonai felmérés: XXVII./55-56 III. Katonai felmérés: 5259/2 66

67 Abstract LANDSCAPE UTILISATION IN THE VASZOLY BASIN AN EXAMPLE FOR ECOLOGICAL EFFECT OF HUMAN LAND-TRANSFORMING JUDIT ENDRİDI ÁDÁM VARGA Eötvös Loránd University (ELTE), Faculty of Science, Doctoral School of Environmental Sciences, Doctoral School of Geoscience H-1117 Budapest, Pázmány Péter sétány 1/C,; During historical times the villages formed independent units with self-supporting as a determinant feature. It is holds true of the settlements of the Vászoly Basin, that found at the south-eastern part of the Balaton Higlands. This area is a characteristically transformed cultural landscape of the Balaton Highlands, of which basic factor, user and shaper is the human being. Vászoly is a village, which lies in the valley of the Séd Brook and had mainly church lands during the mediaeval times. It passed through variegated historical progress, which has significantly determined the character of the land utilization and its development. There are two main factors that describe the cultural landscape and its development. Firstly, the landscape utilisation, which may be explored by the sheets of the Military Surveys, XX th century s maps and satellite images. Secondly, the socio-economic processes unfolded by the historical-geographical and ethnographical researches. The effect of human activities manifests in the structure of vegetation and can be measured by ecological methods. Keywords: Balaton-upland, cultural landscape, ecological state, landuse 67

68 A HAGYOMÁNYOS ÉS A DIGITÁLIS ERÓZIÓS TÉRKÉPEZÉS FAZAKAS CSABA Debreceni Egyetem, Földtudományok Doktori Iskola 4032 Debrecen, Egyetem Tér 1. csfazakas@gmail.com Összefoglalás Az eróziós fokozat megállapítása bonyolult feladat mivel a domborzat változatos morfológiája következtében a pedogenézis folyamata, a szelvényfejlıdés és az erózió folyamata különbözı képen fog megnyilvánulni. A hagyományos térkép szerepét napjainkra egyre inkább a térinformatika veszi át, amely térbeli adatok tárolását, megjelenítését és elemzését teszi lehetıvé. A digitális térképezés során használt adatok nagy része már elkészített térképekre, légi/őrfelvételekre, valamint terepi megfigyelésekre és laboratóriumi munka eredményeire támaszkodik. A természetföldrajz korszerő tudománnyá válásának elengedhetetlen feltétele az, hogy tárgyát ne csupán leíró módon ismertesse, hanem azt számszerő adatokkal, számításokkal jellemezve, matematikai- statisztikai módszerekkel, modellekkel elemezze. A földrajzi információs rendszerek talajeróziós kutatásokban való alkalmazási területei közül megemlítjük: lejtıkategória térképezés, lejtıkitettség térképezés, szelvények, lejtıprofilok készítése, vízgyőjtıterület, vízválasztó lehatárolása, térfogatszámítás, lefolyásbecslés, stb. A digitális térképen megjelenített objektumokhoz hozzárendelt adatok bármikor megváltoztathatóak, így ha új értékek birtokába jutunk, akkor a tárolt értékeket mindegyike egyenként felcserélhetjük. Ilyen formán a térinformatikai módszerekkel történı eróziós térképezés a recens eróziós folyamatok mértékének megállapításához nyújt segítséget. Úgy a hagyományos, mint a térinformatikai módszerekkel történı térképezés szakirányú ismereteket, és az esetek nagy többségében tudományok közötti interdiszciplinaritást igényel Kulcsszavak: morfometria, térinformatika, eróziós modellezés, Földrajzi Információs Rendszer, Digitális Domborzatmodell Bevezetés A légi- és őr-távérzékelés eszközeivel, valamint a környezeti adatok feldolgozását segítı földrajzi információs rendszerek felhasználásával az ember már napra kész adatokhoz juthat a Föld felszínérıl, annak változásairól. Ezek a módszerek jól kiegészítik a korábbi térképezési, adatgyőjtési munkák adatait, melyek az éghajlati és a földhasználati adatok segítségével jó alapot nyújtanak a talajok állapotának felmérésében. A talajtani szakemberek feladata e modellek ellenırzése, az új eszközök és adatforrások alkalmazási lehetıségeinek feltárása az optimális tájhasználat és a talajleromlási folyamatok megakadályozása érdekében. Jelen dolgozatunk célja az eróziós térképezés néhány lehetıségét feltárni, ezek elınyeit és esetleges hátrányait vitatni, valamint a hagyományos eróziós térképezés által nyújtott lehetıségeket összevetni a földrajzi információs rendszerek által nyújtott eróziótérképezési lehetıségekkel. 68

69 A hagyományos eróziós térképezés Egy változatos domborzatú terület talajainak évszázadok óta tartó gyorsított eróziója a talajtakaró nagymértékő elvékonyodásához vezet. Ennek a hosszantartó folyamatnak az eddigi eredményét a talajvastagság változásai alapján szerkesztett talajeróziós térképen mutatjuk be (Stefanovits, 1963). A klasszikus értelemben vett, hagyományos módszereken alapuló, terepi eróziós térképezés egy viszonyítási alapon mőködı eljárás, mely egy térség talajainak jelenlegi (a térképezés idıpontjában észlelt) eróziós állapotát állapítja meg, méri fel és ábrázolja. A hagyományos eróziós térképezés során a talaj eróziós állapotát különbözı osztályokba soroljuk, eróziós fokozatokat különítünk el. A leglényegesebb alapelv: a közeli körzetben fellelhetı nem erodált szelvényhez való viszonyítás alapján történı eróziós fokozatok megállapítása. (Kerényi, 1991). A felületi rétegerózió fokozatait a lepusztult talajtakaró százalékos értéke alapján határoljuk el. Az eróziós fokozatok elkülönítése során az etalon szelvény talajszintjeit tekintjük 100%-nak és ehhez hasonlítjuk a többi, erózió által befolyásolt szelvény szintjeit. (Stefanovits, 1963) három eróziós fokozatot említ. Gyengén erodáltnak minısíti a talajt, ha az eredeti összehasonlító szelvény 70%-a megmaradt, közepesen erodáltnak, ha ez az érték 70 és 30% között volt, és végül erısen erodáltnak, ha az eredeti talajszelvénybıl 30%-nál is kevesebb maradt meg. Ennek az eljárásnak kétségkívül vannak hibái, melyek egyrészt abból származnak, hogy sok esetben nehezen találni olyan szelvényt, amely nem erodált és ráhordás által sem érintett, tehát összehasonlítási alapnak, etalonnak megfelel. A nem erodált talajszelvény megtalálása és feltárása sok esetben az eróziót térképezı szakember szakmai felkészültségén és szubjektív megítélésén alapszik Az etalon szelvénnyel való összehasonlítás során meghatározott eróziós fokozatok lehatárolásánál általában a következı meghatározásokat tekintjük kiindulópontnak: Gyengén erodált talajok: ahol az erózió az A-szintet vagy annak egy részét érintette Közepesen erodált talajok: ahol az erózió az A-szintet teljesen lemosta és a B-szint felsı részét is érintette. Erısen erodált talajok: ahol az erózió a B-szint legnagyobb részét lemosta, és a B- szintnek csak az alsó része maradt meg. Talajképzı kızetig erodált talajok: ahol a C-szint, azaz az alapkızet van a felszínen, legfeljebb gyengén humuszos. Az ilyen talajok a földes kopár talajokhoz közelítenek, ill. oda is sorolhatók. A lehordott talaj felhalmozódási területei: igen változó tulajdonságú talajrétegek alkotják, a rétegek között nincs genetikai kapcsolat. A lejtı alján lévı talajok termékenysége igen különbözı, gyakran a humuszos réteg igen vastag - ezek a legtermékenyebbek, - néhol az eltemetett humuszos réteg felett egy kisebb humusztartalmú talajréteg található (pl. egy erısen erodált foltról történik a lehordás) A területbejárás folyamán elhatárolhatjuk azokat a területeket, amelyeken a talajpusztulás már a talaj színébıl megállapítható, majd a lejtıkön és néhány sík területen is szelvényeket tárunk fel avégett, hogy a meglevı talajszintek vastagságát megállapíthassuk (Stefanovits, 1963). Az eróziós fokozat megállapítása bonyolult feladat mivel a domborzat változatos morfológiája következtében a pedogenézis folyamata, a szelvényfejlıdés és az erózió folyamata is a maga során, különbözı képen fog megnyilvánulni. A lejtıkön ugyanis rövidebb szelvények fejlıdnek, mint a sík táblákon, mert a lejtın a csapadék egy része elfolyik, más része pedig a déli lejtıkön, az erısebb besugárzás következtében elpárolog. 69

70 Ezért kisebb a kilúgzás és gyengébb a biológiai tevékenység, a humuszképzıdés. Ezt a különbséget azonban az erózió megítélésénél nem szabad figyelmen kívül hagyni. Az elemi pedogenetikus folyamatokat a következı képen osztályozhatjuk: 1) az ásványi és szerves összetevık átalakulása (bioakumuláció, agyagosodás, pangóvízhatás, allofánok képzıdése stb.) 2) anyagvándorlási fázis (agyagbemosódás, humusz és szeszkvioxidok vándorlása, szikesedés stb.) 3) kiegyenlítés vagy simítás folyamata, pedo-geológiai vagy domborzatgenetikai folyamatok melyek tulajdonképpen a talajfelszínen történı elmozdulás folyamatait foglalja magába (eróziós folyamatok, szedimentációs folyamatok, szoliflukciós és csuszamlásos jelenségek). A kontroll szelvény kiválasztásának problematikája: A vizsgált terület nagysága függvényében a választás indokoltsága változik. Az összehasonlításnál csak a tájnak megfelelı, tehát nem nagy távolságban levı, az erodáltságtól eltekintve hasonló körülmények között képzıdött szelvényt vehetünk figyelembe. Mivel minden pedon önálló egység, egyedi és helyspecifikus ezért az etalon kiválasztása léptékfüggıségére érdemes nagy hangsúlyt fordítani mivel a vizsgált terület mikromorfológiája és mikroklímája igen nagymértékben befolyásolja. Egy talajtípuson belül is csak ugyanabban a tájban vagy szőkebb környékén található szelvényekkel vethetjük össze a vizsgálandó szelvényeket. (Ballenger és Di Gléria, 1962). A vizsgálandó területegység keretében minden talajtípus esetében indokolt etalon szelvényt készíteni, mert a genézis során keletkezett talajszintek vastagsága, morfológiája nagyon változatos és ez által az erózióval szembeni viselkedése igen különbözik. Pl. csernozjom talajok esetében az egyenletesen humuszos A-, valamint a fokozatosan csökkenı szervesanyagtartalmú csernozjom B- szintek együttesen képezik az elbírálás alapját, míg a barna erdıtalajok esetében a kilúgzási és felhalmozódási szintek együttes vastagsága szolgál az elhatárolás alapjául (Stefanovits et al., 1999). Hagyományos térképek és digitális térképek A térkép a Föld felszínének illetve az azzal kapcsolatban álló anyagi és nem anyagi dolgoknak az együttese, azoknak általában kicsinyített, síkbeli megjelenítése. A digitális térkép pedig a térkép tartalmának számítógéppel kezelhetı, digitális leírása. A digitális térképek elınyeit a papír alapúakkal szemben hosszan lehetne sorolni, így most csak a legfontosabbakat emelném ki: hatékonyabb és gyorsabb munkavégzés, egységes térképi alapot képez a különbözı folyamatok számára, többcélúan felhasználható, eddig nehezen megoldhatónak vagy éppen megoldhatatlannak tőnı feladatok megoldása. (Farkas, 2006). A térinformatikai módszerekkel végzett térképezésnek az elınyei a következık: olcsóbb és gyorsabb térképkészítési lehetıség, különbözı szakterületeknek különbözı célokkal készíthetık térképek, kevesebb szakemberre van szükség a munka elvégzéséhez, azonos adatokat különbözı grafikai módszerekkel is meg lehet jelentetni, kézzel elkészíthetetlen térképek is létrehozhatók (3D-s, sztereoszkópos térképek), a térképezés teljes fázisa áttekinthetı és bármikor lehetıség nyílik a beviteli adatok javítására. 70

71 Morfometria és térinformatika A XX. század derekán egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy a természetföldrajz korszerő tudománnyá válásának elengedhetetlen feltétele az, hogy tárgyát ne csupán leíró módon ismertesse, hanem azt számszerő adatokkal, számításokkal jellemezve, matematikaistatisztikai módszerekkel, matematikai és/vagy fizikai modellekkel közelítse. E követelmény hívta létre a kvantitatív forradalom létrejöttét, amelynek egyik legkorábbi megnyilvánulása a morfometria (geomorfometria) tudományának kialakulása volt. A morfometria az eróziókutatásban gyakran használt leírást próbálta adatokkal, paraméterekkel, számításokkal alátámasztani. Ez utóbbi irányzat tekinthetı a térinformatika, azon belül is a raszteres rendszerek elıfutárának. A módszer lényege az volt, hogy a szintvonalas topográfiai térképre egy négyzethálót, információs rasztert borítottunk, majd e négyzethálóval lefedve a térképet minden egyes négyzetbe valami számszerő információt lehetett bevinni (Klinghammer és Papp-Váry, 1973). A térinformatikai adatbázis alapjául mindig egy alaptérkép szolgál, ez lehet vektoros, illetve raszteres állomány. A rasztereknek egyik fontos tulajdonsága, hogy azonos vonatkoztatás rendszerként használhatók több térkép összehasonlítása esetén. A térbeli analízis a helyhez kapcsolódó kérdések megválaszolását teszi lehetıvé, amelyek a következık lehetnek: Mi található egy adott helyen?; Hol találhatunk meg egy adott dolgot vagy tulajdonságot?; Mi változott meg egy adott intervallum alatt? A raszteres térinformatikai rendszerek A vonalas ábrázolással ellentétben, ami a klasszikus térképészeti hagyományokat követi, a raszteres rendszerek inkább a monitorok grafikus megjelenítésére hasonlítanak. A modellezés és a megjelenítés alapja, hogy a vizsgált területet teljesen lefedı, egymáshoz hézagmentesen illeszkedı, egyenlı részekre (pixelekre, cellákra) osztjuk fel, majd a térképi objektumok attribútumait, vagy folyamatos változók értékeit kapják meg az aktuális elemi részek. A raszteres ábrázolás és modellezés folyamatos változók modellezésére a legalkalmasabb (pl.: felszínborítás, vagy szintmagasság), de megfelelı lehet diszkrét váltózókkal való munkához is (pl.: fás területek föltérképezése). Az alapadatok típusa határozza meg azt, hogy a raszteres és a vektoros eljárások közül melyiket érdemes választani. Amennyiben a nagy geodéziai pontosság megkövetelt a feladatokban, illetve jelenısen több a diszkrét változókkal elkülöníthetı objektumok típusa, csak a vektoros térképészeti eljárások nyújtanak megfelelı lehetıséget. A talajerózió mértékének meghatározásában a növényzet, a talajtípus, a eróziós viszonyok és a felszíni formák a meghatározóak. Mind a növényzet mind a talajtípus jól ábrázolható vektoros térképekkel, de a eróziós viszonyokat és a domborzatot folyamatos értékek jellemezik, így a raszteres térinformatika alkalmazása a talajerózió modellezésében indokolt. (Barczi és Centeri 2000) Földrajzi Információs Rendszerek (FIR) A hagyományos térkép szerepét napjainkra egyre inkább a térinformatika veszi át, amely térbeli adatok tárolását, megjelenítését és elemzését teszi lehetıvé. (Telbisz, 2008). A térinformatika tudományág, az informatikának egy speciális része, amelyben az információk tárolásának, kezelésének, vizsgálatának alapvetı rendezı elve, a térbeli elhelyezkedés és a valós térbeli viszonyok. 71

72 Az utóbbi években több szerzı rámutatott a részletes talajtani információk iránti a gyorsan növekvı igényre. Ez magával vonja a talajtani tudomány, a digitális talajtérképezés eszköztárának a fejlıdését, és szükségessé teszi a meglévı térképi és egyéb talajtani információk, valamint a talajtulajdonságokkal összefüggésbe hozható külsı változók (digitális domborzati modell, geológiai térképek, multispektrális őrfelvételek stb.) integrálását. Valamely terület korszerő ökológiai szemlélető talajtani szintézise, e szintézis térképi megjelenítése, sikeresen megoldható a sajátos elemeket hordozó földrajzi információs rendszer segítségével. Az elsıdleges terepi és laboratóriumi vizsgálati eredményeket az adatbáziskezeléssel és a számítógépes térképezéssel tesszük összehangolhatóvá a távérzékelési adatokkal. A FIR széleskörő alkalmazási területe a tájtervezés, a geomorfológia, s nem utolsó sorban a talajtérképezés, a talajtani szintézis. Ebbe beleértjük: - a terület pillanatnyi és potenciális talajadottságainak megismerését, - a talaj múltbeli és jelenlegi állapotát, - a talaj múltbeli és jelenlegi kihasználását, - a terület talajtulajdonságaival szemben támasztott társadalmi-gazdasági igények felmérését, - az elvárások és a talajadottságok nyújtotta lehetıségek összehangolását a szükséges tennivalókat az elvárások és a lehetıségek összeegyeztetése érdekében A FIR talajeróziós kutatásokban való alkalmazási területei közül megemlítjük: lejtıkategória térképezés, lejtıkitettség térképezés, szelvények, lejtıprofilok készítése, vízgyőjtıterület, vízválasztó lehatárolása, térfogatszámítás, lefolyásbecslés, stb. Az eróziós talajveszteség modellezéséhez az eróziós mintaterület alapállapotának feltérképezése (földhasználat, topográfiai alapadatok, domborzati viszonyok, valamint a talajfelszín állapotának jellemzésére vonatkozó információk; térképek és jellemzı talajvizsgálati eredmények) térinformatikai módszerek használatát igényli. Tekintettel arra, hogy az elmozduló talaj mennyiségének közvetlen méréssel történı meghatározása olyan bonyolult feladat, ami gyakorlatilag nem valósítható meg, szükséges olyan közvetett megoldás alkalmazása, amellyel kevés munkaidı ráfordítással a felszíni talajelmozdulás kielégítı pontossággal becsülhetı. Minél szélesebb körő adatokkal dolgozunk, annál inkább egyértelmővé válik a FIR jelentısége, amikor az eltérı jellegő adatok kombinálása új információk, ismeretek nyerésére ad lehetıséget.( Az eróziós modellezés a Digitális Domborzat Modellek (DDM) A terep egyszerősített mása, amely számítógéppel olvasható adathordozón tárolt numerikus és/vagy alfanumerikus terepi információk rendezett halmazaként valósul meg. (Szijártó, 2007) A digitális domborzatmodell a felszín térbeli változásait írja le digitális formában (Burrough, 1986; Moore, et al., 1991). A domborzat e kvantitatív jellemzése új lehetıségeket és korlátokat tudatosított a felszínalaktan és a csatlakozó társtudományok képviselıiben. A korábbi gyakorlatban használt domborzati mutatók lejtıszázalék, kitettség, stb. - és azok vélt hatása a környezeti elemek alakulására, fejlıdésére a DDM-bıl származtatott változókkal könnyedén számszerősíthetı. 72

73 A DDM segítségével az eróziót kiváltó egyik legfontosabb tényezınek, a lejtıviszonyoknak (lejtıkategória, lejtıhossz, kitettség), az egzakt elemzése valósítható meg egy viszonylag egyszerő és gyors eljárással. Digitális domborzatmodellek (DDM) használata egyre szélesebb körben terjed az alkalmazott és az alap tudományok mővelıi körében. Egyre több, könnyen hozzáférhetı DDM került forgalomba, tölthetı le ingyen a világhálóról, illetve vásárolható meg. Térinformatika szoftverek széles skálája áll rendelkezésre DDM-ek házi elkészítésére (Dobos, és Hegedıs, 2005). A digitális domborzatmodellekbıl számos felszínleíró, domborzatot jellemzı változó származtatható, amelyek jelentıs segítséget nyújthatnak a környezettudományok mővelıi és alkalmazói számára. A digitális domborzatmodellek adatforrásaiként a következıket említjük meg: 1) morfológiai terepfelmérés (pl. felszínmorfológiai formák, eróziós formák mérete, stb.) egyszerő eszközök segítségével történik: papír, toll, mérıszalag, stb. Az eljárás elınye a munkára fordított alacsony költség, hátránya a pontatlanság, az idıigényesség és az utólagos relokalizálás nehézsége. 2) geodéziai módszer: alapponthálózat alapján történik. A módszer elınyének számít a pontosság. Hátrányként megemlíthetjük, hogy a térképezés drága mőszereket és képzett személyzetet igényel és a terep bejárásának sokszor akadályai lehetnek (a terület nagysága, gyenge fényviszonyok, erdıs területek jelenléte), 3) mesterséges holdakon alapuló (GPS) adatgyőjtés mely referenciapontokat szolgáltathat geodéziai adatgyőjtéshez, segítségével nehezen hozzáférhetı pontok is meghatározhatóak. Elınye a pontos helymeghatározás és mérés lehetısége, nehezen hozzáférhetı pontok meghatározásának lehetısége. Nem igényel komolyabb szakmai felkészültséget és gyorsan elvégezhetı. Segítségével könnyen számíthatunk távolságot, emelkedést (elevation), lejtést, stb. 4) a fotogrammetriai eljárás esetében nem a tárgyról, hanem a fotójáról készül az adat. A módszer elınye: tömeges adatnyerési lehetıség, relatív kis költség, a nyert adatok elég jó pontossága. Az adatok értékeléséhez viszont szakember és kiegészítı mérés szükséges, 5) távérzékelés: légi (fénykép, sztereofotogramma, ortofotó, stb.) és őr felvételek alapján. Erıforrás-kutató mőholdak segítségével felszínfedettség, növényzet, eróziós foltok képei készíthetık el. A meteorológiai mőholdak segítségével besugárzás, csapadékmennyiség, szélerısség, csapadékhevesség adatok szerezhetık be, 6) térképek manuális digitalizálása mérsékelt költségbıl, személyi számítógépen aránylag gyorsan elvégezhetı. Az adatnyeréssel digitális ponthalmazt kapunk. Ez a ponthalmaz még nem fedi le a felszínt, de a térbeli interpolálással a bevitt pontok közötti pontokat is meghatározzuk, és így megkapjuk a felszín digitális modelljét. A digitális ponthalmazokat a következıkre használhatjuk: - Digitális domborzatmodelleket készíthetünk, melyek segítségével bemutathatjuk a terület domborzati viszonyait. Többnyire háromdimenziós a megjelenése és perspektivikusan ábrázolja a domborzatot. - Más változókat jeleníthetünk meg. Például csapadékmennyiséget vihetünk fel a magassági adatok helyett. A két térkép, ezek után egymással fedésbe hozható. - Lejtéstérképet hozunk létre lejtıkategória megadásával. - Lejtıkitettség-térképet, melyek megmutatják, hogy a lejtı melyik égtáj felé néz. - Görbültség-térképek, mellyel a lejtık homorú vagy domború voltát ábrázolhatjuk. - Völgyvonalak vízválasztók vízgyőjtık térképei. Ennek során a természetes vízgyőjtık határait ábrázolhatjuk. - Keresztszelvények, hossz-szelvények létrehozása. - Differenciamodellekkel a különbözı idıszakokban készült modellek közötti különbségeket tudjuk ábrázolni. (Kertész, 1997) 73

74 Mint látjuk, a digitális domborzatmodellekkel új perspektívákat nyitnak a domborzat ábrázolásához és elemzéséhez egyaránt. A természeti adatok lehetnek leíró/nominális adatok (pl. talajtípus, növényzet típusa), abszolút számértékek (csapadék hevessége, humusztartalom), relatív számértékek, intervallumok (eróziófokozat meghatározása a lepusztult talajmennyiségek alapján, dılésszög kategóriák). ( A megjelenített geometriai objektumokhoz rendelt információ és adatmennyiség kezelésére a FIR egy adatbázis kezelı rendszert használ (Database Management System). A DBMS strukturált tárolást biztosít, lehetıséget ad a kapcsolatok ábrázolása, különbözı forrásból származó adatok összekapcsolására. Az eróziós modellezést végzı felhasználók számára a hagyományos (analóg) topográfiai, földtani és talajtani térképek és adatok csak korlátozottan használhatók fel egy többszempontú térbeli adatelemzéshez, hiszen ehhez rendszerint eltérı geometriájú (vetülető, méretarányú, szelvényezéső), különbözı korú és más-más felhasználási célból készített térképeket és adatokat kell szintetizálniuk. A talaj és az alatta fekvı mélyebb rétegek komplexitása, továbbá az adatok növekvı mennyisége szükségessé teszi az adatok hatékony kezelését. Ehhez nyújtanak integrált eszközt a modellezés minden egyes fázisában -így a döntés elıkészítésben is- az egyéb Geo Információs Rendszerekkel összekapcsolható Komplex Talajtani Információs Rendszerek. Az általános talajveszteségi egyenlet (Universal Soil Loss Equation, USLE megalkotása mérföldkı volt a talajvédelmi modellezés területén. A késıbbi fejlesztések során megjelent a módosított általános talajveszteségi egyenlet (the Revised Universal Soil Loss Equation-RUSLE) amelyet az Amerikai Mezıgazdasági Minisztérium fejlesztett ki. Ez a modell alkalmas az erózió által bekövetkezett felszíni és vonalas erózióból következı talajvesztéség értékelésére. A viszonylag kevés adatigénnyel bíró egyenlet sikeresen alkalmazható az átlagos vagy a hosszú idejő vizsgálatokra, azokon a területeken, ahol a területek relatíve homogénnek. Ahol pontos adatok állnak rendelkezésre a RUSLE változóinak kiszámítására, több térinformatikai softwer is igen nagy pontossággal és konzisztens módon képes eróziós számításokra. A FIR egyik lényeges jellemvonása, hogy az ábrázolt geometriai objektumokhoz adatok rendelhetık (atribut file-ok által). Ezek az adatok nem fognak megjelenni a tematikus térképen és ez által nem fogják zsúfolni azt, de az értékek bármikor lekérdezhetık. A digitális térképen megjelenített objektumokhoz hozzárendelt adatok bármikor megváltoztathatóak, így ha új értékek birtokába jutunk, akkor a tárolt értékeket mindegyike egyenként felcserélhetjük, és a program önmaga fogja automatikusan generálni a talajveszteségi egyenletben a változást. Egy területegység elkészített DDM-je alapként szolgál akár egy monitoring rendszernek is. A változókat idıszakosan kicseréljük így folyamatos képet kapunk a térség idıbeli változásáról. Pl. Területhasználat megváltozása során (amely egyes területeken akár éves gyakorisággal megtörténik) az új kultúrnövény talajvédı hatása is megváltozik. Ha a RUSLE segítségével becsüljük a talajveszteséget, akkor az egyenlet C tényezıjének, a növénytermesztés tényezıjének, megváltoztatásával a program önmaga fogja automatikusan generálni becsült erodált talajmennyiséget. Ilyen formán a térinformatikai módszerekkel történı eróziós térképezés a recens eróziós folyamatok mértékének megállapításához adhat támpontokat. A digitális térképezés során használt adatok nagy része, amint azt a fentiekben már láttuk, egyrészt már elkészített térképekre, légi/őrfelvételekre, másrészt terepi megfigyelésekre és laboratóriumi munka eredményeire támaszkodik. Úgy a hagyományos, mint a térinformatikai módszerekkel történı térképezés szakirányú ismereteket igényel és az esetek nagy többségében tudományok közötti interdiszciplinaritást. 74

75 Globális szintő kutatások célját szolgáló komplex információs rendszerek kidolgozásához ma már nélkülözhetetlen a megfelelı digitális talajtani adatbázis létrehozása. Az Amerikai Egyesült Államokban és Nyugat-Európában egyaránt már évekkel ezelıtt kidolgoztak erre irányuló terveket. Egyik ilyen projekt eredménye az European Soil Detabase, mely tulajdonképpen nem más, mint az 1: FAO Világ Talajtérképének 1: mérető digitális formában történt felújítása. A Föld számos területére viszonylag olcsó domborzati modelleket generáltak le, fotogrammetriai vagy radar adatforrások alapján. Ezekhez pontos növény-borítottság távérzékelt adatok társíthatóak. Ezek alapján a terület digitális modelljei is elıállíthatók. Ezek az adatállományok viszonylag jó megközelítést adnak a felszíni és a vonalas erózió értékelésére. Ezzel egy olyan másodlagos adatnyerési eljáráshoz jutunk, amely viszonylag költségkímélı módon járulhat hozzá olyan területek talajtani térképezéséhez, ahol hozzáférhetı formában nem állnak rendelkezésre ilyen jellegő adatok. Következtetések A hagyományos módszereken alapuló, terepi eróziós térképezés egy viszonyítási alapon mőködı eljárás, mely egy térség talajainak jelenlegi (a térképezés idıpontjában észlelt) eróziós állapotát állapítja meg, méri fel és ábrázolja. Az eróziós modellezést végzı felhasználók számára a hagyományos (analóg) topográfiai, földtani és talajtani térképek és adatok csak korlátozottan használhatók fel egy többszempontú térbeli adatelemzéshez, hiszen ehhez rendszerint eltérı geometriájú (vetülető, méretarányú, szelvényezéső), különbözı korú és más-más felhasználási célból készített térképeket és adatokat kell szintetizálniuk. Tekintettel arra, hogy az elmozduló talaj mennyiségének közvetlen méréssel történı meghatározása olyan bonyolult feladat, ami gyakorlatilag nem valósítható meg, szükséges olyan közvetett megoldás alkalmazása, amellyel kevés munkaidı ráfordítással a felszíni talajelmozdulás kielégítı pontossággal becsülhetı. A hagyományos térkép szerepét egyre inkább a térinformatika veszi át, amely a térbeli adatok tárolását, megjelenítését és elemzését teszi lehetıvé. A térinformatika tudományág, az informatikának egy speciális része, amelyben az információk tárolásának, kezelésének, vizsgálatának alapvetı rendezı elve a térbeli elhelyezkedés és a valós térbeli viszonyok. A térinformatikai módszerekkel végzett térképezésnek az elınyei a következık: olcsóbb és gyorsabb térképkészítési lehetıség, különbözı szakterületeknek különbözı célokkal készíthetık térképek, kevesebb szakemberre van szükség a munka elvégzéséhez, azonos adatokat különbözı grafikai módszerekkel is meg lehet jelentetni, kézzel elkészíthetetlen térképek is létrehozhatók, a térképezés teljes fázisa áttekinthetı és bármikor lehetıség nyílik a beviteli adatok javítására. A részletes talajtani információk iránti gyorsan növekvı igény, magával vonja a talajtani tudomány, a digitális talajtérképezés eszköztárának a fejlıdését, és szükségessé teszi a meglévı térképi és egyéb talajtani információk, valamint a talajtulajdonságokkal összefüggésbe hozható külsı változók (digitális domborzati modell, geológiai térképek, multispektrális őrfelvételek stb.) integrálását. Irodalom anonymus: Ballenger, R., Di Gléria, J. 1962: Talaj- és trágyavizsgálati módszerek. Mezıgazdasági Kiadó, Budapest p

76 Barczi, A., Centeri Cs. 2000: Talajeróziós térképezés térinformatikai eszközökkel hazai mintaterületeken in. Burreough, P. A. 1986: Principles of Geographical Information Systems for Land Resources Assessment (Monographs on Soil Resources Survey), Oxford University Press, New York, p Dobos, E. Hegedıs, A. 2004: HUNDEM 2004 Konferencia közleményei Digitális domborzatmodellezés használata a környezet és mérnöktudományokban Domborzatmodell alkalmazások Magyarországon. CD-ROM (Elektronikus dok.) Farkas, N. 2006: Szakdolgozat: GIS adatok elıkészítése digitális térképszolgáltatáshoz in:odin.agr.unideb.hu/magisz/diploma2006/farkas%20noemi.pdf Kerényi, A. 1991: Talajerózió térképezés, laboratóriumi és szabadföldi kísérletek. Soil Erosion Mapping, Laboratory and Field Experiments (Hungarian). Akadémiai Kiadó. Budapest 219 p. Kertész, Á A térinformatika és alkalmazásai, Holnap Kiadó, Budapest, p. 240 Klinghammer, I., Papp-Váry, Á.: Négyzethálós térkép területi adatszolgáltatás és tervezés szolgálatában. Geodézia és Kartográfia. 25/4., 1973, p Moore, I. D., Grayson, R. B. and Ladson, A. R. 1991: Digital terrain modelling: A review of hydrological, geomorphological, and biological applications, Hydrological Processes, Volume 5 Issue 1, p Stefanovits, P. 1963: Magyarország talajai. Akadémiai Kiadó. Budapest. p.442 Stefanovits, P., Filep, Gy. & Füleky, Gy. 1999: Talajtan. Mezıgazda Kiadó, Budapest. p. 470 Szíjártó, A. 2007: MultiMédia az Oktatásban 2007 konferencia kiadvány: 3D Domborzat modell készítése raszteres térképek alapján. p Telbisz, T., 2008 in: 76

77 Abstract THE TRADITIONAL AND THE DIGITAL EROSION MAPPING CSABA FAZAKAS The University of Debrecen, Doctoral School of Earth Sciences 4032 Debrecen, Egyetem tér 1. Hungary, To determine the scale of the soil erosion is a very important and in most of the cases a complicated task. The diversity of the topographic morphology makes the pedogenetic processes, the development of the soil cover and the erosion processes happen in a unique, specific way. For the users interested in erosion modeling, the topographic, the geological, and the soil maps made with traditional (analogous) methods have a limited availability in a complex spatial data analysis, because they need to work with maps and data developed usually in different geometry (projection, scale), of a different age and from a different aim of application. The use of the Geographic Information Systems by their capacity to store, to view, and analyze the spatial data, gradually takes over the role of the traditional erosion mapping. On the other hand, most of the data applied during the digital mapping rely on formerly developed maps, on aerial or spatial photography, on field survey and on the results of the laboratory measurement. Among the areas of application of the geographic information systems in soil erosion researches, we mention the slope category mapping, slope exposure mapping, soil profile mapping, slope sections, a watershed, volume calculation, etc. The data assigned to the objects displayed on the digital maps are anytime changeable. Erosion mapping developed with geo-informatics methods will provide help in measuring the scale of the recent erosion processes. Both, the traditional erosion mapping and the one made with the help of the geographic information systems, demand professional preparedness and in most of the cases interdisciplinary communication between sciences. Keywords: morphometry, soil erosion modelling, Geographic Information System, Digital Elevation Model 77

78 ÖSSZEHASONLÍTÓ VÍZRAJZI ELEMZÉSEK A TÖRTÉNETI KATONAI TÉRKÉPEK ALAPJÁN A KOPPÁNY-PATAK EGY SZAKASZÁNAK REHABILITÁCIÓJÁHOZ GELENCSÉR GÉZA 1, FAZEKAS MELINDA 2, CENTERI CSABA 2, VONA MÁRTON 3, DEMÉNY KRISZTINA 4 1 Koppányvölgyi Vidékfejlesztési Közhasznú Egyesület 7285-Törökkoppány, Kossuth L. u villasalvia@gmail.com 2 Szent István Egyetem, MKK, KTI, Természetvédelmi és Tájökológiai Tanszék 2103-Gödöllı, Páter K. u melinda.fazekas@gmail.com 3 Vízügyi és Környezetvédelmi Központi Igazgatóság 1012 Budapest, Márvány u. 1/d D/108. sz. 4 Budapesti Mőszaki Fıiskola, Rejtı Sándor Könnyőipari és Környezetmérnöki Kar Környezetmérnöki Intézet, 1034 Budapest, Doberdó út 6. demeny.krisztina@rkk.bmf.hu Összefoglalás A tájváltozás jelentıs szerepet játszott a Somogy megyei Koppány-patak völgyében, ahol valaha nagykiterjedéső vízborítás jellemezte a területet. A lápokat és a mocsarakat azóta szinte teljes mértékben felszámolták, és csak kisebb foltokban maradtak fenn. Munkánk során elsıdleges célunk a tájváltozás bemutatása és tanulmányozása volt az I III. katonai felmérések, valamint az EOV térkép szelvényei alapján, különös tekintettel a vizes élıhelyekre. Az eredeti térképlapok digitalizált változatának felhasználásával a vizsgált terület felszínborításának térinformatikai adatbázisát készítettük el, valamint elemeztük a tájhasználat változását a XVIII. század végétıl a XX. század végéig. Az elkészült térképek összevetésével megvizsgáltuk a vizes térségek felszínborításának, valamint a környék erdıinek változásait az eltelt két évszázad során. A szakirodalmi áttekintés folyamán információkat győjtöttünk Magyarország vízrajzának változásáról, a Koppány-völgy természetföldrajzáról, a vizes élıhelyek adottságairól, valamint a feldolgozott térképek jellemzıirıl, végül a tájváltozással foglalkozó kutatásokról. Vizsgálataink során a térinformatika eszközeinek segítségével, ArcView szoftver használatával a három katonai felmérés és az EOV térkép alapján elkészítettük a vizsgált terület digitális térképeit és a hozzájuk tartozó adatbázisokat. Az elkészült térképek összevetésével a vizes élıhelyek területváltozását követtük nyomon annak érdekében, hogy hol találhatóak azok a területrészek, melyeket régen víz járt át. A késıbbi élıhely rehabilitáció során ezeket figyelembe kell venni. Következı feladatunk az erdıterületek kiterjedésének mérése volt. Ennek oka a Natura 2000 Program során védelem alá helyezett területek jelenléte a vizsgált területen, illetve környékén. A térképek összevetésébıl megkaptuk azokat az erdıfoltokat, melyek mintegy 220 éve léteznek, ezzel magas természeti értéket hordozva. A vizsgálati eredményeink az I III. katonai felmérés, valamint az EOV térkép felszínborításának elemzése során azt mutatták, hogy a területen egyre fogynak az értékes vizes, valamint erdei élıhelyek a szántóföldi mővelés drasztikus térhódításának nyomán. Az erdık kiterjedésének vizsgálata kiderítette, hogy melyek a legalább két évszázados erdırészletek, és hogy ezek mekkora hányada áll természetvédelmi oltalom alatt, valamint hogy, milyen irányba lenne érdemes bıvíteni a védelmet. Vizsgálati eredményeink alapján a valaha nagy kiterjedéső, a táj arculatát meghatározó vizes élıhelyek rehabilitációját tartottuk fontosnak. Ezen élıhelyek menedéket nyújtanak a védett és ritka fajoknak, a folyóvizek árterei védelmi funkciót látnak el, továbbá jelentıs a vidék tájképi értéke is. A biológiai diverzitás növelését és a turizmus fellendülését egyaránt szolgálná a természetes ártéri, mocsaras élıhelyek visszaalakítása és védelme a Koppány és az ıt tápláló patakok mentén, fıként a nagyüzemi szántóföldi gazdálkodás érdekében korábban lecsapolt, szabályozott, mővelésre kevésbé alkalmas részeken. Kulcsszavak: katonai térképek, vízrajz, vizes élıhely, rehabilitáció 78

79 Bevezetés A honfoglalás idején a mai Magyarország területének egynegyede idıszakosan, vagy állandóan vízzel borított terület volt árterek, lápok, és mocsarak vízfolyásokkal összekötött szövevényes hálózatát alkotva. Állandóan víz alatt állt a Balaton környéke és a Kapos-Sió- Sárvíz völgye is. Ezek az év nagy részében vízzel borított völgytalpak és állóvizek lehetıséget nyújtottak a halász-vadász-pákász életmódhoz, mely még a XIX. században is számottevı volt (Somogyi, 1997). A vízinövényeket is különbözı módon használták fel, a réteket legelıként, kaszálóként hasznosították, az ártéri ligeterdıkbıl pedig épület- és tőzifát szereztek (Lábadi, 2006). Az árvizek viszonylag lassan vonultak le, így nem romboltak, amit az is segített, hogy nagy volt a lefolyás késleltetése a vízgyőjtık magasabb erdısült térszínein is. A kisebb eséső folyószakaszokon pedig az ártéri galériaerdı védte a partokat az eróziótól. Az ártérre kilépı víz feltöltötte a holtágakat, morotvákat, és a parti szőréső vízkészleteket dúsítva enyhe árvízi csúccsal távozott (Rádai, 1997). Az erdıterületek fogyása miatt az ártéri területek tározó, lefolyást késleltetı szerepe nagyban csökkent, emiatt emelkedett az árvizek szintje és megindult a lejtıs területek eróziója (Gournellos et al., 2004, Szilassi et al., 2010), mely a mai napig komoly gondot okoz hazánkban (Somogyi, 1997). Az eróziós károk jelenléte különösen igaz a vizsgált területre. A XX. század folyamán a kisvízfolyások jelentıs részét kiegyenesítették, betonágyba terelték (Somogyi, 1997). Nem történt ez másképp a Koppány-patakkal sem, immár trapézmederbe szorítva folyik. Hóolvadás, vagy a nyári esızések idején gyakran kilép mesterséges medrébıl, vízzel árasztva el a környezı szántóföldeket. A vizsgált terület a Tabi Kistérség Koppány-völgyet érintı része, vagyis a Somogyacsa, Gerézdpuszta, Somogydöröcske, Kára, Szorosad és Törökkoppány községek által határolt terület. Ezen a vidéken valaha lápok és mocsarak terültek el, melyeket mára szinte teljes mértékben felszámoltak, és csak kisebb foltokban maradtak fenn. A vizes élıhelyek nagy jelentıséggel bírnak, számos védett növény- és állatfajnak adnak menedéket, de tájképi és kultúrtörténeti értékük sem elhanyagolható. Számos kutató foglalkozott tájtörténeti kutatással, a táj változásának vizsgálatával. Ehhez többen használtak fel történelmi és újabb kori térképeket, és eredményeiket térinformatikai szoftverek segítségével elemezték. Lóki József és Szabó Gergely a távérzékelési lehetıségeket használták ki az erdıterületek változásának kimutatásában. Mintaterületnek a Nagyág vízgyőjtı területét választották a Felsı-Tisza vidékén. Tanulmányukban a mőholdas távérzékelési módszer alkalmazásának lehetıségét mutatták be az erdıterületek változásának elemzésére. Az erdıterületek felmérésére az 1990 és 2000 nyarán készült Landsat felvételeket választották. A mintaterületet terepbejárással tanulmányozták, meghatározták a vegetáció-kategóriákat, továbbá 46 azonosítási pontot mértek be GPS-szel. Ezeket a mérési eredményeket használták fel az őrfelvételek UTM/WGS84 vetületi rendszerbe való illesztéséhez. A terület domborzati jellemzıit a szintvonalak digitalizálása után ArcView szoftverrel készített domborzatmodellen tanulmányozták. Az őrfelvételek interpretálását, továbbá a tematikus térképeket IDRISI és ERDAS szoftverekben készítették el (Lóki és Szabó, 2006). Biró Marianna és munkatársai a Duna-Tisza közi táj változását vizsgálták az 1780-as évektıl napjainkig Fülöpházán. Kutatásuknak kettıs célja volt: egyrészt megvizsgálni a történeti térképek kvantitatív összehasonlításának lehetıségeit, másrészt esettanulmányt készíteni a Kiskunság egy reprezentatív területének elmúlt 200 éves táj- és élıhelyátalakulásáról. A Kiskunságra jellemzı jelenlegi folyamatok elızményei a térképek segítségével jól rekonstruálhatók voltak. Munkálataik során a történeti katonai térképeket digitalizálták a fenti területre, majd retrospektív élıhelytérképeket készítettek. Ezután közös jelkulcsot készítettek a jelenlegi és a rekonstruált térképekhez. Az élıhelytérképek 79

80 összemetszésével elemezték a táj változásait és különbözı statisztikákat számítottak belıle (Bíró et al., 2006). Zentai Kinga az ırségi tájhasználat ismeretében a különbözı korú erdık fajkészletének összevetését végezte. Az erdıborítottság folytonosságát az I. katonai felmérést követıen a II. katonai felmérésen, a III. katonai felmérésen, az 1940-es katonai térképen, valamint mai erdészeti térképen erdıként ábrázolt területek alapján térinformatikai módszerek segítségével vizsgálta. Az adatokat elemezve megállapításokat vont le a módszerre, valamint az erdık fajkészletének és folytonosságának összefüggésére vonatkozóan (Zentai, 2006). Nagy Dezsı a történeti felszínborítást rekonstruálta az Aggteleki Nemzeti Park területén. Kutatásai során új módszert dolgozott ki arra, hogy a különbözı történeti térképek topográfiailag közvetlenül összevethetık legyenek egymással és a mai térképekkel. Ennek segítségével georeferálta az Aggteleki Nemzeti Park térségét bemutató I., II. és III. katonai felmérések térképlapjait, valamint bevonta a vizsgálatba az utóbbi 60 év katonai térképeit is. Saját módszert dolgozott ki a történeti térképek földhasználati és felszínborítási információinak interpretálására. Ennek segítségével elkészítette az Aggteleki Nemzeti Park területének és környezetének történeti felszínborítási térképeit. Ezek mellett feldolgozta az aktuális állapotokat bemutató élıhely és felszínborítási térképeket is. A történeti felszínborítási térképeket statisztikai módszerekkel értékelte. A földhasználat és a felszínborítás változását részletesen bemutatta egy Jósvafı és egy Aggtelek környéki mintaterületen (Nagy, 2006). Keveiné Bárány Ilona és munkatársai a kiskunsági Kolon-tó környékkén végeztek tájtörténeti kutatásokat. Ehhez felhasználták az I. és a III. katonai felmérések térképszelvényeit, illetve légifotókat és mőholdképeket a közelmúltból. A XVIII. és XIX. század második felérıl, az 1975-ös, illetve a 2000-es állapotról ArcView 3.2 térinformatikai szoftver segítségével térképeket készítettek. Az egyes foltok területének kiszámítása is a program segítségével történt, s így készült statisztikai összesítés az egyes idısorok feldolgozása után. A legújabb idısorok feldolgozásánál az 1: es léptékő országos CORINE Felszínborítási Projekt nómenklatúrájának 1999-es verzióját használták a foltok elkülönítésére (Keveiné Bárány et al., 2004). Anyag és módszer A Koppány-patak völgye Külsı-Somogyban helyezkedik el, amely a Dunántúlidombság nagytáj része. A tájat északról a Balaton, keletrıl a Sió-csatorna, délrıl a Kapos folyó völgye, nyugatról pedig Belsı-Somogy hordalékkúpja határolja (Barczi, 2000). A középtájat három kistáj alkotja, az általam vizsgált terület Kelet-Külsı-Somogy része (1. ábra), mely többségében Somogy és kis részben Tolna megyében fekszik. Természetvédelmi szempontból a Duna-Dráva Nemzeti Park kezelésébe tartozik. A kistáj a Balatoni-medence Kıröshegy Siófok közötti parti síkjától délre Somogygeszti Pincehely vonaláig terjed, nyugati határa Kıröshegy Bonnya vonalában, keleti széle a Sió Alsó-Kapos vonalában húzható meg. Legnagyobb része ÉK DNY-i irányban egymás mögött sorakozó dombok, és a Balatonnal közel párhuzamos völgyek együttese. A domborzat élénken tagolt, a dombhátak tengerszint feletti magassága átlagosan méter. Közös jellemzıjük, hogy észak felé meredeken szakadnak le a völgyekbe, dél felé viszont lankás lejtıket alkotnak, aszimmetrikus képet mutatva. A környék ökológiai adottságai kedvezıek (Marosi és Somogyi, 1990). A táj mérsékelten meleg és mérsékelten csapadékos. Az évi átlagos csapadékösszeg mm között mozog, ebbıl a tenyészidıszakban mm esı hullik. Az átlagos évi középhımérséklet 10 C, a tenyészidıszaké 17 C. A napsütéses órák száma 2000 körüli. Leggyakrabban ÉNy felıl fúj a szél, de jelentıs a DNy-i szél aránya is. A hıigényes és hosszú 80

81 tenyészidejő szántóföldi és kertészeti kultúrnövények számára kedvezı az éghajlat (Marosi és Somogyi, 1990). Jelmagyarázat: országhatár nagyobb folyók, tavak Kelet-Külsı-Somogy vizsgált terület É NY K D Kilométer 1. ábra: A vizsgált terület elhelyezkedése Magyarországon (Fazekas, 2010) Figure 1. Situation of the examined area in Hungary (Fazekas, 2010) A somogyi dombokról lefutó patakok vizét a Jaba, a Kis-Koppány, a Koppány, illetve a Kapos vízfolyásai vezetik be a Sióba. A talajvíz mennyisége csekély, a dombok mentén m mélységben található, a völgyekben csupán 2-4 m mélyen, több helyen nitrátosodás jelenik meg (Barczi, 2000). Kelet-Külsı-Somogy vizei ÉNy felıl (Séd, Endrédi-, Balatonszéplaki-árok) a Balatonba, ÉK-rıl (Jaba, Kis-Koppány) a Sióba, déli irányból a Koppányon át a Kaposba folynak. A vízháztartás mérsékelten veszteséges, nagy vízhozam- és vízszintkülönbségekkel. A Koppány-patak 63,6 km hosszan kanyarog a tájban, vízgyőjtıje 737,5 km 2 kiterjedéső (2. ábra). Jelmagyarázat: Koppány-patak vízgyőjtıje vizsgált terület települések Tabi kistérség Koppány-patak mellékvizek É NY K D Kilométer 2. ábra: A vizsgált terület elhelyezkedése a Koppány vízgyőjtıjén (Fazekas, 2010) Figure 2. Situation of the examined area on the Koppány Watershed (Fazekas, 2010) A Koppány mellékpatakjai általában gyér vizőek, idıszakosan ki is száradnak, csapadékos periódus alatt azonban nagy mennyiségő vizet szállítanak. A vízminıség 81

82 többnyire II. osztályú (jó), de kisvízkor a települések alatt szennyezettebb lehet. A Koppánypatak bal partján sőrő a völgyhálózat, ehhez képest az árterület kiterjedése nem nagy. A 45 km 2 -bıl 2,4 km 2 (5%) belterületre, 6,6 km 2 (15%) szántóföldre, 1,5 km 2 (3%) erdıterületre, a többi 34,5 km 2 (77%) pedig rét- és legelıterületre esik. A kistáj állóvizeinek többsége halastó, az általam vizsgált területen a Gerézdi-tavak szintén ebbe a kategóriába tartoznak. Artézi kutak nagy számban vannak a környéken, de vízhozamuk nem jelentıs. A kistáj 52 települése közül kevesebb, mint a felének (23) van közmőves vízellátása. Csatornahálózatot csupán Tabon és Tamásiban létesítettek (Marosi és Somogyi, 1990). A kutatásban az ArcView 3.2. programmal feldolgozott térképek: I. Katonai Felmérés: 09-23, 09-24, és számú szelvények, M=1:28.800, DVD- ROM, Arcanum Adatbázis Kiadó. II. Katonai Felmérés: XXVII. 58, XXVII. 59, XXVIII. 58, és XXVIII. 59 számú szelvények, M=1:28.800, DVD-ROM, Arcanum Adatbázis Kiadó. III. Katonai Felmérés: XVII. 19. és XVIII. 19. számú szelvények, M=1:75.000, DVD- ROM, Arcanum Adatbázis Kiadó. EOV térkép: , , , , , , , , és számú szelvények, M=1:10.000, Földmérési és Távérzékelési Intézet. Eredmények A vizes területek változása az I. és a II. katonai felmérés között Az elsı katonai felmérésen több mint 1000 hektárt borítanak különbözı vizes élıhelyek. Ezek helyén a II. katonai felmérés idejében már nem találunk olyan jelentıs mértékő vízborítást (3. ábra). Az összterület majdnem felét gyepek foglalják el. Ennek oka valószínősíthetıen a lecsapolások megkezdése, a vizenyıs területek mezıgazdasági használatba vétele. A terület kevesebb, mint 1/3 részén maradt meg az eredeti felszínborítás (1. táblázat), nagyrészt vizenyıs foltok formájában. Jelmagyarázat: vizsgált terület határa vizes élıhelyek az I. katonai felmérés idején Felszínborítás a II. katonai felmérés idején: vizenyıs terület település erdı gyep kert, gyümölcsös szılı szántó mocsár tó É NY K D Kilométer 3. ábra: A vizes területek változása az I. és a II. katonai felmérés között Figure 3. Change of water surfaces between the first and second military survey Megfigyelhetı, hogy már a XIX. században is szántóföldi mővelésbe kezdtek a patak mentén. A települések, és velük együtt a gyümölcsöskertek is terjeszkedtek a vízfolyások 82

83 irányába. Érdekesség, hogy a terület több mint 10 %-át erdıfoltok borítják. Ez történhetett természetes szukcesszió, vagy szárazodás, esetleg melioráció következtében. A Koppányba futó patakok kevéssé fedik egymást a két korszak között. Felszínborítás Terület (ha) Terület (%) Felszínborítás Terület (ha) Terület (%) Vizenyıs terület 304,93 28,46% Szılı 7,21 0,67% Település 10,93 1,02% Szántó 43,91 4,10% Erdı 126,47 11,81% Mocsár 35,03 3,27% Gyep 516,53 48,22% Tó 3,39 0,32% Kert, gyümölcsös 22,85 2,13% Összesen 1071,25 100% 1. táblázat: A vizes területek változása az I. és a II. katonai felmérés között Table 1. Change of water surfaces between the first and second military survey A térképen megfigyelhetjük, hogy az eredetileg széles, kanyargós medrek szőkebbé váltak az eltelt évek során. A vizes területek változása a II. és a III. katonai felmérés között A következı térképen (4. ábra) jól látszik, hogy a két felvételezés között eltelt idıszakban nem változott sokat a vízfolyások, és árterek helyzete. Az összes vízborítás közel 2/3 részét, 460 hektárt (2. táblázat) kiterjedt, összefüggı mocsárvidék borítja. A második katonai felmérés vizei 80%-ban ott helyezkedtek el, mint a következı térképen. Ez lehetett egy kiegyensúlyozottabb klíma eredménye, ami nem okozott drasztikus aszályokat és áradásokat, ellentétben például a napjainkban tapasztalható idıjárással. Jelmagyarázat: vizsgált terület határa vizes élıhelyek a II. katonai felmérés idején Felszínborítás a III. katonai felmérés idején: vizenyıs terület település erdı gyep szılı, gyümölcsös mocsár tó É NY K D Kilométer 4. ábra: A vizes területek változása a II. és a III. katonai felmérés között Figure 4. Change of water surfaces between the second and third military surveys Természetesen pontosabbá váltak a térképezése használt eszközök és számítások is, ez abból is látszik, hogy a Koppány mellékvizei közel ugyanott helyezkednek el a két térképen. A vizes élıhelyek nagy kiterjedése miatt kevésbé feltőnı, de a táblázatból kiderül, hogy a gyepterületek tovább terjeszkedtek a patakmeder felé, további 15 %-kal csökkentve a vizes élıhelyek méretét. Jól látható viszont, hogy a falvak tovább gyarapodtak az elızı korszak óta eltelt idıben, és a vizenyıs térségek egy részén, újabb házak épültek. 83

84 Felszínborítás Terület (ha) Terület (%) Vizenyıs terület 113,98 15,67 Település 29,18 4,01 Erdı 12,61 1,73 Gyep 112,44 15,46 Szılı, gyümölcsös 0,00 0,00 Mocsár 459,20 63,13 Tó 0,00 0,00 Összesen 727, táblázat: A vizes területek változása a II. és a III. katonai felmérés között Table 2. Change of water surfaces between the second and third military survey Érdekes adat, hogy a harmadik katonai felmérés idején jelzett néhány kis tó, amelyek a térség ÉNy-i részén találhatóak, nem az eredeti vizes élıhelyeken létesült, legalábbis a két térkép metszetén nem jelennek meg. A vizes területek változása a III. katonai felmérés és az EOV térkép között Az utóbbi száz évben óriási változáson ment át a Koppány-völgy a felszínborítás szempontjából (5. ábra). A vizes élıhelyek csak nyomokban maradtak fönn, legnagyobb vízfelületet a Gerézdi horgásztavaknál találjuk. Az egyenes betonárokba terelt Koppány szinte az elızı korszakban elterülı vizes térség közepében fut, és a befolyó vizei is részben követik régi medrüket. Az újonnan megjelenı mocsári növényzet kategória adja a száz évvel ezelıtti és jelenlegi vizes élıhelyek metszetének legnagyobb részét, ami a 4 %-ot sem éri el. (3. táblázat). Törökkoppánytól délre lelhetı fel az egyetlen megmaradt mocsár, ami csak fele részben fekszik az elızı térképezés során vízzel borított tájon. Ezen élıhelyfoltok megırzése fontos feladat, mert visszaalakításuk viszonylag kevés nehézség árán oldható meg, és jó eséllyel ırizek védett értékeket. Jelmagyarázat: vizsgált terület határa vizes élıhelyek a III. katonai felmérés idején Jelenlegi felszínborítás: patak település erdı gyep kert, gyümölcsös szılı szántó mocsári növényzet mocsár tó É NY K D Kilométer 5. ábra: A vizes területek változása a III. katonai felmérés és az EOV térkép között Figure 5. Change of water surfaces between the third military survey and the Unified National Map Nem meglepı, hogy a vizes térségek helyét legnagyobbrészt a szántóföldek foglalják el. Ezek szinte végighúzódnak a Koppány mentén, sok helyen a meder közvetlen közelében, a 84

85 vízminıséget veszélyeztetve a mőtrágyák és egyéb vegyszerek potenciális bemosódásának, valamint a pufferzóna hiányának következtében. Néhány erdırészletet is láthatunk a régebben vizenyıs, mocsaras vidékeken, ezek a természetvédelmi szempontból értéktelen, egykorú, egy magasságú, kis fajgazdagságú ültetett erdık. A gyepek is tovább terjeszkedtek az elızı korokhoz képest, újabb 20 %-ot elbirtokolva a vízborítás elıl. A községek már alig terjeszkedtek a patakok irányába, leginkább a vizsgált terület nyugati szélén elhelyezkedı Somogyacsa házai épültek a Koppány felé. Felszínborítás Terület (ha) Terület (%) Felszínborítás Terület (ha) Terület (%) Patak 28,03 3,62 Szántó 498,75 64,34 Település 7,56 0,98 Mocsári növényzet 30,18 3,89 Erdı 49,49 6,38 Mocsár 1,45 0,19 Gyep 149,49 19,28 Tó 3,93 0,51 Kert, gyümölcsös 5,76 0,74 Összesen 775, Szılı 0,54 0,07 3. táblázat: A vizes területek változása a III. katonai felmérés és az EOV térkép között Table 3. Change of water surfaces between the third military survey and the Unified National Map A Koppányba folyó vizek többnyire követik az eredeti medrüket, kivéve a Kára felıl érkezı Zicsi-patak. Ennek természetes medrében jelenleg szántóföldi gazdálkodást folytatnak. A Koppány szabályozott medre is részben ott fut, ahol régen, ezért véleményem szerint van esély a meder természetesebbé alakítása után a spontán regenerációra bizonyos részeken. Ha összevetjük a patak mai vonalát a 200 évvel korábbival (6. ábra), látható, hogy mennyire megváltozott a Koppányt tápláló vízfolyások száma, iránya és esése. Jelmagyarázat: vizsgált terület határa Kára vízfolyások az I. katonai felmérés idején jelenlegi vízfolyások települések Somogyacsa Gerézdpuszta Szorosad Törökkoppány Somogydöröcske É NY K D Kilométer 6. ábra: Vízfolyások az I. katonai felmérés idején és a jelenkorban Figure 6. Rivers and creeks on the first military survey and nowadays Érdekes, hogy a déli oldalon eredetileg rövidebbek voltak a mellékvizek, mint ma. Ennek oka az lehet, hogy a dombokon húzódó, nagy kiterjedéső erdık alatt lévı, gyökerekkel átszıtt talaj sokáig magában tudta tartani a lehullott csapadékot, ami lassan szivárogva, csak a völgytalpaknál állt össze folyóvízzé. 85

86 Az erdıterületek csökkenésének következtében nem volt elegendı növeényzet, hogy magában tartsa a csapadékot. Felgyorsult és egyenesebbé vált a víz lefolyása a dombtetıkrıl. Ezáltal megnıtt az energiája, így sok helyen lehordta a humuszos felsı talajréteget, erodált felszínt hozva létre. A térkép segítségével, terepbejárások alkalmával érdemes lenne megpróbálni felkutatni a mellékvizek eredeti medrét, és a jövıben ezek környékén kezdhetı meg a völgy vizes élıhelyeinek rehabilitációja. Az erdıterületek vizsgálata A vizsgált környék nagy részben lefedi a Törökkoppányi erdık SCI (Különleges Természetmegırzési Terület) elnevezéső, Natura 2000 Programban részt vevı, 2168 hektáros területet (7. ábra). Jellemzı erdıtársulásai a pannon molyhos tölgyesek 5 %-ban, az illír bükk-erdık 15 %-ban, az illír gyertyános-tölgyesek 35 %-ban és a pannon cseres-tölgyesek 25 %-ban. Itt élı jelölıfaj a szarvasbogár (http 1). Jelmagyarázat: Kára vizsgált terület határa Koppány-patak és fıbb mellékvizei települések állandó erdıfoltok Natura 2000 területek Somogyacsa Gerézdpuszta Szorosad Törökkoppány Natura 2000 területek forrása: KvVM Somogydöröcske É NY K D Kilométer 7. ábra: Az állandó erdıfoltok elhelyezkedése Figure 7. Situation of the continuous forest cover A Koppány-völgy közelében is vannak hasonló védettséget élvezı területek. Törökkoppánytól kelet felé haladva, Koppányszántónál található Koppány-menti rétek SCI, amelynek jelölıfajai a ritka és fokozottan védett vidra, valamint a tarajos gıte, a mocsári teknıs illetve a vöröshasú unka. A 322 hektáron mészkedvelı üde láp- és sásrétek, enyves éger és magas kıris alkotta ligeterdık, valamint sík- és dombvidéki kaszálórétek lelhetık fel (http 2). Somogyacsától nyugatra terül el a közel 2630 hektárt felölelı Mocsoládi-erdı SCI, melynek értékes patak menti élıhelyei többek között az enyves éger és magas kıris alkotta, valamint a keményfás ligeterdık. Ezen a környéken is megtalálható a vidra, továbbá a piszedenevér (http 3). Mivel a Koppány-patak vonalán bizonyítottan élnek vidrák a kutatási térségtıl mind keletre, mind pedig nyugatra, kétségtelen hogy ezen a vidéken is átvonulnak ezek az állatok. Ezt alátámasztja az a személyes tapasztalat, hogy 2009 ıszén, a féléves szakmai gyakorlatomon tett terepbejárások során magam is találkoztam egy vidrával a Somogydöröcske és Szorosad közti folyószakaszon, egy növényzettel sőrőbben benıtt, feliszapolódott, lassabb folyású, így természetes állapothoz közelebb álló tájékon. 86

87 A fenti térképen látható, hogy az itt elhelyezkedı Natura 2000 terület nem terjed ki a patakmederre. A védett állat- és növényfajok túlélése szempontjából viszont nagyon célszerő lenne, ha egy védettséget élvezı, káros környezeti hatásoktól mentes ökológiai folyosó nyílna a Somogyacsa és Törökkoppány közötti szakaszon, összeköttetést teremtve a másik két védett terület között. A térképen megjelenített állandó erdıfoltok már az elsı katonai felmérés korában, az 1700-as évek végén is jelen voltak és az utána következı térképezések alkalmával is erdık borították a felszínt a jelölt részeken. Ennek alapján valószínősíthetjük, hogy ezek az erdıfoltok legalább 220 évesek, feltéve, hogy nem vágták ki, majd telepítették újra a fákat két egymást követı felmérés között. Bizonyos, hogy ezek az erdırészletek természeti értéket képviselnek és védelemre szorulnak. Ezért vetettem össze, hogy a vizsgált körzetben fekvı Natura 2000 által védett Törökkoppányi erdık mennyire fedik ezeket az ısi erdırészleteket, melyeknek összterülete 1254,5 ha (4.táblázat). Lenti táblázatból kiolvasható, hogy a négy elemzett térképen elterülı erdıségek hány százalékát teszik ki ezek az állandó foltok. Megállapítható, hogy az elsı katonai felmérés erdıinek közel 2/3-át kiirtották, az eredeti borításnak kevesebb, mint 40 %-a maradt fenn napjainkig. A szántóterületek térhódítását látva még ez is pozitív eredményként értelmezhetı. Terület (ha) Terület (%) I. katonai felmérés 3242,51 38,69 II. katonai felmérés 2765,11 45,37 III. katonai felmérés 2308,93 54,33 EOV térkép 2343,37 53,53 Állandó erdıfoltok 1254,50-4. táblázat: Az erdıfoltok aránya a vizsgált térképeken Table 4. Percentage of the forest covers on the examined maps Azt is megfigyelhetjük, hogy a második felmérés idején az erdık majdnem fele túlélte a kitermelést, és mővelési ág váltást. Ez a tendencia tovább folytatódott a 3. katonai térképezés idején, miszerint az 1800-as évek végén itt álló fás térségek több mint 50 %-a maradt hasonló felszínborítású mind a mai napig. Az állandó erdıfoltok nagyrészt a védett területen találhatók, több mint 1000 hektár áll természeti oltalom alatt. A Törökkoppányi erdıkbıl 1620,4 ha esik a vizsgálati körzet határain belül, amelybıl 1002,4 hektáron az ısi erdıket találjuk. Akadnak azonban olyan foltok, melyeket nem óvja a Program, érdemes lenne kiterjeszteni a védelmet irányukba is. Megvitatás A kutatási területen általánosságban megállapítható, hogy szők a Koppány-patak számára biztosított víztér és a legtöbb helyen nincs zonáció hiányzik, vagy jelentısen degradált a vízszőrésre alkalmas növényzet. Több helyütt közvetlenül a folyópart melletti sávot is intenzív módon hasznosítják, emiatt a víz tározására nem áll rendelkezésre elegendı tér. Ezeken a területeken javasolt pufferzónák kialakítása a szántóföldek és a parti sáv határán. Ha a jövıben sikerülne visszaalakítani és védelem alá helyezni néhány vizes élıhelyfoltot, akkor ezek, valamint az intenzív mővelés alatt álló termıföldek határán is szükséges nádassal, cserje- és fasorokkal ellátott védelmi zónákat létrehozni. Ez megakadályozná a vegyszerekkel, mőtrágyamaradványokkal szennyezett hordalék bejutását az élıvizekbe. A Koppány-völgyben fakadó források környékét is érdemes rehabilitálni, hiszen az ilyen helyeken megoldott a folyamatos vízutánpótlás és a természetes vízmozgás. A néhány 87

88 megmaradt mocsári növényzettel, zsurlóval, sással, náddal borított területen érdemes lenne akár kisebb nyílt vízfelülettel is rendelkezı vizes élıhelyek létrehozása. A meredek domboldalakon található erdıterületek bıvítése lenne szükséges elegyes fajú és korú, lehetıleg ıshonos fajokra alapozott állományok kialakításával. A sok helyütt még ma is alkalmazott tarvágás felváltása szálaló mővelésmódra segíteni a talaj és a vízminıség megırzését. Azokon a domboldalakon, ahol helytelenül lejtıirányban folyik az intenzív gazdálkodás, ezzel talajpusztulást okozva, a szintvonalas mővelés bevezetése lenne célszerő. A megvizsgált térképek alapján több mint két évszázad óta állandó erdıborítás alatt álló, a Natura 2000 Programból kimaradt, minden bizonnyal értékes erdei élıhelyekre ki lehetne terjeszteni a természetvédelmi oltalmat. Irodalom Barczi, A. 2000: Magyarország tájai: Külsı-Somogy. Környezetvédelmi és Környezetgazdálkodási Felsıoktatásért Alapítvány, Gödöllı, p. Biró, M., Horváth, F., Papp, O., Molnár, Zs. (2006): Tájváltozás vizsgálata az 1780-as évektıl napjainkig a Duna-Tisza közi hátság egy reprezentatív területén, Fülöpházán. In: II. Magyar Tájökológia Konf. Elıadások és poszterek összefoglalóinak kötete. Debreceni Egyetem Tájvédelmi és Környezetföldrajzi Tanszék, Debrecen, 108. p. Fazekas, M. 2010: Adatok a vizesélıhely-rehabilitációhoz a Koppány-patak völgyében. Diplomadolgozat, Szent István Egyetem, KTI, p. 56 Gournellos, Th., Evelpidou, N., Vassilopoulos, A. 2004: Developing an Erosion risk map using soft computing methods (case study at Sifnos island). Natural Hazards, 31(1): Lábadi, K. 2006: Kárpát-medencei tájgazdálkodási hagyományok: Ártéri gazdálkodás. SZIE MKK, Gödöllı, p., 37. p. Lóki, J., Szabó, G. 2006: Távérzékelési lehetıségek az erdıterületek változásának kimutatásában, különös tekintettel a Felsı-Tisza-vidékre. In: Csorba P., Fazekas I. (2008): Tájkutatás tájökológia. Meridián Kiadó, Debrecen, p. Marosi, S., Somogyi, S. 1990: Magyarország kistájainak katasztere II. MTA Földrajztudományi Kutató Intézet, Budapest Nagy, D. 2006: A történeti felszínborítás rekonstrukciója az Aggteleki Nemzeti Park területén. In: II. Magyar Tájökológia Konf. Elıadások és poszterek összefoglalóinak kötete. Debreceni Egyetem Tájvédelmi és Környezetföldrajzi Tanszék, Debrecen, 107. p. Rádai, Ö. 1997: A tájképi sokféleség és hidrográfia; a vízszabályozás, felszínalatti víz termelés összefüggései. In: Füleki Gy. (1997): A táj változásai a Honfoglalás óta a Kárpát medencében. Gödöllıi Agrártudományi Egyetem MSZKI, Gödöllı, 75. p. Somogyi, S. 1997: Hazánk vízrajza a honfoglalás idején és változásainak tájrajzi vonatkozásai. In: Füleki Gy. (1997): A táj változásai a Honfoglalás óta a Kárpát medencében. Gödöllıi Agrártudományi Egyetem MSZKI, Gödöllı, p. Szilassi P., Jordan, Gy., Kovács, F., Van Rompaey A., Van Dessel W Investigating the link between soil quality and agricultural land use change. A case study in the lake Balaton catchment, Hungary. Carpathian Journal of Earth and Environmental Sciences, 5(2): Zentai, K. 2006: İrségi erdık fajkészletének elemzése történeti koruk alapján. In: II. Magyar Tájökológia Konferencia Elıadások és poszterek összefoglalóinak kötete. Debreceni Egyetem Tájvédelmi és Környezetföldrajzi Tanszék, Debrecen, 89. p. http 1: ( ) http 2: ( ) http 3: ( ) 88

89 Abstract COMPARATORY HIDROLOGICAL ANALYSIS OF HISTORICAL MILITARY SURVEYS FOR THE REHABILITATION OF THE KOPPÁNY CREEK GÉZA GELENCSÉR 1, MELINDA FAZEKAS 2, CSABA CENTERI 2, MÁRTON VONA 3, KRISZTINA DEMÉNY 4 1 Koppányvölgyi Vidékfejlesztési Közhasznú Egyesület 7285-Törökkoppány, Kossuth L. u villasalvia@gmail.com 2 Szent István University, Fact. of Agricultural and Environmental Sciences, Inst. of Environmental and Landscape Management, Dept. of Nature Cons. and Landscape Ecology 2103-Gödöllı, Páter K. u melinda.fazekas@gmail.com 3 Central Directorate for Water and Environment 1012 Budapest, Márvány u. 1/d D/108. sz., vona.marton@vkki.hu 4 Budapest Tech Rejtı Sándor Faculty of Light Industry and Environmental Protection Engineering 1034 Budapest, Doberdó út 6. demeny.krisztina@rkk.bmf.hu Landscape change played an important role in the Koppány Creek Valley in Somogy County, Hungary. Once, the area was characterized by large areas covered by water. Peaty and swampy areas were almost totally altered, dried up they remained intact only in smaller spots. During our research we wish to introduce the first three military surveys and the Unified National Map with special regards on water surfaces. The digitalization of the original scanned maps made it possible to prepare the digital database of the water surfaces and to analyse the land use change from the end of the 18 th century until the end of the 20 th century. With the comparison of the prepared maps, surface cover change on the area of forests and water surface were analysed during the examined two centuries. During the examination of the relevant literature information on hydrological change of Hungary, on natural geography of the Koppány Valley, on geographical features of wetlands, on characteristics of the analysed maps and finally, on the researches related to landscape change. During the examination ArcView softwer was used to prepare the digitized version of the military surveys and the Unified National Map and the related database. The comparison of the prepared digitized maps focused on the water affected areas in order to outline areas where water was on the surface in ancient times ( years ago). During the later habitat rehabilitation these areas can be considered to re-alter to their former state. The next task was the measurement of the forested areas. The very reason of doing such an analysis is the presence of Natura 2000 sites on the area. The comparison of the maps made it possible to outline the spots where there were forests in the last 220 years thus they carry high natural values. Results showed that valuable wetlands and forests were tremendously decreased because of the increase of arable land. The examination of the forested areas showed where the spots of continuous forests were in the examined two centuries, how many of these are protected by nature conservation law and where would it be favourable to enlarge these protected areas. Based on the results we call attention on the importance on the rehabilitation of the former wetlands that characterize the face of the landscape. These habitats provide refuge for rare and protected species, floodplains provide protection functions, and furthermore it is important as landscape value. The reintroduction, rehabilitation and protection of natural flooded and swampy areas would equally serve the increase of biodiversity and also tourism along the Koppány and its connecting streams, especially on those areas dried up for intensive farming that is less favourable for that purpose. Keywords: military surveys, hydrology, wetland, rehabilitation 89

90 A FELSZÍNI RÉTEGERÓZIÓ ÉS A BARÁZDÁS ERÓZIÓ ÁTMENETÉT SZIMULÁLÓ MODELL KALIBRÁLÁSA ÉS PARAMÉTEREZÉSE HAUSNER CSABA Pannon Egyetem, Georgikon Kar, Növénytermesztési és Kertészeti Tudományok Doktori Iskola, H-8360 Keszthely, Deák F. u hausnercs@gmail.com Összefoglalás A Föld népességének növekedésével a népesség élelmiszer-, üzemanyag-, és energiaigénye is lényegesen magasabb lett. A megnövekedett igények kielégítésére világszerte egyre több földterületet vonnak mővelésbe, így mind a nagyvilágban, mind Magyarországon egyre több lejtıs területen folyik gazdálkodás. Hazánk ugyan nem hegyvidéki terület, de területének nagy része (Dunántúl, Északi Középhegység) dombos vagy lejtıs ezért a probléma nálunk is erıteljesen jelentkezik. A lejtıs területeken való gazdálkodás esetén minden esetben számolni kell a vízerózió veszélyével, aminek erıssége a lejtı tulajdonságaitól (meredekség, hossz, talajtípus, növényborítottság) nagymértékben függ. A kutatások eredményeként pontos információink vannak a vízerózióról és az azt befolyásoló tényezıkrıl egyaránt, amelyek birtokában az erózióveszélyes területek kiszőrhetıek. A számítástechnika fejlıdésével és elterjedésével, valamint az erózióról rendelkezésre álló nagy mennyiségő információ ötvözésével azonban lehetıvé vált olyan modellek megalkotása, amelyek nem csupán az erózióveszély detektálására, hanem az erózió pontos helyének, fajtájának és mennyiségének a meghatározására is képesek figyelembe véve az eróziót befolyásoló összes tényezıt. A legtöbb modell pontatlansága abból ered, hogy nem tudják (vagy csak kis mértékben tudják) élethően modellezni a természetben nagy szerepet játszó véletlenszerőséget. Az ilyen komponenst is tartalmazó sztochasztikus modellektıl várhatjuk, hogy a valósággal leginkább korreláló eredményeket adnak. Munkám során egy, a tanszék megbízására kifejlesztett modell kalibrálásával és tesztelésével foglalkoztam, amely egy 10 m 2 -es kísérleti parcellát szimulál. A modellben az eróziót befolyásoló számszerősíthetı tényezık értéke változtatható, legfıbb újdonsága azonban az, hogy képes kezelni az eróziós folyamat során a felszín random egyenetlenségébıl fakadó véletlenszerőséget. Ezt a modellt több olyan kísérleti terület adataival futtattam, amelyekrıl az alapinformációkon kívül (pl.: lejtés, hossz, talajtípus, kitettség, növényborítottság, stb.) az eróziós kísérletek eredményeként a talajveszteségre és felszíni lefolyásra vonatkozó részletes adatok is rendelkezésemre álltak, amelyekkel a modellt kalibrálni lehetett. Az erózió egyértelmő paramétereinek a beállítása után (parcella hosszúság és szélesség) a beszivárgás idıbeli menetét leíró negatív exponenciális egyenlet segítségével kiszámítottam a modell három kulcsfontosságú paraméterét. A modellt az így kapott kiindulási adatokkal futtattam, majd a futtatás eredményeként kapott grafikont a terepi kísérlet grafikonjához hasonlítva megállapítottam az egyezést vagy eltérést az eredeti és a modellezett eredmények között. Többszörös iterációval közelítettem a modellt a valósághoz, amíg a kívánt egyezést el nem értem. A somogybabodi kísérletnél meg lehetett határozni azt az erodálhatósági szintet is, melynél a felszíni rétegerózió barázdás erózióba megy át. Ezen kívül vizsgáltam az egyes paraméterek hatását, valamint a lejtımeredekség és a csapadékintenzitás együttes hatását az erózióra, illetve azt a minimális csapadékmennyiséget, amely a felszíni lefolyás megindulásához szükséges. Az eredmények lehetıvé teszik a fizikai alapon nyugvó eróziós modellek finomítását és a gyakorlati talajvédelemhez is támpontokat adhatnak. Kulcsszavak: vízerózió, eróziós modell 90

91 Bevezetés Az vízerózió káros hatásai többé-kevésbé mindenki számára ismert jelenségek. Az ellene való védekezés, illetve a megelızés minden korban fontos mezıgazdasági probléma volt és ma is az. A klímaváltozás hatására napjainkban olyan idıjárási extremitások (szélsıségek) is elıfordulnak (pl.: váratlanul, rövid idı alatt hulló nagy mennyiségő csapadék), amelyek a vízerózió káros hatásait növelik (Kertész 2001). Sajnos ez a helyzet az elırejelzések szerint a jövıben sem fog változni sıt könnyen elıfordulhat, hogy még szélsıségesebbre fordul idıjárásunk (Varga-Haszonits et al., 2006). Az erózió elleni védekezés és az eróziókutatás tehát napjainkban egyre inkább elıtérbe kerül. A jelen kutatóinak olyan eszközöket kell kifejleszteniük, amelyekkel nem csak a már kialakult eróziós kárképek alapján tudunk védekezni az erózió ellen, hanem elıre is tudjuk jelezni, meg is tudjuk becsülni azt. Ily módon már a károk konkrét kialakulása elıtt tudjuk, hol fog jelentkezni veszélyes mértékő erózió, azaz lehetıség nyílik az idıben való védekezésre. Az erózió enyhébb formája a rétegerózió során csak a talaj egy vékony, felszíni rétege mozdul el néhány centiméterrel, de a nagyobb intenzitású és hosszan tartó esızések esetén a körülményektıl függıen (meredekebb lejtı, eróziónak kevésbé ellenálló talajtípus, növényzettel való borítottság hiánya) hosszabb-rövidebb idı alatt jelentkezhet az erózió súlyosabb formája, a barázdás erózió. A kettı közötti átmenet fontos indikátora lehetne az erózió erısségének (Favis-Mortlock, 1998; Kirkby et al., 1993). Szükség van tehát egy olyan eróziós modellre, amely élethően és megbízhatóan képes leírni és bemutatni azokat az eróziós formákat, amelyek egy adott területen lehetségesen kialakulhatnak és számszerősíteni a lehetséges talajveszteséget (Torri et al., 1999). Így tisztában lehetünk azokkal a paraméterekkel, körülményekkel, amelyek már veszélyesnek tekinthetık. A modell jó megalkotásán túl szükség van annak tesztelésére (kalibrálására), a teszteléshez pedig pontos és részletes kísérleti adatok kellenek. A modellfuttatás során kapott eredmények, így összehasonlíthatóak az eredeti értékekkel, amely alapján könnyen meghatározható a modell pontossága. A modell tulajdonságai és leírása Anyag és módszer A szimulálandó területet négyzet alakú cellákra osztjuk. Minden cellában van egy adott vízoszlop-magasságú vízmennyiség (térfogata a cella területének és a vízoszlopmagasságnak a szorzata). Szintén eltárolt adatok cellánként a vízmennyiség x és y irányú sebessége is. Ismerjük továbbá cellánként a terep tengerszint feletti magasságát, ami az átlagos lejtésbıl, és a véletlenszerő (random) egyenetlenség (Kirkby et al., 1993, Morgan et al., 1998a, de Roo et al., 1998, Torri et al., 1999) értékébıl adódik. A random egyenetlenség (érdesség) egyenletes eloszlással véletlenszerően kerül cellánként meghatározásra a [-2e, +2e] intervallumból, melyben e értéke a megadott átlagos érdesség. A cellában lévı víz a domborzati magasság értékeknek megfelelıen mozdul el valamelyik szomszéd cella irányába. Ha a víz új cellába érkezik, és ott már volt vízmennyiség, akkor azzal egyesül. Az egyesült víztömeg sebességét az impulzusmegmaradás törvénye alapján állapíthatjuk meg: m v + m v v új m + m =,

92 ahol m i, v i (i=1,2) a két egyesülı víztömeg mennyisége (vízoszlop-magasság, egyenesen arányos a tömeggel) és sebessége. Mivel az adott cellák területe egyenlı, a cellában lévı víz tömege egyenesen arányos a magasságával. Természetesen a fenti képletet külön x és y irányban is alkalmazni kell, sıt, akkor is, ha már az adott cellában lévı víztömeghez újabb érkezik fentrıl, az esızés során. Ha két vízmennyiség egymással szemben kíván elmozdulni, akkor az erısebb (nagyobb impulzusú) mozdul el és a gyengébbet magába olvasztja. Az egyesült víztömeg sebességét ekkor ugyancsak az impulzus-megmaradás törvénye segítségével kell meghatározni. Az egyes cellák víztömegének gyorsulását kell ezután meghatározni. A gyorsulást két erı, a gravitációs erı és a súrlódás hozza létre. A gyorsulás: x+ 1,y x 1,y ( a ) = g sin arctg S ( v ) x x,y h h h 2 x h x,y+ 1 x,y 1 ( ay ) = g sin arctg S ( vy ) x,y x, y 2 x x x,y ahol x a négyzet alakú cellák oldalhossza, h x,y pedig az (x, y) koordinátájú cella magassági adata, S a súrlódási együttható, (a x ) x,y, (a y ) x,y, (v x ) x,y, (v y ) x,y az (x, y) koordinátájú cellában az x és y koordináta-tengelyek irányába esı gyorsulások és sebességek. A víz a talaj egy részét mozgása közben magával ragadja (Engelund és Hansen 1972; Govers 1990). A tömeg az alábbi képletbıl számítható: m kimosott = Ev 2 m viz ahol E az eróziós együttható, mely meghatározza, hogy egységnyi víztömeg egységnyi sebességgel mennyi talajtömeget mos ki. E értékét talajtípusonként (a súrlódási együtthatóhoz hasonló módon) kisparcellás kísérletekkel kalibráljuk. A v a víz sebessége, m víz a víz tömege. A kimosott talaj helyén barázda képzıdik. A barázdát úgy tekintjük, hogy szélessége az elemi cella szélességének felel meg, ezért mélysége egyenesen arányos a cellából kimosott tömeggel. A barázdákban történı vízáramlást úgy modellezzük, hogy a domborzati mátrixban a barázdának megfelelıen módosítjuk az adatokat. Ez a megoldás automatikusan megvalósítja a barázdák legfontosabb áramlástani jellemzıit, pld. hogy a bele került víz csak bizonyos sebesség fölött tud kilépni a barázdából. A víz által felvett hordalék ismét lerakódhat a talajra. A lerakódás sebessége a Stokestörvény szerint: ρ gr v = 9η ahol ρ az üledék és a víz sőrőségének különbsége, g a nehézségi gyorsulás, r az üledék szemcséinek átlagos sugara, η a viszkozitás. Feltételeztük, hogy az üledék elkeveredik és egyenletesen oszlik el a vízben. Ezért az üledékszemcse átlagos kezdeti magassága a vízmennyiség (vízoszlop-magasság) fele. A fenti képletbıl meghatározzuk, hogy egy idılépés során a teljes vízoszlop-magasság mekkora arányát teszi meg az üledék és az üledéknek mekkora részaránya fog egy lépés során leülepedni. A leülepedett üledéket a következı lépésben a cellába érkezı víz felveheti, az eróziós modell szerint. 2 92

93 Ha az ülepedés barázdában történik, akkor a leülepedett mennyiséggel csökken annak a mélysége. Az ülepedés hatását ugyancsak a domborzati mátrix módosításával modellezzük. A víz bizonyos mennyisége a talajba szivárog. Az elnyelés sebessége (idıegység alatt elnyelt vízoszlop magassága) a talaj víznyelı képességétıl és a már elnyelt víz mennyiségétıl függ (Richards, 1931). Az elnyelt víz azonban tovább szivárog a talaj mélyebb rétegeibe. Ennek megfelelıen a talaj három jellemzıjére van szükség a szimulációhoz: a talaj kezdeti vízelnyelı képessége (K), az aktív réteg vízbefogadó kapacitása (C) és az egyensúlyi szivárgás sebessége (V). Az elnyelést a következı elsırendő inhomogén differenciálegyenlet modellezi: ( ) dh C e t = K dt C ( ) ( ) 5 de C e t e t = K V dt C C ahol h az elnyelt vízoszlop magassága, e az elnyelt, de még nem leszivárgott víz mennyisége, t az idı. Erre az egyenletre az Euler-módszert alkalmazva, egy lépés során elnyelt vízmennyiség: C h = C (n) (n+ 1) h K t (n) 5 (n+ 1) n (n+ 1) e e = e + h V t (n +1) (n) t = t + t C ahol a h (n) az n-edik lépésben elnyelt vízmennyiség, e (n) az n-edig lépésben kapott, elnyelt, de még nem leszivárgott víz, t (n) az n-edik lépésig eltelt idı, t az elemi idılépés idıtartama a valós idıskálán. Természetesen, ha a h (n) értéke nagyobb, mint az aktuális cellában található vízmennyiség, akkor csak a tényleges vízmennyiség nyelıdik el. A felszíni tározódás (Onstad, 1984) egyetlen adata a visszatartott vízmennyiség, ami cellánként véletlenszerően változik, azonban a felhasználó megadhatja az átlagos értéket. A tényleges érték egy cellában 0 és az átlagos érték kétszerese között egyenletes eloszlással változik. Addig, amíg a felszíni tározódás kapacitása meg nem telik, nincs vízáramlás, és a cellába érkezı víz a felszínen tározott vízmennyiséget növeli. A víz elnyelése a felszínen tározott vízmennyiség rovására történik, ha azonban ez kevés, akkor az áramló vízmennyiség is csökken az adott cellában. Az esıztetést az idıtartamok és intenzitások sorozatával adjuk meg. Az esıztetésben nem tételeztünk fel véletlenszerőséget. Az esıvíz a felszíni mozgását 0 m/s sebességgel kezdi meg, mert elıbb a felszíni kapacitás telik meg. Terepi kísérleti adatok Mesterséges esıztetéssel végzett eróziós kísérleteket végeztünk a Balaton vízgyőjtıjén 2000 és 2005 között négy helyszínen (1. ábra). A kísérleti helyek talajinak a fizikai félesége a kissé iszapos homok és a homokos agyag között változott, a kísérleti parcellák lejtése pedig 6 és 19 % között volt. A kísérleti módszertant egy Európai Uniós kutatási projekt keretében 93

94 fejlesztettük ki. A talajokat július-augusztus hónapokban magágy minıségben elmunkáltuk, három vagy négy 2x5 méteres (10 m 2 ) parcellát alakítottunk ki, és minden parcellán három vagy négy egymást követı öntözést végeztünk 60 mm.h -1 intenzitással. A lefolyást és az abban lévı lehordott talaj mennyiségét a lefolyás kezdeti, lassabb periódusában három-négy percenként, a gyorsabb periódusban percenként mértük a teljes lefolyt mennyiség felfogásával. A kísérleteket minden esetben a szántóföldi vízkapacitásig telített, elınedvesített talajon kezdtük meg és talajonként változóan percig végeztük, amíg úgy nem tapasztaltuk, hogy az egyensúly közeli állapot beállt (idıegységenként közel azonos mennyiségő volt a lefolyt víz). A kísérleti adatokból kiszámítottuk a 10 m 2 -es mikroparcellákról 25 perc alatt levitt összes talajmennyiséget mind a négy helyszínen. Az összes parcella utolsó öntözésének adatait vettük figyelembe, mert ekkor már a talaj eléggé megülepedett, és a parcellákról viszonylag egyöntető lefolyási képet kaptunk. 1. ábra Tagyon, Nagyhorváti, Nikla és Somogybabod kísérleti helyszínek a Balaton vízgyőjtıjén Figure 1. Experimental areas on the Balaton Watershed in Tagyon, Nagyhorváti, Nikla and Somogybabod Modellkalibrálás Az eróziós modell három paraméterét a terepi mérések adataira illesztett negatív exponenciális egyenletekbıl számítottuk ki (kezdeti víznyelés sebessége, egyensúlyi víznyelés sebessége, az aktív réteg víztározó kapacitása). A 2. ábrán bemutatjuk ennek a függvénynek a leegyszerősített általános alakját. Mivel a terepi méréseket több parcellán végeztük F-próbával igazoltuk, hogy ritka kivételtıl eltekintve a parcellák egy populációt képeztek, azaz a függvénykapcsolatok ugyanazok voltak a különbözı parcellákra a hibahatáron belül. Az egymást követı öntözésekben mért fajlagos lefolyás és eróziós adatokra illesztett függvények között F próbával vizsgáltuk meg, hogy statisztikailag egymással azonos, vagy eltérı függvényekkel állunk-e szemben. Ha az F-próba nem mutatott szignifikáns különbséget, akkor egy közös függvényt illesztettünk az adatokra (pl. Nagyhorvátiban a 3. és 4. öntözés függvényképe azonosnak bizonyult). Habár a számításokat minden egyes helyszín (Tagyon, Nagyhorváti, Somogybabod, Nikla) minden egyes 94

95 öntözésére vonatkozóan elvégeztük, a modell kalibrálásához csak az utolsó öntözések adatait használtuk fel. 1,2 1 0,8 függvényérték 0,6 0,4 0,2 A:1; B:1; k:1 A:1; B:1; k:0.1 A:1; B:2; k:0.1 A:1; B:2.5; k: ábra A modellezéshez felhasznált függvény [y = A - B*e -k*x ] viselkedése a paraméterek változása esetén Figure 2. Behaviour of the used equation [y = A - B*e -k*x ] with the change of parameters Más paramétereket a kísérleti körülményeknek megfelelıen állítottunk be (a csapadék intenzitása, lejtımeredekség, a parcella mérete), vagy önkényesen választottunk meg (egy szimulációs egység vagy pixel mérete) és a kalibrálás során ezeket nem változattuk. Egyes paraméterek értéke az általánosan ismert irodalmi adatok alapján becsülhetı volt (erodálódó, majd ülepedı részecskék mérete és térfogattömege). A további paraméterek értékeit sokszor megismételt modell futtatások (iterációk) és a modell illeszkedés vizsgálatok eredményei során állapítottuk meg. Minden egyes paraméter kombinációval 10 futtatást végeztünk és az eredményekbıl átlagot, mediánt és szórást számítottunk. A valós, terepi mérések esetében minden parcellán más-más eróziós értéket más-más idıpontban mértünk annak ellenére is, hogy az F-próbával végzett teszt a lefolyás képeket azonosnak mutatta. A modell futtatás és a terepi mérések összehasonlíthatósága érdekében a terepi mérések adatait is egész percekre interpoláltuk. Az így kapott g/m 2 /perc adatok kummulált átlagát vettük, majd átszámítottuk a könnyebben kezelhetı és szemléletesebb kg/parcella adatokká. Az így kapott terepi mérési adatokat, valamint a modell futtatása során nyert adatokat (átlag; átlag-szórás és átlag+szórás) összefoglaltam egy Excel táblában, majd az így kapott értékeket grafikonon ábrázoltam. A kapott grafikon látványosan szemlélteti az eredeti és a modellezett adatok hasonlóságát vagy eltérését. Az illeszkedés szorosságát számított r 2 érték segítségével fejezhetjük ki. Ha az így kapott r 2 értékek nem bizonyultak elég jónak, újabb iterációs lépések következtek, melynek során egy vagy több paraméter értékét növeltük, illetve csökkentettük kezdetben nagyobb, majd kisebb mértékben, és az így kapott eredményekbıl választottuk ki a legjobbat. Az iterációkat addig végeztük, amíg megfelelı eredményt (r 2 > 0,98) nem kaptunk. idı 95

96 A következıkben érzékenységvizsgálatokat végeztünk oly módon, hogy a kalibrált modell paramétereit plusz-mínusz 10 százalékkal változtattuk meg, és azt vizsgáltuk, hogy a 25 perc alatt összesen lehordott talaj mennyisége hogyan változik ennek hatására. Ebbe a vizsgálatba már a kalibrálás során állandó értéken tartott paramétereket is bevontuk (pixel méret, lejtıszög, esı intenzitása). Eredmények A valódi adatok birtokában kiszámítottuk a Nagyhorvátiban, Somogybabodon, Tagyonban és Niklán egy parcellára (10 m 2 ) vonatkozó 25 perc alatt levitt talaj mennyiségét kg-ban (1. táblázat). Település Lejtı meredeksége 25 perc alatt levitt talaj mennyisége (%) (kg/parcella) Nagyhorváti 7 2,10 Somogybabod 13 16,73 Tagyon 6 0,52 Nikla 18,5 3,06 1. táblázat Levitt talaj mennyisége (kg/parcella/25 perc) Table 1. Amount of soil loss (kg/parcel/15min) A terepi mérések átlagos fajlagos eróziós adatait a 3. ábra mutatja. Tagyon esetében a percenkénti talaj lehordás szórása nagyobb, mint a többi esetben. Somogybabod és Nikla esetében a lefolyás megindulása a különbözı parcellákon nem olyan egyöntető, mint a másik két helyszínen, így az elsı két méréshez rendelt idıbeli szórás értékek (vízszintes vonalak) nagyobbak. Erózió NAGYHORVÁTI Erózió SOMOGYBABOD Levitt hordalék (g/m 2 /perc) mérési pont idıbeli szórása 2. mérési pont idıbeli szórása Átlag Levitt hordalék (g/m 2 /perc) mérési pont idıbeli szórása 2. mérési pont idıbeli szórása Átlag 2 Átlag-szórás Átlag+szórás 20 Átlag-szórás Átlag+szórás Idı (perc) Idı (perc) 6 Erózió TAGYON 25 Erózió NIKLA Levitt hordalék (g/m 2 /perc) mérési pont idıbeli szórása Átlag Átlag-szórás Átlag+szórás Idı (perc) Levitt hordalék (g/m 2 /perc) Idı (perc) 1. mérési pont idıbeli szórása 2. mérési pont idıbeli szórása 3. ábra Terepi eróziós mérések adatai - Nagyhorváti (NH), Somogybabod (SB), Tagyon és Nikla Figure 3. Data of field erosion measurements - Nagyhorváti (NH), Somogybabod (SB), Tagyon és Nikla, Hungary Átlag Átlag-szórás Átlag+szórás 96

97 A modell kalibráció elsı lépésként lefolyás adatokra illesztett negatív exponenciális egyenletek paramétereit számítottuk ki. Ezek a paraméterek az egyensúlyi víznyelı képesség [(1 lefolyás maximum értékei)*60], a kezdeti víznyelıképesség [1 lefolyás minimum értékei)*60)], valamint az aktív réteg víztározó képessége [maximális lefolyás lefolyás adatok összege] adatok kiszámítására (2. táblázat). Megnevezés Tagyon Nagyhorváti Somogybabod Nikla Egyensúlyi víznyelés sebessége (szivárgás) (mm/óra = liter/m 2 /óra) 28,5 22,5 12,2 33,1 Kezdeti víznyelés sebessége (elnyelés) (mm/óra = liter/m 2 /óra) 86,1 81,2 110,9 90,7 Aktív réteg víztározó kapacitása (kapacitás) (mm/óra = liter/m 2 /óra) táblázat Elsı lépésben számított szivárgás, elnyelés és kapacitás adatok a négy kísérleti helyszínen Table 2. Seepage, infiltration and capacity data counted in the first step on the four experimental sites A tized perc pontossággal meglévı adatokat átszámítottuk egész perces adatokká, ezeket összeadtuk, majd a g/m 2 /perc adatokat kg/parcella adatokra váltottuk át. A paraméterek pontos beállítása érdekében végzett többszöri iteráció után a terepen mért és a modellezett adatok egyezését a 4. ábrán mutatjuk be. A kiinduló r 2 értékek: Nikla 0,9961; Tagyon 0,4019; Nagyhorváti 0,8889; Somogybabod 0,8331, míg az ábrán látható, a legjobb egyezést mutató futtatások esetében az r 2 értékek: Nikla 0,9981; Tagyon 0,9933; Nagyhorváti 0,9807; Somogybabod 0,9974 (4. ábra). Eredeti és modellezett értékek viszonya NIKLA (legjobb) Eredeti és modellezett értékek viszonya TAGYON (legjobb) Modell levitt hordalék (kg/parcella) Futtatás16 1:1 arány Modell levitt hordalék (kg/parcella) Futtatás62 1:1 arány Terepi mérés levitt hordalék (kg/parcella) Terepi mérés levitt hordalék (kg/parcella) Eredeti és modellezett értékek viszonya NAGYHORVÁTI (legjobb) Eredeti és modellezett értékek viszonya SOMOGYBABOD (legjobb) Modell levitt hordalék (kg/parcella) Terepi mérés levitt hordalék (kg/parcella) Futtatás18 1:1 arány Modell levitt hordalék (kg/parcella) Terepi mérés levitt hordalék (kg/parcella) 4. ábra Nikla, Tagyon, Nagyhorváti és Somogybabod legjobb r 2 értékeit adó futtatások Figure 4. Best model runs for r 2 values in Nikla, Tagyon, Nagyhorváti and Somogybabod Futtatás23 1:1 arány 97

98 A legjobb r 2 értéket adó paraméterkombinációk láthatóak kísérleti helyszínenkénti bontásban a 3. táblázatban. Megnevezés Nikla Tagyon Nagyhorváti Somogybabod Kezdeti víznyelés sebessége (elnyelés) (mm/h) Aktív réteg víztározó kapacitása (kapacitás) (mm) Egyensúlyi víznyelés sebessége (szivárgás (mm/h)) Eróziós együttható (1/m) Maximális szállítás (g/l) Súrlódás (1/s) Szemcseméret (mm) Sőrőség (g/cm 3 ) Érdesség (mm) Felszíni kapacitás (mm) táblázat Nikla, Tagyon, Nagyhorváti, Somogybabod legjobb r 2 értéket adó paraméterei Table 3. Best model runs for r 2 values in Nikla, Tagyon, Nagyhorváti and Somogybabod A kalibráció eredménye alapján elmondható, hogy a modellt sikerült a valós viszonyokhoz illeszteni. A terepi mérések során Somogybabodon figyeltünk meg erıs barázdaképzıdést, a másik három helyszínen nem. A kalibrált eróziós együttható Somogybabodon közel háromszorosa az utána következı eróziós együtthatónak (Nikla), és több mint húszszor akkora, mint a legkisebb érték a tagyoni talajnál. Ez a különbség magyarázatul szolgálhat a barázdaképzıdésre, amit a modell ténylegesen is kimutatott. A gyengébb felszíni rétegerózió tehát a 200 körüli eróziós együttható értékeknél már bizonyosan átfordulhat az erısebb, barázdás erózió formába. Paraméter Hatás Kapacitás 3,24% Elnyelés 3,38% Felszíni kapacitás 8,60% Lejtés 8,68% Érdesség 9,44% Sőrőség 9,61% Max. szállítás 9,65% Szemcseméret 9,66% Szivárgás 10,53% Súrlódás 10,60% Eróziós eh. 17,08% Cellaméret 17,45% Parcella szélesség 19,83% Parcella hosszúság 32,35% Esı intenzitása 37,28% 4. táblázat A talajeróziót befolyásoló tényezık erısségük szerint Table 4. Erosion influencing factors by their strength 98

99 A kísérleti helyszínek adataival elvégzett érzékenység vizsgálat eredményei a 4. táblázatban láthatóak. A kiinduló paraméterek 20 százalékos változtatása (plusz mínusz 10 %) az eredmény változóra (25 perces kumulált talajveszteség) igen eltérı hatással van. Az esıintenzitás és parcella hosszúság hatása igen nagy, rendre 37 és 32 %. A parcella szélesség változtatására és a cellaméretre/eróziós együtthatóra is érzékenynek mondható a modell, míg a többi paraméterre kevésbé érzékeny. Érdekesség, hogy a lejtı is ezen utóbbiak között van. Ennek a magyarázata, hogy a plusz mínusz 10 % lejtımeredekség változástól valóban nem várhatunk jelentıs különbséget (pl. 9 és 11 százalékos lejtık esetén). A lejtımeredekség és a csapadék (öntözés) értékek együttes változtatásával azok együttes hatását vizsgáltuk a levitt hordalékra vonatkozóan. Ezek együttes hatását a modell futtatása során kapott grafikus lefolyáskép elemzésével határoztuk meg oly módon, hogy megvizsgáltuk melyik az a lejtımeredekségi érték, amelynél a felszíni rétegerózió barázdás erózióba megy át. Az 5. táblázatban a 60 mm/h csapadékmennyiség melletti értékek láthatóak. A dılt betővel megjelölt értékek esetében jelent meg barázdás erózió. Lejtı meredekség Átlagos levitt hordalék Medián (%) (kg/parcella) (kg/parcella) Szórás 2 nincs lefolyás nincs lefolyás nincs lefolyás 4 0,958 1,013 0, ,406 3,711 1, ,532 7,380 1, ,133 14,579 1, ,234 17,397 1, ,980 17,375 1, ,681 18,269 1, ,207 16,358 1, ,979 16,885 1, ,271 17,316 1, ,678 16,515 0, táblázat Az erózió mértéke és a barázdás erózió kialakulása (dılt) 60 mm/h csapadékintenzitás esetén Table 5. Amount of soil loss and appearance of rill erosion (italic) during a 60 mm/h intensity A következı lépésben arra a kérdésre kerestük a választ, hogy melyik az a minimális csapadékmennyiség, amely mellett megindul a felszíni lefolyás. A csapadékesemény idıtartamát minden esetben úgy határoztuk meg, hogy a talajfelszínre egy óra alatt hulló összes csapadék mennyisége ne haladja meg a 40 mm-t. Az 5 és 10 %-os lejtın történı mérések esetében a lefolyás kezdetét percben a 6-7. táblázatban láthatjuk. 99

100 Lejtı 10% Esı intenzitás (mm/h) Hányadik percben indult meg a lefolyás? 2 nincs lefolyás táblázat Lefolyás kezdete 10%-os lejtı esetén Table 6. Start of runoff (minute) on a 10% slope Lejtı 5% Esı intenzitás (mm/h) Hányadik percben indult meg a lefolyás? 2 nincs lefolyás táblázat Lefolyás kezdete 5%-os lejtı esetén Table 7. Start of runoff (minute) on a 5 % slope Az eredmény: meredekebb lejtı esetén azonos esıintenzitás mellett hamarabb indult meg a lefolyás Megvitatás A fent bemutatott modell újdonságát az adja, hogy képes kezelni a valós eróziós események során is felmerülı, abban lényeges szerepet játszó véletlenszerőséget. A modell kalibrálása során kiszámítottuk a talajok három fontos vízgazdálkodási paraméterét (kezdeti víznyelés sebessége, egyensúlyi víznyelés sebessége, aktív réteg víztározó kapacitása), valamint az egyes helyszíneken 25 perc alatt levitt talajmennyiséget. A terepi és a modellezett adatokból iterációk segítségével kiszámítottuk az erózió több fontos, eddig ismeretlen paraméterét. A modell paramétereinek plusz mínusz 10 százalékos intervallumban történı változtatásával pontos képet kaptunk az egyes paraméterek erózióra gyakorolt hatásáról. A lejtı meredekség és az esıintenzitás értékek változtatása során meredekebb lejtı esetén 100

101 azonos esıintenzitás értékek mellett hamarabb indult meg a lefolyás, ami a modell korrektségét bizonyítja. A modellfuttatások során a modell tesztelésével és kalibrálásával olyan információkat is nyertünk a kísérleti területekrıl, amelyeket nem, vagy csak hosszadalmas kísérletek során lehetett volna meghatározni szabadföldi körülmények között. A modell tehát számszerősítve (nagy pontossággal) jeleníti meg azokat az információkat, amelyek mellett a felszíni rétegeróziót nagy valószínőséggel barázdás erózió váltja fel, azaz jelentısebb mértékő eróziós károkra számíthatunk. Ez lényegesen megnövelheti az erózió elleni védekezés hatékonyságát. Köszönetnyilvánítás Ezúton szeretnék köszönetet mondani témavezetımnek Dr. Sisák Istvánnak szakdolgozatom megírásához nyújtott jelentıs szakmai segítségeiért. Irodalom Engelund, F.; Hansen, E A monograph on sediment transport in alluvial streams, 3rd Ed., Technical Press, Copenhagen, Denmark. Favis-Mortlock, D.T. 1998: A self-organising dynamic systems approach to the simulation of rill initiation and development on hillslopes. Computers and Geosciences 24(4), Govers, G. 1990: Empirical relationships on the transporting capacity of overland flow. International Association of Hydrological Sciences Publications Kertész, Á. 2001: A globális klímaváltozás természetföldrajza. Bp. Holnap Kiadó. 144 p. Kirkby, M.J., Baird, A.J., Lockwood, J.G., McMahon, M.D., Mitchell, P.J., Shao, J., Sheehy, J.E., Thornes J.B. and Woodward, F.I. 1993: MEDALUS Project A1: Physically based process models: Final report In: J B Thornes (Ed): MEDALUS I final report Morgan R.P.C., J.N. Quinton, R.E. Smith, G. Govers, J. W. A. Poesen, K. Auerswald, G. Chisci, D. Torri, M. E. Styczen, A. J. V. Folly (1998a): The European soil erosion model (EUROSEM): documentation and user guide. Silsoe College, Cranfield University Onstad, C.A. 1984: Depressional storage on tilled soil surfaces, Trans. ASAE Richards, L. A. 1931: Capillary Conduction of Liquids through Process Mediums, Physical Vol 1, pp de Roo A., V. Jetten, C. Wesseling, C. Ritsema (1998). LISEM: A physically-based hydrologic and soil erosion catchment model. In Boardman, J. and Favis-Mortlock, D. (eds), Modelling soil erosion by water. NATO-ASI Series, Ser I. Global environmental change; Vol 55. Springer-Verlag. Berlin p Torri D., Regues Munoz D., Pellegrini S., Bazzoffi P Within-Storm Soil Surface Dynamics and Erosive Effects of Rainstorms, Catena, 32, 8, Varga-Haszonits, Z.; Varga, Z.; Lantos, Zs.; Enzsölné, G. E.; Milics, G. 2006: Az éghajlati változékonyság és az agroökoszisztémák. Mosonmagyaróvár, 410 p. 101

102 Abstract CALIBRATION AND PARAMETERIZATION OF A MODEL SIMULATING TRANSITION BETWEEN SHEET AND RILL EROSION CSABA HAUSNER University of Pannonia, Georgikon Faculty, Doctoral School of Plant Production and Horticulture H-8360 Keszthely, Deák F. str hausnercs@gmail.com The food, fuel and energy need have been growing together with the growth of the human population. The area under cultivation has been increasing as well to satisfy increasing demand on agricultural raw material and food. Hungary is not mountainous area but the great part of it is hilly or sloping, therefore the problem of erosion is a serious issue. If cultivating slopes one has to always count on the danger of water erosion depending on the steepness, length, soil type, plant cover etc. We have designed experiments and a physically based plotscale erosion model to derive accurate information on water erosion and its components. By applying the model, we could determine conditions which threatens with dangerous erosion (rill formation). With help of computer models, it becomes possible to determine location, type and quantity of erosion and to consider all the influencing factors. The main weakness of the existing models that they cannot (realistically) model the random processes which play very important role in the nature. Stochastic models with random components can produce results which better correlate with the reality. In my work, I calibrated and tested a model which simulates a 10 m 2 experimental plot. The factors which influence the erosion can be modified but its main novelty is that it is able to handle the random surface roughness. I ran this model with the data of four field experiments. All the necessary data were available for the experiments: slope angle, length, soil type, exposure, crop cover, soil loss, surface runoff etc and these data were used to calibrate the model. First, I calculated the initial infiltration, equilibrium infiltration and the water holding capacity of the active layer by using a negative exponential equation which describes the infiltration. I ran the model with the calculated data and compared the resulting curve with the real measures (field experiment data). The model output and real data were aligned in several iteration steps. The erodibility level where the sheet erosion turns into rill erosion could be determined for the Somogybabod site. I have tested the sensitivity of the model by altering parameters of the calibrated model by plus and minus 10 %. I also tested the joint impact of slope steepness and rain intensity on the initiation of rill erosion and the minimal rain quantity to produce runoff. The results can help to the refine physically based erosion models and may help to plan practical soil protection. Keywords: water erosion, erosion model 102

103 A RHEINLAND-PFALZI SARJERDİK KULTÚRTÖRTÉNETE, SZEREPÜK A TERMÉSZETVÉDELEMBEN ÉS A HELYI TURIZMUSBAN HELFRICH TÍMEA Albert-Ludwigs-Universität, Institut für Landespflege D Freiburg, Tennenbacher Str. 4, timea.helfrich@landespflege.uni-freiburg.de Összefoglalás A 19. sz. végéig a rheinland-pfalzi tájképet nagy kiterjedéső, összefüggı sarjerdık jellemezték. A sarjerdıszerő üzemmód során a fákat kis parcellákban, (max. 40) éves vágásfordulókban tarra vágják, miközben az újulat nem magról, hanem vegetatív úton gyökér-, illetve tısarjról szaporodik. Keletkezésükre több teória is létezik, de a mai napig megválaszolatlan maradt a kérdés, hogy a vizsgált térségben mely népcsoport vezette be elıször ezt a gazdálkodási formát. A rómaiak minden kétséget kizárva sarjerdıként kezelték tölgyerdeiket a bırgyártáshoz szükséges alapanyag, a csersav elıállításához. Mindamellett találtak arra utaló jeleket is, hogy tılük korábban, már a kelták is használták ezt a rövid vágásfordulójú technikát. Sarjerdınek kizárólag a lombos fák alkalmasak, a tőlevelő fafajok nem. Mivel minden fának más a sarjadó képessége, így nem mindegyik reagál jól a hosszútávú fokozott igénybevételre. Nagyon jól sarjadnak a gyertyán, a gesztenye, a hárs, a mogyoró, illetve a juhar fajok, közepesen a tölgyek, a nyír, a vadgyümölcs és a berkenyefajok, kevésbé jól, illetve nehezen a bükk. Ezen erdımővelési mód a 19. század végéig nagy hagyománnyal rendelkezett a térségben, majd a megváltozott gazdasági viszonyok miatt a legtöbb helyen felhagyásra kényszerültek a sarjerdıként használt területek. Mára szálaló erdıket, illetve éve nem használt túlkoros sarjerdıket találunk a helyükön. Egyes fafajok összehasonlítva más erdıgazdálkodási üzemmóddal-, a sarjerdıknek köszönhetik fennmaradásukat a kedvezı fény- és hıháztartási viszonyok miatt. Ilyenek pl. a barkócaberkenye (Sorbus torminalis) és a házi berkenye (Sorbus domestica L.). Az imént említett fajok száma azonban jelentısen lecsökkent, becslések szerint a házi berkenye jelenlegi állományszáma 4000 és 6000 közé tehetı Németországban. A rövid vágásforduló feladásának köszönhetıen, a fajgazdag elegyes erdık nagy részét a sötét szálaló erdık váltották fel. A növényfajokon kívül egyes állatcsoportok is profitáltak a sarjerdık kedvezı ökológiai viszonyaiból, ilyenek pl. a nappali pillangók, kétéltőek, néhány madárfaj és kisebb emlısök. A császármadár (Bonasa bonasia) az eurázsiai tajga jellegzetes madara, de a középeurópai sarjerdıkben is viszonylag kedvezı élıhelyre talált, melynek következtében itt is stabil populációkat sikerült létrehoznia. A sarjerdık felhagyásával, élettere megszőnésével a császármadár egyedszáma drasztikusan lecsökkent, melynek köszönhetıen mára a legtöbb európai ország Vörös Listáján megtalálható. A sarjerdık természetvédelmi értékei mellett a kultúrtörténeti, illetve a gazdasági potenciáljuk sem elhanyagolható. Manapság egyre nagyobb igény mutatkozik a megújuló energiaforrások iránt, így a sarjerdıkbıl származó nyersanyagnak ez az egyik lehetséges használati formája. A biomassza energetikai hasznosításához (hı- és villamosenergia formájában) több helyi erımő telepítése is folyamatban van. Másik lehetséges alternatíva a túlkoros erdık kezelésére a középerdıszerő gazdálkodási módra történı átállás, mely a tőzifa mellett értékes faipari alapanyagot, vagyis hengeres fát is biztosít. A fent felsorol tulajdonságok mellett a sarjerdık fennmaradása nemcsak természetvédelmi szempontból lényeges, hanem ezen kívül fontos kultúrtörténeti értékkel is bír. Muzeális jelentıségük vitathatatlan, hiszen egy olyan régi erdıhasználati forma emlékeit ırzik, melyet ma már aktívan nem őznek. A sarjerdık egyik fı elterjedési területe a Közép-Rajna vidék, mely 2002 óta az UNESCO Világörökség része. A cím 103

104 elnyerése az utóbbi években jelentısen hozzájárult a helyi turizmus fellendüléséhez. Tekintettel arra, hogy világos lombos erdıkrıl van szó, így a tavaszi-nyári virágpompa, valamint az ıszi lombozat színkavalkádja esztétikai szempontból is páratlan élményt nyújt a természet kedvelıinek. Éppen ezért a sarjerdık olyan kiaknázatlan turisztikai potenciált is magukba rejtenek, mely egy új idegenforgalmi koncepcióba könnyen bevonható (szabadtéri múzeum, tanösvény stb.). Lokális szinten a sarjerdıszerő üzemmód feltámasztása, ahol a gazdasági szempontok valamilyen okból nem játszhatnak elsıdleges szerepet (pl. erózióvédelem), tovább segíthetné e kultúrtörténeti érték megırzését. A projekt fı célkitőzése, megoldást találni az egykori felhagyott sarjerdıterületek használatára Rheinland-Pfalzban, figyelembe véve a gazdasági, a társadalmi, valamint az ökológiai szempontokat is. Kulcsszavak: biodiverzitás, kultúrtörténet, sarjerdık, természetvédelem, turizmus Bevezetés A rheinland-pfalzi sarjerdık kultúrtörténetének, természetvédelmi értékeinek vizsgálata, valamit turisztikai potenciáljuk feltárása egy három éves projekt Schutz und Nutzung: Ein Raum-Zeit-Konzept für die multifunktionale Entwicklung der Stockausschlagswälder in Rheinland-Pfalz részei. A projekt célja megoldást találni az egykori sarjerdık kezelésére, mely az erdımővelési, erdıtechnikai és gazdasági szempontok mellett a természetvédelmi célokat is kiemelt figyelemben részesíti. A munkaterv elıkészítése 2006-ban indult, a vizsgálatok 2008 augusztusában kezdıdtek el négy intézet: Waldbau-Institut, Institut für Forstbenutzung und Forstliche Arbeitswissenschaft, Institut für Landespflege (Albert-Ludwigs-Universität, Freiburg), valamit egy helyi kutatóintézet: Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft (Trippstadt/Rheinland-Pfalz) együttmőködésével. A projekt megvalósulásához a Deutsche Bundesstiftung Umwelt nyújt anyagi támogatást. Anyag és módszer A sarjerdık kultúrtörténetének feltárása legnagyobb részt irodalmi forrásokon alapul. Régi térképek, kéziratok tanulmányozására is sor került, valamint néhány személyes elbeszélgetésre a kor szemtanúival, melyek mind fontos adatokkal szolgálnak a történeti elemzéshez. A sarjerdık természetvédelmi értékeinek feltárása a mintaterületek kijelölésével indult. A cél olyan reprezentatív erdırészletek kiválasztása, melyek segítségével a Rheinland- Pfalzban elıforduló fı sarjerdı-típusokról megfelelı áttekintés kapható. A különbözı sarjerdı-formák elkülönítése irodalmi forrásokon és a témában jártas szakemberekkel folytatott interjúkon alapszik. A vizsgálatokhoz 14 erdırészlet kiválasztása történt meg. A gesztenyés sarjerdık nagyobb kiterjedéssel a Pfälzerwald-ban fordulnak elı. Mivel ez a tájegység a vizsgált régión kívül esik, így ehhez a sarjerdı-formához mintaterület kijelölése nem történt. A vizsgált mintaterületek nagysága 500 m 2, ill. a törmeléklejtı-szurdokerdı esetében 1000 m 2. A kijelölt területek 4 erdészeti hivatal hatásköre alá tartoznak: Nastätten, Lahstein, Cochem és Baumholder (1. ábra). A felmérések 3 szinten történnek: az elsı szinten a fák foglalnak helyet, a második szintet az erdırészletek jelentik, míg a harmadik szintet maga a táj képviseli. Az elsı szinten a fák sarjadó képességének vizsgálata történik. A cél a különbözı fafajok sarjadó-képességének mennyiségi és minıségbeli különbségeinek megjelenítése grafikai módszerekkel. A második szinten az erdırészletek struktúrájának felvételére (IUFRO-klasszifikáció) és vegetációfelmérésekre (tavaszi/nyári aspektus) kerül 104

105 sor. A struktúra elemzése során a következı paraméterek felvételezése történik: fafaj, kor, mellmagassági átmérı, magasság, sarjak száma, koronaosztály, ferde állású fák aránya, fák növekedési dinamikája, vitalitása, egészségi állapota és a területen elıforduló holtfaanyag mennyisége. A holtfaanyag vizsgálatakor a 4 cm feletti mellmagassági átmérıvel (álló holtfa), ill. a 4 cm feletti középátmérıvel (fekvı holtfa) rendelkezı fák felvételezése valósult meg. A fák magasságának mérése egy ultrahangos mérıeszköz, a VERTEX III segítségével történt. A fák vitalitása és növekedési dinamikája bonyolult labormérésekkel, vagy becslés alapján állapítható meg. Jelen esetben e két paraméter felvételezése az idı hiánya miatt becsléssel történt. A vegetáció összetételének elemzésére egy egyszerő fajlista összeállításával került sor, melyben a növények három kategóriában kerültek megkülönböztetésre: állományalkotó; gyakran elıforduló (>4 példány/500 m 2 ); illetve ritkán elıforduló (1-3 példány/500 m 2 ) növények. A táji lépték elemzése térinformatikai módszerekkel; légifotó-vizsgálattal és LIDAR (Light Detection and Ranging) adatok felhasználásával valósul meg. 1. ábra A mintaterületek elhelyezkedése Figure 1. The positions of the study sites A sarjerdık turisztikai potenciáljának feltárása a turisták véleményén (kérdıíves véleményfeltárás), valamint a helyi turizmus szervezésében gyakorlott szakértıkkel - turisztikai hivatalok vezetıivel, polgármesterekkel, természetvédelmi szakreferensekkel, erdészekkel- folytatott interjúkon alapszik. 105

106 Eredmények A sarjerdık története A sarjerdık egykoron az európai tájkép meghatározó elemei voltak. A mai Németország nyugati és déli tartományaiban (Rheinland-Pfalz, Saarland, Nordrhein- Westfalen, Baden-Württemberg, Bayern) nagy területő sarjerdık jellemezték a domb- és hegyvidéket. Az egyik legfontosabb elterjedési vidékük a Mosel és a Rajna folyók mentén található. Az egykor népszerő erdıhasználati forma nemcsak nagy területtel, hanem jelentıs kultúrtörténeti értékkel is bír (Ostermann, 2002; Milad et al., 2008; Pyttel et al., 2008). A használat során a lombos fákat rövid vágásfordulóban, kb év (max. 40 év) után tarra vágták (Bauer, 1979; Hasel, 1985; Balk, 2003; Lanuv, 2007), miközben az újulat gyökér-, illetve tısarjakról szaporodott. Bevezetésének idıpontjáról a mai napig folynak a viták. Biztosra mondható, hogy a rómaiak nem csak ismerték, hanem nagy területen alkalmazták is ezt az erdımővelési technikát. Mindamellett találtak arra utaló jeleket is, hogy tılük korábban, már a kelták számára is ismert volt a sarjerdıszerő üzemmód, hiszen a vaskohászat elterjedésével egyre nagyobb mennyiségő fára volt szükség. Ezeken kívül létezik olyan feltevés is, hogy még a kelták elıtt, egymástól függetlenül több vidéken is alkalmazták ezt a technikát. A sarjerdıknek többféle használati formája létezett. A legfontosabb többek között a tőzifanyerés, a faszén-elıállítás, az üveggyártáshoz szükséges hamuzsír elıállítás, a csersavnyerés és a lombalomgyőjtés. A bırgyártáshoz szükséges csersav elıállításához a fent említett folyók mentén a kocsánytalan tölgyet (Quercus petraea) használták (2. ábra). A 19. sz. közepén a legnagyobb haszonnal járó tevékenység volt a környéken. 2. ábra A tölgy kérgének lehántása (Forrás: Figure 2. Peeling the oak tree Ahol az erdı a természetes növénytakaró, ott mindig is hiány mutatkozott a gabona termesztéséhez szükséges jó minıségő termıföldbıl és legelıkbıl. Ennek köszönhetıen terjedt el az erdık mezıgazdasági közteshasználata és az erdei legeltetés. A mezıgazdasági 106

107 használatra csak rövid ideig volt lehetıség, mivel a friss tı-, ill. gyökérsarjak már 3-4 év után nagy mértékben akadályozták a földmővelést. A tarvágás után a fákat elszállították, a kisebb gallyakat helyben hagyták, majd a területet felégették. A visszamaradt hamu talajjavítóként szolgált. Az égetés után az elsı évben rozsot vagy zabot, a másodikban búzát, ritkábban burgonyát vagy herét vetettek (Manz, 1993; Kleinschmitt, 2007). Egy harmadik, ill. negyedik gazdálkodási évre már csak elvétve került sor. Miután a sarjak kellıképpen megerısödtek, következett a legeltetés, mely egészen addig tartott, amíg a fákat ismét ki nem vágták. E körforgás mintegy évet vett igénybe és az elmúlt évszázadok során több tucatszor megismétlıdött. A sarjerdık hanyatlásának kezdete a 19. végére sz. elejére tehetı. Ekkor jelent meg az európai piacokon a tengerentúlról származó olcsóbb cseranyag, a Querbracho, ill. késıbb a mesterséges csersavak. Innentıl kezdve a sarjerdık gazdaságtalanná váltak és egyre kisebb bevételre lehetett szert tenni velük. Utoljára az I. és a II. Világháborúk utáni szükségidıkben töltötték be ismét régi szerepüket, amikor a népesség nagy része gabona- és tőzifahiánytól szenvedett. A vasút elterjedése mely lehetıvé tette a kıszén nagy távolságra történı szállítását- szintén nagymértékben hozzájárult a sarjerdık mővelésének felhagyásához. A sarjerdık megszüntetésével a területek jelentıs hányadán a szálaló üzemmódra tértek át. Ez a váltás azonban hatalmas költséggel járt, így az átállás leginkább az állami, illetve közösségi tulajdonban lévı sarjerdıkben valósulhatott meg. A magántulajdonban lévı erdıkben ritkábban került erre sor. Ennek köszönhetıen mára Rheinland-Pfalz közel ha túlkoros sarjerdıvel rendelkezik (Milad et al., 2008). A sarjerdık természetvédelmi jelentısége A sarjerdık kialakulásában a természetes élıhelyi viszonyok mellett az emberi használat a legfontosabb tényezı. A vizsgálatok során a fafajösszetétel alapján 12 különbözı sarjerdı-típust (1. tábl.) lehetett elkülöníteni, melyekkel az összes Rheinland-Pfalzban elıforduló fıbb sarjerdı-formák leírhatók. A felsorolás a száraz termıhelyi viszonyok mellett elıforduló erdıktıl a kedvezıbb vízellátottságú termıhelyen tenyészı erdık felé halad. Az elsı nyolc forma valamint az enyves éger sarjerdık a rövid vágásfordulójú használatnak köszönhetik létrejöttüket. Sarjerdı-formák Rheinland-Pfalzban 1. - gesztenyés (Castanea sativa) sarjerdık 2. UF 2 fajgazdag kocsánytalan tölgyes sarjerdık francia juharral (Acer monspessulanum), házi berkenyével (Sorbus domestica), barkócaberkenyével (Sorbus torminalis), vadgyümölcsfajokkal valamint örökzöld puszpánggal (Buxus sempervirens) 3. UF 3 fajszegény kocsánytalan tölgyes sarjerdık savanyú talajokon (száraz termıhely) 4. UF 4 kocsánytalan tölgyes sarjerdık (mérsékelten száraz termıhely) 5. UF 5 kocsánytalan tölgyes sarjerdık puha selyemperjével (Holcus mollis) (mérsékelten száraz termıhely) 6. UF 6 kocsánytalan tölgyes-gyertyános sarjerdık barkócaberkenyével (Sorbus torminalis) (száraz termıhely) 7. UF 7 fajgazdag kocsánytalan tölgyes -gyertyános sarjerdık (mérsékelten száraz termıhely) 8. UF 8 bükkös (Fagus sylvatica) sarjerdık 9. UF 9 szurdok sarjerdık korai juharral (Acer platanoides), mezei juharral (Acer campestre), magas kırissel (Fraxinus excelsior), hegyi szillel (Ulmus glabra) és vadcseresznyével (Prunus avium) 10. UF 10 törmeléklejtı-szurdoksarjerdık kislevelő hárssal (Tilia cordata) 11. UF 11 mogyoró (Corylus avellana) sarjerdık 12. UF 12 enyves éger (Alnus glutinosa) sarjerdık 1. táblázat Sarjerdı-formák Rheinland-Pfalzban Table 1. Types of coppice forest in Rheinland-Pfalz 107

108 A szurdok, ill. törmeléklejtı-szurdoksarjerdık kialakulásánál a termıhelyi adottságok a meghatározóak. A mogyoró sarjerdık esetében természetes megjelenési formáról van szó, mivel a cserjék általában nagyon jól sarjadnak és több törzzsel rendelkeznek. Az erdırészletek struktúrájának elemzésekor meglehetısen jó képet kaphatunk a sarjerdık mai állapotáról, illetve a különbségekrıl a klasszikus szálaló erdıkhöz képest. A sarjerdık legszembetőnıbb jellegzetessége, hogy a fák a rendszeres vágásnak köszönhetıen gyakran több törzzsel rendelkeznek (3. ábra). A mintaterületeken a fák közel 60%-a rendelkezik min. 2, gyakran akár 7-10 törzzsel is. 3. ábra. Bükkös sarjerdı (Készítette: Helfrich) Figure 3. Coppice forest with european beech (Fagus sylvatica) Az állománysőrőség 330 és 1940 fa/ha között váltakozik, mely számok jóval meghaladják a szálaló tölgyerdıkben ajánlatos 100 fa/ha (Pardé, 1979), valamint a bükk és éger szálaló erdık esetében a 150 fa/ha (Schütz, 2003) értékeket. A mellmagassági átmérı a fák korától függ. A fák többsége (47%) a mintaterületeken 11 és 20 cm közötti átmérıvel rendelkeznek, valamint 29%-uk még ennél is nagyobbal (> 21 cm). A fák több mint 60%-a normál, 18%-a kiváló, 22%-a csökkenı vitalitást mutat. A növekedési dinamika hasonló értékeket prezentál: a fák 54%-a a versengés folyamán nem veszít és nem nyer életteret, vagyis pozíciójuk az állományban változatlan marad, 21%-uk elıretörı tendenciát mutat, 24%-uk pedig veszít életterébıl. Átlagosan a fák 78%-a egészséges, illetve semmilyen fajta sérülés sem fedezhetı fel rajtuk. A maradék 22%-nál minimum egy sérülés (biotikus/abiotikus) látható. A térségben a vadkár jelenti a fák legnagyobb egészségügyi problémáját, mely egyben a fák csökkenı szaporodási rátáját is okozza. A megrágott növényi részeken gyakran rovar, ill. gombás felülfertızés is megfigyelhetı. A ferde állású fák az esetek többségében minıségi problémát jelentenek, nem feltétlenül betegség tünete. A munkavédelem szempontjából azonban ezek a fák veszélyesek, fıleg az utak mentén nı meg általuk a balesetveszély, ezért az eltávolításuk a fent említett esetekben szükségszerő. Természetvédelmi szempontból az ilyen fák késıbb élıhelyként szolgálnak számos gomba, rovar, csiga stb. számára, ezért a legjobb lenne az ilyen fákat a területen hagyni, hiszen a sarjerdık a rövid vágásforduló miatt kevés holtfaanyaggal rendelkeznek (Millar és Waite 1999). Mivel jelen esetben túlkoros sarjerdırıl beszélünk, így némelyik mintaterületen sok a holtfaanyag. Az érték 0 és 360 fa/ha között ingadozik, 60%-uk álló, 40%-uk fekvı holtfa. 108