KÖRNYEZETI VÁLTOZÁSOK ÉRTÉKELÉSE A DUNA-TISZA KÖZÉN, KÜLÖNÖS TEKINTETTEL A SZÁRAZODÁS PROBLÉMÁJÁRA Kovács Ferenc1 Absztrakt A szerző a földrajzi környezetben megfigyelhető változások értékelésével regionális és lokális szinten elemzi a Duna-Tisza közének természeti értékeit és a gazdálkodást veszélyeztető szárazodási folyamatot. Az ár- és belvízrendezés, illetve az éghajlati változások eredményeként megfigyelhető földrajzi folyamat vizsgálatában fő kérdésként merül fel, hogy milyen reakciókat váltanak ki a felszíni folyamatokban a megváltozott környezeti viszonyok, milyen változások fedezhetők fel e folyamatok eddig megismert menetében? A vízhiány fokozódásának talán legjobb indikátorai a vegetáció és a vizes élőhelyek. A vegetációs index (NDVI) segítségével történő dinamikus értékelés lehetővé teszi, hogy kiértékeljük milyen kapcsolat van a biomassza-mennyiség és a meteorológiai adatok idősora között. A Felső-Kiskunsági tavak vizes élőhelyeinek területi csökkenése – a 220 évet felölelő térképi és távérzékelési adatok alapján – szintén meghatározza a szárazodás folyamatának mértékét, segítve a terület kezeléséhez kapcsolódó döntéshozást. Kulcsszavak: szárazodás, távérzékelés, vizes élőhelyek, NDVI
1. Bevezetés A valószínűsíthető klímaváltozás magyarországi hatásainak vizsgálata az egyik legizgalmasabb és egyben legnehezebb kutatási feladat. A globális éghajlatváltozás folyamatai általános érvényűek, egy-egy régióra nem vonatkoztathatók, ezért a problémát is inkább regionális mértékben kell kezelni (Szász 1997). Különösen nehéz a meteorológiai adatok idősorában megfigyelhető, és a trendszerű változásokon alapuló klímaváltozási probléma felszínen okozott hatásainak értékelése, illetve ennek a közvetlen antropogén és természetes eredetű folyamatoktól való elkülönítése. A feltételezhető globális változás természetföldrajzi következménye az aridifikáció folyamata (Kertész-Mika 1999), mert a szárazságtól eltérően a szárazodáshoz tartozó természeti folyamatok hosszú periódusúak, krónikusak és mindenre kiterjedőek. A hosszútávon megfigyelhető csapadékcsökkenés és az ezzel párhuzamosan trendszerűen emelkedő hőmérsékleti átlagok hatására fokozódik a szemiarid jelleg. Erről a kedvezőtlen folyamatról hazánkban először az 1990-es évek elején készült átfogó összegzés (Pálfai 1994). A tudományos érdeklődésnek is köszönhetően (Molnár 1996, OMSZ 2001, FKI: MEDALUS program, MTA: VAHAVA program) a téma által okozott gazdasági következmények jelentőségének felismerésével mára a környezeti probléma politikai szinten is képviselt. A hétköznapi hírekben a jelenséget ugyan elsősorban a Balatonnál tapasztalható problémákkal társítják (ahol 5 év alatt 50%-al csökkent a vízszint), azonban az aridifikáció által veszélyeztetett terület Magyarországon elsősorban az Alföld, azon belül a Délkelet-Alföld és a Duna-Tisza köze. Jelen tanulmányban olvasható vizsgálatok is ez utóbbi területekre összpontosítanak (1.ábra). 2. A szárazodás problémája és értékelési lehetőségei Az aridifikáció – az elsivatagosodáshoz hasonlóan – nemcsak a csapadék csökkenésén és a hőmérséklet emelkedésén alapszik, hanem ide sorolhatók az emberi tevékenység hatására bekövetkező, a táj kiszáradásához vezető tevékenységek. Az Alföldön jelentős szerepet játszanak a XIX.sz-ban kezdődő árvíz-, majd a XX.sz-ban hozzá kapcsolódó belvízvédekezési munkálatok. Az addig folyamatosan, vagy az év egyes időszakaiban vízborította területeket lecsapolták, elvágták az elsőrendű utánpótlást jelentő élővizektől. Magyarországon egymillió hektár körüli vizes élőhelyet számoltak fel (Istánovics-Somlyódi 2002). Az ármentes helyeken elsősorban a csapadék és a talajvíz 1
Kovács Ferenc egyetemi tanársegéd, Szegedi Tudományegyetem Természeti Földrajzi és Geoinformatikai Tanszék, Egyetem utca 2-6. 6722, Email:
[email protected]
1
maradt, hogy a nedvesebb években pótolják a felszínen jelentkező vízhiányt. E két fontos forrás közül jól ismert a talajvíz 1970-es évektől kezdődő vízszint-csökkenési problémája a Duna-Tisza közén (Liebe 2000, Rakonczai-Bódis 2001), melynek nagyobb része egyértelműen az 1967-1994 közötti csapadékhiányra vezethető vissza (ekkor a terület több hónapban a századeleji havi csapadékok 50-60%-át kapta). A kedvezőtlen évek hatásait emberi tevékenységek is fokozták. Így például a felszín alatti vizekből történő nagymértékű vízkivétel. Az 1990-es évek végéig minimum 3.5 milliárd m3 vízhiánnyal számolhatunk, de ez a legsúlyosabb helyzetben legalább 5 milliárd m3 volt (Rakonczai-Kovács 2004).
1 .ábra Mintaterületek (Duna-Tisza köze, Felső-Kiskunsági tavak) elhelyezkedése Az Alföldön a csapadék változása determinál. A hőmérsékleti adatokkal kapcsolatos értékelésekkel ellentétben itt egyöntetűek a vélemények: a 120 éves adatsor alapján az éves, évszakos és havi átlagok is csökkenést mutatnak2 (2.ábra). Az éghajlatváltozás a különböző elemek egyidejű változásából ismerhető fel. A hőmérséklet és csapadék közötti kapcsolat szignifikáns, ami lehetővé teszi a többdimenziós klímaanalízist. A szárazodás szempontjából érdekes „ átlag feletti hőmérséklet, átlag alatti csapadék (H+,CS-)„ előfordulási lehetősége a normál 25% helyett az Alföldön a 40%. A csapadék és a potenciális evapotranspiráció alapján számított klimatikus vízhiány az Alföldön 0,4-0,5 mm/év-el nő. Tehát 1870 óta az 1990-es évek végéig a hiány átlagosan mintegy 60 mm-el gyarapodott, de a Délkelet-Alföldön több mint 350 mm-el (Szász 1997)! Az 1998-as 1999-es csapadékos évek elenére általában nőtt a szárazság, mert egyes területek nagyon sok esőt kaptak, de az ország más részei szinte semmit.110 év alatt 0,3-0,6-el növekvő tendenciát mutat a melegebb és szárazabb évek mennyisége, nő az aszályhajlam (Weidinger et al. 2000). A jelenség közvetlen következményeivel (pl. aszály3, terméscsökkenés4) nehezen értékelhető, hiszen pont a kedvezőtlen eloszlás miatt átlagos csapadékú évben is lehet például 2
120 éves adatsor alapján -0,917 mm/év, de a helyi adatsorok belső változékonysága többszöröse a globális adatokénak, így hosszú időszak alatt is nehéz megállapítani az idősorban a trendet (Molnár 1996). 3 Pálfai 2000. 4 Duna-Tisza közén öntözéssel a károsodott terület 1/10-én lehet előállítani a kieső terményeket (Ijjas 2002).
2
rossz a termés, illetve öntözéssel pótolható a hiány (Rakonczai 2003). A kutatás során olyan komplex indikátorokra van szükség, melyekkel be lehet bizonyítani, hogy: • az elmúlt időszakban nemcsak egy aszályos időszakról, hanem a sokkal veszélyesebb szárazodási folyamatról van szó, • az elsősorban a természetvédelem és a mezőgazdaság által említett, egyre erősebb sztyeppesedésnek milyen káros hatásai vannak. A kutatások válaszolhatnak klímaváltozás, vagy ingadozás kérdésére is, mert azt eldönti a felszíni változások mértéke, tér- és időbeli szerkezete, sebessége (Kertész-Mika 1999). csapadék lineáris trend 700
mm 500
2001
1996
1991
1986
1981
1976
1971
1966
1961
1956
1951
1946
1941
1936
1931
300
2. ábra A vizes élőhely mintaterülethez legközelebbi meteorológiai állomás (Izsák) éves csapadékösszegei és a csökkenés mértéke (1930-2001) A vizsgálati elemek egyik csoportja a Duna-Tisza közén található vizes élőhelyek. Jó indikátorok, mert a külső nedvesség okozta hatásokra érzékenyen reagálnak. Ezek a védett területek pótolhatatlan környezet- és természetvédelmi szerepet töltenek be az élővilág megőrzési és a szennyezésszűrési funkciókkal, de kiemelhető a felszín alatti vízpótlási és a rekreációs potenciáljuk is (Rakonczai 2003). Az 1980-as évektől kezdődően a nagy, szikes tavak zöme már kora nyáron kiszáradt. A Duna-Tisza közi vizes élőhelyeken a parti vegetációs zóna előrenyomulását figyelték meg. A sztyeppesedés során a gyomnövényzet a korábban vegetációmentes területeken – elsősorban a szikes tavak tómedrében – végez térhódítást (Iványosi 1994). A mély fekvésű, mára csak csapadékból utánpótlódó tavak, mocsarak szezonálisan rendkívül változékony területek, ahol nem könnyű kimutatni a környezeti hatások okozta tényleges változásokat, ezért hosszú időtartamú vizsgálatra volt szükség mert a különbség csak így figyelhető meg. Pontosabb elemzést szolgálja az általános értékelés mellett a részletes területi-, időbeli elemzés is. Másik csoportnak a növényzetet tekintettük, mert az éghajlat az egyik olyan tényező, amely a biológiai energiákat mobilizálja és meghatározza a tényleges produkciós szintet. Az életfeltételek változása a biomassza-mennyiségen keresztül mérhető, a vizsgálatunk szempontjából kedvező, hogy a növényzet viszonylag gyorsan reagál a természetföldrajzi tényezők módosulására. A vegetáció elemzése megoldást jelenthet azokban az esetekben, amikor a meteorológiai adatokban előforduló nagy szórás miatt nem mindig mutatható ki egyértelműen a trendszerű változás. Ilyen problémát jelent Magyarországon a medencehatás és a különböző éghajlati határzónák által okozott szórás is.
3
3. Az vizsgálat céljai és a feldolgozáshoz szükséges adatok 3.1 A vizes élőhelyek térképeken és távérzékelési adatokon Lokális hatásokat tár fel a vizes élőhelyek (tavak, mocsarak, erek, csatornák) mennyiségének (kiterjedésének), valamint minőségének a bemutatása, amit jelen esetben távérzékelési-térképi adatokkal együtt kb. 220 évre visszamenőleg írhatunk le (1.táblázat). A XVIII.sz.-tól napjainkig tartó elemzésben a különböző méretarányú, minőségű és információtartalmú adatforrásokból kellett kinyerni, interpretálni a megfelelő tájelemekre jellemző mutatókat. A legfontosabb, hogy a különböző időpontokban meg tudjuk határozni a tó- és mocsárhatárokat, a potenciálisan elönthető nyílt medrek határait, a mocsarak állandó, vagy időszakos jellegét, az erek és csatornák helyzetét, mert így megállapítható, hogy milyen következményei vannak a vizes élőhelyeken a hosszabb távú tartósan száraz időszakoknak. 1. táblázat A vizsgálatban felhasznált adatok Biomassza-mennyiség műholdképek felvételezés ideje (szenzor és feldolgozottság) 1992-2000 nyári félévek (NOAA AVHRR-MVC)
Vizes élőhelyek térképek felmérés éve (méretarány) 1783 (1:28.800) 1859 (1:25.000) 1882 (1:25.000)
légifotók
műholdképek
felvételezés ideje
felvételezés ideje (szenzor)
1950 június 1961 (1:10.000) 1967 június (CORONA) 1982 (1:10.000) 1986 június (LANDSAT TM) 1994 augusztus 2000 június (LANDSAT ETM) 2002 június (LANDSAT ETM)
Különösen fontosak az összehasonlíthatóság szempontjából – még ha a pontatlanságuk miatt kritizálhatók is – a természetes állapotokat tükröző felmérések (I., II., III. katonai felmérések). Az adatok időbeli eloszlása miatt az 1960-as évek után erősödő klimatikus eredetű szárazodás külön is vizsgálható. A multispektrális módszereknek, a hosszabb idősornak és a térképek pontosabb feldolgozásának köszönhetően kiegészítettük és esetenként átértékeltük a korábbi tanulmányunkban leírtakat (Kovács-Rakonczai 2001). A felmérés során távérzékelési adatokat használtunk, mert: • a korábbi és az aktuális, hiteles adatokat más módszerrel nem lehet pótolni, • a vizes élőhelyeknél tapasztalható terepi adottságok a számunkra fontos tavaszi-kora nyári időszakban sok esetben lehetetlenné teszik a terepi felmérést, • az egyébként is ritka térképi adatok nem az általunk vizsgált nyári időszak alapján mutatják az évszakosan rendkívül eltérő tájat, • a potenciálisan elönthető területek (vegetációmentes, alacsonyabb magassági szintben lévő, vakszikes foltok) lehatárolása volt a cél, melyek könnyen elhatárolhatók a növényzettel fedett területektől. A térképek ezeket, a számunkra fontos felszíneket hiányosan ábrázolják. Az adatok közül külön kiemelhető az 1967-ben készült CORONA fekete-fehér kémműholdkép, 3m-es geometriai felbontásával és kitűnő minőségével. A legrosszabb méretarányt a LANDSAT felvételek szolgáltatják (max. 1:50.000-60.000), de a multispektrális jelleg miatt a fekete-fehér légifotókkal ellentétben jól meghatározhatjuk a
4
terület víztartalmát (3.ábra). A felvételeket elsősorban a vizes élőhelyeket legjobban jellemző kora nyári időszakból választottuk. 3.2 A biomassza-mennyiség regionális léptékű adatai A vegetációs dinamika vizsgálatában az elemzésre került 1992-2000 közötti, 9 éves adatsor még nem elegendő, hogy a bemutatott biomassza változások és klímaváltozás között összefüggést keressünk. A legfontosabb cél, hogy az adott időtartamon belül meg tudjuk vizsgálni az időjárási különbségeken alapuló eltéréseknek a környezetben jelentkező hatásait a növényzeten keresztül. Kérdés tehát, hogy milyen változások ismerhetők fel a vegetáció jellemzőiben, és felismerhető-e érdemi változás a természetes ingadozáson kívül? Ha a módszer használható, akkor elviekben lehetőség van az értékelés időtartamának meghosszabbítására.
3. ábra Különbség a távérzékelési adatok között (1.táblázat alapján) A regionális léptékű elemzés a Duna-Tisza közének erdeire, részben védett gyep és legelő területeire összpontosít, ahol a földrajzi elemzések szerint a jövőben a tájökológiai érték csökkenése várható (Mezősi et al. 1996). Az erdők jól konzerválják a nedvességet, valamint a talajvízhez közeli rétegekből is nyerhetnek vizet, így elsősorban a tartós szárazság kimutatására alkalmasak5. Ezzel ellentétben a lágyszárúak általánosságban érzékenyebben reagálnak a rövidebb ideig tartó szárazságra. Elsődlegesen a természetes vízellátottságot figyeltük meg, így az öntözés révén vízhez jutható mezőgazdasági területek nem képezik a vizsgálat tárgyát. A különböző felszínfedettségi területeket az 1:100.000-es méretarányú CORINE Land Cover digitális területhasználati térképről határoltuk le. Az elemzések multispektrális műholdfelvételek alapján készültek. Ilyen idő- és térbeli felbontással bíró, visszamenőleges, homogén adatok a vegetációról csak a műholdképekből nyerhetők ki. A vizsgálat során a jobb területi felbontással rendelkező LANDSAT TM képeken alapuló területhasználati osztályokra a nagy időfelbontással bíró NOAA AVHRR felvételek segítségével történt monitoring jellegű analízis. Az AVHRR felvételek előfeldolgozását 5
Az idegenhonos és nemesített fajok aránya az Alföldön több mint 70% és nehezítik a vizsgálatokat a betelepített, szárazságot nehezen tűrő fajok (pl. fenyők) (Mátyás 1998)
5
követően6 1,1 km geometriai felbontású, havi összegzésű Maximum Value Compozit-ok (MVC) álltak rendelkezésre az 1994-2000 közötti periódusra, áprilistól szeptemberig tartó vegetációs időszakra (1.táblázat). Az 1992., 1993., 1995. évekre vonatkozó kompozitfelvételeket az Amerikai Geológiai Szolgálat (USGS) szabadon elérhető adattára biztosította (Eidenshink–Faundeen 1996), melyek geometriai korrekció után kerültek feldolgozásra. A 9 éves időtartamban a spektrális elemzés szempontjából fontos hullámhossz-tartományok nem változtak7. A felhőtakarás miatt több év esetén adathiánnyal kell számolnunk (a 9 évből csak 4 rendelkezik teljes adatsorral). 4. A szárazodás értékelése, módszerek és eredmények 4.1 Hidrogeográfiai változások állapotváltozása példáján
a
Felső-Kiskunsági
tavak
és
környezetének
4.1.1 A felmérési módszerek „A tavaszi eső megduzzasztotta a Dunát, s gátak híján a folyó elárasztotta a FölsőKiskunság laposait az Ócsai turjánon keresztül, illetve a dömsödi árvíz az Agyagos medrén át. Úszott a Kiskunság Bugyitól Bajáig. Ilyenkor a halasi Eresztőig mehetett csak a fogat” (in.: Illyés 1992). Az idézet jól szemlélteti azt az állapotot, amikor a múlt század elején még az Alföld területének kb. kétharmada vizenyős térség volt. A Felső-Kiskunsági tavak területén ezek a bizonyos elárasztások ma már csapadékfüggők, mivel az árvízvédelmi töltésekkel leválasztották az ártéren fekvő területet a Dunáról. Itt is megfigyelhetők azok az általános folyamatok, amelyek lehetetlenné teszik a vizes élőhelyek társulásainak ciklikus regenerációját (Istánovics-Somlyódi 2002). Az ország egykor tavakban egyik leggazdagabb területe ma folyamatosan kiszáradó jelleget mutat (4.ábra). A szárazodás elsősorban a szélsőséges vízgazdálkodású futóhomok- és szikes talajokat fenyegeti. Esetünkben, a természetesen is szikes területen számolnunk kell azzal, hogy a csökkenő talajvízszint miatt a sómérleg negatív, tehát csökken a szikes jelleg. A mélyre süllyedő talajvízszint és az általa kapilláris úton táplált talajnedvesség között megszűnik a kapcsolat, a szoloncsák talajdinamika megakad, intenzív csapadék hatására kilúgzás is felléphet. Kevésbé sótűrő, zártabb növénytakaró megjelenésére van mód (Várallyai 1999). Az egykor nyílt medreket elfoglaló növényzet terjedését alapvetően távérzékelési adatok alapján elemeztük az 1950-2002 közötti időtartamban (1.táblázat, 3.ábra). A multispektrális felvételeknek (1986., 2000., 2002.) köszönhetően nem csak a tavak vízfelületét, hanem a mocsaras területek nedvességi állapotát is felvételeztük a mintegy 13.000 ha-os mintaterületen. A digitális képfeldolgozás során 3 db, alapvetően eltérő elveken működő spektrális indexelést és osztályozást hajtottunk végre, hogy a minket elsősorban érdeklő vizes-nedves területeket lehatároljuk:
6 7
Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ) munkája. Az 1992-95. év közötti képeket a NOAA-11, a többit a NOAA-14-es műhold készítette.
6
4. ábra A Felső-Kiskunsági tavak mintaterület kék vonal: mintaterület határa, zöld vonal: Kiskunsági NP határa (háttérkép: LANDSAT ETM 2002.06.23.)
• Egy tematikus rétegen a Normalizált Vegetációs Index (NDVI) segítségével a vegetáció jelenlétét, hiányát mértük fel. A spektrális analízis során használt NDVI, az általánosan és leggyakrabban használt a nettó biomassza produkció becslésének módszerei közül: NDVI = (NIR - R) / (NIR + R) ahol:
R: vörös tartomány értéke az adott pixel esetében, NIR: közeli infravörös tartomány értéke az adott pixel esetében. Általánosságban a 0,4 - 0,5 fölötti NDVI érték tekinthető a teljesen növényzettel borított területnek. • A Wetnes index segítségével a víz mennyiségét, a nedvességi állapotot jellemeztük, amelynek a képlete TM szenzor esetén: SWITM5=0.145tm1+0.176tm2+0.332tm3+0.339tm4+-0.621tm5+-0.419tm7 • Az automatikus osztályozással (ISODATA módszer) az alapvető felszíni különbségeket emeltük ki. A három osztályozott réteg összevetésével kaptuk meg az adott időpontra vonatkozó osztályainkat: a „száraz”, a „vizenyős”, és a „nyílt víz és elönthető terület” felszíneket.
7
Légifotón alapuló referenciavizsgálatra a 2000.évi júniusi LANDSAT TM műholdképnél volt lehetőség. Az értékelést ERDAS Imagine 8.4 szoftverrel hajtottuk végre. 4.1.2 Hosszú időtartamú értékelés Az első pontosnak tekinthető felvételezés a III. katonai felmérés volt. A vizes élőhelyek szempontjából legkedvezőbb időszakot is ez, illetve a II. katonai felmérés mutatja (18591882). A mintegy 100 évet átölelő, maximális-minimális területi kiterjedést szemléltető térképi-távérzékelési adatsor (1883-1986) alapján a vizes élőhelyek területe 88%-al csökkent, a mocsaraké 95%-al (5.ábra). Még 1962-ben is háromszor több vizes élőhely fordult elő a mintaterületen, mint a ’80-as évek közepén. A teljes időtartam alatt (1883-2002) a csökkenés 62%-os. Az összterületen belül a legjelentősebb csökkenés a mocsarakat sújtotta. A 2000. évi rendkívül belvizes időszak átmeneti nagy értékei egyrészt bemutatják a táj már említett változékonyságát, másrészt látható, hogy a növekvő csapadék hatására is csak részben képes regenerálódni a mocsárvilág. A 2002-es területi értékekkel mutatott eltérés sejteti, hogy ez a pillanatnyi növekedés nem tartós és feltételezhetően bizonyos degradációs folyamatok (pl. növényzeti terjedés) 2000-ben is jelen voltak, csak a víz eltakarta ezeket. Az 1883-ban látható mozaikos térbeli elhelyezkedést később csak az 1950-es légifelvételen fedezhetjük fel utoljára (6.ábra). Az egykori vizes területek 1982. után még a kedvezőbb 2002. évben sem, vagy csak részben képesek újraéledni. A terület természetközelisége ellenére ma a korábban egyáltalán nem jellemző koncentrált állapot figyelhető meg. A legfrisebb felmérést alapul véve térben ábrázoltuk a szárazodás mértékét (7.ábra). A folyamat súlyosságát a víztelenedés gyorsasága, nagysága alapján osztályoztuk. Különösen veszélyeztetettek azok a ma már száraz területek ahol egykor víz, vagy mocsár volt. m2
csatorna
40000000
ér mocsár tavak
20000000
0
I.kat.felm.
II.kat.felm.
III.kat.felm.
1962
1982
1986 2000 2002 (műholdkép) (műholdkép) (műholdkép)
5. ábra A vizes élőhelyek területi felosztása térképi-távérzékelési adatok alapján.
8
6. ábra A vizes területek csökkenése és koncentrációja 4.1.3 Vegetációs terjedés értékelése távérzékelési adatok interpretációja alapján A mintaterületen az összes mélyebb fekvésű vegetációmentes foltot figyelembe vettük és az összevont elemzés mellett külön értékeltük az egyes ún. székekre (Kelemen-szék, Zab-szék, Kis-rét, Büdös-szék) vonatkozó területcsökkenést. Különböző adatok közötti összehasonlító vizsgálatokat a tavakra tudtunk elvégezni, mert csak a nyílt vízfelszín-határokat lehet az egyes térképszelvényekről digitalizálni. A csökkenő területi tendencia a nagyobb információtartalmú fotóknak és felvételeknek köszönhetően sokkal nagyobb mértékű a valóságban, mint amennyire a térképen leolvasható.
9
7. ábra A szárazodás mértékének területi eloszlása a vizes élőhelyek állapotváltozása alapján A legmagasabb értékű, 1950. év alapján a nyílt térszínek legkedvezőbb aránya min. 20% az egész területen belül. Ez az érték már az 1960-as évek elején nagyon hirtelen visszaesett kb. 10%-ra, azaz kevesebb mint az eredeti érték 1/2-re csökkent, sőt később az 1980-as évek közepére már csak 4% nyílt meder maradt! Az 1990-es évek második felében megfigyelhető csapadékösszeg-növekedés hatása jól látható, hiszen 2002-re az elöntés nagysága nő és területileg körülbelül megegyezik a 1960-as évek kiterjedésének értékével. Az összesített értékek alapján úgy tűnhet, hogy a vizes területek változása nem követi egyértelműen a meteorológiai adatokban megtalálható aridifikációs folyamatot, de a részletesebb értékelés
10
mást mutat. Figyelembe kell vennünk, hogy a mesterséges vízterek aránya is nőtt a vizes élőhelyeken (1962:0,6%, 2002:12%), amely nem sorolható a kedvező természeti folyamatok közé. Ha a tavakat egyenként is megvizsgáljuk, akkor jól látható, hogy 1970-es évektől az 1990-es évek közepéig jellemző nagyon száraz időszak hatása nem szűnt meg az 1995-től kezdődő nedvesebb évektől, és a mai napig is nyomon követhető (8.ábra).
Kelemen-szék Zab-szék
4000000
Kis-rét Büdös-szék
m2 2000000
0 1950
1967
1986
1994
2000
2002
8. ábra Nyílt meder területe a vizsgált tavak esetében Kis-rét – az egykor legnagyobb víz – 1950-től rohamosan csökkenve és darabolódva mára, mint nyílt vízfelszín gyakorlatilag megszűnt létezni. A változás nagy része az első 20 évben történt és a már kicsi 1967-es területi értékeknek is csak a fele maradt a XXI. századra. Még a 2000-es felvételeken is csak nehezen tudtunk egyértelmű nyílt felszíneket lehatárolni! A Kis-rét tó egymástól több száz méterre lévő, elszigetelt, kis térszínekből áll, és egykori kiterjedésének 4,5%val bír. Ez még a legkedvezőbb tendenciát is figyelembe véve 1.8 %/év-es csökkenést mutat! A legingadozóbb kiterjedésű a ma legnagyobb nyílt felszínű mederrel bíró Kelemen-szék. Változékonysága ellenére a területi csökkenés itt is egyértelműnek mondható. 2002-re, a nedvesebb időszak ellenére is csak az ’50-es, ’60-as évek kiterjedési értékének kb. 50%-át kapjuk. A vegetáció terjedése akár 550-600 métert is mutat az 52 év alatt, ami átlag 10-11 m/év-es növényzeti terjedést feltételez! A tó északi partján a ’70-es években épült csatorna és töltés tovább fokozta az északi kis medrek központi területtől való elszakadását. Ha a legrosszabb tendenciát vizsgáljuk, akkor 40 év elég a nyílt vízfelszínek teljes eltűnéséhez. Ha a teljes 52 év adatait vizsgáljuk, akkor ez a tendencia 75 évre módosul. Kérdés, hogy a csapadékösszeg értéke a jövőben miként változik? Több szék esetében is megfigyelhetők jelentős vegetációs változások a növekvő vízterület ellenére. A „jótékony” vízlepel hatására ugyanis 2000. és 2002. között akár 250m-es határbeli eltolódások is megfigyelhetők, ami aligha 2 év alatt történt. Általános tendenciaként említhető a kedvező dekoncentrált állapotokat jellemző sok kis nyílt vizes felszín arányának látványos csökkenése. Ezek aránya a XIX.sz-ban még 60%-os volt, ami a ’80-as évekre 10%-ra csökkent és mára, a megnövekvő mesterséges vízterekkel együtt is csak 20%!
11
4.2 A vegetációs produkció felmérése multispektrális műholdképek alapján 4.2.1 Az adatok feldolgozásának módszerei A Duna-Tisza közének rendkívül heterogén területhasználata és az alkalmazott térbeli felbontás mellett alapvetően kétféle felszínfedettség elemzésére került sor: • az erdők osztályát lombhullató, tűlevelű és vegyes erdő kategóriák alkotják, 25.530 ha, 13.070 ha, illetve 39.680 ha területi értékekkel. A vizsgálatban a kategóriák egyenkénti elemzésével, majd az azt követő összegzéssel született meg az eredmény. • a lágyszárúak osztálya magában foglalja a természetközeli gyepek, illetve rétek, legelők területeit 9.560 ha összkiterjedésben. A vizsgálat során az AVHRR 1,1 km-es cellái közül csak az ún. mintapixelek, azaz a vizsgálat szempontjából fontos területhasználat által legalább 70-80%-ban fedett pixelek megfigyelésére került sor. A későbbiekben csak a minimum 3 db egymás melletti mintapixelből álló felszíneket vettünk figyelembe. A spektrális analízis során a már ismert NDVI-vel számoltunk (4.1.1 fejezet). Az indexértékek alakulását évekre, az egyes hónapokra és a különböző felszínekre lebontva egyaránt vizsgáltuk. A csapadékeloszlást szem előtt tartva a nedvesebb évek – 1996-1999 – átlagértékei alapján ún. átlagprofilok készültek az egyes felszínfedettségi osztályokra. Az átlagprofiloktól való eltérés időbeli és térbeli vizsgálata kifejező lehet a vegetációs dinamika alakulásában és segíti a tartós biomassza-mennyiség-csökkenés miatt veszélyben lévő területek kijelölését. 4.2.2 A spektrális elemzés eredményei A 30 éves európai megfigyelés szerint 10,8 nappal nőtt a vegetációs időszak, tehát több biomasszával kell számolni (Menzel-Fabian 1999). Az Alföldön a csapadék dominál, ezért a Duna-Tisza közén a növényzeti produkció csökkenését valószínűsíthetjük. Az NDVI adatok értékelésénél fontos tényező, hogy az 1992-1994 közötti időben egy, az 1980-as években kezdődött jelentős csapadékcsökkenési időszak végének a hatása, míg az 1990-es évek második felében egy nedvesebb időszak (500-600 mm-t meghaladó éves csapadékmennyiségek) következményei figyelhetők meg. A vegetációs index maximum, átlag és minimum értékének relatív alakulása a különböző felszínfedettségeknél, a teljes adatsort megfigyelve hasonlónak mondható (9.ábra).
160
csapadék
0,6
NDVI átlag 120
NDVI
0,4
mm
80
0,2 40
0
1992 jún.
0
1993 ápr.
1993 szept.
1994 1995 júl. 1996 szept. máj.
1997 ápr.
1997 szept.
1998 aug.
1999 jún.
2000 ápr.
2000 szept.
2001 aug.
9. ábra A Duna-Tisza közi lombhullató erdők NDVI átlagértéke és a Duna-Tisza közén 7 állomás alapján számított csapadékátlag alakulása a nyári félévekben 12
Az éves NDVI átlagokat tekintve kiegyenlített viszonyokat figyelhetünk meg, tehát általánosságban nem lehet trendszerű biomassza-mennyiség növekedésről, vagy csökkenésről beszélni, de ez korántsem mondható el az egyes hónapok értékelésénél. Bebizonyosodott, hogy a vegetációs időszakon belül áprilisban, júliusban és elsősorban szeptemberben figyelhető meg egyre kisebb átlagérték NDVI-k adatsorában (10.a-c ábra). a, május vegyeserdő fenyőerdő lomboserdő
NDVI
0,5
0,4
0,3 1992
1994
1996
1998
2000
b, július vegyeserdő fenyőerdő lomboserdő
0,55
NDVI
0,45
0,35
0,25 1992
1994
1996
1998
2000
c, szeptember vegyeserdő fenyőerdő lomboserdő
0,55
NDVI
0,45
0,35
0,25 1992
1994
1996
1998
2000
10. ábra NDVI havi átlagértékek alakulása a Duna-Tisza köze lombhullató-, tűlevelű- és vegyes erdeinél 13
Az erdők esetében a negatív trend jelleg nagyobb mértékű, mint a kedvezőbb hónapok (május, június, augusztus) adatainak alakulása. A legnagyobb csökkenési ütem kétszerese a legnagyobb növekedésinek. Nagy NDVI ingadozás figyelhető meg júniusban, átlagértékei között esetenként majdnem kétszeres különbség van az egymást követő években, míg május hónap ingadozásai hosszabb távon kiegyenlítik egymást. Az index profilok jól bemutatják a szárazabb 1994. és 2000. évek alacsony biomassza értékeit és az 1999-es csapadékos év kedvező hatását. Komplex évnek számít 1998., amikor júniusi és szeptemberi NDVI alapján a környező éveknél szárazabb, míg augusztus és május alapján nedvesebb évet lehet regisztrálni. Az ún. átlagprofilok futása és egymáshoz viszonyított elhelyezkedése megfelel a különböző biomassza-mennyiséggel jellemezhető vegetációs görbékkel szemben támasztott elvárásoknak (11.ábra). A profilok segítségével elemeztük az átlagtól való térbeli és időbeli eltérést, melynek eredményeképpen lehatárolhatók a környezeti változásokra érzékeny területek (12.ábra).
NDVI
0,45
0,35
lombhullató erdő lágyszárúak
fenyő erdő vegyeserdő 0,25 április
május
június
július
augusztus
szeptember
11. ábra A csapadékos évek alapján készült ″referenciaprofilok″ Az átlagtól való eltérés területi összevetésénél összességében a pozitív eltérések jellemzőek, de mindig a negatív irányban figyelhetők meg a legnagyobb különbségek. Június, augusztus és különösen szeptember hónapokban jellemző a kedvezőtlen változás, különösen 1994., 1998. és 2000. és 2001. években. Április, július hónapokban kevésbé találunk negatív értékeket. Az 1992-2000 közötti időszak eltéréseit átlagolva -0,1 – 0,15 közötti értékek adódtak. Átlageltéréséről van szó, vagyis a látszólag kisebb értékek nagyobb jelentőséggel bírnak. A Duna-Tisza köze vizsgált területének ¼-én a biomassza-mennyiség alapvetően csökken. Változásra érzékeny foltok találhatók a hátság északi részén is, de a legérzékenyebb összefüggő területek a középső és a délkeleti részen határolhatók le. A megfigyelt felszínfedettségek közül az erdők területén figyelhető meg erősebben a biomassza változása, különösen a vegyes erdők reagálnak kedvezőtlenül az adott időszak változásaira. A vegetációs periódusban hosszú távon áprilisban, júliusban és szeptemberben kell csökkenő biológiai aktivitással számolni. A többféle megközelítés szerint szeptember mindenképpen a veszélyeztetett hónapok közé sorolható, rövid távon június évről-évre változó nagy ingadozásával kell számolni.
14
12. ábra NDVI eltérés értékek területi eloszlása a Duna-Tisza közén
15
5. Összegző gondolatok A távérzékelési módszerek használata a környezeti változások vizsgálatában a leggyakoribb alkalmazások közé tartozik. A kiszáradás, szárazodás folyamatának lokális és regionális léptékben, új módszerekkel véghezvitt statisztikai, valamint időbeli- és térbeli elemzésével nemcsak a metodika terén mutattunk be újdonságokat, hanem egy komplex természetföldrajzi folyamat jellemzését is megadtuk. Megállapítható, hogy a vizes élőhelyek „szigetei” erősen veszélyeztetettek az aridifikáció környezeti hatásai miatt, mert a vizes élőhelyeken az 1980-as évek végéig nagyon súlyos területi és minőségi degradációt figyelhetünk meg és az 1990-es évek végétől jelentkező csapadéknövekedés pozitív hatásai sem általánosak. Az egykori vizes területek nagy része még a nemzeti parki részeken is csak részben képes újraéledni, többnyire csak időszakos mocsárként. A tucatnyi természetes nyílt víztérből mára tulajdonképpen 3 db maradt. A tavak esetében a távérzékelési adatokkal mért változások gyorsabbak és nagyobbak a térképi felmérések alapján leírtaknál (1.5-2%/év-es csökkenési ütem). A vegetáció 52 év alatt akár 600m-t is terjedt a korábban nyílt medrek rovására. Fontos, hogy mindezek igazolására több referenciavizsgálatra van szükség! A regionális léptékű megfigyelés és a környezetre jellemző földrajzi viszonyok változásával foglalkozó eredmények ismeretében elmondható, hogy a tanulmány által felhasznált, más területekre már alkalmazott módszer adott térbeli felbontás mellett is megfelelhet a rendkívül heterogén területhasználatú mintaterület megfigyelésére. A növényzet időbeli, térbeli változásait jellemző analízise során az NDVI adatok különböző szempontú áttekintése segít a vegetáció 9 éves időtartamon belüli periódikus, trend jellegű és egyéb szabálytalan változásainak felismerésében. A rövid időtartam ellenére is találhatók olyan eltérések, amelyek a területet érintő szárazodás következményének tekinthetők. A tényleges felismeréshez nélkülözhetetlen az időbeli kiterjesztés, egyéb a felszínen mért adatokkal való összevetés. Ha a vizsgálati időben rendelkezésre álló LANDSAT TM felvételeken számított vegetációs index és az AVHRR MVC szerinti NDVI értékek összevetése során megfelelő korreláció mutatható ki, akkor a módszer a rendelkezésre álló adatok segítségével egészen az 1980-as évekig alkalmazható. A kutatás a KAC K0440892001 nyilvántartási számú program támogatásával készült
IRODALOM Eidenshink, J. C. – Faundeen, J. L. Hughes (1996) 1-km AVHRR global land dataset: first stages in implementation. – International Journal of Remote Sensing Web forrás: http://edcdaac.usgs.gov/1KM/paper.html#science1 ERDAS Imagine 8.4 Tour Guide (1999) Atlanta, Georgia, p.405. Huszár T. – Juhász Á. – Kertész Á. – Szalai Z. (2002) A magyarországi Duna-völgy területi struktúrája és fejlesztési erőforrásai - Az aridifikáció helyzete és várható következménye a térségben. – in.: Dövényi Z. – Hajdú Z. (szerk.) A magyarországi Duna–völgy területfejlesztési kérdései. I. kötet, MTA, Budapest. pp.267-281. Ijjas I. (2002) Területi vízgazdálkodás. – in.: Somlyódi L. (szerk.) A hazai vízgazdálkodás stratégiai kérdései. MTA, Budapest. pp.245-277. Illyés B. (1992) A Fölső-Kiskunság a XVI-XVII.sz-ban. – Levéltári Füzetek VII., Bács-Kiskun megye. pp.5-61. Istánovics V. – Somlyódi L. (2002) Ökológia és természetvédelem. – in.: Somlyódi L. (szerk.) A hazai vízgazdálkodás stratégiai kérdései. MTA, Budapest. pp.177-205. Iványosi Sz. A. (1994) A Duna-Tisza közi hátságon bekövetkezett talajvízszintsüllyedés hatása természetvédelmi területeinkre. – in.: Pálfai I. (szerk.): A Duna-Tisza közi hátság vízgazdálkodási problémái. Nagyalföld Alapítvány Kötetei 3. Békéscsaba, pp.77-87. Kertész, Á. – Mika, J. (1999) Aridification - Climate Change in South-Eastern Europe. –Physics and Chemistry of the Earth, vol.24, No.10. pp.913-920.
16
Kovács F. – Rakonczai J. (2001) Geoinformatikai módszerek alkalmazása a tájváltozások értékelésében a Kiskunsági Nemzeti Park területén. – in.: A földrajz eredményei az új évezred küszöbén. CDROM ISBN 963482544-3. p.15. Liebe P. (1994) A rétegvízkészletek és a nyomásszintek változása a Duna-Tisza közi hátságon és azok hatásai a talajvízszintekre. – in: Pálfai I. (szerk.): A Duna-Tisza közi hátság vízgazdálkodási problémái. A Nagyalföld Alapítvány Kötetei. 3. pp.25-29. Maselli, F. – Gilabert, M. A. – Conese, C. (1998) Integration of high and low resolution NDVI data for monitoring vegetation in mediterranean environments. – Remote Sensing of Environment, Vol.63. pp.208218. Mátyás Cs. (1998) Éghajlati változékonyság és az erdei fafajok alkalmazkodóképessége. – in.: Dunkel Z. (szerk.) Az éghajlatváltozás és következményei. Meteorológiai Tudományos Napok 1997, OMSZ, pp.67-74. Menzel, A. – Fabian, P. (1999) Growing season extended in Europe. – Nature 397., pp.659. Mezősi, G. – Bárány–Kevei, I. – Géczi, R. (1996) The future ecological value of the Hungarian landscape. – Acta Geographica, Tomus XXXV., Szeged. pp.21-44. Molnár K. (1996) Magyarország 110 éves (1881–1990) hőmérséklet- és csapadéktrendjének területi eloszlása. – Földrajzi Értesítő XLV.évf. 1-2.füzet. pp.23-33. Pálfai I. (2000) Az Alföld belvízi veszélyeztetettsége és aszályérzékenysége. – in.: Pálfai I. (szerk.) A víz szerepe és jelentősége az Alföldön, Nagyalföld Alapítvány Kötetei 6. Békéscsaba. pp.85-96. Rakonczai J. – Kovács F. (2004) A szárazodási folyamat területi és időbeli változásainak vizsgálata az Alföldön. Összefoglaló értékelés a VAHAVA program számára, Kézirat. p.36+CD melléklet. Rakonczai J. (2003) Globális környezeti problémák. Lazi Könyvkiadó, Szeged. p.191 Szalai S. – Szentimrey T. (2001) Melegedett-e Magyarország éghajlata a XX. században? OMSZ beszámoló a 2000. évi tevékenységről, Budapest. pp.3-14. Szász G. (1997) Az éghajlatváltozás és a fenntartható gazdaság kapcsolata a Nagyalföldön. – Alföldi tanulmányok XVI. kötet, pp.35-51. Várallyai Gy. (1999) Szikesedési folyamatok a Kárpát–medencében. – Agrokémia és Talajtan, Tom.48. No.3-4. pp.399-416. Weidinger T. – Bartholy J. – Matyasovszky I. (2000) A globális éghajlatváltozás lokális hatásainak vizsgálata hazánkban. – Földrajzi Közlemények. pp.75-92. Térképek: I.katonai felmérés (1783), méretarány kb.1:28.800, Coll.XIV. SectioXXVI és SectioXXVII, Coll.XV. SectioXXVI és SectioXXVII szelvények II.katonai felmérés(1859), méretarány 1:25.000, XXXIII.oszlop/56., 57. szelvények III.katonai felmérés (1882), méretarány 1:25.000, 5262/2. és 4. szelvények Topográfiai felmérés (1961), méretarány 1:10.000, szelvények: L34-39-A-d-1, -2, -3, -4; L34-39-C-b-1, -2, -3, -4, Topográfiai felmérés (1982), méretarány 1:10.000, szelvények: 35-212, -221; 45-414, -423, -432, -434, -441, 443
17
