Megtörtént a különböző nemzeti homogenizált adatkészletek összehasonlítása a kiterjesztett Kárpát-medence régióban. Az eredmények azt mutatják, hogy az országos homogenizált adatállományokban több, eddig részleteiben nem elemzett töréspont található. A legtöbb vizsgált esetben a statisztikai indexek hasonlósága ígéretesnek mondható, például a bemutatott új HISTALP homogenizáció és a nemzeti homogenizált adatsorok idősorai között. Mindazonáltal egyes állomások esetében nagyobb eltérések fordulnak elő, és az állomástörténet lehetséges okai miatt az adatsorokban található szakadások nem olyanok, mint amilyennek vártuk volna. A nemzeti és az új HISTALP homogenizálás közötti különbségek – például az eltérő módszerekből, a homogenizálás eltérő időpontjaiból, az eltérő adatkezelési lehetőségekből (állomás adatok kombinációja, hiánypótlási rutinok stb.) és az eltérő referenciaállomások – szemléltetik a homogenizálással elkerülhetetlenül együtt járó eredendő bizonytalanságot, és rámutatnak a gondos kommunikáció és az adatok felhasználásának szükségességére. A vizsgálatok egyértelműen rávilágítottak a következetesen homogenizált adatkészletek előnyére, szemben a különböző homogenizálásokból származó eredmények keverésével kapcsolatos kockázatokkal (1. ábra).

Az energiaforrásként hasznosítható napsugárzás földfelszínt elérő energiasűrűségét a felhőzet- és csapadékeloszlás alapvetően befolyásolja. Az 1854-2022 közötti adatsorokat homogenizáltuk és egységes rácsra interpoláltuk, hogy az éghajlatot és annak változásait hosszú távon tanulmányozhassuk.

Elemeztük, hogy a légkörfizikai folyamatokat leíró formulák levezetésének első lépésében hol jelentkeznek azok a hibák, amelyek miatt a numerikus modellek nem kellően pontos eredményeket adnak. Rámutatunk arra, hogy az előrejelzések készítéséhez olyan parametrizációkat is használnak, amelyek a jelenkori antropogén klímaváltozás folyamatát nem megfelelő módon veszik figyelembe a modellekben. Vizsgálataink során a fizikai paraméterek közül elsősorban a hőmérsékletre és a légnedvességre fókuszáltunk.

Az extrém légköri szélsőségek gyakoriságának és intenzitásának vizsgálata a légköri erőforrások hasznosításának tervezése során kiemelten fontos kérdés. Részletesen elemeztük számos extrém vihar és csapadék kialakulásának körülményeit, az okozott károk mértékét. Ezek jól példázzák a légkörben zajló energia kaszkádot, amikor a nagyobb skálán jelentkező energiák kisebb skálákra transzformálódnak. A változó éghajlat miatt ezek a folyamatok várhatóan egyre veszélyesebb következményekkel járhatnak (2. ábra).

A globális környezeti változások egyre inkább megmutatkoznak a globális vízkörforgás átalakulásában. A csapadék – mint kulcsfontosságú tényező – összetett térbeli és időbeli változékonyságot mutat, amely a helyi éghajlati viszonyok és a nagyléptékű légköri-óceáni cirkulációs mintázatok kölcsönhatásából ered. Eredményeink arra utalnak, hogy a csapadék változékonyságának valósághű szimulálása érdekében az éghajlati modelleknek pontosan kell ábrázolniuk mind a regionális cirkulációs mechanizmusokat, mind a különböző léptékeket átívelő távkapcsolatokat. Az eltérő éghajlati övezetekben megfigyelt közös periodicitások rávilágítanak a globális légköri csatolás szerepére a regionális hidrológiai válaszreakciók alakításában. Eredményeink alapján pontosabbá tehető a csapadék előrejelezhetősége, valamint hozzájárulhatunk az éghajlatváltozással szemben ellenálló vízkészlet-gazdálkodás céljainak megvalósításához is.

 

Levegőminőségi produktumok fejlesztése, valamint szerepük a fenntartható fejlődési célok elérésében

A CHIMERE modell két konfigurációját hasonlítottuk össze: az aktuálisan működő operatív beállítást, amely határfeltételként a LMDz-INCA adatbázisból származó klimatológiai átlagokat használja, valamint egy tesztkonfigurációt, amely valós idejű határfeltételeket alkalmaz a CAMS globális előrejelzéséből. A munka elsődleges célja annak értékelése volt, hogy a valós idejű és a klimatológiai határfeltételek használata miként befolyásolja a kulcsfontosságú légszennyező anyagok – köztük a NO₂, az O₃, a PM₁₀ és a PM₂.₅ – modellezett koncentrációit. A modell eredményeit a Magyarországi Légszennyezettségi Mérőhálózat (OLM) megfigyelési adataihoz viszonyítva értékeltük különféle statisztikai mutatók alkalmazásával (3. ábra).

Bizonyos meteorológiai helyzetekben hatalmas mennyiségű szaharai por kerül át Afrikából Európába. Ez a jelenség elsősorban Dél-Európa országait érinti, azonban egyes erősebb advekciók során a szaharai por magasabb földrajzi szélességekig is eljuthat. Kimutatható, hogy a Kárpát-medencében is növekszik a szaharai poresemények száma az északi félteke közepes szélességei fölötti légköri cirkulációs mintázatok megváltozása miatt. A jet stream (nagy magasságban futó futóáramlás) kanyargósabbá válik, ha csökken a hőmérsékletkülönbség az Északi-sarkvidék és az alacsonyabb szélességek között. Ez elősegíti az észak felé irányuló, Észak-Afrikából érkező portranszportot. Az európai szabályozás lehetőséget biztosít arra, hogy a szaharai eredetű aeroszol koncentrációját levonják a mért PM₁₀-értékből.  Módszertant fejlesztettünk, amely a természetes por által hozzájáruló PM₁₀-koncentráció meghatározására szolgál

Jelenleg a szálló por jelenti a legjelentősebb környezeti egészségügyi kockázatot, Magyarországon: koncentrációja bizonyos feltételek mellett hosszabb időszakokra is meghaladja az uniós határértékeket. Bemutattuk, hogyan változtak a PM₁₀ és PM_2.5 kibocsátásának mértékei és forrásai Magyarországon a 2000–2021 közötti két évtizedben. Kiemelt figyelmet kapott a lakossági tüzelés, amely a szálló por kibocsátásának egyik kulcsfontosságú forráskategóriája. Vizsgálatra került a földgáz és más tüzelőanyagok keresletének árrugalmassága, valamint a legfrissebb, a hagyományos kályhákra és kazánokra vonatkozó népszámlálási adatok alapján elemzés történt a magyar háztartások fűtési szokásainak javítását és megváltoztatását célzó lehetséges intézkedésekről (4. ábra).

Tovább a kutatócsoport oldalára.

A folyók hordalékháztartásának megváltozása medermélyülést, a vízszintek és a talajvízviszonyok módosulását, valamint ökológiai és vízgazdálkodási problémákat okozhat. Az alprojekt célja olyan adatfeldolgozási és modellezési eszköztár kialakítása volt, amely feltárja a hazai folyók hosszú távú morfológiai változásait, és megalapozza a hordalékgazdálkodási beavatkozások értékelését. A négyéves munka történeti adatok feldolgozására, numerikus modellfejlesztésre, kiegészítő terepi mérésekre és lehetséges kezelési megoldások vizsgálatára épült.

Történeti állapot és hordalékmérleg

A munka kezdetén vízügyi, levéltári és térképi forrásokból összegyűjtöttük, digitalizáltuk és egységes térbeli rendszerbe illesztettük a Tiszára vonatkozó XIX. századi és újabb partvonal-, hossz- és keresztszelvény-adatokat. Különösen jelentős eredmény az 1840-es évek, vagyis a nagy folyószabályozások előtti mederfelméréseinek mai koordinátarendszerbe helyezése. Ez lehetővé tette a történeti és a jelenlegi állapot közvetlen összehasonlítását. Az elemzést a projekt végére a teljes magyarországi Tisza-szakaszra kiterjesztettük.

Az adatok alapján értékeltük a meder függőleges és oldalirányú változásait, a szélesség és a partél alakulását, valamint a mellékfolyók szerepét. Egyes vizsgált szakaszokon a meder közel egy métert mélyült, miközben a partél szintje a hullámtéri hordaléklerakódás miatt helyenként akár egy métert emelkedett, a mederszélesség pedig mintegy 20%-kal csökkent. Kimutattuk, hogy a mellékfolyók által szállított hordalék mennyisége és szemösszetétele érdemben befolyásolja a Tisza mederalakulását. A közel 150 év partvonalváltozásából az egész magyarországi Tiszára megbecsültük a partok eróziójából és épüléséből eredő hordalékmérleget, és feltártuk annak kapcsolatát a medergeometria változásával. A szabályozások előtti oldalirányú medermozgás számszerű jellemzése új viszonyítási alapot ad a jelenlegi hordalékhiány értelmezéséhez. A korábbi elemzés szerint a partokból származó hordalék mennyisége jelentősen, közel 90%-kal csökkent. Az eredmények rámutatnak arra, hogy a folyó hordalékháztartását a felvízről érkező hordalék mellett a helyi oldalirányú források is alakítják.

Modellezési eszköztár

Az 1D morfodinamikai modelleket a hossz menti hordalékfolytonosság és a nagy tér- és időléptékű mederválasz vizsgálatára fejlesztettük és alkalmaztuk. Segítségükkel azonosíthatók a hordalékháztartás szempontjából problémás szakaszok, becsülhetők a történeti morfológiai paraméterek, és összevethetők a beavatkozási változatok. A dunai vizsgálatok megmutatták, hogy a folyószabályozások nyomán kialakuló új dinamikus egyensúlyhoz évtizedekre vagy akár évszázadokra lehet szükség; a válasz időléptéke a vizsgált folyószakasz hosszától is függ. A modellekkel többek között sarkantyúk és kanyarulatátvágások mederváltozási hatásait, valamint az utóbbiakhoz kapcsolódó árhullám-levonulási változásokat elemeztük.

A 2D vizsgálatokhoz olyan terepgeometria-szerkesztési eljárást alakítottunk ki, amely a hiányos történeti mederadatokból közelítő korabeli geometriát állít elő. A hullámtér bevonásával így a szabályozások előtti áramlási viszonyok és elöntési dinamika is vizsgálható. A történeti állapot rekonstruálása a mai állapottal való összevetéshez és a tervezett beavatkozások hatásának értékeléséhez nyújt referenciát. A módszer eredményeit a történeti adatok hiányosságaiból fakadó bizonytalanságok figyelembevételével kell értelmezni.

Terepi mérések és gyakorlati alkalmazás

A modellek és vizsgálati módszertanok teszteléséhez az Ipoly Hont térségében egy kevéssé szabályozott, aktívan változó kanyarulatos szakaszon végeztünk terepi méréseket, illetve tesztméréseket a természetes oldalirányú medermozgás jobb megértésére. A Dunán a 2024-es árhullám idején görgetett hordalékot mértünk; más dunai vizsgálatokban áramlásmérést és mederanyag-mintavételt kapcsoltunk össze. A későbbi adatgyűjtés során a Dunán, az Ipolyon, a Rábán és a Tiszán mederanyagmintákat gyűjtöttünk, amelyeket ADCP-áramlásmérésekkel egészítettünk ki. A Felső-Dunára többféle görgetetthordalék-mérés felhasználásával hordalékhozam–vízhozam összefüggést dolgoztunk ki. A műszerbeszerzés késedelme és a mérőhajó szállításának 2026 nyaráig fennálló akadálya ellenére alternatív mérési megoldásokkal sikerült összegyűjteni a kutatáshoz minimálisan szükséges adatokat.

A feldolgozott adatokra és modellekre támaszkodva megkezdtük a hordalékháztartási problémákat célzó megoldások értékelését. A Tiszán a kanyarulatátvágások után megnövekedett medereséshez kapcsolódó erózió mérséklésének egyik vizsgált lehetősége a holtágak visszakapcsolása; másik fontos kérdés az oldalirányú erózióból származó hordalékforrások szerepe. A megoldások hatása helyfüggő, ezért azokat a rekonstruált történeti állapothoz és a helyi meder- és hullámtéri adottságokhoz mérten kell vizsgálni. A projekt eredménye két egymáshoz kapcsolódó módszertan: a nagy tér- és időléptékű morfodinamikai állapotértékelés, valamint az 1D és 2D modellezésre épülő beavatkozásvizsgálat. Ezek tudományos alapot adnak a hazai folyók jövőbeli hordalékgazdálkodási stratégiáihoz.

Video letöltése itt. 

 

Tovább a kutatócsoport eredményeihez: Folyami hordalékgazdálkodás (BME)

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.