Szikpadkás talajerózió értékelése az Alföldön térinformatikai módszerekkel Kovács Ferenc 1 Szatmári József 2 Rakonczai János 3 1. Bevezetés Az Alföld aránylag egyenletes domborzatú felszínén tájképileg különleges morfológiai változatosságot jelentenek a padkás felszínek. Elterjedésük fő területei a vízrendezések előtt rendszeresen elöntött vidékek, de a formák megjelennek a tájrendezési munkálatokhoz kapcsolódva is. A korábban alig vizsgált padkás felszínek kutatása aránylag pontos értékelési lehetőséget adhat a síkvidéki erózió mértékének a meghatározásához. A talajerózió az Alföldön jelentősen elmarad a dombsági területeken tapasztaltaktól (Barta 2001), de a most bemutatandó kutatásaink is ráirányítják a figyelmet arra, hogy annak mértékét nem szabad lebecsülni. Az erózió ezen sajátos fajtája a szárazodási folyamattal kiegészülve jelentős talaj és vegetációs változásokat is előidéz. 2. A padkás geomorfológia Annak ellenére, hogy a talajerózió sajátos síksági formájában, a padkás erózióban érintett területek kiterjedése jelentős és tájképi jelentőségű Magyarországon, a mikroformák átfogó geomorfológiai értékelésével az 1970-es évekig csupán Strömpl 1931-es tanulmánya foglalkozott. Akár néhány centiméteres relief energia elég a sajátos formakincs, a szikpadka megjelenéséhez, melynek kialakulása komplex folyamatnak tekinthető. Két fázist célszerű megkülönböztetni: a padkásodás megindulása, illetve a padkás felszínek pusztulása. A degradációs folyamat az alsóbb szinteknek az erózió következtében történő felszínre kerülését jelenti. A területhasználat változása, a csatornák kiépítése, a legeltetés miatti koncentrált állati taposás, utak használata mind a lokális relief energia növekedését eredményezik, vagy a már padkás felszínt tagolják. Mivel egy felszabdalt út nem járható, a forgalom sokkal szélesebb sávban történik, mint az a térképen van jelezve. A padkás területek további felszínfejlődését döntően a relatív magassági különbség és a talajszerkezet befolyásolja, de hatása lehet rá a növényzettel való fedettségnek is (Rakonczai 1986). A sajátosan gazdag mikroformakincset formakomplexumokként lehet felfogni. A szikformák három típusa: szikpadka, szikér, sziklapos. A szikpadka a zárt szikes pusztai gyeppel borított, ép talajszelvényű a denudációból kimaradt, eredeti felszínmagasságot mutató térszínnek (hát, padkatető), különböző lejtőszögű peremmel (padkaperem) való leszakadása egy alacsonyabb, elvékonyodó a lehordódott talajt tartalmazó térszínbe (sziklanka), majd a legmélyebb szikfokba (szikfenék, sziklapos) (Rakonczai et al. 2004) (1. ábra). A lejtés irányában mozgó csapadékvíz mechanikai hatása mellett a záporok, zivatarok okozta csepperózió, a huzamosabb talajátázás esetén a víz oldó hatása (szik-töbör) és a nagyon vizes időszakban a hullámzás ereje is rombolhatja a felszínt. 1 Kovács Ferenc egyetemi tanársegéd, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, feri@earth.geo.u-szeged.hu 2 Szatmári József egyetemi tanársegéd, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, joe@earth.geo.u-szeged.hu 3 Dr. Rakonczai János egyetemi docens, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, rjanos@earth.geo.u-szeged.hu 1
1. ábra A szikpadkás táj a Dunamenti-síkságon, Miklapusztán Tóth (2003) meghatározta a szikes felszínfejlődés stádiumait (iniciális-, juvenilis-, maturus- és szenilis állapot, illetve antropogén hatásra bekövetkezett felszínfejlődés). Rakonczai et al. (2004) szerint a padkás erózió négy fontos típusát különíthetjük el az Alföldön, amelyeknek természetesen átmeneti formái is ismertek: hátráló erózió, leszakadásos erózió, lineáris erózió, areális erózió (2. ábra). 2. ábra Hátráló eróziót mutató meredek padkaperemek A szárazodási folyamatokra érzékeny szikes talajok formakincsének, a szikpadkáknak a fejlődésében az utóbbi évtizedekben több tényező is változásokat okozhatott. Elsősorban a szemiarid jelleg fokozódását, a sztyeppesedési folyamatok megjelenését, valamint az ember tájrendezését sorolhatjuk a változásokat okozó fő tényezők közé. 3. A szikpadkás talajerózió felmérése A recens geomorfológiai változások mérése során gondot jelent, hogy a rövidebb idő alatt tapasztalt változások mennyiben általánosíthatók, valamint az is, hogy ezen változások kisebb értéke hogyan viszonyul mérési pontosságunkhoz. A padkás erózió folyamatának értékelése különböző években készült, különböző típusú, méretarányú és pontosságú adatforrásokra alapuló, több módszert összehangoltan alkalmazó változásvizsgálatok alapján történt. A padkás erózió felmérését célzó térképezésre és a terepi mérésekre elsőként a tiszántúli szolonyec szikeseken találunk példákat (Dövényi et al. 1977, Tóth 2003). A mérések az 1990-es évek második felétől a korszerűbb eszközök (fotogrammetria, GPS, geodéziai mérőállomás) és feldolgozási technikák (GIS) bevonásával folytatódtak több eltérő sajátosságú mintaterületen (Kovács Rakonczai 2001, Rakonczai et al. 2004). 2
A szoloncsák jellegű szikesekre jellemző erózió mérésére alkalmas mintaterület a Duna-Tisza közén, Akasztótól nyugatra fekvő Miklapuszta (3. ábra), ahol a terepbejárás és az adatforrások áttekintése alapján a padkák hátrálásának mérésére három fő irányt jelöltünk ki: a régi és mai adatokat együtt kezelő, elemző geoinformatikai módszerek alkalmazása, terepi adat-felvételezés, mérés GPS-el és digitális mérőállomással, mérések fotogrammetriai adatok alapján. 3. ábra Miklapuszta északi része Miklapuszta a Kiskunsági Nemzeti Park része. A szikes lapos a Duna újholocén árterületén fekszik. A padkák oldala nem egyszer meghaladja az 1 méteres magasságot, illetve felszínük több, mint 1 km 2 -ig terjedhet. A szoloncsák szikes közel 300 cm szelvényvastagságú. Harmati (2000) mérései szerint rendkívül sós a talaj (minimum 500 mg/100g) és még sósabb a talajvíz (minimum 6400 mg/l), ami közrejátszik a viszonylagos fajszegénységben. 3.1. A geoinformatikai módszerek lehetőségei és korlátai A miklapusztai nagy méretű padkák változásának vizsgálatához az 1:25.000-es III. katonai felmérés, valamint az 1960-as és 1982-es, 1:10.000-es topográfiai térkép felhasználásával készítettünk elemzést, lehatárolva a feltételezhetően legjelentősebb eróziós területeket. A pontatlansági tényezők alapján a csak a térképekkel megvizsgált 100 éves időtartam eredményei alapvetően informáló jellegűek és a műszeres mérések megalapozását szolgálják, de egyúttal irányadók is a ma jellemző erózió mértékének a megállapításához (4. ábra). A padkákkal tagolt felszín jelenlegi állapotát legjobban közelítő terepmodell előállítására elsőként a terepi geodéziai felmérést említjük, amely történhet mérőállomás alkalmazásával, vagy kinematikus GPS (RTK), illetve félkinematikus GPS (Stop and Go) mérésekkel. 3
4. ábra Szikpadkák azonosítása egykor és ma GPS-el a terepi felmérés első szakaszában dolgoztunk (TOPCON Turbo-S II., Trimble Basic+ műszerek). A 2003-tól végrehajtott mérések már egy SOKKIA Set310 mérőállomással történtek. A műszer szögmérési pontossága 3, távmérési pontossága +/- 2 mm + 2ppm /2700 m. A közelben fekvő negyedrendű háromszögelési alappontok megfelelő álláspontot biztosítottak. A részben előzetesen tervezett bejárási útvonalon, valamint a terep jellemző mikromorfológiai jegyeit és magassági pontjait figyelembe véve szubdeciméteres pontosságú mérési adatokat kaptunk az önkényesen megválasztott pontokban. A módszer nagy előnye a pontosság, hiszen néhány cm/év padkahátrálási sebességet feltételezve csak ezzel a mérési pontossággal vizsgálhatók egy emberöltőn belül a változások. Hátránya, hogy a vizsgált terület kiterjedését (közelítőleg 25 km 2 ) és szabdaltságát ( padkásodottságát ) figyelembe véve rendkívül nagyszámú pontmérést, így hosszadalmas és fáradságos (azaz irreálisan költséges) terepi munkát igényelne a terepmodell felvétele. További 3D-ós felvételezési technológia lehet a lézeres magasságmérés (LIDAR), amely a fentebb említett pontossági és területfedési követelményeket kielégíti, viszont költségessége miatt még mindig elenyésző hazai tapasztalattal rendelkezünk alkalmazásában. Felmerülhetnek a nagyfelbontású térképező műholdak (pl. Ikonos, QuickBird) felvételei, de ezek ugyancsak meglehetősen drága adatok és egyelőre még nem teljesítik az elvárt pontosságot. 4
Ezek után nem meglepő, hogy a feladat végrehajtásához légifényképek sztereofotogrammetriai úton történő feldolgozását, majd a nagypontossággal tájékozott sztereomodellekből automatikus pontkinyeréssel (Kugler et al. 2005, Mészáros et al. 2006) felületmodell generálását választottuk, mint a pontosságot részben, a területfedést maximálisan kielégítő kompromisszumos megoldást. A légifelvételeket a FÖMI Archívumában található színes színhelyes, 2000-ben készült, digitális formátumú sztereopárok közül válogattuk, létrehozva és tájékozva egy 8 felvételből álló tömböt. A légiháromszögelés és kiegyenlítés után középgyök hibaként a kielégítőnek értékelhető 35 cm-es értéket kaptuk, miután az abszolút tájékozáshoz rapidstatikus GPS technikával mért terepi illesztőpontokat használtunk. A felületmodell kinyerését a Leica fotogrammetriai rendszerével (LPS) végeztük, melynek eredményeként megközelítőleg 4 millió magassági pont állt rendelkezésünkre a modellterületen. A tájékozott sztereo- és magassági modell felhasználásával ortofotókat generáltunk a területre, amelyek alapján leválogattuk a padkahatároló kb. 400 ezer pontot (5. ábra), valamint 3D-ós perspektív technikával megjelenítettük a szikpadkás felszínt (6. ábra). 5. ábra A belső (padkatető-piros pontok) és külső (sziklapos kezdete-kék pontok) 3D pontok elhelyezkedése a kész TIN modellen (5-szörös magassági torzítás) A generalizált szikpadkamodell előállításához a korábban kidolgozott LEGO-GIS módszert használtuk (Bódis-Szatmári 2005), ahol alap terepmodellként az 1:10 000-es topográfiai térkép szintvonal-állományából készült TIN modellt használtuk és ezen helyeztük el a határvonalaival ábrázolt padkákat. 4. A nagypadkás erózió értékelése Az 1882 1982 közötti időszakban, a szikformákat jelölő határvonalak közötti távolságoknál a nem egy helyen mért, több mint 100 méteres különbségeknél a hátrálást nemcsak nagynak, hanem gyorsnak is minősíthetjük (7. ábra). Az ebben az esetben kiszámított több, mint 1 m/év-es változás még akkor is nagy, ha a bizonytalanság miatt ennek csak a töredékével számolunk. Gyors eróziót állapítottunk meg azokon a helyeken, ahol 1960 1982 között mérhető különbség adódott. A nagy hátrálással jellemezhető padkák a mintaterület délkeleti felén tömörülnek, jellemző kitettség az erózió irányultságánál nem állapítható meg. 5
6. ábra A területen található legmagasabb padkák modellje (20-szoros magassági torzítás) 7. ábra A szikpadkás felszínformálódás jellemzése Miklapusztán térképi adatok alapján 6
Az egykori, összefüggő padkahátak mai helyén az utak, csordajárások, csatornák hatására található feldarabolódott formák az elmúlt 100 év alatt kerülhettek ilyen állapotba. Ha megmérjük a XIX. században még egységes hátakon belül kialakult új padkaszigetek egymástól való távolságát és ezt a lineáris eróziós hatás miatt megfelezzük, akkor egy évszázad változását becsülhetjük meg. Ezekre az értékekre nem vonatkoznak a katonai térképre és a feldolgozási körülményekre jellemző pontatlansági tényezők. Természetesen az 1960 1982 között mért különbségek is hasonló pontosságot adnak. Az ilyen helyszíneken ( nagy és gyors padkahátrálás és padkaszigetek elkülönülésének vonala kategóriák) mintegy 100 pontban mért hátrálás szerint átlagosan 10 15 cm/év-et állapíthatunk meg, de jelentős területeken számolhatunk 30 cm/év-es, sőt a legnagyobb mért értékek alapján 50 75 cm/év-es változással. Tóth (2003) hortobágyi szolonyecen végzett terepi méréseiből kiindulva, Miklapusztán a jobban erodálódó szoloncsákon nem elképzelhetetlen az ilyen nagy padkapusztulás. A területi lepusztulás a III. katonai felméréshez viszonyítva átlagosan 40 %-os. A megvizsgált foltok alapján a XIX. század végén körülbelül 4,5 ha-os átlagméret mára alig 1,5 ha-ra csökkent, úgy, hogy eközben a padkahátak száma megduplázódott (1. táblázat). A terepi ismereteink alapján megbecsülhetjük a tényleges felszínpusztulást, ha 50 cmes átlagos padkamagassággal számolunk. Egy 500 ha-os lehatárolt részen 25 ha, azaz a felszín 5 %-a pusztult le. Ez az átlagos padkamagasság mellett 125.000 m 3 anyag lepusztulását jelenti, vagyis az átlagos erózió mértéke 2,5 m 3 /év/ha. Igaz, ennek csak egy része hordódik el a területről, mert a sziklankán és a sziklaposon jellemző az akkumuláció. Ez az érték alapvetően elenyésző a dombvidékeken, vagy a futóhomokon mértekhez képest (Barta 2001, Szatmári 2004), de egy sík, kvázi természetközeli, védett területen meglepően nagynak mondható. Szikpadkák sorszáma 1. táblázat Az erózió mértéke a 7. ábra egyes szikpadkáinál. Eredeti terület [ha] 1982. évi terület [ha] Feltételezhető átlagos erózió [m 3 /év] 1 14,58 12,45 kb. 100 3 4,8 1,9 > 100 4 6,5 5 75 5 2,4 0,6 90 6 17,18 11,2 > 200 7 10,9 5,2 > 200 A csökkenő terület mellett a vizsgált szikpadkáknál a kerületi értékek általában nem változnak. Az ilyen jellegű tagolódásban, több esetben is megfigyelhető a paraméterek fejlődésének legintenzívebb változata; csökkenő terület mellett nő a padkaperem hossza (pl. 7. ábra: 1, 4, 7-es szikpadka). Ezeket a padkahátakat csak a formájuk alapján is különösen sérülékenynek minősíthetjük, itt a talajdegradáció felgyorsulása várható. Érdemes térben és időben megvizsgálni a lineáris jelenségek (utak, csordajárások, csatornák) padkásodást befolyásoló hatását (8. ábra). Az utak, csatornák hálózatának erőteljes sűrűsödése kijelöli a fokozottan veszélyeztetett területeket, és jól mutatja, hogy a tájhasználat az erózió talán legfőbb okozója. Az 1360 ha-os, nagy mintaterületen e lineáris jelenségek 1852- ben (II. kat. felmérés) még a terület 97 %-a a 0 10 m/0,25ha-os útsűrűségi kategóriákba tartozott, de 2000-ben már 40 %-os a 10 30 m/0,25ha-os osztályok részaránya. A távérzékelési és terepi vizsgálatainkban elsősorban a gyorsabban pusztuló padkákat vizsgáltuk meg, figyelembe véve az 7. és 8. ábrán lehatároltakat. 7
8. ábra A mesterséges, lineáris jelenségek hálózatsűrűségének alakulása Miklapusztán 1980 2000 közötti időben jól megfigyelhető, degradálódó felszíneket a mintaterületen is, valamint az alábbi felsorolt padkákon belül is térben koncentráltan figyelhetjük meg (pl. 7. ábra: 1, 4, 5, 6, 9, 12, 14, 15, 16. számú padkák). Az erózió mértéke e padkaperemek hátráló peremein átlagosan 20 cm/év. A térképi eróziós padkák közül azoknak csak a felén mértünk kép alapján is lepusztulást, de a légifotókon újabb gyorsan erodálódó peremeket is találtunk. A 2000 2003 közötti különbségek kimutatásánál a MADOP-hoz készült és itt használt légifotók felbontása és a feldolgozás során kikerülhetetlenül fellépő és összegződő hibahatások nem teszik lehetővé a padkahátrálás sebességének rövidtávú meghatározását. A modellezési módszer elfogadhatóságát viszont többféleképpen is vizsgálhatjuk. Ezek közül az első a fotogrammetriai úton kinyert pontok magassági koordinátáinak megbízhatóságát igazolja. Az 5. ábrán jól láthatók a magasabban lévő padkaperemen, valamint az alacsonyabban, a sziklapos határán elhelyezkedő pontok, melyekből a padkák magassága meghatározható. Az ábra kitűnően szemlélteti, hogy fotogrammetria úton meghatározhatók a néhány deciméteres magasságkülönbségek még az itt felhasznált, közepes terepi felbontású (0,68 m) légifotók esetében is. A másik ellenőrzési módszernél a szikpadkákról készült ortofotókat a korábbi, geodéziai (mérőállomással végzett) felméréssel hasonlítjuk össze (9. ábra). A terepen mért pontokat az ortofotóra helyezve jól látható, hogy a pontok a padkák peremén helyezkednek el, a pontok eltérései a fotogrammetriai úton mért padkaperemtől még az elfogadható értéken belül maradtak, a legnagyobb eltérés a vizsgált A jelű profilnál 0,8 m-nek adódott. A térképek alapján leírt maximális, 0,75 1 m/év-es padkahátrálásra alapozva sem tudtunk a terepen felvételezett padkaperem, és az ortofotó szikpadka határa (3000 pont) alapján eróziós peremeket lehatárolni. A magassági értékek mérésével, illetve a peremek és sziklankák 8
együttes felvételezésével részletesen ki tudjuk jelölni a jelenleg legmagasabb (1,05 m), illetve a legmeredekebb, vagyis a leggyorsabban pusztuló szikformákat. (a) (b) 9. ábra Mérőállomás pontmérései a mintaterületen (a) és egy szikpadka-hát esetében (b) az ortofotó-fedvényen (A: a vizsgált profil) A 5. A folyamat következményei Kutatásaink alapján megállapítható, hogy a padkás erózió viszonylag gyors, a területet illetően az egyik legnagyobb tájformáló tényező. Miután az erózió mértéke jellemzően cm-es, tíz centiméteres nagyságrendű, a változások már egy két évtized alatt is tetemesek. A folyamatnak legalább két fontos következménye van. Egyrészt jelentős talajpusztulással jár, másrészt sokfelé a tájképi jelentőségű mikroformák pusztulását okozza a természetes körülmények között is, s azok megóvására a fokozott védettség mellett sincs mód. Amit a térképek, légifotók kiértékelése alapján jól érzékeltethetünk, a padkahátaknál jellemző fragmentáció. Miután a padkás erózió kialakulásához csak a kezdeti lépést kell megtenni (ezt sajnos már visszavonhatatlanul megtettük) és attól kezdve a felszínpusztulás nehezen megállítható, nem kell nagy jósnak lennünk ahhoz, hogy előrejelezzük ezen tájértékünk megállíthatatlan megsemmisülését. Mindez azt is jelzi, hogy a természetvédelem nem elégedhet meg csupán a passzív módszerekkel e területen. Az éghajlati változásokhoz kapcsolódó talajvízszint-változások, illetve a részben az ezekkel összefüggő talaj és vegetáció módosulások nyomán a táji változások is szerepet kaphatnak az eróziós formák átalakulásában. Ennek egyelőre ellentmond a 100 éves hosszú időtartamú, a 20 éves rövidebb és a 3 éves legrövidebb időközök vizsgálata, mely szerint a talajdegradáció átlagos üteme nem változott. A térképek alapján feltételezett lepusztulást a terepi és távérzékelési mérések együttes alkalmazásával csak úgy tudjuk bebizonyítani, illetve újraértékelni, ha a mérőállomással és az alkalmazottnál nagyobb méretarányú sztereo-képpárokkal 3 5 évenkénti méréssorozatokat tervezünk. Így megkaphatjuk a választ a felmérés jelenlegi pontatlanságaira. 9
Irodalomjegyzék Barta K. 2001. Az EUROSEM talajeróziós modell tesztelése hazai mintaterületen. in.: A földrajz eredményei az új évezred küszöbén. Az I. Magyar Földrajzi Konferencia CD kötete. p.10. Bódis K. Szatmári J. 2005. Geoinformatikai döntéstámogatás síkvidéki tározók tervezéséhez. Térinformatika. 2005/5. pp.12-13. Dövényi Z. Mosolygó L. Rakonczai J. Tóth J. 1977. Természeti és antropogén folyamatok vizsgálata a kígyósi puszta területén. Békés megyei természetvédelmi évkönyv 2. Békéscsaba, pp.43-72. Harmati I. 2000. A vízrendezés hatása a Duna-völgy szikes talajaira. Agrokémia és Talajtan. Tom.49. No.3-4. pp.369-381. Kovács F. Rakonczai J. 2001. Geoinformatikai módszerek alkalmazása a tájváltozások értékelésében a Kiskunsági Nemzeti Park területén. in.: A földrajz eredményei az új évezred küszöbén. az I. Magyar Földrajzi Konferencia CD kötete, p.15. Kugler Zs. Barsi Á. Mélykúti G. Ládai A. 2005. Automatikus fotogrammetriai eljárással előállított digitális terepmodell beépített környezetben. Geodézia és Kartográfia 2005/12. pp. 12 17. Mészáros M. Szatmári J. Tobak Z. Mucsi L. 2006. Digitális domborzatmodellek előállítása és alkalmazása sztereo Corona űrfelvételek alapján. Geodézia és Kartográfia 2006/3. pp. 30-35. Rakonczai J. 1986. A szabadkígyósi puszta földtani viszonyai és geomorfológiája. in.: Réthy Zs. (szerk.) Környezet- és természetvédelmi évkönyv. 6. Békéscsaba. pp.7-17. Rakonczai, J. Kovács, F. 2000. Possibilities provided by GIS in the evaluation of landscape changes on plain territories. Acta Geographica Szegediensis, Tomus XXXVII, pp.83-93. Rakonczai, J. Kovács, F. Zádori, A. 2004. Some examples of bench erosion from the Great Hungarian Plain Acta Geographica Szegediensis, Tomus XXXVIII, pp.50-62. Strömpl G. 1931. A szik geomorfológiája. Földrajzi Közlemények 4-5. pp.62-74. Szatmári J. 2004. Szélerózió-veszélyeztetettség értékelése a Duna-Tisza közén RWEQ modell alkalmazásával in.: A magyar földrajz kurrens eredményei. A II. Magyar Földrajzi Konferencia CD kötete. pp.1619-1627. Tóth Cs. 2003. A Hortobágy negyedidőszak végi felszínfejlődésének főbb természeti és antropogén vonásai. Doktori (PhD) értekezés. Debreceni Egyetem. p.244. 10