Skip to main content
Fenntartható technológiák

MTA FENNTARTHATÓ FEJLŐDÉS ÉS TECHNOLÓGIÁK NEMZETI PROGRAM

Fenntartható technológiák alprogram

Blog Archives

A talajhasználat és a talajok üvegházhatású gáz, továbbá NH3 emissziójának rendszerszemléletű vizsgálatai és összefüggések elemzése

A légkörben található üvegházhatású gázok (szén-dioxid, dinitrogén-oxid) és az ammónia (NH3), ezek forrásai és elnyelői, illetve a légköri koncentrációjukban bekövetkező növekedés okai és a csökkentés lehetőségei a tudományos kutatások egyik központi kérdése. Az üvegházhatású gázoknak hosszú a légköri élettartamuk, következésképpen a légkörben meglehetősen jól keverednek, ezért nemcsak helyi vagy regionális, hanem globális jelentőségűek is. Ehhez képest az NH3 inkább regionális szinten fejti ki hatását. A mezőgazdasági tevékenységből származó ÜHG-k légköri koncentrációjának növekedése, továbbá az NH3-kibocsátás globális probléma a fokozódó klímaváltozás és környezeti-, humánegészségügyi kockázatok miatt. A mezőgazdasági termelés során a kijuttatott műtrágya mennyisége és típusa, valamint a talajművelési technológiák meghatározóak a kibocsátások mértékének alakulásában. A mezőgazdasági jó gyakorlat elengedhetetlen része a fenti gázok kibocsátásainak mérséklése. Az Európai Unióban 2005 és 2018 között a mezőgazdasági eredetű kibocsátások csökkentek legkevésbé, ez jól mutatja, hogy az ágazati szabályozások nem segítik a kibocsátások csökkentését. A mezőgazdasági eredetű kibocsátás csökkentésben a további potenciálok felderítése és kiaknázása a cél. A mezőgazdasági eredetű CO2 kibocsátás csökkentési kötelezettség eléréséhez elengedhetetlen, hogy számba vegyük azokat az agrotechnikai és agronómiai lehetőségeket, melyek segítségével a kibocsátások csökkenthetők és a szénelnyelés növelhető. Az NH3 kibocsátás csökkentésében megfogalmazott célok szintén nem érhetők el a szerves és szervetlen műtrágyák hatékonyabb használata, valamint a különböző környezeti, valamint talajfizikai, talajkémiai és talajbiológiai tényezők NH3 kibocsátásra gyakorolt hatásának pontos mérése és vizsgálata nélkül.
A tervezett kutatás szabadföldi és optimalizációs klímakamrai kísérletekben egyidőben vizsgálja a fent nevezett gázok emisszióját befolyásoló talajkémiai, talajbiológiai és talajfizikai paramétereket. A talajok tápanyagellátottságának függvényében különböző talajkondíciók mellett, több növényfajon (C3-as, C4-es) komplex módon vizsgáljuk a talaj-növény-légkör rendszerben a C- és N-körforgalom elemeit a gázkibocsátásokkal összefüggésben. Elemezzük a talajerőforrás, tápanyagtartalom, a növénynövekedés és élettani paraméterek, a rizoszféra mikroorganizmusok funkcionális diverzitása és a gázkibocsátások közötti összefüggéseket. A fent nevezett gázok mérését segítő módszertani fejlesztést végzünk, több műszer parallel alkalmazásával validáló, kalibráló mérésekre alapozva.

A mért és számított adatokból adatbázist építünk. A projekt keretében együttműködünk a Szegedi Tudományegyetem Optikai és Kvantumelektronikai Tanszékével. A kutatás összhangban van a Talajvédelmi stratégia és az Országos Levegőterhelés-csökkentési Program célkitűzéseivel. Eredményei hozzájárulnak talajhasználatot optimalizáló, a talajegészséget és fenntartható gyakorlatot támogató technológiák fejlesztéséhez és döntéstámogatáshoz.

Hidrológiai modellezést támogató talajhidrofizikai kategóriarendszer kidolgozása és térképezése

A talajhidrológiai tulajdonságok (mint pl. a talajok pórusméret-eloszlásával összefüggő víztartó és vízvezető képesség) meghatározzák, hogy a felszínre érkező csapadék, vagy öntözővíz mekkora része képes a talajba szivárogni, milyen mennyiség folyik el a felszínen, mennyi nedvesség és milyen hosszan tud a talajban tározódni. Ezek alapvetően meghatározzák többek között a talajban végbemenő hidrológiai és biogeokémiai folyamatokat. Mintaterületeken történő hidrológiai monitoring és alkalmankénti talajfizikai és -kémiai mérések nagyban elősegítik a hidrológiai modellek bemenő paramétereinek pontosítását, illetve a becslési eljárások validálását.
A tervezett kutatási feladatok megvalósítását az intézetben végzett, a talajhidrológiai tulajdonságok becslésével és térképezésével foglalkozó kutatási projektek alapozzák meg (KH124765, WaterJPI – iAqueduct, H2020 – OPTAIN, K48302, K119475, K134563, OTKA 101065, OTKA 131792, melyek eredményei a klímaváltozás szempontjából is kiemelten fontosak.

A kutatás során a Várallyay-féle talaj vízgazdálkodási kategóriarendszer statisztikai vizsgálatokon alapuló megújítása a célunk, a BO/00088/18 számú Bolyai Kutatási ösztöndíj eredményeire építve, a kialakított talajcsoportok szakértői szabályokkal kiegészített továbbfejlesztésével és térképezésével. Olyan talajhidrológiai csoportosítási rendszer létrehozását tervezzük, ami tartalmazza a hazánkban előforduló, jellegzetes talajhidrofizikai tulajdonságokkal rendelkező talajokat és biztosítja a talajok vízgazdálkodását figyelembe vevő modellek talajhidrológiai bemeneti adatigényét. A létrehozott csoportosítási rendszert a mintaterületeken történő talaj-növény-víz rendszert vizsgáló mérésekkel támasztjuk alá.

A MARTHA (Magyarországi Részletes Talajfizikai és Hidrológiai Adatbázis) adatbázist bővítjük általános talajszelvény és további talajhidrológiai adatokkal. Vizsgáljuk, hogy a kettős porozitást figyelembe vevő modell alkalmazása mennyiben pontosítja a víztartó képesség görbe közelítését. A kibővített adatbázis talajszelvényeinek hidrofizikai tulajdonságai alapján statisztikai módszerekkel és szakértői szabályok alapján vízgazdálkodási talajcsoportokat képzünk. A vízgazdálkodási csoportok és a könnyen hozzáférhető talajtulajdonságok közötti kapcsolatot adatbányászati módszerekkel vizsgáljuk, majd alkalmazzuk az eljárást a talajhidrológiai csoportok térképezéséhez. Validálási pontként a mintaterületek adatait is felhasználjuk.

A tervezett vizsgálatokkal számszerűsítjük, hogy milyen fizikai féleségű, illetve talajtípusú talajoknál milyen mértékben pontosítható a talajok víztartó képességének leírása mind a mikro-, mind a makroporozitást figyelembe vevő modellel. A talajhidrológiai csoportok létrehozása és térképezése meghatározó információt nyújt a vízgyűjtő szintű hidrológia modellek hidrológiai válaszegységeinek kialakításához. A talajhidrológiai csoportok kialakítása fontos bemenő adatként szolgál a talajok vízgazdálkodási tulajdonságaihoz kötődő országos és regionális elemzésekhez és tervezésekhez, valamint átfogó képet ad a talajok vízgazdálkodási jellemzőiről.
A talajhidrológiai csoportok térképe, valamint a talajnedvesség monitoring adatok támogatják a fenntartható mezőgazdasági és vízgazdálkodási tervezést.

Folyami makroműanyagok vándorlása és lehetséges újrafelhasználása

Az elővizeink egyre növekvő műanyagszennyezés komoly környezeti, társadalmi és gazdasági probléma is egyben. Noha a probléma már köztudott, a beavatkozási lehetőségek kidolgozásához meg kell ismerni a természetben lejátszódó folyamatokat és az újrahasznosítás lehetőségeit.

A műanyagok folyóban való vándorlásának pontosabb megismerése elősegíti a műanyagok környezeti hatásának feltárását, és a hozzájárul a környezeti hatás mérsékléséhez, megfelelő beavatkozási módszerek kidolgozásához. Utóbbi különösen fontos abból a szempontból, hogy a folyók egyfajta szállítószalagként működnek a műanyag vándorlásában, nyelőként pedig a befogadó tavakat, tengereket és óceánokat terheli a szennyezés. Ahhoz tehát, hogy a befogadóknál mérsékelni lehessen ezt a terhelést, a forrásnál és a folyókban kialakuló vándorlás során szükséges beavatkozni. A makroműanyagok témájában jelentős hazai kezdeményezésű vizsgálatok folynak, elsősorban keleti folyóinkra összpontosítva, ahol a műanyagok megjelenése rendkívüli problémát okoz, jóllehet a kapcsolódó projektek inkább a műanyag-probléma kezelésében és civil akciók formájában valósulnak meg.

Ezzel szemben a jelen kutatási munkában a transzportfolyamatokat igyekszünk különböző vizsgálati módszerekkel feltárni, és megérteni a folyók hidrológiai, morfológiai, növényfedettségi és egyéb jellemzőinek szerepét, mindezt kiegészítve a folyókból vett műanyaghulladékok minőségi és mennyiségi analitikai vizsgálataival is. A közelmúltban jelentős lépések történtek a használt műanyag újrahasznosításának területén is, amelyek továbbfejlesztése új utakat nyithatnak a műanyag-alapú termékfejlesztésben is.

A tervezett kutatás két pillérre épül. Egyfelől a műanyagok vízfolyásokban való vándorlásának dinamikáját tárjuk fel azzal a céllal, hogy a szennyeződés környezeti hatásait és azok mérséklését a jövőben megalapozott módon tervezhessük és valósíthassuk meg. A kutatásban az 5 mm-nél nagyobb makroműanyagok folyóbeli transzportját vizsgáljuk, hogy jobban megértsük a szennyeződések tipikus forrásait, vándorlási sajátosságait és kirakódási helyeit, és a transzportfolyamatok tér-idő dinamikáját. A kutatásban a műanyag folyóbeli vándorlását új fejlesztésekkel, intelligens videó-alapú mérési eljárásokkal vizsgáljuk, és kiválasztott hazai mintaterületen hidrológiai mérésekkel kísért kiterjedt terepi mintavételezést hajtunk végre. A terepi adatok alapján paraméterezett és igazolt számítógépes modellekkel szimulációkat végzünk. A kutatás másik fő pillére a folyóban található műanyagok anyagvizsgálata és újrafelhasználási lehetőségeinek elemzése lesz. Egyrészt FT-IR és Raman spektrometriai vizsgálatokkal meghatározzuk a hazai reprezentatív mintavételből származó polimerek mennyiségi és minőségi összetételét, valamint az egyes polimerek környezeti hatások miatti degradációjának mértékét. Gyorsított öregedési vizsgálatokkal modellezzük és összehasonlítjuk a hagyományos és biológiailag lebontható műanyagok, mint esetleges helyettesítő anyagok lebomlását, különös tekintettel a lebomlás során keletkező mikroműanyagok méretére és mennyiségére. Egy közelmúltbeli fejlesztésre építve továbbfejlesztjük a műanyaghulladék újszerű felhasználási lehetőségeit.

A projekt a PET Kupa civil kezdeményezéssel együttműködésben valósul meg.

Folyami hordalékgazdálkodás

A folyók meghatározó szerepet játszanak életünkben társadalmi, gazdasági és környezeti szempontból egyaránt. Vízkészletüket számos területen kiaknázzuk pl. ivóvíz, öntözés, erőművek hűtése, hajózás, rekreáció stb. céljára, állapotuk megőrzése, javítása emiatt kulcskérdés. Az emberi beavatkozások (pl. szabályozások, mederanyag kitermelések, duzzasztók építése, klímaváltozás) hatására folyóink vízmérlege azonban megváltozott, sőt, ahogy közelmúltbeli vizsgálatok kimutatták (pl. DanubeSediment Interreg DTP projekt), a vízzel szállított hordalék hosszmenti és időbeli jellemzői is jelentősen átalakultak. A folyóink hordalékmérlegének felborulása az ún. szabadfolyású szakaszok (tehát nem duzzasztott terek) mélyülését okozta, a Duna medre hazánkban pl. ez elmúlt 60 évben átlagosan majdnem két méterrel lesüllyedt, de más folyóinknál is hasonló tendenciák mutathatók ki. A medermélyülés számos területen kedvezőtlen hatásokat vált ki: pl. a talajvíztábla süllyedését, a hajózhatósági viszonyok romlását, az élőhelyek degradálódását vagy akár az árvízszintek emelkedését. Ahhoz, hogy ezeket a negatív folyamatokat megállítsuk, a folyók vízével való gazdálkodás mellett fontos szerepet kell kapnia a hordalékkal való gazdálkodásnak is, hiszen a hordalék hiánya, vagy éppen a hordaléktöbblet a kiváltó oka a fenti problémáknak. A tervezett projekttéma fő küldetése, hogy tudományos alapokat szolgáltasson egy, a hazai vízügyi ágazat által a jövőben szükségszerűen kidolgozandó hordalékgazdálkodási stratégiához. A vizsgálatainkat két pillérre építjük. Egyfelől méréseket és adatelemzéseket végzünk azzal a céllal, hogy jobban megértsük hazai nagy folyóink (Duna, Tisza, Dráva) alakváltozási folyamatait, mert alapvető kérdés, hogy az említett kedvezőtlen medermélyülések tartanak-e még, vagy elérték-e már folyóink a beavatkozások hatására megváltozott új egyensúlyi állapotukat. A másik pillér olyan modellezési eljárások kifejlesztése, amelyek képesek előrejelzést adni a folyók morfológiai alakulására, és megfelelő alapot szolgáltatnak restaurációs beavatkozások tervezéséhez.

Fenntartható vízkészlet-gazdálkodás

A fenntartható vízkészlet-gazdálkodáshoz kapcsolódó vizsgálatainkat két pillérre építjük. Egyrészt a párolgás becslésének módszereit továbbfejlesztve – rutinszerű meteorológiai adatokat felhasználva – pontosabb képet kell kapnunk a párolgás időbeli-, és térbeli eloszlásáról. Másrészt a párolgás mennyiségét és eloszlását vizsgálva a tájhasználatok szerepét kívánjuk elemezni, amely befolyással van a térség mikroklímájának alakulására. Adatelemzéseket végzünk azzal a céllal, hogy jobban megértsük mi szükséges ahhoz, hogy tájegységek képesek legyenek megőrizni klimatikus egyensúlyi állapotukat. Az emberi beavatkozások (beépített területek növekedése, intenzív mezőgazdasági termelés elterjedése, folyószabályozások, ármentesítés stb.) az elmúlt évszázadokban hazánkban is, és az egész fejlett világban jelentősen megváltoztatták a táj felszínét, amely kulcsszerepet játszik a párolgáshoz szükséges víz elérhetőségében. A párolgás kisebb része történik közvetlenül a felszínről, nagyobb része pedig a növényzeten keresztül (transzspiráció, amely egyben a „kis-vízkör” működőképességének fenntartását is biztosítja), ezért a vízkészletek pótlódásának, vízmegtartó képességének, és folyamatos újra-termelődésének feltételeit is elemezni kívánjuk. Az elérhető adatok függvényében kísérletet teszünk a különböző tájhasználat típusok hatásainak számszerű megfogalmazására. Nagyléptékű modellek segítségével becslés tehető majd a klimatikus vízigény hosszú idejű változására, az ezt követő kisléptékű elemzésekkel – terepi adatokat és pilot területek tapasztalatait felhasználva – javaslatot készítünk a szükséges vízmegtartó intézkedésekre. Vizsgálatainkat összekapcsoljuk a Víztudományi és Vízbiztonsági Nemzeti Laboratórium (VVNL) alprojektjeivel, aminek keretében az eredmények horizontális, más tudományterületekkel való összekötése megvalósítható. Az összekapcsolt kutatások alapján alakítható ki az éghajlati energiaelosztó rendszer egységes modellje, amely magában foglalja a hidrológiai ciklus és légkörzés körfolyamatait, valamint azok működését befolyásoló felszínborítás kapcsolatát. Az elméleti és gyakorlati tapasztalatok eredményei alapján javaslatot teszünk a fenntartható vízkörzés-, és vízkészlet-gazdálkodási modell gyakorlati alkalmazásaira.

A Balaton fenntartható vízszintszabályozásának kidolgozása

A Balaton már több mint 150 éve szabályozott vízállású tó, amelynek hidrometeorológiai eredetű vízszintváltozásait az emberi szabályozás egyre szűkülő keretek közé igyekszik szorítani. Ez a törekvés a tó pozitív vízmérlege miatt lehetett évtizedeken át sikeres, pusztán a leeresztés elegendő volt a vízszint menedzsmentjének egyetlen eszközeként, hiszen a hozzáfolyás “garantált” volt.

Az éghajlatváltozás okozta változások azonban várhatóan negatívan befolyásolják a jelenlegi vízszintszabályozási rendszer fenntarthatóságát, hiszen a vízmérleg többlete várhatóan csökken, vagy akár teljesen el is enyészhet. A tó a sekélysége és a jelentős, stabil vízszintre kiépített infrastukturája miatt különösen kitett az éveket átívelő klimatikus ingadozások okozta vízszintváltozásoknak.

Az éghajlatváltozásnak a Balaton vízháztartására gyakorolt hatása már a 2000-2003 közötti aszály és az amiatt bekövetkezett vízszintcsökkenés óta a figyelem középpontjában van. A 2019-es algavirágzás előtt a szakmai és a közvélemény ezt a problémát tekintette a közeljövő egyértelműen legnagyobb fenyegetésének. Az 1921-től rendelkezésre álló, a Vízügy által összeállított vízmérlegben 2000 előtt sosem tapasztaltak olyan éveket, melyekben a Balaton természetes vízkészletváltozása negatív lett volna, vagyis, hogy a tó vízszintje éves léptéken leeresztés nélkül is csökkent volna. 2000 után azonban az ilyen évek rendszeresen jelentkeztek. Erre való reakcióként született a medertározás fokozása, mely a szabályozási szint megemelésében vált gyakorlattá. A 2019-es algavirágzás okait feltáró vizsgálatok viszont kimutatták, hogy a magas vízállás elősegítheti a hőmérsékleti rétegződés tartósabb fennmaradását és ezzel, a belső tápanyagterhelés felszabadításán keresztül, a nagy algabiomassza kialakulását. Ezzel a vízszintszabályozás problematikája összetettebbé vált, a magas vízállásnak a vízminőségre és a parti vegetáció állapotára gyakorolt valószínűsíthetően kedvezőtlen hatása miatt a hosszútávú megoldás nem lehet a medertározás fokozása, vagyis a fenntartható szabályozásnak meg kell találnia a középutat a vízkészlet és a vízminőség látszólag ellentétes és az éghajlatváltozás előrehaladtával szintén változó szempontjai között.

A vízszint szabályozása csak részben természettudományos probléma. A tóhasználat intenzitása, hazai és nemzetközi jelentősége miatt a szabályozás nyomán előálló vízszint-dinamikának a vízhasználói igényeket, a használók által elvárt ökoszisztéma-szolgáltatások fenntartását is ki kell elégítenie. A vízhasználók igényei ráadásul maguk is változnak, részben a szabályozás előzményei, részben ettől független folyamatok nyomán. A 2000-2003-as aszály miatt lecsökkenő vízszintre adott társadalmi, és az azt követő politikai reakció megmutatta, hogy a vízállással való jelentős elégedetlenség után nagy valószínűséggel változás áll be a szabályozásban. Fenntartható tehát csak akkor lehet a vízszintszabályozás, ha a természettudományos fenntarthatóság mellett az aktuális társadalmi igényekkel is összehangolható.

Az alapvető kutatási kérdés: “Hogyan lehet a jelentől 2060-ig terjedő időszakban fenntartható módon szabályozni a Balaton vízszintjét?”

Az éghajlatváltozásra reagáló vízkészletgazdálkodás, az ökológiai igények és a vízhasználók igényei között számos érdekellentét található, amelyek feloldása nem feltétlenül lehetséges pusztán tudományos alapon. Ezért a kutatás célkitűzése egy általánosan használható döntéstámogató rendszer kidolgozása, mellyel a vonatkozó szakpolitikai szereplő(k) kialakíthatja(ják) az adott időszakban fenntarthatónak minősülő vízszintszabályozási rendet.

Innovatív módszerek a természeti erőforrások fenntartható hasznosításában

A nyersanyag, energia és vízellátás kielégítő mennyiségű és minőségű biztosítása napjaink egyik legnagyobb kihívása. A nyersanyag és energia függőség csökkentése kiemelt prioritási terület hazánkban és a világban. Ezért fontos minden olyan fejlesztés, amely előrelépést teremt a természeti erőforrások fenntartható hasznosításában, valamint a függőség csökkentésében. A megcélzott kutatási program négy kiemelt területen kíván kutatásokat végezni az alábbi hipotézisekkel:

  • A hosszú idejű hidrológiai adatsorok sokkal több információt hordozhatnak, mint amit a jelenlegi tradicionális módszerekkel kinyerünk. Új értelmezési eljárások kidolgozásával sokkal pontosabb képet nyerhetünk a földi vízkörforgalom elemeit, többek közt a felszín alatti vízkészleteinket érintő jelenlegi és lehetséges jövőbeli változásokról.
  • A mesterséges intelligencia alapú módszerek alkalmazása új lehetőséget jelenthet a hidrogeofizikai módszerfejlesztésben, amely közvetlen hasznosítást nyerhet a vízkutatásban és a geotermikus energiahasznosításban.
  • A hidrogén, mint megújuló energiaforrás tárolása biztonságos és hatékony módon megoldható felszín alatti közegben.
  • Az elsődleges bányászati előfordulások mellett a körforgásos gazdaság irányelveit szem előtt tartva kiváló forrásként szolgálhatnak a bányászati- és ipari melléktermékek, valamint az elektronikai hulladékok.

Inváziós fajok és a tájhasználat hatása a Balaton és vízgyűjtőjének ökológiai rendszerére

Az inváziós fajok térnyerése világszerte komoly problémákat okoz az őshonos ökoszisztémákra nézve, és sajnos hasonló a helyzettel találkozunk a Balaton és vízgyűjtőjének esetében is. Az elmúlt 100-150 évben számos idegenhonos faj betelepülése történt meg a Balaton vízrendszerébe, amelyek közül több nagy mennyiségben elszaporodott és jelentősen befolyásolja az ökoszisztéma működését és az őshonos fajok életfeltételeit. Szintén komoly befolyással bír a tó és környezete élővilágára az intenzív emberi jelenlét, amely a tájhasználat formájától függő mértékben alakítja át, vagy szélsőséges esetben szünteti meg az érintett területek természetes ökoszisztémáját. Többek között, a lakóövezetek, a mezőgazdaság és a halastavi gazdálkodás jelentős hatást gyakorolhat a Balaton és környékének élővilágára, hiszen ezen tevékenységek jelentős területekre terjednek ki. A tájhasználat következménye a környezetbe jutó szennyező anyagok is, amelyek a közvetlenül hasznosított területekről a még megmaradt természetközeli élőhelyekre is eljuthatnak és kifejthetik kedvezőtlen hatásukat.

Az inváziós fajok és a fokozott emberi jelenlét, tájhasználat az ökoszisztémára kifejtett hatásuk révén visszahatnak az emberi jólétre is. A Balaton és környezetének értéke számunkra alapvetően a természetes környezet nyújtotta „ökoszisztéma szolgáltatásokon” alapú, például, mint a táj szépsége, a fürdés és a vitorlázás lehetősége egy tiszta tóban, a horgászat izgalma, de ide sorolható a tiszta vízbázis megléte, a szennyező anyagok természetes kiszűrése és a mikroklíma alakítása is. Mindezen vonzó értékek rendelkezésre állását meghatározza az ökoszisztéma állapota.

A jelen projekt keretében ezért célunk átfogóan vizsgálni a Balatonban és vízgyűjtőjén az inváziós élőlények jelenlétét, terjedését és annak okait, ökológiai hatásait és az ellenük való védekezés lehetőségeit. Szintén vizsgáljuk, hogy az emberi tájhasználat eltérő formái és intenzitása miként befolyásolják az ökoszisztéma folyamatait, stabilitását és az általuk nyújtott „ökoszisztéma szolgáltatásokat”.

A projekt konkrét célkitűzései és kutatásai

  • Az eseti algavirágzások okainak feltárása és az elsődleges termelést befolyásoló tényezők pontosabb megismerése: az algaösszetétel meghatározása a Balaton vízében és üledékének felszínen mikroszkópos és molekuláris biológiai módszerekkel; a planktonikus és bentikus elsődleges termelés anyagforgalmi súlyát meghatározó tényezők vizsgálata; az alga-tömegprodukciók kialakulását elősegítő faktorok feltárása az üledék-víz-bentikus algák kapcsolatrendszerének megismerése révén; az üledék fizikai és kémiai jellemzőinek meghatározása; az üledék szerves szén tartalmának és „légzésének” vizsgálata; az üledék foszforforgalmának megismerése; az üledéklakó algák tápanyagforgalomra gyakorolt szerepének meghatározása.A Balatonba bejutó szervesanyag bekapcsolódása a tavi anyagforgalomba: a szerves szén biológiai hozzáférhetőségének és az UV sugárzás ez irányú szerepének vizsgálata mezokozmosz rendszerben, balatoni befolyókból származó vizeken.
  • Az inváziós kagyló fajok elterjedésének és verseny előnyének vizsgálata: a Dreissena fajok egyedszámának és a biomasszájának felmérése és a hosszútávú folyamatok elemzése; a Dreissena fajok fajon belüli és fajok közötti versengésének kísérletes vizsgálata különböző feltételek mellett, terepen és laboratóriumban; laboratóriumi tesztek elvégzése a Dreissena fajok teljesítményét illetően különböző üledék típusok és extrém környezeti feltételek (hipoxia, magas hőmérséklet) mellett; az egyes fajok pusztulását követő tápanyag felszabadulás meghatározása.
  • A tájhasználat makroszkopikus gerinctelen közösségek összetételére, diverzitására és működésére kifejtett hatásának vizsgálata: a balatoni nádasok és kövezések makroszkopikus gerinctelen faunájának funkcionális összevetése; természetes, valamint a települések és a halastavak területére eső, illetve azok alatti patakszakaszok faunájának funkcionális összevetése; az emberi hatás (tájhasználat) és a funkcionális diverzitás kapcsolatának elemzése.
  • A tájhasználat és az inváziós halfajok hatása a halközösségek szerveződére és működésére: a halközösségek szerveződésének, az idegenhonos és őshonos halfajok élőhelyhasználatának vizsgálata a Balatonban, a Kis-Balatonban és a vízgyűjtőn; a halállomány trofikus szerveződésének vizsgálata stabil izotópon alapuló eljárással; az inváziós feketetörpeharcsa táplálkozás ökológiájának vizsgálata laboratóriumi kísérletek révén; a Balaton parti régiójában élő, modell értékű inváziós halfajok (naphal, folyami géb) állományainak populációgenetikai vizsgálata.
  • A települések beépítettség függő hatása a kockás sikló elterjedésére, morfológiájára és égészségi állapotára.
  • A vidra élőhelyhasználata, tápláléka és egészségi helyzete a Balaton vízrendszerében: a jelenlegi előfordulás feltérképezése és az előfordulási mintázat hosszú távú alakulásának és az emberi tájhasználat szerepének elemzése, élőhelyminősítés; táplálékelemzés ürülékből közvetlenül, DNS és stabil izotóp alapú technológiákkal – az idegenhonos/inváziós fajok szerepének vizsgálata a táplálkozásban; post mortem ökotoxikológia és fertőzöttségi vizsgálatok.
  • Humán-eredetű kémiai szennyezők (pl. gyógyszermaradványok, UV-szűrő vegyületek) tér- és időbeli felmérése a Balatonban és annak vízgyűjtő területén.
  • A Balaton vízrendszerében előforduló humán-eredetű kémiai faktorok hatásának vizsgálata vízi gerinctelen teszt szervezeteken: a vízi szervezetekre kifejtett egyed, sejt és molekuláris szintű hatások azonosítása a környezetben kimutatott és annál magasabb dózisok esetén; a hatóanyagok felhalmozódásának vizsgálata; új marker molekulák azonosítása, amelyek jelzik a stressz hatásokat alacsonyabb rendű szervezeteknél; a napvédő krémekből származó UV-szűrő vegyületek ökológiai hatásainak modellezése, egyszerű vízi szervezeteken, mezokozmosz kísérleti rendszerekben.
  • A Balaton ökoszisztéma szolgáltatásainak és az azokat befolyásoló emberi hatásoknak és környezeti tényezőknek az időbeni elemzése.

Fenntartható városok: a városi élőhelyek biodiverzitásának ökológiai és humán vonatkozásai

Bevezetés és problémafelvetés

Napjainkban a világ népességének több mint fele városokban él, és ez az arány folyamatosan nő. A városi életminőség és jóllét fenntartásához, javításához nélkülözhetetlen a városi ökoszisztémák működésének megértése. A városlakók számára ezek az ökoszisztémák jelentik a mindennapi, közvetlen kapcsolatot az élővilággal és a természettel. Az urbán ökoszisztéma fontos elemei a fennmaradt városi természetes élőhelyek, vízparti folyosók, kistavak, felhagyott területek, kezelt parkok, privát kertek, balkonok, tetőkertek. Ezekhez az élőhelyekhez jelentős biodiverzitás kötődik. A projekt kutatói terepi vizsgálatokban és meta-analízisekben azt találták, hogy számos élőlénycsoport fajszáma jelentősen csökken a városiasodással elsősorban a belvárosok közelében, és az urbanizációs gradiens az állatok viselkedésére is jelentős hatással van. A városi élőhelyek nélkülözhetetlen ökoszisztéma szolgáltatásokat nyújtanak, mint a talaj, a víz és a levegő minőségének védelme és a klímaszabályozás. A nagy népsűrűség miatt a fokozott vízhasználattal kapcsolatban számos vízminőségi és vízkezelési kérdés merül fel (pl. mikroszennyezők, csatornabűz).

A városokban bonyolult közösségi dinamika bontakozik ki az ember és számos élőlény között, így a városi rezervoár gazdáknak, vektoroknak és kórokozóknak köszönhetően megnövekedett járványügyi veszély fenyegeti az ott élő lakosságot. A jelentős népsűrűség és a városok központi kereskedelmi és közlekedési szerepe elősegítik a távoli területek kórokozóinak és vektoraiknak behurcolását, és az emberek közti fertőzések gyors létrejöttét. A hősziget jelenség hozzájárul, hogy a kórokozók, vektoraik és rezervoár gazdáik könnyebben átvészeljék a téli hónapokat.

A városok zöld és kék infrastruktúrájának és a hozzájuk kötődő biodiverzitás fenntartása szempontjából fontos kérdés, hogy a városi élőhelyek képesek-e funkcionális élőhely-hálózatot alkotni. A jelentős mennyiségű és jól összeköttetett zöld infrastruktúrával rendelkező városokban a városiasodás hatása jelentősen mérsékelhető. Jelen kutatás egyik fontos kérdése, hogy a természetes élőhelyek rekonstrukciójára kidolgozott módszerek milyen módon adaptálhatóak a városi környezetben.

A kutatási program célja

A programban három egymásra épülő témacsoportban, egységes keretrendszerben vizsgáljuk a városi ökoszisztémák működését, ezek humán vonatkozásait és a rendszer működésének fenntartásához és helyreállításához szükséges beavatkozásokat.

1. A városi élőhelyek biodiverzitásának feltárása és a városi ökoszisztémák működésének megértése.
Multi-taxon vizsgálataink célja a városi terresztris és vízi élőhelyek biodiverzitását és ökoszisztéma szolgáltatásait befolyásoló mechanizmusok feltárása.

Kiemelt kutatási témák:
1.1. Városi zöldinfrastruktúrák biodiverzitásának multi-taxon elemzése urbán – szuburbán – rurál gradiens mentén.
1.2. Beporzók a városokban, virágsávok és virágágyások biodiverzitása, a városi pollinátorközösségek összetételét és működését befolyásoló tényezők vizsgálata.
1.3. Városi kistavak biodiverzitási potenciáljának országos szintű feltérképezése és a kistavak növény, állat és mikroba-közösségeit befolyásoló tényezők feltárása.
1.4 A városi életmódhoz való alkalmazkodás ökológiai stratégiáinak, feltételeinek és következményeinek megértése, urbán és rurál populációk jellegeinek és viselkedésének összehasonlító elemzésével.

2. A városi ökoszisztémák és a városlakók közötti kapcsolatok feltárása, a városi ökoszisztémák humán vonatkozásai.
A városokban bonyolult közösségi dinamika bontakozik ki az ember és számos élőlény között, és az ember élettevékenysége alapvető hatással van a városi ökoszisztémákra. Kutatásaink célja az ember és a városi ökoszisztémák közötti változatos kapcsolatok, kölcsönhatások feltárása.

Kiemelt kutatási témák:
2.1. Városok vízellátása, vízminőség, a vizes ökoszisztémák összetétele, működése és anyagforgalma.
2.2. Városi zöldterületek járványökológiai vizsgálata szúnyogok és kullancsok által terjesztett kórokozókkal való fertőződés rizikója szempontjából.
2.3. Városi élőhelyek humán- és állategészségügyi vonatkozásainak vizsgálata citizen science programokban gyűjtött országos adatsorok elemzésével.
2.4. Ember-élővilág konfliktus az épített környezetben: útökológiai vizsgálatok.
2.5 Termesztésre szánt élelmiszernövények minőségének javítása a hiányelemek pótlásán keresztül

3. A városi élőhelyek rendszerszintű kezelése és restaurációja, megoldások a városi ökoszisztémák biodiverzitásának és funkcióinak fenntartására és fejlesztésére.
A városi zöldterületek méretének és biodiverzitásának növelése az EU Biodiverzitás Stratégia egyik kiemelt célkitűzése. Kutatásainkban arra keressük a választ, hogy a természeti területeken kifejlesztett élőhelyrekonstrukciós módszerek és természet-alapú megoldások milyen módon alkalmazhatóak a városi környezetben.

Kiemelt kutatási témák:
3.1. Városi zöld és kék infrastruktúra fejlesztésének perspektívái; tudományosan megalapozott útmutató készítése bizonyíték-alapú kezelési tervek kidolgozásával.
3.2. Városi zöldinfrastruktúrák restaurációs potenciáljának értékelése, a restaurációs módszerek költség-hatékonyság elemzése.
3.3. A kertekhez kötődő multi-taxon biodiverzitás feltárása és az eredmények alapján a természetközeli kertek kialakításához egy tudományosan megalapozott gyakorlati útmutató készítése.

A kutatási program szorosan kapcsolódik az ENSZ „Egészség és jóllét’, „Tiszta víz és alapvető köztisztaság”, „Fenntartható városok és közösségek”, „Szárazföldi ökoszisztémák védelme” Fenntartható Fejlődési Céljaihoz. Kutatásaink eredményei beépíthetőek a városi zöld és kék infrastruktúra tervezésébe és várostervezési stratégiákba.