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.

A Miskolci Egyetem Víz- és Környezetgazdálkodás Intézetének munkatársai, Dr. Mohamed Hamdy Eid és Szűcs Péter professzor vezetésével végzett kutatás egy olyan új, integrált módszertant mutat be, amely ötvözi a gépi tanulást, a környezeti izotópnyomjelzést, az inverz geokémiai modellezést és a háromdimenziós talajvíz-áramlási szimulációt. Első alkalommal integráltak izotópos elemzésekkel, NETPATH inverz modellezéssel és FEFLOW numerikus szimulációkkal önszerveződő térképeket (SOM), egy felügyelet nélküli gépi tanulási technikát, hogy azonosítsák a talajvíz sótartalmának forrásait, számszerűsítsék a mély és sekély víztartó rétegek keveredését, és előre jelezzék a talajvíz-kitermelés hosszú távú hatásait.
A tanulmány kimutatta, hogy a sekély víztartó rétegben a talajvíz sótartalmát elsősorban a hipersós tavakból történő szivárgás okozza, míg a núbiai homokkő víztartó rétegből származó mély fosszilis talajvíz geológiai törésrendszereken keresztül éri el a sekély víztartó réteget, alapvető édesvíz-utánpótlási forrást biztosítva. A kutatás azt is előrejelzi, hogy a jelenlegi körülmények között a folyamatos talajvíz-kitermelés a század végére 30–40 méterrel csökkentheti a mély víztartó rétegben a talajvíz szintjét, növelve a szikesedés kockázatát és veszélyeztetve az oázis vízkészleteinek hosszú távú fenntarthatóságát.
Tudományos hozzájárulásán túl a kutatás gyakorlati útmutatást nyújt a vízgazdálkodási gazdálkodók és a politikai döntéshozók számára azáltal, hogy azonosítja a felszín alatti víz védelmének prioritási zónáit, és bizonyítékokon alapuló stratégiákat támogat az édesvízkészletek megőrzésére a mezőgazdaság, az ökoszisztémák és a helyi közösségek számára. A javasolt többmódszeres keretrendszer világszerte alkalmazható száraz és félszáraz régiókban, bemutatva, hogy a fejlett adatelemzés és a hidrogeológiai modellezés hogyan segíthet a kritikus vízbiztonsági kihívások kezelésében a növekvő éghajlati és emberi nyomás közepette.

Előadásunkban egy idős, lombos erdőben vizsgáltuk különböző erdőgazdálkodási kezelések (előkészítő vágás, tarvágás, hagyásfacsoport, lékvágás) hatását a talajlakó mezofauna közösségekre, különös tekintettel az ugróvillásokra (Collembola).
Eredményeink alapján a zavarás mértéke elsősorban a felső talajrétegben (0–10 cm) befolyásolta a mezofauna csoportokat, míg a szezonális hatások erőteljesebbnek bizonyultak, mint maguk a kezelések. A nyíltabb élőhelyeken (lékvágás, tarvágás) csökkent az egyedsűrűség, ugyanakkor a diverzitás nem mutatott jelentős eltéréseket a kezelések között. A funkcionális jellemzők elemzése azt mutatta, hogy a mérsékeltebb beavatkozások (előkészítő vágás, hagyásfacsoport) esetében nőtt a zavarás-tűréssel összefüggő tulajdonságok aránya. Eredményeink kiemelik a szezonális mintavételezés fontosságát, valamint azt, hogy a talajlakó mezofauna – különösen a Collembola közösségek – érzékenyen jelzik az erdőkezelések hatásait.