A fenntartható városok kialakítása nem csupán a környezeti terhelés csökkentését jelenti, hanem olyan települési környezet megteremtését is, amely hosszú távon az emberek és az élővilág számára egyaránt megfelelő életfeltételeket biztosít. A kutatási program egyik átfogó eredménye annak bemutatása, hogy az ehhez szükséges beavatkozásokat mindig az adott ökoszisztéma állapotához, az emberi átalakítás mértékéhez és a helyi társadalmi igényekhez kell igazítani. Ez a megközelítés a városi környezetben különösen fontos, hiszen egymás mellett vannak jelen természetközeli élőhelymaradványok, fenntartott zöldterületek és erősen beépített, burkolt felszínek. A természetes vagy kevéssé átalakított élőhelyeken elsősorban a meglévő értékek védelmére és a káros folyamatok megelőzésére van szükség. A mérsékelten átalakított területeken olyan fenntartható kezelés teremtheti meg az ember és a természet együttélését, amely a társadalmi igények kielégítése mellett az ökológiai működőképességet is megőrzi. Az erősen átalakított élőhelyeken viszont már aktív helyreállításra és a káros hatások mérséklésére van szükség. Ha az átalakítás és a használat intenzitása átlép egy kritikus határt, a rendszer „ökológiai csapdába” kerülhet: természeti erőforrásai kimerülnek vagy használhatatlanná válnak, ökológiai működése sérül, helyreállítása pedig egyre nehezebbé és költségesebbé válik. A városokban mindezt tovább erősítheti a klímaváltozás, a túlhasználat, az inváziós fajok terjedése, a környezetszennyezés és az újonnan felbukkanó kórokozók megjelenése. A városi fenntarthatóság így nem egy végállapot, hanem folyamatos alkalmazkodást igénylő törekvés, amelynek alapja a helyi adottságokhoz és a változó külső hatásokhoz igazodó védelem, kezelés és helyreállítás.

A város, mint összetett ökológiai rendszer

A városok különösen jól példázzák ezt a kihívást. Egyszerre adnak otthont embereknek, növényeknek, állatoknak és mikroorganizmusoknak, miközben a sűrű beépítés, a burkolt felszínek, a zöldterületek feldarabolódása, a szennyezés és az intenzív területhasználat jelentősen átalakítja az életfeltételeket. A négyéves kutatási program ezt az összetett rendszert több irányból vizsgálta: feltárta a városiasodás élővilágra gyakorolt hatásait, elemezte a városi ökoszisztémák és az emberi egészség kapcsolatait, valamint gyakorlati és technológiai megoldásokat dolgozott ki a kedvezőtlen folyamatok megelőzésére és mérséklésére.

A kutatások egyik legfontosabb tanulsága, hogy a városiasodás hatása nem írható le egyszerűen az élővilág általános elszegényedéseként. Európai léptékű elemzéseink szerint a beépített területek növekedése csökkenti a madárfajok sokféleségét, és megváltoztatja annak évek közötti ingadozását is. A magas épületek és a burkolt felszínek együttesen szűrik a madárközösségeket: kevesebb faj marad fenn, miközben egyes, a városi környezethez jól alkalmazkodó fajok nagyobb egyedszámban lehetnek jelen. Gyakoribbá válnak a nagyobb testű, magasabban fészkelő vagy táplálkozó madarak. A városi környezet tehát az egyes élőlénycsoportokra és ökológiai folyamatokra eltérő módon hat. A futóbogarak vizsgálata szintén árnyalt képet adott. Fajgazdagságuk nem feltétlenül csökken egyenletesen a természetes területektől a városközpont felé: sok régióban a külvárosi térségekben érte el a legmagasabb értéket. Ezt a mintázatot az éghajlat, különösen a csapadék évszakos eloszlása is jelentősen befolyásolta. Az eredmények arra utalnak, hogy a külvárosi zöldterületek és természetközeli élőhelyfoltok megfelelő kezeléssel kiemelkedő szerepet tölthetnek be a városi biodiverzitás megőrzésében.

Kék és zöld infrastruktúra – a városi élet alapja

A városi és kerti tavak kutatása megmutatta, hogy még a kis víztestek is fontos élőhelyek lehetnek. A lakosság bevonásával megvalósított MyPond közösségi tudományos program elsőként tárta fel átfogóan a magyarországi kerti tavak jellemzőit és élővilágát. A vizsgálatok kiterjedtek a tavak zooplankton-közösségeire, valamint az idegenhonos és potenciálisan inváziós növények jelenlétére is. Az eredmények szerint a kerti tavak a városi biodiverzitás értékes menedékei lehetnek, ugyanakkor kialakításuknál és növényesítésüknél körültekintően kell eljárni, hogy ne váljanak az inváziós fajok terjedésének kiindulópontjaivá. A zöld- és kék infrastruktúra nem csupán élőhelyeket biztosít. Hozzájárulhatnak a csapadékvíz megtartásához, a városi hőhatás mérsékléséhez, a levegőminőség javításához, valamint rekreációs lehetőségeket teremtenek. Megfelelő kialakításuk ezért jól példázza, hogyan kapcsolható össze a biodiverzitás megőrzése az emberi jóllét és a klímaváltozáshoz való alkalmazkodás céljaival.

A városi természet és az emberi egészség kapcsolatai

A program kiemelt figyelmet fordított azokra az élőlényekre és környezeti folyamatokra, amelyek közvetlenül érinthetik az emberek egészségét. A Kullancsfigyelő program és a hozzá kapcsolódó PragmaTick mobilalkalmazás több mint százezer honlaplátogatással, több ezer alkalmazásletöltéssel és ezernél is több lakossági beküldéssel vonta be az állampolgárokat a kutatásba. Segítségükkel hét újabb, Magyarországon nem őshonos Hyalomma kullancsot sikerült kimutatni. Ezzel párhuzamosan hét budapesti zöldterületen, négyféle élőhelyen végeztünk rendszeres terepi felméréseket. A több mint 2100 begyűjtött példány adatai hozzájárulnak a városi kullancspopulációk méretének, aktivitásának, élőhelyhasználatának és fertőzöttségének megértéséhez. Az eredmények azt is jelzik, hogy a városi zöldterületek fejlesztése során az ökológiai és közegészségügyi szempontokat együttesen érdemes figyelembe venni. A közösségi tudomány az inváziós csípőszúnyogok vizsgálatában is új eredményeket hozott. A Szúnyogmonitor program keretében kimutattuk, hogy az egyes fajok eltérően viszonyulnak a városi környezethez: az ázsiai tigrisszúnyog előfordulása például szorosan összefügg az urbanizált területekkel, míg más inváziós fajok nem mutatnak ilyen egyértelmű kötődést. A kutatások emellett a városi patkányok által hordozott vírusokra, a tisztított szennyvízben és folyóvizekben előforduló mikroműanyagokra, valamint a biodiverzitás, az emberi egészség és az egymással összekapcsolódó környezeti-társadalmi válságok kapcsolatára is kiterjedtek.

A tudományos eredményektől a gyakorlati megoldásokig

A program célja nem csupán a problémák feltárása volt, hanem olyan megoldások kidolgozása is, amelyekkel megőrizhető vagy javítható a városi ökoszisztémák állapota. Egy 18 európai ország mintegy 600 városára kiterjedő felmérésben zöldterület-kezelő szakemberek tapasztalatait, céljait és nehézségeit elemeztük. A kutatás feltárta, hogyan alkalmazzák a városi gyepek természetközeli kezelésének és helyreállításának módszereit, illetve milyen szakmai, társadalmi és intézményi akadályok nehezítik ezek szélesebb körű elterjedését. Nemzetközi áttekintésekben összegeztük a városi gyepek és az útmenti élőhelyek helyreállítására használható eljárások előnyeit, korlátait és legfontosabb tudáshiányait. Javaslatokat fogalmaztunk meg arra is, hogyan kaphatna nagyobb szerepet a városi természet az Európai Unió természet-helyreállítási törekvéseiben. A kutatási tudás gyakorlati átadását a Vadvirágos Kertem citizen science program, a beporzóbarát települési környezetről készített kiadványok, valamint a kistavak és a természetközeli városi gyepek kialakítását és fenntartását segítő szakmai anyagok támogatták.

A program technológiai fejlesztései két további területen kínálnak közvetlenül alkalmazható megoldásokat. A csatornabűz vizsgálatához saját fejlesztésű, mikrokontrollerrel vezérelt mérőrendszert hoztunk létre, amely alkalmas a kellemetlen szagokért felelős kén-hidrogén és ammónia mennyiségi mérésére. A gáztermelő baktériumokat élettani és teljesgenom-vizsgálatokkal tanulmányoztuk, a csatornák biofilmjéből és szennyvizéből származó környezeti DNS elemzésével pedig feltártuk, hogyan alakítja át a nitrátadagolás a mikrobiális közösségeket, és miként járul hozzá a szagképződés mérsékléséhez. A fejlesztés a mikrobiológiai alapkutatást egy konkrét városüzemeltetési probléma megelőzését szolgáló mérési és kezelési megközelítéssel kapcsolta össze.

Emellett részletes gyakorlati útmutatókat készítettünk a városi zöld- és kék infrastruktúra fejlesztéséhez. Ezek bemutatják a természetközeli gyepek, vadvirágos területek, kertek és kis víztestek kialakításának módszereit, ökológiai hatásait és gyakorlati lépéseit. A javaslatok különböző léptékekben alkalmazhatók: egy kisebb magánkertben éppúgy, mint egy nagyobb közparkban vagy más települési közterületen.

A négyéves program összességében azt mutatta meg, hogy a fenntartható városi fejlődéshez az ökológiai folyamatok, az emberi egészség és a gyakorlati megvalósíthatóság együttes figyelembevételére van szükség. A városi természet nem pusztán megőrzendő érték: megfelelő védelemmel, kezeléssel és helyreállítással a klímaváltozáshoz való alkalmazkodás, az egészség és jóllét, a tiszta víz, valamint az élhetőbb települések egyik alapja lehet. A program tudományos eredményei, közösségi tudományos kezdeményezései, technológiai fejlesztései és gyakorlati útmutatói egyaránt azt szolgálják, hogy a városok ne az ökológiai csapdák, hanem az ember és a természet fenntartható együttélésének helyszínei legyenek.

Tovább a kutatócsoporthoz

1. MODUL Új módszerek a vízkészletek jövőjének megértéséért

A kutatás célja annak feltárása volt, hogyan segíthetik a korszerű adatelemzési és mesterségesintelligencia-alapú módszerek a vízkészletek változásainak pontosabb megismerését. A négyéves program keretében Magyarország, valamint több nemzetközi térség, köztük Ecuador, Egyiptom, Szudán és Kurdisztán hidrológiai és meteorológiai adatai alapján egyedülálló adatbázis jött létre, amely lehetővé tette a hosszú távú vízfolyamatok részletes vizsgálatát.

A kutatók olyan új, integrált elemzési keretrendszert dolgoztak ki, amely a gépi tanulás módszereit a modern jelfeldolgozási eljárásokkal ötvözi. Az eredmények rámutattak arra, hogy a csapadék térbeli és időbeli viselkedése jelentősen eltér a különböző régiókban, és annak ciklikussága folyamatosan változik. A vizsgálatok több új éghajlati összefüggést is feltártak, köztük korábban nem ismert mintázatokat a világ egyik leghosszabb hidrológiai adatsorában, a Nílus vízjárási adataiban.

A projekt egyik kiemelkedő eredménye egy olyan innovatív módszertan kidolgozása, amely műholdas megfigyelések és mesterséges intelligencia segítségével követi nyomon a talajvízkészletek változásait.

A kutatás eredményei fontos támogatást nyújtanak a fenntartható vízgazdálkodás, az aszálykockázatok kezelése és az éghajlatváltozáshoz való alkalmazkodás területén. Az új módszerek hozzájárulhatnak ahhoz, hogy Magyarországon és más, korlátozott adatokkal rendelkező térségekben megalapozottabb döntések szülessenek a vízkészletek megőrzése érdekében.

 

2. MODUL Mesterséges intelligencia alapú módszerek alkalmazása a vízkutatásban

 A kutatási program keretében új generációs hidrogeofizikai módszereket fejlesztettünk a felszín alatti vízkészletek és víztároló képződmények részletesebb megismerésére. A mesterséges intelligenciát, gépi tanulást és geofizikai inverziót ötvöző eljárásokkal a fúrólyukszelvényekből korábban nehezen meghatározható petrofizikai és hidraulikai jellemzőket becsültünk, és több fúrás együttes értelmezésével nagy felbontásban térképeztük fel a felszín alatti rétegek változékonyságát. A fejlesztések révén lehetővé vált a víztároló képződmények automatikus azonosítása és hidraulikai jellemzése, valamint a felszínközeli telítetlen zóna víz-, levegő-, agyag- és kvarctartalmának meghatározása.

A kutatás fontos új iránya volt a felszín alatti közeg nyomásérzékenységének vizsgálata. Fúrólyukszelvények és laboratóriumi kőzetfizikai mérések alapján feltártuk a porozitás, a hidraulikus vezetőképesség és az akusztikus tulajdonságok nyomásfüggését, illetve ezek csatolt változásait. Az új módszereket hazai terepi geofizikai adatrendszereken is teszteltük, többek között szeizmikus, földradar- és elektromágneses mérések feldolgozásával, így a fejlesztett eljárások a hidrogeológiai kutatás mellett környezeti és mérnökgeofizikai alkalmazásokban is hasznosíthatók.

 

3. MODUL A hidrogén tárolása felszín alatti közegben

Korunk jelentős problémája az egyre terjedő napelemes elektromos energia termelő rendszerek által megtermelt, de fel nem használt energiájának a tárolása. Ennek a problémának a megoldása lehet a felesleges elektromos energiával termelt zöld hidrogénnek az ideiglenes tárolása felszín alatti közegben. A tárolt hidrogén a szükségleteknek megfelelően kitermelhető és elektromos energia előállítására is használható. Az említett felszín alatti közeg praktikusan a már meglévő földalatti gáztárolók, illetve kimerült vagy aktív szénhidrogén telepek a legalkalmasabbak, amelyek záró rétegének vizsgálata és a különböző hirdogén tartalmú gázok vizsgálata energiatermelés szempontjából.

A záró-rétegek áteresztőképességének és pórusterének vizsgálatához kidolgoztunk egy új, a jelenlegi mérési gyakorlatnál egyszerűbb és több információt szolgáltató mérőberendezést és kiértékelési módszert. Az új berendezés teljes méretű fúrómagok esetén, egy mérőcella alkalmazásával lehetővé teszi mind a sugárirányú mind a tengely irányú vezetőképesség, valamint a pórustérfogat meghatározását.

A hidrogéntartalom hatásának vizsgálata érdekében kidolgoztunk egy olyan gázkút-hozamegyenletet, amely segítségével meg tudjuk határozni a hidrogén tartalom kúthozamra gyakorolt hatását.

 

4. MODUL Bányászati- és ipari melléktermékek a körforgásos gazdaságban

A maradványanyagok hasznosítása területén ipari és egyéb hulladékok felhasználásával fejlesztettünk környezetbarát geopolimer kötőanyagokat és építőanyagokat. Vizsgáltuk a pernye, a bányászati meddők, az építési-bontási hulladékok és a napelemhulladékok újrahasznosítási lehetőségeit, valamint a textilhulladékok erősítőanyagként történő alkalmazását. Eredményeink igazolták, hogy ezek a másodnyersanyagok alkalmasak nagy teljesítményű, fenntartható építőanyagok előállítására, miközben csökkentik a hulladékképződést és hozzájárulnak a körforgásos gazdaság megvalósításához. Emellett hulladékalapú szén-dioxid-megkötési lehetőségeket is vizsgáltunk, és áttekintettük a maradványanyagok hasznosításának legfontosabb nemzetközi jó gyakorlatait.

Az elsődleges nyersanyagforrások mellett egyre nagyobb szerepet kapnak a körforgásos gazdaság elveire épülő másodnyersanyagok, például az ipari melléktermékek és az elektronikai hulladékok. Kutatásaink során napelemek, gépjármű-elektronikák, lítiumion-akkumulátorok és LED-es rendszerek újrahasznosítási lehetőségeit vizsgáltuk. Feltártuk ezek felépítését és anyagösszetételét, valamint olyan módszereket dolgoztunk ki, amelyek segítik az értékes anyagok hatékony visszanyerését. A vizsgálatok különösen az üveg, a különböző fémek és az akkumulátorok hasznosítható komponenseinek elkülönítésére fókuszáltak, hozzájárulva a fenntarthatóbb nyersanyag-gazdálkodáshoz és az elektronikai hulladékok környezetbarát feldolgozásához.

További a kutatócsoport oldalához.

A légkörben található üvegházhatású gázok (CO2 és N2O) koncentrációjának növekedését elsősorban az emberi tevékenységek, így például a mezőgazdasági művelés során elvégzett beavatkozások okozzák. A mezőgazdasági művelés során kijuttatott trágyákból pedig ammónia (NH3) távozik a légkörbe, mely egyrészt környezeti terhelést jelent, másrészt a kijuttatott trágya hatékonyságát csökkenti. A globális éghajlatváltozás a mezőgazdasági termelés számára is kihívást jelent, mind a termelés biztonsága, mind az élelmiszerbiztonság szempontjából. A talaj különösen fontos szerepet tölt be az éghajlatváltozás mérséklésében, ugyanis a talaj szervesanyag tartalma alapvetően meghatározza a talaj termékenységét, szerkezetét, vízgazdálkodását és ezáltal a mezőgazdasági termékenységet is. Ezért a talaj szénkészleteinek megőrzése és növelése egyszerre szolgálja az éghajlatváltozás mérséklését, a talaj egészségének fenntartását és a hosszútávú élelmezés biztosítását. A mezőgazdasági termelés szintjén a légköri CO2 koncentráció csökkentésének módja lehet egyrészt a talaj CO2-kibocsátásának csökkentése, másrészt a talajok szén tartalmának növelése. Az elmúlt évtizedekben egyre nagyobb szerephez jutnak azok a regeneratív mezőgazdasági gyakorlatok, melyek ezeket a célokat követik. Ugyanakkor figyelembe kell venni azt, hogy a különböző, a CO2 kibocsátás csökkentését vagy a szénmegőrzést célzó gyakorlatok milyen hatással vannak például az N2O vagy NH3-kibocsátásra, hiszen gyakran egymással ellentétes irányú folyamatokról van szó.

A projekt során célul tűztük ki, hogy különböző mezőgazdasági gyakorlatok – pl. a talajművelés vagy a trágyázás – hatását a talaj üvegházhatású gáz és ammónia kibocsátásának szempontjából együttesen értékeljük. Vizsgálatainkat különböző beállított kísérletekben végeztük el.
Vizsgálataink során megállapítottuk, hogy két évtizede fenntartott talajművelési kísérletben a no-till (NT) rendszer jelentősen növelte a talaj szén és nitrogén tartalmát a szántott (MP) és a sekélyen művelt (SC) kezelésekhez képest, bár az éves kumulatív CO2 kibocsátás rendszerint a szántott parcellákon volt a legalacsonyabb. A talaj nedvesség tartalma jellemzően a szántott parcellán volt a legalacsonyabb, míg a NT parcellákon a legmagasabb. Ezzel jól korrelált a talaj N2O kibocsátása, mely jellemzően csak nedves körülmények között mérhető, így a szántott parcellákon számottevő kibocsátás nem mutatkozott. Figyelembe véve a termés mennyiségét, a talaj felső rétegében megmutatkozó szerves anyag különbségét, illetve a talaj CO2 kibocsátásának nagyságát, a legkedvezőbb képet a sekélyen művelt forgatás nélküli művelés mutatta, mely köztes állapotot képviselt a szántás és a no-till rendszer között.

Szintén a talajművelés hatását vizsgáltuk egy 2023-ban beállított regeneratív kísérletben, ahol hasonló kezelések (MP, SC, NT) kerültek beállításra. Megállapítottuk, hogy sem a talaj CO2 kibocsátásában, sem a szerves anyag tartalmában ilyen rövid távon szignifikáns különbséget nem lehet kimutatni, míg a talaj nedvességtartalma már ilyen rövid idő alatt is kedvezőbben alakult a forgatás nélküli művelésben. Összességében tehát a forgatás nélküli sekély művelés ajánlható, mint fenntartható – a termés mennyiségét és a talaj termékenységét egyaránt szem előtt tartó – talajművelési mód.
Trágyázási kísérletekben végzett vizsgálataink alapján kimutattuk, hogy a CO2 egyenértékben kifejezett teljes ÜHG kibocsátás magasabb volt a szerves trágyával kezelt parcellákon, mint a műtrágyázott vagy műtrágyát és szervestrágyát egyaránt kapó területeken. Ugyanakkor a termés mennyiségét is figyelembe vevő üvegházhatású gáz index alapján, a kombinált trágyázás tekinthető a legkedvezőbb trágyázási módnak, ahol a magas termés kompenzálni tudja a magasabb ÜHG kibocsátást.

A projekt során végig együttműködtünk a Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékével, ahol közösen végzett NH3 kibocsátás mérésekkel segítettük a tanszék által fejlesztett fotoakusztikus mérőműszer fejlesztését.

A kutatócsoport munkája itt követhető: fenntarthatotechnologiak.hu/ATK TAKI

A talaj víztartó és vízvezető képessége alapvetően meghatározza, hogy a lehulló csapadék vagy az öntözővíz milyen arányban szivárog a talajba, mennyi víz tározódik, illetve mekkora hányada folyik el a felszínen. E tulajdonságok pontos ismerete ezért egyaránt fontos a mezőgazdasági vízgazdálkodás, az aszály- és belvízkockázatok értékelése, valamint a hidrológiai és környezeti modellezés szempontjából. Bár Magyarországon rendelkezésre áll a 100 m felbontású, 3D országos talajhidrológiai adatbázis (HU-SoilHydroGrids), a becsült talajhidrológiai paraméterek folytonos értékei mellett szükség lehet a térképi információk aggregálására, mely lehetővé teszi a nagy számítási igényű, országos hidrológiai modellekben való alkalmazását is.

A kutatás egyik legfontosabb eredménye egy, a talajok vízgazdálkodási tulajdonságain alapuló csoportosítási rendszer kidolgozása. A korábbi, szakértői szabályokon alapuló Várallyay-féle rendszer továbbfejlesztését az új HU-SoilHydroGrids térképek tették lehetővé. A talajhidrológiai adatbázis statisztikai elemzésével és talajtani szakértői szabályok alkalmazásával 68 talajhidrológiai csoportot alakítottunk ki, amelyekhez meghatároztuk a víztartó és vízvezető képességet leíró jellemző paramétereket, valamint elkészítettük országos térképüket. A csoportok kialakításánál fontos szempont volt, hogy azok környezeti modellezésben is alkalmazhatók legyenek. Az új csoportosítás elsősorban országos és regionális környezeti, hidrológiai és vízgazdálkodási modellezési feladatokban hasznosítható. A térkép ingyenesen letölthető innen.

A fejlesztés fontos pillére a MARTHA talajfizikai és hidrológiai adatbázis bővítése. Vas vármegye archív talajtérképeinek digitalizálásával egyidejűleg 129 talajszelvény 517 rétegének talajhidrológiai adatait dolgoztuk fel, további adatfeltárással pedig Hajdú-Bihar és Szabolcs-Szatmár-Bereg vármegyéből 399 talajszelvény 1476 rétegének víztartóképesség-adatait és 471 hidraulikusvezetőképesség-adatot azonosítottunk. Bővítettük az adatbázist továbbá a HunSSD (Magyarországi Talajszerkezeti Adatbázis) 56 talajszelvényének 257 talajrétegéhez tartozó – általunk mért – talajadataival. Ezek az adatok nemcsak a jövőbeli becslések pontosítását segítik, hanem független adatforrást is biztosítanak a talajhidrológiai modellek és térképek megbízhatóságának ellenőrzéséhez.

A vizsgálatok rámutattak arra is, hogy az országos léptékben megfelelő pontosságú talajhidrológiai becslések helyi léptékben nagyobb bizonytalanságot mutathatnak, és a becslési pontosság a talajmélység növekedésével általában csökken. Az eredmények ezért a becslési módszerek mellett a bemeneti talajtérképi információk további pontosításának fontosságát is hangsúlyozzák. Ezt szolgálja többek között a 25 méteres felbontású talajtérképek fejlesztése.

A térképezési és adatbázis-fejlesztési munkát terepi monitoring egészítette ki. A Csorsza-vízgyűjtőn végzett vizsgálatok kimutatták, hogy a talajnedvesség és a talaj fizikai, illetve kémiai tulajdonságai közötti kapcsolat a földhasználattól is függ. A szőlőültetvények sorközeinek növényborítása hozzájárulhat a talaj védelméhez, ugyanakkor száraz időszakokban a növényzet vízfelhasználása csökkentheti a talaj nedvességtartalmát. A monitoring Tetves-patak vízgyűjtőjére történő kiterjesztésével a Csorsza-vízgyűjtővel közvetlenül összehasonlítható adatsor jött létre, az első eredmények pedig jelentős különbségeket jeleznek a két vízgyűjtő hidrológiai működésében.

A projekt eredményeként új talajhidrológiai csoportosítás és országos térkép készült, amely elsősorban országos és regionális léptékű környezeti és vízgazdálkodási modellezési feladatokban alkalmazható. A független és mintaterületi validációk rámutattak a térképi becslések léptékfüggő bizonytalanságaira, amelyek a jövőben a talajhidrológiai térképek alapjául szolgáló talajtulajdonság-térképek további pontosításával csökkenthetők. A kutatás eredményei kiemelik a hosszú távú terepi monitoring, a részletes talajtérképezés és a talajhidrológiai adatbázisok összehangolt fejlesztésének fontosságát annak megértésében, hogy a talajok vízgazdálkodása miként befolyásolja a szélsőséges hidrometeorológiai események hatásait.

A klímaváltozás következtében egyre hangsúlyosabbá válik a mezőgazdasági termelésben a talajok vízháztartásának és alkalmazkodóképességének szerepe. A csapadék tér- és időbeli eloszlásának változása, valamint a vízhiányos időszakok gyakoribbá válása jelentős mértékben befolyásolja a termőhelyek hasznosítási lehetőségeit és a termesztés eredményességét. A talaj fizikai állapota, szerkezete, szervesanyag-tartalma és felszínének növényborítottsága meghatározó szerepet tölt be a csapadék és az öntözővíz beszivárgásában, a felszíni lefolyás alakulásában, továbbá a talajdegradációs folyamatok mérséklésében, valamint a víz- és tápanyag-gazdálkodásban. A talaj szilárd alkotóiból összeálló különböző méretű aggregátumok kialakulása és szerkezetük tartóssága a fizikai, kémiai és biológiai talajkörnyezet függvénye. A mikrobiális tevékenységből származó szimbionta mikorrhiza gombák által termelt glikoprotein, a glomalin, mely kiemelt szerepet játszik a talajok mikrobiológiai aktivitásának  és szénforgalmának alakulásában, továbbá a stabil talajaggregátumok kialakításában. A talaj mikro- és makroaggregátumainak stabilitása jelzi, hogy mennyire képes ellenállni a degradációs hatásoknak, például a víz- és széleróziónak, illetve a talajművelés mechanikai hatásainak, meghatározóak a talajok szerkezetének,  víz- és szervesanyag-gazdálkodásának alakulásában.

Kutatásunk célkitűzése a talajhasználat – talajművelés – tápanyaggazdálkodás együttes hatásának elemzése volt a szervesanyag minőségi, mennyiségi jellemzőkre, szerkezeti állapotra és a talajok vízgazdálkodására szabadföldi kísérletek talajfizikai, kémiai és biológiai  vizsgálatainak eredményeire építve. A kutatás során különböző talajtípusokhoz tartozó és különféle módon művelt talajok mintáin történő mérések eredményeiből egy talajszerkezeti és szerves szén adatbázis került kialakításra, mely lehetőséget adott a szerkezetesség, a szervesanyag-karakter és a vízgazdálkodási tulajdonságok összefüggéseinek vizsgálatára.

A talajhasználat hatásának komplex elemzését végeztük a szervesanyag-jellemzőkre, szerkezeti állapotra és a vízgazdálkodásra 60 hazai, különböző talajtípusba és művelési ágba tartozó talaj közel 300 genetikai szint archivált mintáin végzett vizsgálatok alapján. Váz, kőzethatású talajok, csernozjom, szikes, erdő- és réti talajok főtípusokból származó talajminták komplex talajkémiai, talajfizikai vizsgálata mellett a talajszelvények feltalajaiban és a szelvények különböző rétegeiben meghatároztuk a talajok könnyen oldódó glomalin (EE-GRSP)-tartalmát. Összefüggést kerestünk az aggregátumok stabilitása és szerves anyag minőségi és mennyiségi jellemzői, talajok vízháztartására jellemző hidrofizikai paraméterek között.

A szervesanyag-tartalom (SOM, DOC) maximuma az összes talajtípusnál a legfelső rétegekben található, míg a glomalin (EE-GRSP) maximuma többnyire a 30-50 cm-es mélységben. A glomalintartalom talajtípusokra jellemző genetikai szintek közötti eloszlást mutatott:  (1) a csernozjom talajoknál 30-50 cm mélyen mért maximummal;  (2) 50 cm-nél mélyebb felhalmozódás erdőtalajokban és váztalajokban; .(3) a szikes talajok esetén a 40-60 cm mélységig magas, az alatt alacsony érték; (4) maximuma a réti talajoknál 60 cm-nél mélyebben; (5) szántóföldeken glomalin maximuma növényzet függő mélységbeli maximummal jelent meg (1. ábra). Rét, szántó, erdő és ültetvény területek változatos növényborítással, illetve növénykultúrával bíró talajai esetén összefüggéseket kerestünk a talaj glomalintartalma és az azt potenciálisan befolyásoló tényezők között. A mintázott talajtípusok  feltalajainak legfőbb varianciáját a talaj tápanyag és széntartalmát leíró paraméterek okozták, köztük a glomalin-tartalom is (2. ábra). A talajhasználatból adódó különbségek a talaj textúráját leíró paraméterek (agyag, homok, por frakció), illetve a humuszminőséget jellemző mutatók (Q, K) esetén voltak meghatározóak. A vizsgált láptalajok feltalajában kiugróan magas, míg a váztalajokon a legalacsonyabb volt a humusz mennyisége. A talajtípusok szerinti tendenciák a vízoldható szerves széntartalomban nagyon hasonlóak voltak, a glomalin-tartalomban és a C: N arányban viszont kiegyenlítettebb mintázatot mutattak. A glomalintartalom szignifikáns pozitív korrelációt mutatott a vízoldható szerves szén-tartalommal (DOC) és a humusz-tartalommal. A csernozjom talajokban mért glomalintartalmak és mikroaggregátum stabilitás értékekben a pozitív korreláció tendenciája felismerhető volt. Random Forest analízis algoritmusa a különböző talajtípusok feltalajában a  makro- és mikroaggregátum-stabilitások alakulásában a szerves széntartalom minőségi és mennyiségi mutatókat eltérő mértékben ítélte meghatározónak. A makroaggregátumok stabilitásának vizsgálata során a könnyen oldódó (DOC, Q, SOM) szénformák a leginkább meghatározóak, míg a mikroaggregátumok stabilitásánál  a DOC, C:N, míg az EE-GRSP kevésbé. A vizsgált talajszelvények felső két genetikai szintjét vizsgálva megállapítható volt, hogy a mezőgazdasági művelés alatt álló, szántott rétegek aggregátumainak stabilitása alacsonyabb, mint például a gyepterületek azonos szintjein. Az alacsonyabb aggregátum stabilitás rosszabb vízvezető- és vízraktározó-képességet jelezhet. Vizsgálataink során azt tapasztaltuk, hogy a „homok talajoknál” a szerkezetességgel megnő a kisebb pórusok aránya, így a víztartó képességük is javul. A kedvezőbb szerkezetű „agyag talajok” esetében viszont a makropórusok mennyisége növekszik, ami a vízelvezetést, illetve a levegőzöttséget javítja. A talaj szerkezetességgel – a morfológiai szerkezet minőségétől függően – egyenletesebbé válik a szélsőséges textúrájú talajok pórusméret-eloszlása, így javul a víz- és levegőgazdálkodásuk.

Józsefmajori művelési tartamkísérlet frakcionált (1-2 mm; 05-1 mm; 250-500 µm; 63-250  µm;  < 63 µm), különböző szemcseméretű minták eloszlása a szántott, sekély kultivátorozott és direkt vetett talajok között nagy eltéréseket mutatott, a 250 µm alatti szemcsék szignifikánsan nagyobb mennyiségben voltak jelen és tartalmaztak glomalint a direkt vetett  parcellákban, mint a szántott és forgatás nélküli parcellákban.

Nagyhörcsöki mészlepedékes csernozjom talajon 2023 őszén beállított művelési kísérletben rövid távú intenzív (szántás) és talajkímélő (forgatásnélküli; no-till + takarónövény) művelések hatását vizsgáltuk a mikrobiális közösségek funkcionális és genetikai diverzitásának alakulására, különböző szerves anyag formák mennyiségi, minőségi változásaira és növényi növekedési és élettani válaszokra. A talajkímélő művelésű, különös tekintettel takarónövényes kezelésekben a talajok összmikrobiális aktivitása, az arbuszkuláris mikorrhiza gombák gyökérkolonizációja, könnyen felvehető szervesanyag tartalma már az első évben szignifikánsan nőtt a szántott talajokéhoz képest. A növények növekedési, élettani, beltartalmi mutatóiban és termés mennyiségében talajkímélő és regeneráló hatása nem volt kimutatható, míg a reflektancia spektrumok vegetációs mutatói alapján a második évben a növények vitalitása a forgatás nélküli parcellákban volt a legjobb. A kísérlet második évében a talajok rizoszféra mikrobiomjának funkcionalitásában mért kezdeti különbségek mérséklődtek. Az ITS, 16S és AMF specifikus amplikon szekvenálás alapján, a gombaközösségekben a lebontó szervezetek abundanciája az opportunista patogének rovására nőtt, míg a bakteriális közösségekben a nitrogénkörforgalom meghatározó taxonok abundanciája nőtt a lebontók rovására. Inkubációs cellulázaktivitási tenyészedénykísérlet talajnedvességi profilja a regeneratív művelés pozitív hatását mutatta ki a vízmegtartásra.

A műveléshatás bioindikációjának tekintetében a talaj-mikroba-növény rendszer és talajok komplex, a rendszer több elemét jellemző minőségi, mennyiségi mutatók együttes alkalmazására van szükség. A fenntartható vízgazdálkodás és a termőhelyi adottságokhoz való alkalmazkodás olyan talajhasználati gyakorlatok együttes alkalmazását teszi szükségessé, amelyek az adott termőhely sajátosságaihoz igazodnak. A szervesanyag-megőrző és vízmegtartó technológiák területspecifikusan, önállóan vagy egymással kombinálva is alkalmazhatók. E módszerek együttesen hozzájárulhatnak a talajszerkezet kedvezőbbé tételéhez, a szervesanyag-készlet megőrzéséhez és a talaj vízmegtartó képességének javításához.

Az alprojekt célja a Balaton és vízgyűjtője ökológiai állapotát alakító legfontosabb emberi és környezeti hatások átfogó vizsgálata volt. Kutatásaink középpontjában az inváziós fajok terjedése és ökológiai hatása, a tájhasználat, a tápanyagterhelés és a humán eredetű mikroszennyezők, valamint az éghajlatváltozással összefüggő folyamatok álltak. Összességében az alprojekt a Balaton ökológiai működését veszélyeztető folyamatok feltárásától a konkrét kezelési javaslatokig terjedő tudásbázis létrehozására irányult.

Témavezető: Specziár András, kutatóprofesszor, HUN-REN BLKI

A vállalt célkitűzések és legfontosabb eredményeik

1. A balatoni algaközösségek vizsgálata. Feltártuk a planktonikus és bentikus algaközösségek összetételét, mennyiségét és hosszú távú változásait.
2. Az algatömegprodukciók okainak feltárása. Műholdas, terepi és kísérletes vizsgálatokkal feltártuk az üledék, a tápanyagforgalom, a fényviszonyok, az oxigénellátottság és a vízhőmérséklet szerepét. Az elmúlt két évtizedben a planktonikus algák visszaszorulása és a bentikus algák előretörése volt jellemző (1. ábra), 2024-től azonban a felmelegedéssel párhuzamosan ismét jelentősen nőtt a planktonikus algák mennyisége. Kimutattuk, hogy magas hőmérsékleten és oxigénhiányos körülmények között jelentősen fokozódhat az üledék foszforleadása. Eredményeink szerint a jelenlegi felmelegedés és az alacsony vízállás növelheti a belső tápanyagterhelést és így az algavirágzások kockázatát. A Kis-Balaton esetében kimutattuk, hogy a hínár részleges aratásával javítható lehet a rendszer tápanyagmérlege.
3. Egy esetleges balatoni vízpótlás vízkémiai következményei. Kimutattuk a Balaton sótartalmának hosszú távú emelkedését: az összes ionkoncentráció a korábbi mintegy 450 mg/L-ről 620–690 mg/L-re nőtt. A potenciális vízpótló folyók vize mérsékelné ezt a folyamatot, ugyanakkor megváltoztathatja a tó tápanyagforgalmát, növelhetné a foszforterhelést. Kísérleteink szerint a sótartalom további növekedése csökkentheti a plankton diverzitását, míg a hígítás (esetleges vízpótlás) önmagában nem okozott kedvezőtlen változást az algaközösségben.
4. Inváziós makroszkopikus gerinctelenek versengése. Feltártuk a vándorkagyló és a kvagga kagyló eltérő környezeti alkalmazkodását. A kvagga kagyló elsősorban a mélyebb, laza üledékű területeken, a vándorkagyló inkább a sekélyebb, kemény aljzatú és időszakosan kiszáradó élőhelyeken lehet sikeresebb. Kimutattuk, hogy a kvagga kagyló térnyerése bizonyos körülményeknél kisebb terhelést jelenthet az őshonos nagytestű kagylókra, mint a vándorkagylóé.
5. Antropogén hatások a makrogerinctelen közösségekre. Igazoltuk, hogy a települések, halastavak, utak, átereszek és partmódosítások jelentősen befolyásolják a vízfolyások élővilágát. Eredményeink rámutatnak, hogy a természetvédelmi beavatkozások során vízfolyás-specifikus megoldásokra van szükség. Az idegenhonos Theodoxus fluviatilis balatoni terjedését többek között a partok kikövezése, a magasan tartott vízszint és az eutrofizáció segítette.
6. A halközösségek szerveződése és az idegenhonos fajok szerepe. Kimutattuk, hogy a vízfolyások hidrológiai és geomorfológiai jellemzői alapvetően meghatározzák a halközösségek funkcionális sokféleségét. A halastavak elősegítik az idegenhonos fajok megjelenését, amelyek növekvő aránya csökkenti az őshonos halközösségek időbeli stabilitását. Vizsgáltuk a hagyományos és környezeti DNS-alapú mintavételek összevethetőségét, és javaslatokat dolgoztunk ki a halállomány-monitoring fejlesztésére. Feltártuk a Balaton halközösségének táplálékforrás használatát és táplálkozási kapcsolatrendszerét (2. ábra).
7. Inváziós halfajok populációgenetikája. Morfológiai és populációgenetikai módszerekkel vizsgáltuk a naphal és a folyami géb balatoni állományainak térbeli szerkezetét, új információkat nyerve e fajok terjedési folyamatairól.
8. A fekete törpeharcsa táplálkozásökológiája. Kimutattuk, hogy az invazív fekete törpeharcsa táplálékhasznosítása elkülönül az őshonos bodorkáétól és a sügérétől, ugyanakkor növekedésével egyre nagyobb arányban fogyasztja az őshonos halfajok ivadékát.
9. Humán eredetű kémiai szennyezők. Feltérképeztük a gyógyszermaradványok, UV-szűrők (3. ábra), mikroműanyagok és rodenticidek előfordulását és környezeti kockázatát. Tökéletesítettünk egy, a szerves UV-szűrők felszíni vizekből történő kimutatására alkalmas analitikai módszert, és meghatároztuk egyes szennyezők terhelési gócpontjait.
10. A kémiai szennyezők biológiai hatásai. Vízi gerinctelen modellfajokon vizsgáltuk az UV-szűrők, gyógyszermaradványok, mikroműanyagok, peszticidek és egyéb szennyezők egyedi és kombinált hatásait, beleértve a felmelegedéssel való kölcsönhatásukat. A balatoni vidrák vizsgálata során >90%-os mikotoxin-terhelést találtunk, ami egyben rámutat a faj potenciális őrszemindikátor-szerepére is.
11. Az UV-szűrők hatásának vizsgálata mezokozmoszban. A leggyakoribb UV-szűrők környezeti koncentrációinak közösségi szintű hatásait vizsgálva kimutattuk, hogy a kezelések befolyásolhatják a vízibolhák növekedését, miközben reprodukciójukban nem jelentkezett a laboratóriumi kísérletek alapján várható eltérés.

Vállaláson felüli eredmények

A fogassüllő populációgenetikai vizsgálata alapján a balatoni állomány genetikai állapota az intenzív hasznosítás ellenére kedvező, és kelet–nyugati irányú állományon belüli mozgás mutatható ki. Átfogóan vizsgáltuk a vidra elterjedését, élőhelyhasználatát és táplálékát (4. ábra), valamint a kockás sikló és a pettyes gőte állományaira gyakorolt tájhasználati hatásokat. Eredményeink különösen az utak, vasutak, beépítettség és a vizes élőhelyek eltűnésének kedvezőtlen hatásaira hívták fel a figyelmet.

 

Gyakorlatban hasznosítható eredmények és javaslatok

Algavirágzások kockázatának csökkentése. Létrehoztuk és szabadon elérhetővé tettük a Balaton hosszú távú és folyamatosan frissülő klorofill-a térképét, és feltártuk az algatömegprodukciókat meghatározó fő folyamatokat. Eredményeink szerint napjainkban a felmelegedéssel összefüggő belső foszforterhelés kiemelt kockázati tényező. Javaslatokat dolgoztunk ki a vízszintszabályozás, a Kis-Balaton tápanyag-visszatartási problémái és a horgászati etetőanyagok okozta terhelés kockázatainak kezelésére.

Vízpótlás. Kimutattuk, hogy egy esetleges vízpótlás lassíthatja a Balaton sótartalmának növekedését, ugyanakkor a vízkémiai és tápanyagforgalmi következményeket a beavatkozás tervezésekor kiemelten figyelembe kell venni.

Inváziós fajok kezelése. Feltártuk az inváziós kagyló-, csiga- és halfajok terjedésének környezeti és antropogén tényezőit, terjedési forrópontjait és ökológiai hatásait. Kezelési javaslatokat dolgoztunk ki terjedésük mérséklésére és korai észlelésükre. A fekete törpeharcsa őshonos fajokra gyakorolt predációs és kompetíciós nyomása miatt javasoltuk gyérítését, amelyet a halászati kezelő meg is kezdett.

Biodiverzitás és fenntartható tájhasználat. Feltártuk a tájhasználat trendjeit (5. ábra) és a társadalom természetes ökoszisztémához való viszonyulását a Balaton mentén. Javaslatokat dolgoztunk ki a meder- és partszabályozások, települések, halastavak és közlekedési infrastruktúra kedvezőtlen ökológiai hatásainak mérséklésére, valamint a halállomány-monitoring korszerűsítésére. Eredményeink közvetlenül felhasználhatók a Balaton és vízgyűjtője természetvédelmi és tájhasználati tervezésében.

Mikroszennyezők környezeti kockázatának csökkentése. Környezeti kockázatbecsléseket és monitorozási javaslatokat dolgoztunk ki gyógyszermaradványokra, UV-szűrőkre, mikroműanyagokra és rodenticidekre. Eredményeink hozzájárulhatnak indokolt környezeti határértékek kialakításához. Kimutattuk továbbá, hogy a kvagga kagyló egyes szerves szennyezőket hatékonyan akkumulál, ami a jövőben új víztisztítási lehetőségek vizsgálatát alapozhatja meg.

 

Tovább a kutatócsoport oldalára: fenntarthatotechnologiak.hu/BLKI

A kutatási program négy, egymáshoz szorosan kapcsolódó területen vizsgálta a biodiverzitás megőrzésének és az ökoszisztémák fenntartható kezelésének lehetőségeit: az ökológiai intenzifikációt és élőhely-restaurációt, a városi beporzóbarát beavatkozásokat, az időjárási szélsőségek és különösen az aszály gyepközösségekre gyakorolt hatásait, valamint az eltérő erdőkezelési módok ökológiai következményeit. A többéves terepkísérletek és monitorozások eredményei alapján több, gyakorlati szempontból is releváns általános összefüggést sikerült feltárni.

Kutatásaink négy olyan területet vizsgáltak, ahol a természet és az emberi tevékenység találkozik: hogyan segíthetjük a rovarokat a mezőgazdasági tájakban és a városokban, hogyan alkalmazkodnak a gyepek az egyre szélsőségesebb időjáráshoz, és miként lehet úgy hasznosítani az erdőket, hogy közben minél több természeti érték megmaradjon.

A mezőgazdasági tájakon vadvirágos parcellákat hoztunk létre, és parlagokat vetettünk felül őshonos virágfajokkal. A vadvirágos területek meglepően gyorsan gazdagodtak: az elvetett 32 növényfaj mellett öt év alatt mintegy 240 spontán faj jelent meg. A virágos parcellák különösen akkor fontosak a beporzók számára, amikor a környező, intenzíven művelt tájban kevés táplálék áll rendelkezésre – például a nyár közepén és szántók által dominált tájakon. Három év alatt a méhek, lepkék és zengőlegyek közösségei a közeli természetes gyepekéhez hasonlóvá válhatnak. A parlagok pillangós növényekkel történő felülvetése pedig nemcsak a növényzetet és a talajt javította, hanem a gazdálkodók számára fontos szénahozamot is növelte. A vizsgálatok arra is felhívták a figyelmet, hogy a beporzók mennyiségét az egyes évek időjárása, különösen az aszály, erősen befolyásolja.
A városokban azt vizsgáltuk, hogyan segíthetik a beporzókat a zöldterületek másfajta kezelési módjai. Huszonnyolc európai intézménnyel együttműködve, 12 ország 15 év alatt gyűjtött adatait elemeztük. Az eredmények szerint a ritkább kaszálás, a virágvetés és bizonyos területeken a kezelés elhagyása általában kedvezően hat a növényzetre és a beporzók sokféleségére. Különösen a virágvetés és az útszegélyek bizonyultak kedvezőnek. Budapesten is azt tapasztaltuk, hogy a ritkábban kaszált zöldterületeken több méh fordult elő, különösen a nyár második felében. Ez azt mutatja, hogy a városi zöldfelületek kezelési módjának megváltoztatásával is sokat tehetünk a természetért.

A gyepek esetében az egyik legnagyobb kihívás az aszály. Több mint húszéves megfigyelések, terepkísérletek és új, mesterségesen előidézett aszálykísérletek segítségével vizsgáltuk a változásokat. A Duna–Tisza közi homoki gyepekben a 2022 óta ismétlődő aszályok már nem egyszerűen egy-egy rossz év hatását jelentik: az évelő növények tömeges pusztulását és tartós változásokat okozhatnak. A korábbi, 2003-as aszály után a gyepek viszonylag gyorsan regenerálódtak, de egyes meghatározó fajok visszatérése akár 12 évig is eltartott. Az újabb aszályok hatására a regeneráció még bizonytalanabbá válhat. A kísérletek azt is megmutatták, hogy az aszály csökkenti a növényzet föld feletti és föld alatti biomasszáját, és a talajban zajló életfolyamatok, például a talajlégzés is hosszabb időre visszaeshetnek.
Az erdőkben azt vizsgáltuk, hogyan hatnak a különböző erdőkezelési módok a teljes ökoszisztémára. A Pilisben végzett hosszú távú kísérletek alapján az intenzívebb beavatkozások, különösen a tarvágás, jelentősen elszegényíthetik a talajlakó élővilágot, és ennek hatása még hat évvel később is kimutatható. A kisebb erdei lékek ugyanakkor lehetőséget adnak a fák természetes felújulására úgy, hogy közben az erdei környezet számos jellemzője megmarad. Vizsgálataink szerint a tölgy felújulása szempontjából a kisebb, elnyújtott lékek kedvezőbbek, mert a nagyobb lékekben erősebb lehet a gyertyán és a szeder versengése. Az erdőkben végzett kutatások végére nyolc örökerdő–vágásos mintaterületpárról és három erdőrezervátumról rendelkezünk sokféle élőlénycsoportra és környezeti tényezőre kiterjedő adatokkal.
A négy kutatási terület közös tanulsága, hogy a természetes rendszerek működését nem egyetlen tényező határozza meg. A táj szerkezete, az időjárás, a kezelés módja és az élőlények közötti kapcsolatok együttesen alakítják a biodiverzitást. A hosszú távú terepi kutatások ezért nemcsak azt mutatják meg, hogyan változik a természet, hanem azt is, hogy milyen beavatkozások segíthetik a biodiverzitás megőrzését a mezőgazdasági tájakban, a városokban, a gyepekben és az erdőkben.

Tovább a kutatócsoport munkájához: Ökológiai fenntarthatóságot szolgáló élőhely-kezelések kísérletes vizsgálata szárazföldi ökoszisztémákban

A Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Karának kutatói az MTA Fenntartható Fejlődés és Technológiák Nemzeti Program keretében négy éven keresztül vizsgálták, hogyan lehet a Magyarországon rendelkezésre álló karbonmentes hőforrásokat, így elsősorban a geotermikus energiát és az ipari hulladékhőt hatékonyabban hasznosítani. A kutatások középpontjában az a kérdés állt, hogyan növelhető egyszerre az energiaellátás biztonsága és a fenntarthatóság.

A program egyik legfontosabb eredménye annak igazolása volt, hogy a Magyarországon rendelkezésre álló geotermikus energia nemcsak fűtési célokra, hanem bizonyos esetekben villamosenergia-termelésre is hasznosítható. A kutatók olyan módszereket és számítási eszközöket fejlesztettek, amelyek elősegíthetik a kisebb, helyi energiatermelő rendszerek kialakítását. Az ilyen decentralizált megoldások csökkenthetik az importált energiahordozóktól való függőséget, és hozzájárulhatnak az energiaellátás biztonságának növeléséhez.

A projekt keretében különös figyelmet kapott az ipari hulladékhő hasznosítása is. A kutatások eredményeire építve két mobil hőtároló egység készült el, amelyek lehetővé teszik, hogy egy ipari létesítményben keletkező felesleges hő máshol, például közintézmények fűtésére legyen felhasználható. A rendszer ma már valós körülmények között működik, és óvoda hőellátását segíti. Ez jól mutatja, hogy a kutatás eredményei nemcsak tudományos publikációkban, hanem a mindennapi gyakorlatban is hasznosulhatnak.

A megújuló energiaforrások növekvő szerepe új kihívásokat is teremt. A kutatócsoport ezért fejlett mesterségesintelligencia-alapú módszereket dolgozott ki a napelemes energiatermelés előrejelzésére, valamint energiatároló rendszerek működésének optimalizálására. Az eredmények segíthetnek abban, hogy a jövő villamosenergia-rendszere nagyobb arányban tudja befogadni a megújuló energiaforrásokat anélkül, hogy az ellátás biztonsága sérülne.

A kutatások egy másik fontos iránya a hidrogénenergetika volt. A program keretében egy olyan koncepció készült, amely geotermikus energia felhasználásával támogatja alacsony karbonintenzitású hidrogén előállítását közlekedési célokra. A vizsgálatok rámutattak arra, hogy a geotermia, a hidrogén és más megújuló technológiák együttes alkalmazása új lehetőségeket kínálhat a fenntartható energiaellátásban.

A négy év során a program nemcsak tudományos, hanem oktatási szempontból is jelentős eredményeket hozott. Több tucat hallgató kapcsolódott be a munkába, négy PhD-fokozat és egy MTA doktora cím született a kutatásokhoz kapcsolódóan. Az eredmények jelentős része a világ vezető tudományos folyóirataiban jelent meg, miközben több nemzetközi együttműködés is létrejött európai és tengerentúli partnerekkel. A program így egyszerre járult hozzá a hazai energetikai innovációhoz, az utánpótlás-neveléshez és Magyarország nemzetközi tudományos láthatóságának erősítéséhez.

A HUN-REN-SZTE Fotoakusztikus Kutatócsoportja három új közleményt jelentetett meg az ATK, a MATE és az ELTE kutatóival együttműködésben. A tanulmányokban részben az ammónia emissziót, részben az arra ható tényezőket vizsgáltuk.

1.) A talajtulajdonságok szerepe a napraforgótábla ammóniakibocsátásában

Megjelent új publikációnk, amelyben egy műtrágyázott hazai napraforgótábla talaj–légkör közötti ammóniaforgalmát és annak legfontosabb környezeti meghatározóit vizsgáltuk. A méréseket húsz mintavételi ponton, a teljes tenyészidőszakot lefedő tizennyolc mérési kampány során végeztük. Az ammóniafluxus mellett részletes talajkémiai, talajfizikai, mikroklimatikus és növényállományra vonatkozó adatokat is gyűjtöttünk. Az összetett kapcsolatok feltárására Random Forest gépi tanulási modellt és az eredmények értelmezését segítő SHAP-elemzést alkalmaztunk.

Eredményeink szerint az ammóniakibocsátás térbeli és időbeli változását nem egyetlen tényező határozta meg, hanem a talajhőmérséklet, a talajnedvesség, a humusztartalom és az ammónium-, illetve hidrogénion-koncentráció arányának összetett, nemlineáris kapcsolata. Fontos eredmény, hogy nemcsak a felszín közeli talajréteg, hanem a 20–30 cm mélységben mért tulajdonságok is hozzájárultak a modell előrejelzéseihez. Ez arra utal, hogy az ammóniakibocsátás alakulásában a talajszelvény mélyebb rétegeiben zajló folyamatoknak is szerepük lehet.

A nitrát koncentrációja szintén fontos változóként jelent meg, azonban ez nem tekinthető az ammóniakibocsátás közvetlen okának. Sokkal inkább a talajban zajló nitrogénátalakulási folyamatok, valamint a hőmérséklettel és a nedvességgel fennálló kapcsolatok jelzője lehet. Vizsgálatunk rámutat arra, hogy az adatvezérelt módszerek új információkat szolgáltathatnak a mezőgazdasági talajok nitrogénforgalmáról és a reaktív nitrogén környezeti veszteségeiről.

Tovább a közleményhez

2.) Fotoakusztikus mérőrendszer az ammónia szántóföldi kibocsátásának meghatározására

Megjelent új tanulmányunk, amelyben egy kvantumkaszkád-lézeres fotoakusztikus mérőrendszer szántóföldi alkalmazhatóságát vizsgáltuk az ammónia talaj–légkör közötti áramának meghatározására. A rendszer a különböző magasságokban mért ammónia-koncentrációk különbségéből, aerodinamikai gradiens módszerrel számította ki a félórás ammóniafluxusokat. Az 54 napos mérési időszak a műtrágyázást követő időszakot fedte le, a kezdeti csupasz talajállapottól a téli repceállomány fokozatos fejlődéséig.

A műszer folyamatosan és megbízhatóan működött a szántóföldi körülmények között. A két mintavételi csatorna összehasonlítása alapján a véletlenszerű mérési bizonytalanság ±2 ppb volt, számottevő rendszeres eltérést pedig nem találtunk közöttük. A fluxusszámításokat többféle légköri stabilitási függvénnyel is elvégeztük. Az eredmények azt mutatták, hogy a függvény megválasztásából eredő eltérés jóval kisebb volt, mint az ammóniafluxus tényleges napi változása.

A vizsgált időszak átlagos ammóniakibocsátása 1,85 nmol m^–2 s^–1  volt. Az összesített veszteség 1,21 kg N ha^–1-nek, vagyis a kijuttatott műtrágya-nitrogén körülbelül 4%-ának felelt meg. A nappali kibocsátás megközelítőleg egy nagyságrenddel meghaladta az éjszakai értékeket, ami a turbulens légköri keveredés és a napsugárzás által befolyásolt felszíni folyamatok jelentőségét mutatja. Eredményeink alapján a kifejlesztett fotoakusztikus rendszer alkalmas az ammónia hosszú távú, szántóföldi léptékű vizsgálatára.

Tovább a közleményhez

 

3.) Gépi tanulással azonosított talajtani összefüggések az ammóniakibocsátásban

Megjelent új publikációnk, amelyben azt vizsgáltuk, hogy gépi tanulási módszerekkel jobban értelmezhető-e a talaj ammóniakibocsátásának kis területen belüli változatossága. Az ammóniafluxust, a talajhőmérsékletet és a felszín közeli talajnedvességet húsz mintavételi ponton mértük egy növényzet nélküli mezőgazdasági területen. Emellett három talajmélységben meghatároztuk az ammónium- és nitráttartalmat, az összes nitrogént, a humusztartalmat és a pH-t.

Az egyes talajtulajdonságok és az ammóniafluxus közötti páronkénti vizsgálatok nem mutattak ki egyetlen, minden más tényezőnél erősebb lineáris kapcsolatot. Az öt vizsgált regressziós eljárás közül ugyanakkor a Random Forest modell adta a legjobb keresztvalidált eredményt, 0,418-as R²-értékkel. Ez azt jelzi, hogy az ammóniakibocsátás térbeli különbségeit több talajtulajdonság együttes, részben nemlineáris kapcsolata jobban leírja, mint bármelyik változó önmagában.

A modellben a 10–20 cm-es talajréteg nitrátkoncentrációja és a felszín közeli talajnedvesség bizonyult a két legfontosabb változónak. A nitrát jelentősége azonban nem bizonyít közvetlen ok-okozati kapcsolatot az ammóniakibocsátással, és önmagában nem tekinthető a nitrifikáció intenzitását jelző mérőszámnak. Inkább a talaj nitrogénállapotáról és az egymással összefüggő átalakulási folyamatokról hordozhat közvetett információt. Eredményeink azt mutatják, hogy az értelmezhető gépi tanulási módszerek hasznos kiegészítői lehetnek a talaj nitrogénforgalmát vizsgáló hagyományos megközelítéseknek.

Tovább a közleményhez

A konferencia legfontosabb üzenetei a következők voltak:
• A felszín alatti víz a klímaadaptáció egyik kulcsa. A résztvevők hangsúlyozták, hogy az aszályok, szélsőséges időjárási események és a vízbiztonsági kihívások kezelésében a felszín alatti vízkészletek szerepe tovább nő.
• A víz nemcsak ivóvízforrás, hanem energia- és ásványi erőforrás is. Kiemelt téma volt a geotermikus energia, a termálvizek fenntartható hasznosítása, valamint a zöld átmenethez kapcsolódó földtani erőforrások kezelése.
• Integrált vízgazdálkodásra van szükség. A kutatások egyre inkább a felszíni és felszín alatti vizek kapcsolatára, illetve a teljes vízkörforgás egységes kezelésére összpontosítanak.
• Új technológiák jelennek meg a hidrogeológiában. A mesterséges intelligencia, a numerikus modellezés, az izotópos nyomjelzés és a korszerű monitoring-rendszerek alkalmazása visszatérő téma volt a szekciókban.
• A szennyezések és az újonnan megjelenő szennyezőanyagok kezelése globális kihívás. A konferencia számos előadása foglalkozik a felszín alatti vizek minőségvédelmével és a kármentesítési módszerek fejlesztésével.

Budapest, mint a helyszín kiválasztása önmagában üzenetértékű. A konferencia szervezői kiemelték:
• a Duna mentén található parti szűrésű ivóvízbázisok jelentőségét,
• a budapesti termálvízrendszert,
• a speciális karsztos hidrogeológiai adottságokat,
• valamint a geotermikus energia növekvő szerepét Magyarországon.

A 21. század víz-, élelmiszer-, energia- és klímabiztonságának egyik legfontosabb stratégiai erőforrása a felszín alatti víz, amelyet a jövőben sokkal integráltabban és fenntarthatóbban kell kezelnünk. A konferencia szerint a jövő kihívásaira csak a kutatás, innováció, oktatás és nemzetközi együttműködés együttesével adható válasz.

Az IAH 2026 World Groundwater Congress megnyitó ünnepségén a következő kiemelt tisztségviselők és szakemberek vettek részt és mondtak köszöntőt:
• Orbán Anita: külügyminiszter Sajómente,
• Dr. Erőss Anita: a kongresszus elnöke,
• Dr. Szőcs Teodóra: a Hidrogeológusok Nemzetközi Szövetségének (IAH) elnöke,
• Mádlné Dr. Szőnyi Judit: az IAH 2026 Tudományos Bizottságának elnöke,
• Horváth Balázs: az Élő Környezetért Felelős Minisztérium vízügyért felelős helyettes államtitkára,
• Pósfai Mihály: az MTA elnöke,
• Darázs Lénárd: az Eötvös Lóránd Tudományegyetem rektora.

A megnyitón emellett különleges megemlékezést tartottak a világhírű Tóth József professzor úr (1933–2026) hidrogeológus emlékére, levetítve utolsó rögzített üzenetét a nemzetközi szakmai közösség számára.

A Fenntartható Fejlődés és Technológiák Nemzeti Program (FFT NP) részéről  részéről Szűcs Péter a konferencia Tudományos Bizottságának tagjaként vett részt a konferencia, és előadást is tartott a következő címmel: Possible solutions for extreme water management situations in Hungary. Az előadás egyik társszerzője volt Bozó László is, a FFT NP elnöke is.