Ön itt áll: A HivatalrólA HivatalrólKiadványok, publikációkJogelőd szervezetek kiadványaiOTKA-kiadványok
Zlinszky András: „Fecseg a felszín”
Zlinszky András: „Fecseg a felszín”
2016. július 19.
Utolsó módosítás: 2017. december 29.
Olvasási idő: 10 perc
Zlinszky András az MTA Ökológiai Kutatóközpontjában dolgozik, a Balatoni Limnológiai Intézet Hidrobotanikai Osztályának tudományos munkatársa. 2007-ben biológus, 2011-ben térinformatikus szakértő diplomát szerzett. Posztdoktori NKFI-projektjét – LIDAR-alapú távérzékelési módszer kidolgozása nádasok biodiverzitásának és ökoszisztéma-szolgáltatásainak kvantitatív térképezésére (projekt azonosító: PD 115833) – tavaly indította el. Egyik munkája nemrégiben sajtónyilvánosságot kapott: először mutatta meg egy nemzetközi kutatócsoport tagjaként, „hogyan alszanak a fák”.

Előbb a projektjéről szeretném kérdezni, de még azelőtt is az „ökoszisztéma-szolgáltatás” jelentéséről.

Zlinszky András
Zlinszky András
Ökoszisztéma-szolgáltatásnak nevezünk minden olyan hasznot (például folyamatot, nyersanyagot), amelyet a természet nyújt az embernek. Ez a nagyon tág definíció nem tőlem származik: az IPBES, a biodiverzitás és ökoszisztéma-szolgáltatások kormányközi tudománypolitikai platformja is így definiálja ezt a fogalmat. A természet rengeteg hasznos folyamatot kínál az embernek: például a vízparti növényzet visszafogja az árvizet, segít a talajvízkészlet feltöltésében; egy erdősáv felfogja a zajt vagy a légszennyezést; és idetartozik az is, hogy jobban szeretünk az erdőben kirándulni, mint a városban sétálni. Ha ezeket a szolgáltatásokat mesterségesen próbáljuk előállítani, akkor kiszámítható az áruk, de nem helyettesíthető minden! Nem véletlen, hogy az ökoszisztéma-szolgáltatások fogalma a gazdasági világból származik, mert valóban megpróbálták számszerűsíteni a bioszféra szerepét, és persze csillagászati összegek jöttek ki. A természeti tőke több nagyságrenddel felülmúlja a hagyományos értelemben vett gazdasági tőkét.

Újabban a globális természetvédelem és a nemzetközi politika fókuszába került, hogy az ökoszisztéma-szolgáltatásokat nemcsak a természetvédelmi, hanem a gazdasági-politikai döntésekben is célszerű felmérni, figyelembe venni.

Az ökoszisztéma szolgáltatási potenciáljáról is érdemes beszélnünk. Mindenhol, ahol a természet nyújt valamit nekünk, embereknek, természeti folyamat áll a háttérben; ilyen például, hogy a fotoszintézis során a növények megkötik a szén-dioxidot. A szolgáltatási potenciál azt jelzi, mennyit képes maximálisan nyújtani egy adott élőhely egy természeti folyamatból – függetlenül attól, hogy az ember érzékeli-e, felhasználja-e a folyamatot. Mi többek között a nádas biomasszáját vizsgáljuk – és nem törődünk azzal, hogy ezt a biomasszát valaki learatja-e, felhasználja-e erőműben, tetőfedésre vagy bármi másra.

nádas levélfelület
nádas levélfelület
„A nádas levélfelülete az ökoszisztéma szolgáltatási potenciál egyik indikátora, hiszen a felület fogja meg a szennyezéseket és hozza létre a jellegzetes mikroklímát. Ennek mérésére többek között felfelé néző fényképeket használok: a vízfelületen tartva a fényképezőgépet függőlegesen felfelé készül a fotó, amin utólag mérni lehet a levélfelületet. A fölső kép (pusztuló) nádasban, az alsó gyékényállományban készült”

Hogyan kapcsolódik ez a munka a távérzékeléshez?

Nagyon sok ökoszisztéma-szolgáltatás végső soron az élőlények, a növényzet háromdimenziós szerkezetével függ össze. Például a nádas megakadályozza, hogy a vízhullámok elmossák a partot, ami azon is múlik, hogy a nádszálak milyen sűrűségben helyezkednek el, mekkora a felületük és rugalmasan mozdulnak-e el a víznyomás hatására. Ha a nádas alakját, szerkezetét három dimenzióban modellezzük, akkor olyan mérőszámokat állíthatunk elő, amelyek jó közelítéssel leírják ez a tulajdonságot.

Hogyan „áll elő” a három dimenzió?

Lézerszkenneléssel dolgozom: ez kifejezetten háromdimenziós felmérési eljárás, nem a kétdimenziós képalkotáson alapul. Fényképezéskor a képkocka kis részeiben mérjük a felszín fényvisszaverő képességét. A lézerszkenner maga bocsátja ki azt a jelet, amivel mér. Ez a nagyon rövid, néhány nanoszekundumos (a másodperc ezredrészének a milliomodrészéig tartó) fényimpulzus leszalad a repülőgépről (ahol a szkennert elhelyezik), és visszaverődve tér vissza a gépbe. A futási idejéből ki tudjuk számítani a gép és a talaj vagy a növényzet közötti távolságot (hiszen a fénysebességet ismerjük). Ha a repülő távolságát folyamatosan regisztráljuk GPS-szel, akkor a felület géphez képesti helyzetét nagy, néhány centiméteres pontossággal meg lehet mérni. Mivel ez gyors mérési eljárás, egy másodperc alatt több százezer mérést is végrehajthatunk: olyan, mintha egy pontokból álló háromdimenziós modellt készítenénk a környezetről. A mérés végterméke egy háromdimenziós pontfelhő, ahol pontosan ismerjük a pontok helyzetét és a felszín egyes tulajdonságait. Ráadásul a fény áthatol a lombozaton, ezért a növényzetről és az alatta levő talajról gyakran sikerül egyszerre információt kapnunk.

lézerszkenner
A lézerszkenner által mért adatsorból kapott pontfelhő egyik keresztmetszete. Az eltérő színek eltérő tulajdonságú mért pontokat jelölnek. A kép bal szélén zöld és türkiz színben egy háztető látszik, sötétkék színűek a fák, a talajpontok vörösek vagy sárg

Hogyan derítik fel a felszínt?

Ha a jel szilárd, jól definiált felületről érkezik vissza, akkor ugyanolyan rövid impulzust érzékelünk, mint amilyet kibocsátottunk. Egy lézervillanás körülbelül húsz centiméter átmérőjű kört világít meg, és ennek minden része ugyanolyan távolságban helyezkedik el a repülőgépen utazó műszertől. A növényzetet úgy pásztázzuk, mintha zseblámpával világítanánk be egy bokorba: ilyenkor a különböző részek különböző távolságban vannak a szenzortól, emiatt a fénysugarak futási ideje eltérő, és kiszélesedik a visszaérkező impulzus – nem lesz olyan rövid, jól definiált, mint amikor a talajról verődik vissza. A kapott impulzusok hosszát igyekszünk megfeleltetni a visszaverő felület térbeli eloszlásának. Ebből akár már a növényzet jellegére is következtethetünk – arra, hogy az nád vagy sás vagy gyékény. Ilyen osztályozásokat is tervezünk ebben a mérésben.

Közeledünk a biodiverzitáshoz…

A biodiverzitás nagyon tág fogalom, de vannak olyan indikátorok, például a területegységre eső fajok száma vagy különböző növényzettípusok változatossága egy nagyobb területegységen belül, amelyeket „meg tudok nézni” a terepen. Ha osztályozom a műszerrel felvett pontokat és a pontok alapján a növényzetet, akkor a „mért változatosság”-nak kapcsolatban kell állnia a terepen tapasztalt változatossággal. Lézerszkenneléssel már sok vegetáció-térkép készült; a püspökladányi puszta gyepjeiről én is félméteres felbontású vegetáció-térképet csináltam ezzel a módszerrel; egészen a rövid társulások szintjéig is lejuthatunk – nyilván megfelelő feldolgozási eljárásokkal.

gyeptársulas
A püspökladányi puszta lézerszkennelés alapján készült gyeptársulás térképe. Egy képkocka a terepen 0,5×0,5 méteres területnek felel meg

Ezen a nyáron a terepi mérések zajlanak. Megpróbálunk műszeres mérésekkel olyan indikátorokat találni, amelyek különböző ökoszisztéma-szolgáltatásokat számszerűsíthetnek. Például a nádasban intenzív bakteriális lebontás zajlik, és ezt úgy mérjük, hogy standard mennyiségű, egy kilónyi nádas növényi biomasszát helyezünk el műanyag hálóban a nádas iszapjában, és egy év múlva vesszük csak ki: akkor meglátjuk, mennyi maradt belőle. Vagy például a lombkorona függőleges szerkezetét, változatosságát úgy állapítjuk meg, hogy egy négyzetméteren levágjuk a nádat, és félméteres magassági kategóriákra beosztva megmérjük az egyes tartományok tömegét: ebből derül ki, hogyan oszlik el az anyag egy függőleges oszlop mentén. A Balatonon a nádas körülbelül négy méter magas; van olyan nádas, amelyik inkább fent gazdag levélben, van, ahol egyenletes az eloszlás, és van, ahol lent jelenik meg több levél. Ezeket a LIDAR elvileg észleli, de ehhez a terepen referenciaadatokat kell felvennem.

terepmunka
„A terepen a nádasok megközelítésére, illetve mobil munkaasztalként egy kis kajakot használok. Az előtérben látható, hogy ezen levágott nádkéve van. A háttérben a fekete kitűzőrúdra szerelt sárga műszer a geodéziai GPS”

terepmunka
Balra: Egy egy négyzetméteres mintaterületről levágott nádas össz-biomassza tömegének mérése terepi mérleggel. Jobbra: a piros nyilak két kihelyezett mikroklíma-szenzort jelölnek, fönt a levegőhőmérséklet- és páratartalom-szenzor, lent, a víz alatt a vízh

Újabb kérdés, hogy hogyan befolyásolja a nádas a környezete mikroklímáját. A nádas árnyékolja a vizet, kicsit hűvösebben tartja, és a nádasban párásabb a levegő, mint odakint, ami fontos lehet például a kétéltűeknek. Pici, gyufásdoboz méretű szenzorokat helyezek el a nádasban huszonnégy órára, és a mért értékeket összehasonlítom egy másik szenzoréval, amely nem a nádasban van, hanem vagy a szárazföldön, vagy a nyílt vízen. Ebből meg tudom mondani, hogy mi a nád szerepe a saját mikroklímája alakításában. Ilyenfajta mérésekkel próbálom kalibrálni a lézerszkennelésből származó indikátorokat.

Hol használható fel a részletes kép?

Főképp a döntéshozásban. Ha új vasútvonalat terveznek vagy parcellázni akarnak, akkor talán „kilóra” is meg tudjuk mondani, hogy egy adott nádasfolt mennyi szén-dioxidot köt meg, vagy hány Celsius-fokkal befolyásolja a környezete mikroklímáját – mert ha megszüntetjük, akkor a környéken melegebb lesz.

Az élőhelyek szerepét tehát néhány méteres felbontásban szeretnénk megmutatni. Ezt a felmérést a Fertő-tóra, a Tisza-tóra és a Balatonra akarjuk kiterjeszteni.

Nagyon fontos feladatnak látom a módszertan kidolgozását és átadását. Az Európai Unió biodiverzitási stratégiájában elő van írva, hogy 2014-ig minden ország köteles feltérképezni a biodiverzitását és az ökoszisztéma-szolgáltatásait. Nem tudok olyan országról, amelyik eddig sikerrel teljesítette volna ezt a feladatot, tehát nagy szükség van olyan módszerekre, amelyek nagy területre szolgáltatják megbízhatóan ezeket az adatokat. Ha létrehozok egy olyan protokollt, amellyel egy másik kutató vagy egy civil szervezet kimehet a nádasba és viszonylag egyszerű módszerekkel megmérheti a megfelelő referenciákat, ugyanakkor publikálok egy olyan adatfeldolgozási eljárást, amellyel a lézerszkennelt adatokat ilyen térképekké lehet alakítani, akkor remélhetem, hogy ezt más országokban is használják majd. Ne felejtsük el, hogy az európai országoknak lassan már a többsége az ország egész felszínéről rendelkezik lézerszkenneléses adatokkal. Nálunk ezeket még csak egy-két területen vették fel, de folyamatosan bővül az adatbázis. Ausztria, Szlovénia és Lengyelország például a teljes területét „lerepülte”.

A kalibrálás azonban újdonságnak számít, ahogy a blogjából is kiderül.

Rengeteget beszélünk az ökoszisztéma-szolgáltatásokról, és ezeket mindenfelé használják a tervezésben, modellezésben, de nagyon kevés az olyan kutatás, ahol tényleges helyi, terepi mérésekhez lehet kötni az adatokat. Általában az irodalomból vesznek valami mérőszámot – például az erdőben átlagosan ennyi meg ennyi biomassza van négyzetkilométerenként –, és ezt felskálázzák a felszínborítási térképek, például a CORINE felszínborítási adatbázis alapján. Ezeket a számokat anélkül használják, hogy ellenőrizték volna a pontosságukat! De ha egy gazdának meghatározzák, hogy mikor kaszálhatja csak a földjét, mert az fontos szolgáltatást nyújt, és ezt rossz felbontású vagy nehezen ellenőrizhető adatok alapján teszik, akkor a gazda vitatkozni fog. Egészen más a helyzet, ha kalibrált adatokkal mondom meg, hogy 70, 80 vagy 90 százalék a jelzéseim pontossága.

Szeretném, ha szót ejtenénk a fák „alvásáról” is. Ahogy olvastam, ebben a kísérletben földi lézerszkennelést használtak.

A műszer háromlábú állványon állt, mint a teodolit vagy egy földi fényképezőgép, de a műszer és a fa egyes részei közötti távolságot ugyanúgy a kibocsátott lézerjelek futási ideje alapján mértük, csak még sokkal részletesebben: négyzetcentiméterenként két-három mérési pont esett a fára, és a pontok azonosított elhelyezkedése milliméter pontosságú volt.

Egy éjszakán keresztül óráról órára megismételtük a méréseket, és azt láttuk, hogy a fa alakja folyamatosan változik, az éjszaka előrehaladtával az ágak egyre lejjebb kerültek, és amikor hajnalodott, a fa néhány szkennelési ciklus alatt visszanyerte az eredeti alakját. Újabb vizsgálatokat is tervezünk, például a fák, levelek vízfelvételét vizsgálnánk ezzel a módszerrel.

2016. július

Utolsó módosítás: 2017. december 29.
Visszajelzés
Hasznos volt az oldal információtartalma az Ön számára?