LIFE PROGRAM: Az EDAPHOLOG talajmonitoring rendszer

A projekt céljai

Az „Edaphon” (édaphos: föld, padló) a talajban élő szervezetek összefoglaló neve, amelyek az élettelen növényi anyagokat bontják le, és a talaj szerves anyagának (SOM, humusz) kialakításáért felelősek. Az Edaphon a talaj mikrofaunájából (baktériumok, gombák), mezofaunájából (apró gerinctelenek) és makrofaunájából (talajlakó férgek) áll.

A projekt célja egy új talaj monitoring eszköz, az EDAPHOLOG Rendszer prototípusának megépítése és tesztelése. Az EDAPHOLOG Rendszer a talajbióta különféle paramétereinek mérésére lesz kifejlesztve. Segítségével megbecsülhető lesz a talajok biológiai és mikrobiológiai aktivitása, a talaj ökológiai degradációja és biodiverzitása, a mezőgazdasági tábla léptéktől a vidék léptékig. E technikai újdonság segítségéve a talaj biológiai degradációjának, szennyezettségének monitorozása és térbeli meghatározása, a mezőgazdasági tevékenységek ökológiai szempontú ellenőrzése, valamint a talajok biodiverzitás központjainak felderítése valósítható meg olyan széles körben, amilyenben ez ma lehetetlennek tűnik. Az EDAPHOLOG talamonitoring rendszer lehetővé teszi hosszú távú, részletes, nagyléptékű talajminőség térképek készítését, rendkívül költséghatékonyan, valamint biztosítja az adatok folyamatos, on-line felvételezését. Az EDAPHOLOG Rendszer olyan szükségletet elégít ki, amelyre a jelenleg forgalomban lévő eszközök alkalmatlanok.

Az EDAPHOLOG Rendszer, módszertanilag, a talajok biológia monitoringjának teljes folyamatát lefedi:

  1. Monitoring tervezés: a térinformatikai alapú mintavételezési terv és a mintavétel elemszám optimalizálása a talaj és földhasználati, valamint az agrárkörnyezetvédelmi adatbázisokra és légifelvételekre épül.
  2. Mintavétel:
        a) a talaj mezofaunájának automatikus számlálása;
        b) a mikroorganizmusok aktivitásának automatikus érzékelése;
        c) automatikus testméret-osztályozás a talajfauna összetételének jellemzésére;
        d) a talaj abiotikus tulajdonságainak (pl.: nedvesség, hőmérséklet, stb.) automatikus mérése.
  3. Adatgyűjtés: távoli adattovábbítás (GSM alapú) és naplózó rendszer.
  4. Adatkezelés: relációs adatbázisok a talajbiológiai és -környezeti adatok tárolására.
  5. Adatkiértékelés: az adatok biológia és ökológia szempontú statisztikai kiértékelése, térbeli modellezése.
  6. Adatmegjelenítés: adatbázis programozás a beépített időbeli grafikonok generálásához (MS- SQL), térinformatikai alapú térképezés (Arc-INFO), internet alapú térkép szerver szolgáltatás (Autodesk Map szerver és néző).

Az EDAPHOLOG Rendszer újdonsága

Az EDAPHOLOG Rendszer egy időben és térben meghatározott, folyamatos mintavételezésre alkalmas, innovatív mintavételező eszközből, és egy újfajta érzékelő rendszerből áll. Utóbbit elektromos érzékelők, adattárolásra és GSM-alapú információtovábbításra alkalmas saját naplórendszer alkotja. A komplex rendszer része még egy adat kiértékelési eljárás alkalmazása, amely az adatok alapján megbecsüli a talaj biológiai aktivitását, ökológiai állapotát és biodiverzitását.



A „MONTABIO” 1 és a “KEOP” 2 projektek keretében a kutatócsoportunk már dolgozott az EDAPHOLOG Rendszer egyes elemeinek kifejlesztésén. Ezekhez kapcsolódva a következő tevékenységekre került eddig sor:

Terepi mintavételi próba: 2009-ben teszteltük a 0. verzióját a leszúrható talajcsapdának, szántóföldi környezetben. A különféle talajbiológiai indikátorok (köztük a mikrobiológiai és genetikai tesztek) pontosságát hasonlítottuk össze, a talajszennyezés biológiai következményeinek monitoringjához kapcsolódva. (MONTABIO)

Mintavétel-tervezés: Kidolgoztunk egy protokollt a talaj biológiai monitorozására, amelynek egyik eleme a talaj biológiai degradációja. A mintavételek számának és a mintavételi helyek kiválasztásának optimalizálása folyamatban van. (KEOP)

A TAKI kutatócsoportjának utóbbi években végzett kutatásai kiváló hátteret nyújtanak a projektnek. A projekthez kapcsolódó néhány publikációt említünk az alábbiakban (további információk a kutatásainkról az alább helyen érhetők el: http://www.mta-taki.hu/hu/osztalyok/gis-labor/projektek):

- László P, Szabó J, Pásztor L, Dombos M, Bakacsi, Zs. (2006) Soil Status Assessment for the Compilation of Soil Maps with Increased Accuracy. Cereal Research Communications, 34, 235-237.
- Pásztor L, Szabó J, Bakacsi Zs, László P, Dombos, M. (2006): Large-scale soil maps improved by digital soil mapping and GIS-based soil status assessment, Agrokémia és Talajtan, 55, 79-88.

Tevékenységek és eszközök

Tevékenység 1: Projekt menedzsment
1.1. A projekt irányítása (a tevékenységek ellenőrzése, workshop-ok szervezése, kapcsolattartás a partnerekkel).
1.2. Jelentések (első jelentés, átmeneti (interim) jelentés, zárójelentés).

Tevékenység 2: Az EDAPHOLOG Rendszer prototípusának tervezése és legyártása
2.1. A mechanikai szerkezet tervezése és legyártása (Soil Pin Traps).
2.2. Az elektronikus szenzorok tervezése és legyártása.
2.3. Az adattároló és továbbító rendszer elkészítése.

Tevékenység 3: A prototípus laboratóriumi és terepi tesztelése
3.1. Labortesztek elvégzése, a prototípus fogási hatékonyságának és az elektronikus érzékelési teljesítmény becslése, különböző talajtípusok esetén.
3.2. Terepi kísérletek a prototípus működésének hosszú távú (2 hónapos) tesztelésére.

Tevékenység 4: Demonstratív terepi tesztelés
4.1. Kísérleti monitoring tervezés a mintaterületeken (200 mérési pont szántóföldön, gyepen és erdei környezetben).
4.2. A monitoring tevékenység megvalósítása.
4.3. Az eredmények kiértékelése.

Tevékenység 5: Az eredmények közzététele
5.1. A projekt honlapjának megtervezése és működtetése.
5.2. A laikus (Layman) jelentés elkészítése.
5.3. Médium megjelenés kialakítása, az eredmények közzététele a tudományos közösség számára

Várt eredmények (outputok és mérhető eredmények)

  1. Az EDAPHOLOG Rendszer prototípusa: elkészítésre kerül az EDAPHOLOG Rendszer prototípusa.
  2. Az EDAPHOLOG Rendszer tesztelése: az EDAPHOLOG Rendszer tesztelése; számszerűsítésre kerül a mérőeszköz pontossága, megbízhatósága.
  3. Az EDAPHOLOG Rendszer demonstratív tesztelése: a működőképes EDAPHOLOG Rendszer terepi körülmények között kerül tesztelésre. A mintaterületen (200 mintavételi hely a Nemzeti Agrárkörnyezetvédelmi Program területein) talajbiológiai adatsorok és térképek készülnek a mintaterületről.
  4. Az EDAPHOLOG Rendszer bemutatása a nyilvánosságnak: A monitoring eredményeinek adatait tudományos folyóiratokban és az interneten publikáljuk. Új honlap készül a projekt számára, amelyhez szervert a TAKI biztosít.

Mérhető projekteredmények

A projekt fő célja magának az EDAPHOLOG Rendszernek az elkészítése, amely az alábbi elemekből áll:

  1. Az EDAPHOLOG Rendszer prototípusa:
    Soil Pin Traps (leszúrható talajcsapda, 200 darab) – eszköz
    Központi GSM vevő (2 darab) – eszköz
    Térinformatikai alapú mintavétel tervező eszköz – Arc Info szoftveralkalmazás
    Adatelemzés – Statisztikai (pl.: STATISTICA) szoftver alkalmazása
    Internet alapú megosztás – MapGuide alkalmazás

  2. Kiegészítő elemek:
  3. A prototípus dokumentációja (technikai) (1 db)
  4. A prototípus dokumentációja (a laboratóriumi és a terepi kísérletek dokumentációja)
  5. Tudományos publikációk (a laboratóriumi és a terepi kísérletek, valamint a terepi tesztek eredményei)
A megvalósítandó célkitűzések számszerű értékelése a jelenleg elérhető módszerek és a EDAPHOLOG Rendszer összehasonlításával történik.

Költségek: a Tematikus Talajvédelmi Stratégia Technikai Munkacsoportjának jelentésében (Reports of the Technical Working Groups established under the Thematic Strategy for Soil Protection Volume – Monitoring, 2004. Joint Research Centre EUR 21319 EN/5) a 678-680. oldalon nemzeti talajmonitoringra költött összegekről olvashatunk. Pl.: biológiai aktivitás mérése Magyarországon = 167 euró (ú.m.: cellulóz teszt, dehidrogenáz-aktivitás mérés, CO2 termelés mérés), a mintavétel költségei nélkül. Németországban egy egyszerű talajlégzés analízis 60 euróba kerül, a mintavétel költségei nélkül. Tekintve, hogy a biológiai aktivitás becsléséhez a mérés legalább 3-5 ismétlése szükséges, egy évben egy mintavételi ponthoz 180-835 euro költség kapcsolódik, a mintavétel költségei nélkül. A talaj mezofaunájának (pl.: Collembola) laboratóriumi vizsgálata még költségesebb, mert időigényes, és speciális szaktudást igényel a fajok, taxonok osztályozása (taxonómus).
Ha a prototípus költségét nézzük (2 millió euró), amely egy időben 200 helyen mér, egy mintavételi pont költsége 10 000 euró. A megtérülés tehát több mint tíz év! Vagy, amennyiben tíz alkalommal használnánk a rendszert egy évben, az arányos költség 1000 euróra csökkenne, ami közel van a jelenlegi költségekhez.
Mindazonáltal részletesebb költség-haszon elemzésre van szükség a további fejlesztéshez. Az arányok azonban láthatóak.

Az EDAPHOLOG Rendszer nagy előnye a jelenlegi rendszerekhez képest a pontosságában és megbízhatóságában rejlik. A talajbiológusok egyetértenek abban, hogy a jelenlegi, a talaj biológiai aktivitására vonatkozó mérések mindkét hibatípusra adnak lehetőséget. A magas költségvonzata miatt az időbeli és térbeli ismétlések számának növelése a jelenlegi módszerekkel kivitelezhetetlen. Azonban a talaj biológiai aktivitása időben rendkívül változékony, ezért annak pontbecslése (időben és térben egyaránt) nem nyújt pontos képet a biológiai aktivitásról. A projekt eredményeképpen létrejövő rendszer folyamatosan mérné a biológiai aktivitást, ami sokkal pontosabb becslést tenne lehetővé. A folyamatos mérés új lehetőségeket is kínál: például a környezeti paraméterek szezonális változásának nyomon követése elengedhetetlen az éghajlatváltozás hatásainak vizsgálatában, hogy becsülhessük a környezeti változások mértékét, ritmusát. Az EDAPHOLOG Rendszer a talaj biológiai aktivitásának szezonalitását képes becsülni, azonban ez a projektcél nem számszerűsíthető eredmény, mégis rendkívül fontos újdonság.

A javasolt rendszer által mért, számszerűsíthető környezeti indikátorok

Indikátor 1a. A talajlakó mikroszkopikus ízeltlábúak mennyisége: db / m2 / nap

A mikroszkopikus ízeltlábúak mennyiségét (abundanciáját) az összes talaj biodiverzitással összefüggő, tudományos, lektorált folyóiratban (pl.: a Soil Biology and Biochemistry, az Applied Soil Ecology, a Pedobiology) megjelenő tanulmányban vizsgálják. Ez a mérés ugyanaz, mint amit az ENVASSO projekt javasolt, a Collembolákhoz kapcsolódó talaj biodiverzitás indikátor mérésére.

Indikátor 1b. A mikroszkopikus ízeltlábúak méretbeli eloszlása

Ezt az indikátort a talaj ökológiai tanulmányok ritkán vizsgálják, mert rendkívül időigényes. Az általunk javasolt eszköz azonban a méretbeli eloszlást is képes vizsgálni, amely egyben a biodiverzitás becslését is jelenti.

Indikátor 2. Biológiai aktivitás: A mikrobák és gerinctelenek által elfogyasztott tápanyag aránya. Ez az indikátor hasonló a csalétek-lapteszthez (Bait-lamina teszt).

A biológiai aktivitás becslésére jelenleg a dekompoziciós-tesztet (ú.n.: litter-bag teszt) és a csalétek-laptesztet (Bait-lamina teszt) alkalmazzák leggyakrabban. Ezek úgynevezett „integrált módszerek”, mivel a mikrobiális és a gerinctelen szervezetek aktivitást együttesen mérik a tanulmányozott talajrétegben, és nem teszik lehetővé az említett organizmus csoportok a biológiai aktivitásban játszott szerepének megkülönböztetését. A szervesanyag körforgás folyamatának jellemzését célozva, ezek a kutatási módszerek az avarszintre, és a talajok felső ásványi rétegére fókuszálnak. A rétegek vastagságától függően, esetenként a felső ásványi réteg faunájának táplálkozási aktivitása is megbecsülhető a csalétek-lapteszttel.

1Komplex monitoring rendszer összeállítása talaj-mikroszennyezők analitikai kimutatására és biológiai értékelésére a fenntartható környezetért (MONTABIO, 2008-2010) NKFP_07_A4-MONTABIO
2Az Országos Környezeti Információs Rendszer (OKIR) talajdegradációs alrendszerének (TDR) kialakítása, KEOP-6.3.0/1F-2008-0013