Közcélú Kiszáradás

A felszíni vizek és vizes élőhelyek, a társadalom szempontjából az összes ökoszisztéma szolgáltatás típusban (úgymint ellátó, szabályozó, kulturális és támogató) érintettek. Ezeknek a szolgáltatásoknak az ellátása azonban nagymértékben függ az állapotuktól. Az Ökológiai Kutatóközpont a vizeket érintőleg több módon tud jelentős társadalmi igényeket kielégíteni: (1) elvégzi a vizek állapotának monitorozását, és az ahhoz szükséges módszertanok tudományos igényességű fejlesztését, (2) alapfeladatánál fogva, de az előző feladatokat is támogatandóan kutatja a vizes élőhelyek működését, feltárja annak szabályrendszereit, továbbá (3) a megfelelő csatornák igénybevételével kutatási eredményeit eljuttatja a társadalom valamennyi érintett szegmense számára. A feladatok egymást kiegészítik, hiszen az ökoszisztémák szerkezetének és működésének mechanisztikus modellezése nélkül jól működő minősítési módszertanokat sem lehet fejleszteni. A két feladat elkülönítését a gyakorlati alkalmazhatóságuk közvetlen, vagy közvetett jellege indokolja.

A felszíni vizek országos monitorozásának állapotértékelésére használt élőlénycsoportok tekintetében mind az intézményes, mind a financiális háttér adott. Ezeket a vizsgálatokat kormányhivatalokban végzik, az EU felé történő adatszolgáltatás, és állapotértékelési jelentések céljából.  Az alkalmazott módszerek alapvetően a szerves és szervetlen terhelésekre érzékenyek, így nem feltétlenül teszik lehetővé, hogy a klímaváltozással járó egyéb jelentős környezeti terhelést (vízhozam extrémitások, mint kiszáradás, villámáradások; hőmérséklet-emelkedés) is képesek legyenek indikálni, és így érdemi segítséget nyújtani a rendszereket érő említett terhelések közép- és hosszútávú hatásainak modellezéséhez és a velük szembeni válaszlépések tervezéséhez. Az Ökológiai Kutatóközpont monitorozással kapcsolatos tevékenységeinek ezekre a területekre kell fókuszálniuk, kerülve mind a redundanciát, mind pedig az öncélú adatgyűjtést. A tervezés fontos szempontja, hogy számos jelenség monitorozásának nincs meg a kidolgozott módszertana. Ilyen pl. (s egyben az egyik legfontosabb) az élőlényeknek a hidromorfológiai, hidrológiai terhelésekre adott válaszainak monitorozása. E területen pl. hiányzik a vizsgálandó vízterek pontos hidromorfológiai leírása, a cél-élőlénycsoportok kiválasztása, a mintavétel időbeliségének megadása, a terhelésre adott válaszok felderítése és a mérőszámok kidolgozása is.

A Vízi Ökológiai Intézet (VÖI) munkatársai másfél évtizede irányítják a hazai felszíni vizek monitorozásának módszertani fejlesztését. Kidolgozták Magyarország előző két (2009; 2015) vízgyűjtő gazdálkodási tervének módszertanát, és a harmadik (2021) tervhez kapcsolódóan is ők végezik a biológiai módszer és adatbázisfejlesztést valamennyi élőlénycsoportra. Ellátják Magyarország hivatalos képviseletét az Európai Bizottság vízminőségért felelős ökológiai munkacsoportjában. Az OVF, regionális laboratóriumok és nemzeti parkok szakembereivel való folyamatos kapcsolattartás révén rálátásuk van a vizeket és vizes élőhelyeket érintő legfontosabb terhelésekre és problémákra, amik a beavatkozások tervezését nehezítik. Ezek három csoportba oszthatók: (i) a vizeket érintő, nem vizsgált terhelésekre és folyamatokra vonatkozó adathiány, (ii) a monitorozás részletes módszertanának hiánya, (iii) és az adatok egységes kezelését és elemzését, továbbá a beavatkozások mikéntjét bemutató útmutatók hiánya. A VÖI közcélú, monitorozáshoz kapcsolódó tevékenységeinek mindhárom részt le kell fedniük ahhoz, hogy elkerüljük a tudományos igényt nem kielégítő, extenzív, céltalan adatgyűjtést.

A monitorozási, módszerfejlesztési feladatokat támogatandó, bizonyos alapkutatási feladatot is el kell végezni. Ezek közül a sekély tavak öregedésének, feltöltődési ütemének a modellezése a tavak használatának és eutrofizációjának függvényében egy kiemelt feladat, ami egy kardinális kérdés a vizes élőhelyek fenntartása, megőrzése és restaurációja szempontjából. Másik kiemelt feladatnak a fajok terjedésének vizsgálatát tekintjük. A diszperzió a közösségek faji összetételét, azon keresztül pedig az élőhelyek állapotát határozza meg. Az új fajok érkezése jelentősen befolyásolja az élőhelyek diverzitását és így ökológiai állapotát. Ez utóbbi a biológiai invázió tekintetében és az új betegségek terjesztésében is jelentős szereppel bíró folyamatnak tekinthetők.

A jelen pályázatban megfogalmazott feladatok a területhasználat és a klímaváltozás okozta szélsőséges hidromorfológiai szituációnak kitett kis vízfolyásaink, sekély állóvizeink monitorozására, feltöltődésük dinamikájának leírására és élőhelyvédelmi célú priorizálására irányulnak.

A pályázat általánosan megfogalmazott output-jai:

  1. Módszerfejlesztés

Ez a feladatrész tartalmazza a mintázandó élőhelyek és vízterek kijelölésének, a mintavételek és a minták feldolgozásának módját, a mérőszámok kalkulációjának részletes leírását (azon csoportoknál, ahol az szabványban, vagy azzal egyenértékű dokumentumban nincs rögzítve), továbbá, módszertani segédletek, az állami monitorozó laboratóriumok munkáját segítő háttéranyagok (térképek, határozói segédletek) kidolgozását.

  1. Adatgyűjtés, modellezés

Ebbe a feladatrészbe tartozik a vízterekre és vizes élőhelyekre vonatkozó hidrológiai, hidromorfológiai és biotikus adatok gyűjtése. Első évben az elérhető sporadikus adatok egységes adatbázisba rendezése, a továbbiakban pedig a terepi adatgyűjtés végezhető el.

  1. Adatmegjelenítés és elemzések

A feladatrész tartalmazza a vizek és vizes élőhelyek szabadon hozzáférhető biotikus adatainak adatbázisát, a végzett elemzéseket, és azok eredményeinek a vizek kezelői számára történő megjelenítését, és az élőhelyek megőrzésére irányuló beavatkozási javaslatokat. Ugyancsak idetartoznak azok a tudományos közlemények, amelyek a megállapítások és tervek tudományos hátterét biztosítják, s egyben azok minőségbiztosítását is jelentik.

 

A pályázat munkacsomagjai (Work packages)

  1. Work Package A vizes élőhelyek állapotát meghatározó jelentős ökológiai folyamatok vizsgálata: Feltöltődés és diszperzió (Témafelelős: Vizes élőhelyek Funkcionális Ökológiai Kutatócsoport és Borics Gábor)

Magyarországon az állóvizek döntő többsége un. sekély állóvíz. Számukat tekintve az egyik legfontosabb felszíni víztest típus, az ökoszisztéma szolgáltatások közül nagyon hangsúlyos a kulturális szolgáltatások szerepe. Társadalmi szerepük tehát nagyon nagy, szinte minden tavat használnak horgászatra, vagy pihenésre-turizmusra. Ezen tavak többsége mára eutróf, sőt hipertróf állapotba került, ami mind a plankton, mind a makrofiton dominanciájú tavak esetén olyan dinamikát indított el, ami vagy szélsőséges vízminőségi állapotokat eredményez, vagy emberi léptékkel mérve is érezhető, rendkívül gyors feltöltődést indít el. A feladat égető szükségességét az indokolja, hogy azon 50 ha-nál kisebb vízterek (melyek száma több százra tehető Magyarországon) teljesen kívül esnek a Vízügyi Szolgálat látókörén, holott ezek egyre nagyobb arányban kerülnek olyan állapotba, hogy esetükben a folyamatok megfordítása irracionálisan nagy anyagi befektetéssel lenne csak elérhető. A nagyobb méretűeknél a tendenciák hasonlóak. A feltöltődési dinamika részleteiben történő megértése alapfeltétele a minősítésnek, a folyamattal szembeni védekezésnek és a restaurációs beavatkozásoknak. A folyamat megértéséhez szükséges az is, hogy a rendszeren belül zajló folyamatok megismerésén túl, a táj szintű és terjedésbiológiai folyamatokat is tanulmányozzuk. Ezért vizsgálatainknak a fajok terjedésében leginkább szerepet vállaló vektorok kutatására is ki kell terjednie.

A munkacsomag konkrét output-jai szervesen illeszkednek a fentebb megfogalmazott, a pályázat egészére vonatkozó kimenetekhez.

  1. Adatgyűjtés: 2021-ben: különböző korú tavak részletes vizsgálatokhoz történő leválogatása; időbeni adatok összegyűjtése a tájhasználatra és vegetáció-mintázat dinamikájára vonatkozóan, térképi állományok elkészítése, és a feltöltődési dinamika vizsgálatára alkalmas állóvizek kiválasztása

A későbbiekben (2022-2025): a vízterek hidromorfológiai felmérése, paleolimnológiai mintavételezés és korolás a természetes szukcessziós folyamatok értékeléséhez, planktikus és bentikus mikroflóra szerepének feltárása. Adatmegjelenítés és elemzések: a döntően agrár-tájban található tavakra vonatkozó tófeltöltődési modell készítése, amelyből a feltöltődés ütemét és az azt befolyásoló legfontosabb tényezőket határozzuk meg. A tófeltöltődési-szukcessziós vizsgálatok a tavak használatának hosszútávú biztosítását, megfelelő kezelését teszik lehetővé a jövőben.

  1. A vizes élőhelyekre általánosan is alkalmazható, állat és növényfajok valamint mikroorganizmusok terjedésére vonatkozó ismeretek bővítése és modellezése szintén szerepet kap a projektben. Ezek jelentősen növelik az inváziós fajokról, és a potenciális új betegségekről meglevő tudásunkat. Kiemelten fontos föltárni a vízimadarak mozgását, vonulásuk útvonalát, hogy megértsük a tájszerkezet és a környezeti hatások miként befolyásolják ezek változását. Ez teszi lehetővé a növények, állatok, valamint kórokozók terjesztése szempontjából a gócpontok azonosítását.

 

A projekt kimeneteit éves bontásban a költség- és ütemtáblázat tartalmazza

 

Work Package Időszakos vízfolyások (Témafelelős: Boda Pál, Bácsiné Béres Viktória)

Korunk egyik legnagyobb ökológiai és vízgazdálkodási kihívása a globális klímaváltozás felszíni vizekre gyakorolt szerepének feltárása, a rendszeres monitorozás megszervezése, és költséghatékony beavatkozási tervek készítése. Vizeinkben a klímaváltozás legszembetűnőbb megnyilvánulásai az extrém időjárási jelenségek okozta drasztikus és rendszertelen vízszintcsökkenések, kiszáradások, ill. áradások. Ezen klimatikus anomáliák miatt már most megfigyelhető kisvízfolyásaink esetében egy tipológiai eltolódás, azaz az eddig állandó vízellátottságú kisvizeink egyre gyakrabban száradnak ki. Mind a tipológiai eltolódás fázisában lévő, mind a kiszáradó kisvizeinknek jelentős az ökológiai és gazdasági szerepe, vagyis az ökoszisztéma szolgáltatásokban többféleképpen is érintettek.

Hazánkban jelenleg a felszíni vizek monitorozása, az adatszolgáltatás és állapotértékelés a kormányhivatalok laboratóriumaihoz kapcsolódnak. A monitorozó hálózat szervezeti felépítéséből adódóan nem képes rugalmasan és kellő gyakorisággal monitorozni a kiszáradás menetét, valamint a monitorozási módszertan állandó vízfolyásokra lett kidolgozva, emiatt nem alkalmas a kiszáradó kisvizek állapotában bekövetkező változások nyomon követésére, a végbemenő folyamatok feltárására és az állapotuk leírására. Mindehhez rugalmasabb monitorozó szervezeti felépítésre van szükség, mely lehetővé teszi a rendszeresen és/vagy alkalomszerűen kiszáradó vizeken a rövid-, közép-, és hosszútávú adatgyűjtést.

A munkacsomag konkrét output-jai szervesen illeszkednek a fentebb megfogalmazott, a pályázat egészére vonatkozó kimenetekhez.

  1. Adatgyűjtés: 2021-ben: mintaterületek kijelölése. A mintaterületeken a mintavételezés (bentikus mikroflóra és vízi gerinctelen makrofauna) és a beérkezett minták feldolgozásának megkezdése. Hobo szondák kihelyezése a mintaterületekre.

A későbbiekben (2022-2025) a mintavételi terület kibővítése (cél: országos lefedettség elérése), a minták (fitobenton és makrozoobenton) feldolgozása, az adatok adatbázisba rendezése.

  1. Módszerfejlesztés: 2021-ben :az időszakos vizek tipizálásnak előkészítése a mintaterületi eredmények alapján. Előzetes mintavételi módszertan kifejlesztése. Országos mintavételi terv készítése.

A későbbiekben (2022-2025): végleges mintavételi, feldolgozási és értékelési módszertan kidolgozása, valamint az ökológiai vízigény meghatározása mindkét élőlénycsoportra.

  1. Adatmegjelenítés és elemzések: 2021-ben a különböző típusú kiszáradó és a tipológiai eltolódás fázisában lévő kisvízfolyások leválogatása, időbeni adataik összegyűjtése, térképi állományok elkészítése. A mintaterületekről származó biotikus és abiotikus adatok adatbázisba rendezése. A későbbiekben (2022-2025): az országos mintavételi terv 1. és 2. fázisában begyűjtött adatok adatbázisba rendezése. A kiszáradó vízfolyások térképi aktualizálása és megjelenítése a projekt honlapon. Indexfejlesztés mindkét élőlénycsoportra, az indexek tesztelése a végleges adatokon és alkalmazása a monitoring-hálózat adatain.

 

A projekt kimeneteit éves bontásban a költség- és ütemtáblázat tartalmazza

 

Work Package – Mikroalgák 3D-s vizualizációja (Témafelelős: Borics Gábor)

Az állóvizek ökológiai állapotának egyik legfontosabb mérőszáma a fitoplankton mennyiségén és mikroszkópos vizsgálatokkal megadható minőségi összetételén alapul. A hazai vízügyi gyakorlatban évente több ezer fitoplankton minta vizsgálata zajlik. A minták mikroszkópos feldolgozásának szűk keresztmetszetét a kellő határozási gyakorlattal rendelkező szakemberek kis száma, valamint magának a mintafeldolgozásnak a biomasszabecsléssel kapcsolatos módja jelentik. Jelen pályázatunk keretében olyan fejlesztéseket kívánunk megvalósítani, amelyek megkönnyítik a határozást, és jelentős mértékben gyorsítják és pontosabbá teszik a biomasszabecslést.

A mikroalgák háromdimenzós modellezésén alapuló projekt keretében sikerült olyan eljárást kidolgoznunk, amellyel 2500 mikroalga térfogatának és felületének mérése elvégezhető a jelenlegi CEN szabványnál jóval pontosabb mérési eredményeket adva https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145538 (Borics et al., 2021). Ennek a projektrésznek a kiterjesztését tervezzük valamennyi édesvízi algataxonra. Emellett a fajok 3D-s vizualizációja lehetővé teszi a jelenleg használatos határozóirodalmak kiváltását mikroszkópi képekkel azonos megjelenésű modellekkel. Ezzel egy nemzetközileg is új utat nyithatunk a határozás módszertana terén, és segítséget nyújthatnánk a képzésben.

A pályázat másik része a fitoplankton minták feldolgozásának másfél évszázada változatlanul működő metódusát hivatott kiváltani mesterséges intelligencia alkalmazásával. Mivel a TKO algológiai kutatócsoportja, munkája során évi több száz fitoplankton minta vizsgálatát végzi, lehetőség van fotódokumentációkat is készíteni a mikroszkópi képekről. Amennyiben a rögzített képeken látható szervezeteket egyenként azonosítjuk és megjelöljük, lehetőség nyílik arra, hogy tanítsuk a mesterséges intelligenciát azok felismerésére. Az eljárás nemcsak segítené a fénymikroszkópos mintafeldolgozást, de azt teljesen új alapokra is helyezheti.

A projekt kimeneteit éves bontásban a költség- és ütemtáblázat tartalmazza

 

Work Package – eDNS (Témafelelős: Várbíró Gábor)

A genetikai módszerek nagyon ígéretesek a vízi ökoszisztémák állapotértékelésére és biomonitorozására, a jelenleg alkalmazott módszerek hatékonyságának javítására. Különösen a környezeti DNS (eDNS) minták „metabarkódolása” segíthet a biodiverzitás átfogó, ugyanakkor gyors és nem invazív jellemzésében A fajok rövid DNS-fragmensekkel történő hatékony azonosításához (DNS barkódolás és DNS metabarkódolás) az ismert taxonok megbízható szekvencia-referencia könyvtárai szükségesek. Az európai vízi ökoszisztémák számára a megbízható barkód-referencia könyvtárak különösen fontosak, ha molekuláris azonosító eszközöket kívánunk használni a biomonitorozásban az EU Víz Keretirányelve (WFD) számára. A projekt első eleme a hazai barkóddal nem rendelkező, a nemzetközi adatbázisokból hiányzó fajok begyűjtését és a bárkodolás elvégzését célozza.

A projekt második eleme olyan online terepi PCR eljárások kifejlesztését irányozza  a hazai fauna speciális elemeire, pl. védett fajok, flagship fajok, invazív fajok (tiszavirág, dunavirág), melyek tradicionális monitorozása nehéz, ill. országosan nem megoldott feladat.

A feladatok infrastrukturális háttere részben adott, megvalósításuk a jelenlegi személyi állomány bevonásával lehetséges, de szükséges az együttműködés külső laborokkal mind hazai mind nemzetközi viszonylatban. Ebben a projekt elemben hangsúlyos a fiatal PhD hallgatók külföldi tanulmányutjainak finanszírozása.

A projekt kimeneteit éves bontásban a költség és ütemtáblázat tartalmazza

 

Work package – Természetvédelmi prioritizálás (Témafelelős: Lengyel Szabolcs)

A vizes élőhelyek rehabilitációjára, restaurációjára alkalmas területek azonosítása érdekében elvégezzük a restaurációra javasolható víztestek és vizes élőhelyek természetvédelmi-ökológiai prioritizálását. Az alkalmas területek azonosítása érdekében a nagyobb víztestekről rendelkezésre álló hidromorfológiai adatokat kiegészítjük a fentebb említett területek (50 ha-nál kisebb vízterek) összességére a hazai szinten védett, ill. fokozottan védett és az EU Élőhelyvédelmi és Madárvédelmi Irányelveinek megfelelő függelékeben szereplő fajok és élőhelyek előfordulási adataival. Ezen adatok birtokában elvégezzük a restaurációra javasolt helyszínek természetvédelmi szempontú prioritizálását, melynek során lehetőség lesz maradéktalanul érvényesíteni a restaurációra vonatkozó ökológiai szempontokat is. A prioritizálás egyik alapvető bemenete lesz Magyarország potenciális vegetációtérképe (Somodi et al. 2017) és ökoszisztéma-szolgáltatásainak alaptérképe (Tanács et al. 2019). A prioritizálás során a restaurációra leginkább alkalmas élőhelyek azonosítását oly módon végezzük, hogy a módszer a természetvédelmi előnyök (pl. vízpótlásban részesülő terület nagysága, vízterekhez és vizes élőhelyekhez kötődő védett, vagy fokozottan védett fajok száma stb.) és az ökoszisztéma-szolgáltatások (pl. éghajlat-szabályozás, pollináció, rekreáció stb.) figyelembe vétele mellett számszerűsítse a természetvédelmi kockázatokat és veszélyeket is (pl. özönnövényekkel fertőzöttség mértéke a vízkivezetés forrásánál, elsődleges szikes területek aránya a célterület környékén stb.). Mindezen túl azonban az optimális restaurációs helyszínek azonosítása során lehetőség nyílik a gazdasági tényezők (pl. művelésből kivont területek aranykorona-értéke) figyelembe vételére is. A fenti természetvédelmi prioritizálásra a MARXAN és a ZONATION szoftver-rendszereket használjuk, melyek alkalmazásában már jelentős tapasztalataink vannak. Az eredmények jelentősen segíteni fogják több fontos EU-s kötelezettség teljesítését, alapvető államigazgatási és kormányzati feladatok ellátását, a Nemzeti Ökológiai Hálózat működtetését, a zöld infrastruktúra kialakítását, valamint a regionális és lokális gyakorlati természetvédelmi intézkedések tervezését és megvalósítását.

 

A fenti feladatok infrastrukturális háttere részben adott, megvalósításuk technikusok bevonását igényli. A feladat megvalósításában részt vesznek a TKO kutatócsoportjain kívül a DKI Állatökológiai valamint,  Környezetkémiai és Növényökológiai Osztálya kutatói is. Ugyancsak részt vesznek a projektben az ELKH ATOMKI Hertelendi Ede laboratóriuma kutatói is, akik a sekély tavak fúrását, a fúrásmagok sztratigráfiai vizsgálatát és korolását végzik.