Projekt Zárójelentés 2011 (előlap)

K+F munkaerő s fejlesztése munkaer megőrz meg rzése rz se és fejleszt se

2009

Azonosít Azonos tó:: SOILPREC m08b


Projekt Zárójelentés 2011 (előlap) Beszámolási időszak Munkaszakasz A projekt azonosítója Nyilvántartási szám A projekt címe

2010.12.31-2011.12.31 II (Zárás) SOILPREC KF-MUNKAERŐ-09-1-2009-0008 SOILPREC Precíziós talajkímélő gazdálkodást fejlesztő térinformatikai kutatások Támogatott szervezet neve VM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet A pályázó neve Tolner Imre Tibor A projektvezető neve (a pályázót Dr. Fenyvesi László képviselő személy) Projekt honlapja http://titpietas.x3.hu/index.php?cPath=tm8_lm1

………………….…… …………………… Dr. Fenyvesi László Lázár Jánosné főigazgató gazdasági vezető cégszerű aláírás

PH.

…………….………… Dr. Fenyvesi László témafelelős


2009


Tartalomjegyzék Projekt Zárójelentés 2011 (előlap) ............................................................................... 1 Tartalomjegyzék.......................................................................................................... 2 I.

Az eredmények tudományos, műszaki tartalmának bemutatása .......................... 3

I.1.

A tudományos háttér rövid bemutatása, szakirodalom-kutatás.......................... 4

I.1.1.

A spektroszkópia és a távérzékelés ............................................................... 4

I.1.2.

A térinformatika és a távérzékelés kapcsolata................................................ 6

I.1.3.

Talajok spektrális viselkedésének jellemzése................................................ 6

I.1.4.

A szakirodalom kutatás, tanulás tömör ismertetése....................................... 7

I.1.5.

Kutatás-Fejlesztés-Szolgáltatás..................................................................... 8

I.1.6.

Javaslat az eredmények hasznosítására..................................................... 17

I.1.7.

Egyéb az év során felmerült új feladatok. .................................................... 17

II.

Projekt tervezett és tényleges időtartama........................................................... 19

III.

A projekt monitoring mutatói .......................................................................... 20

IV.

Tervezett és tényleges költségvetést összefoglaló táblázat.............................. 20

V.

Az eredmények gazdasági és társadalmi hasznosíthatóságának bemutatása..... 23

VI.

A kapott támogatás ösztönző hatásának bemutatása ...................................... 24

VII.

Mellékletek ..................................................................................................... 25

VII.1.

Pénzügyi beszámoló (m7) ........................................................................... 25

VII.2.

Indikátor Űrlap (m9) .................................................................................... 25

VII.3.

Publikációs lista .......................................................................................... 25

VII.4.

Irodalomjegyzék.......................................................................................... 25

2


2009


I. Az eredmények tudományos, műszaki tartalmának bemutatása A projekt két egyéves munkaszakaszra oszlik. Az első munkaszakasz 2010-12-31-én szakmai beszámolóval és pénzügyi jelentéssel sikeresen zárult. 1. Táblázat: Az első munkaszakaszban vállalt feladatok listája

Beszámoló sorszáma: 1

A munkaszakasz kezdete és vége: 2010-01-01 – 2010-1231

Részfeladatok megnevezése

A részfeladatok szakmai tartalma az adott beszámolási Státusz időszakban

1. Szakirodalom-kutatás és berendezés tesztelése.

a Az AISA DUAL hiperspektrális szenzor megismerése. Tesztvizsgálatok a laboratóriumi szenzorral. Kalibrációs feladatok megoldása. Az ENVI 4.1 térinformatikai szoftver megismerése. Tesztfeladatok megoldása az ENVI 4.1 térinformatikai szoftverrel. 2. A kísérleti területek Korábbi légi felvételek és űrfelvételek vizsgálata. kijelölése és talajmintavétel. Talajtérképek és a távérzékelési felvételek adatai alapján a lehetséges kísérleti területek kijelölése. A kísérleti területek bejárása, helyszíni vizsgálatok elvégzése, mintavétel. 3. A talajminták laboratóriumi A talajminták laboratóriumi vizsgálata kémiai vizsgálata kémiai és optikai módszerekkel. módszerekkel. A talajminták laboratóriumi vizsgálata fizikai módszerekkel. A talajminták optikai vizsgálata spektroradiométerrel. 4. A légi felvételek készítése Légi hiperspektrális felvételezésre Mosonmagyaróvár és AISA DUAL hiperspektrális Békéscsaba térségében került sor parlagfűdetektálás és talaj szenzorral. vizsgálat céljából. 5. A távérzékelési adatok és a Adatbevitel. laborvizsgálati adatok közötti Adatfeldolgozás az ENVI 4.1 képfeldolgozó szoftverrel. összefüggések vizsgálata. Összefüggés vizsgálatok matematikai, többváltozós statisztikai módszerekkel. A távérzékelési adatok és a talajparaméterek közötti Várható eredmények összefüggések definiálása. megnevezése:

Teljesítve

Teljesítve

Telesítve

Teljesítve

Teljesítve

Teljesítve

A feladatok és az eredmények dokumentálásának formája:

Jelentés

Jelentés

Az elért eredmények nyilvánosságra hozatalának módja:

Jelentés

Publikációk, Jelentés

Összes költség (E Ft)

5 287 800 5 287 800

3


2009


A második munkaszakasz 2011-12-31-án a projekt befejeződésével egy időben kerül benyújtásra. 2. Táblázat A második munkaszakaszban vállalt feladatok listája


A munkaszakasz kezdete és vége: 2011-01-01 – 2011-12-31


A részfeladatok szakmai tartalma az adott beszámolási Státusz időszakban

6. Talajminták kezelése, A talajminták fizikai előkészítése (aprítás, nedvesítés). kiérlelése. A talajminták kémiai kezelése (savanyítás, lúgosítás, só hatás). A kezelt talajminták érlelése állandó hőmérséklet és nedvességtartalom mellett. 7. A kezelt talajminták A talajminták laboratóriumi vizsgálata kémiai módszerekkel. laboratóriumi A talajminták laboratóriumi vizsgálata fizikai módszerekkel. vizsgálata kémiai és A talajminták optikai vizsgálata spektroradiométerrel. optikai módszerekkel. 8. A kezelt minták Adatbevitel. kémiai jellemzői és az Adatfeldolgozás az ENVI 4.1 képfeldolgozó szoftverrel. optikai vizsgálatok Összefüggés vizsgálatok matematikai, többváltozós statisztikai közötti összefüggések módszerekkel. vizsgálata. 9. Az eredmények Tájékoztató honlap készítése. publikálása. Publikálás tudományos konferencián. Publikálás tudományos folyóiratban. Publikálás az interneten az erre a célra készített honlapon. További összefüggések meghatározása a távérzékelési adatok és Várható eredmények: a kezelt talaj paraméterei között. Jelentés, publikáció A feladatok és az eredmények dokumentálásának formája: Az elért eredmények nyilvánosságra hozatalának módja:

Eredmények közlése internetes honlapon. Publikáció tudományos konferencián. Publikáció tudományos szakfolyóiratban.

Teljesítve

Teljesítve

Telesítve

Teljesítve

Teljesítve Jelentés

Publikációk, Jelentés 5 155 000


5 155 000

I.1. A tudományos háttér rövid bemutatása, szakirodalomkutatás I.1.1.

A spektroszkópia és a távérzékelés

A modern civilizáció felgyorsult világában a távérzékelés nélkülözhetetlen eszközzé vált a különböző természetes és mesterséges rendszerek egyensúlyának és működésének vizsgálatában. Ezek a folyamatok már nem követhetőek a hagyományos terepi mintavételezéssel, vagy adatgyűjtéssel. A távérzékelés lehetővé teszi a nagy területekről történő, felszíni folyamatokat jellemző, akár idősoros mintavételezést és a költséghatékony adatszolgáltatást. A technológia képes biztosítani azt a hatalmas adatmennyiséget, mely nélkülözhetetlen a globális ökológiai rendszer és egyéb lokális mikrorendszerek 4


2009


folyamatainak leírásához és elemzéséhez. Hasznosítása kiterjed számos mezőgazdasági, erdészeti, bányászati, város- és tájtervezési, környezetvédelmi, ökológiai, geodéziai, geológiai és hidrológiai alkalmazásra, illetve kiemelt jelentőséggel a bír meteorológiai és klímaváltozást tanulmányozó, valamint a katonai vonatkozása (Kardeván 2010). A távérzékelés a vizsgált anyag és a fény kölcsönhatásának tanulmányozására épül. Ennek a kölcsönhatásnak a vizsgálatával sokáig csak a több évtizedes múltra visszatekintő laboratóriumi spektroszkópia foglalkozott. Eleinte kizárólag a kémiai analitikában alkalmazott eljárás volt az, ahol az atomok, molekulák jellegzetes fényelnyelésére építve használtak különböző kvantitatív elemzéseket. A szenzorok és eszközök fejlődése azonban utat nyitott az elv szélesebb körben történő alkalmazásának is. Megjelentek a hordozható spektroradiométerek, valamint a műholdra és repülőre szerelhető képalkotó spektrofotométerek, melyek multi- és hiperspektrális felvételek készítését teszik lehetővé a távérzékelésben. Távérzékelés során egy adott felületet, illetve területet, tárgyat, vagy eseményt úgy elemzünk, hogy fizikai kontaktus nélkül, saját környezetében, roncsolódást, vagy egyéb beavatkozást elkerülve gyűjtünk róla információkat (Lillesand et. al. 2004). Különböző fizikai folyamatok alapján történő olvasási képességről, vagy tájékozódási formáról van szó (Jung 2005). Az eljárás során a vizsgált anyag által az elnyelt, az áteresztett, illetve az általa kibocsátott elektromágneses sugárzás mértékétől függő visszavert fény intenzitását és összetételét mérjük, melyből az adott anyagra vonatkozóan objektív mennyiségi, és minőségi információt kapunk (1. ábra).

1. ábra bra : Az elektromágneses elektrom gneses sugárz sug rzás k lcsönhat vizsg lt anyaggal (NOAA Coastal Service rz s kölcs lcs nhatásai nhat sai a vizsgált Center (2007) után módosítva)

Az evolúció során a fény érzékelésére kialakult látószerv a szem is távérzékelést végez a fény látható (380-780 nm) tartományában. A távérzékelési eszközök – mint a Vidékfejlesztési Minisztérium Mezőgazdasági Gépesítési Intézetben (továbbiakban, mint Intézet) használt AISA DUAL légi és ASD FieldSpec 3 MAX terepi és laboratóriumi berendezés - azonban lehetővé teszik a látható tartományon kívül érzékelni az elektromágneses sugárzást, megjelenítve így a szem számára nem látható jelenségeket, vagy információkat is. A technológia új távlatokat nyit a környezet tanulmányozásában (Kristóf 2005). A légi, terepi és laboratóriumi mérésekből levezetett reflektancia spektrumok segítségével mennyiségi kapcsolatot állíthatunk fel a növénytakaró környezeti, vagy fiziológiai paraméterei és a mért reflektancia spektrumok között. A reflektancia spektrumok a vizsgált növény, vagy növényi részek és a talaj felületéről visszaverődő és a fényforrásból beérkező

5


2009


sugárzás intenzitásainak a mérési elrendezés geometriájától függő arányait jelenítik meg a különböző hullámhosszakon. A spektrumokat - a mérési hullámhossztartományba eső reflektancia értékek sorozatait - különböző képfeldolgozó és statisztikai programok segítségével elemzik. Az Intézet munkatársai az adatok feldolgozása során a következő szoftvereket alkalmazta: Caligeo, ViewSpec, ENVI, ArcGIS, Unscrambler, MS Excel.

I.1.2.

A térinformatika és a távérzékelés kapcsolata

A földrajzi információs rendszer, angolul geographic information system (GIS) adott földrajzi koordinátához, vagy területhez kapcsolódó adatok, vagy információk gyűjtésére, tárolására, elemzésére alkalmazott rendszer. Ezen információs rendszerek egyesítik, integrálják a térbeli információt az adott térbeli ponthoz, vagy egységhez kapcsolódó leíró információt lehetővé téve az adatok hatékony elemzését, további feldolgozását. Az Intézet által üzemeltetett AISA DUAL légi hiperspektrális rendszer teljesíti a GIS alapvető jellemzőit. A felvétel során készített képi anyag minden egyes pixele pontos koordinátával rendelkezik, melyhez az adott felszíni borítottságra vonatkozó nagy felbontású spektrális információ is társul. Ezt a rendszer részét képező nagy pontosságú GPS/INS egység garantálja, mely a repülés során másodpercenként 100 földrajzi koordinátát társít a felvétel megfelelő képpontjához, így az később pontosan azonosítható a helyszínen. Az elv lényegében azonos a terepi felvételezés során is. Az Intézet munkatársai minden egyes mérési pont földrajzi koordinátáját nagypontosságú kézi GPS egységgel rögzítik. A légi és terepi felvételezés eredményei ebben a formában már térinformatikai adatbázisnak tekinthetőek, ahol a földrajzi koordinátához rendelt leíró információ a felszín fényreflexiós tulajdonsága. A légi képalkotó hiperspektrális rendszer és a terepi spektroradiométeres mérések integrált alkalmazása így európai viszonylatban is új generációs GIS alapú adatszolgáltatásnak tekinthető.

I.1.3.

Talajok spektrális viselkedésének jellemzése

A szakirodalmi adatok alapján az EM spektrum látható (visible - VIS), közeli infravörös (near infrared - NIR) és rövidhullámú infravörös (short-wave infrared – SWIR) tartománya a talajok kvantitatív és kvalitatív jellemzésére egyaránt alkalmas. Számos kutató vizsgálta a talajok spektrális tulajdonságai és azok összetétele közötti minőségi kapcsolatot (Condit 1970, Stoner és Baumgardner 1981, Baumgardner et al. 1985, Michéli et al. 1989). Az elmúlt évek információ igényét már nem elégítette ki a talajok spektrális elemzéséből nyert kvalitatív jellemzés, ezért több kutató is a kvantitatív módszerek fejlesztését szorgalmazta. A kvantitatív módszerekben elért előzetes eredmények Ben-Dor és Banin (1994) nevéhez fűződnek. Elméletük szerint a talajspektrumból egyidejűleg ásványtani, kémiai és fizikai információ nyerhető (2. ábra).

6


2009


Alacsony szerves anyag tartalom

Kémiailag kötött víz

Magas szerves anyag tartalom

Fizikailag kötött víz Agyagok Karbonátok, sók

2. ábra bra Reflektancia spektrumból spektrumb l leszűrhet lesz rhető rhet legfontosabb talajparaméterek talajparam terek (EM spektrum)

Bruno (2007) laboratóriumi körülmények között végzett vizsgálatokat, összefüggést keresve a talaj pH– és optikai sajátosságai között. Szintén laboratóriumi körülmények között a talajok szervetlen és szerves alkotója közül (pl. szerves anyag (Stevens et al., 2008), agyagásványok (Chabrillat, et al., 2002), vízoldható sók (Metternicht és Zinck, 2003), karbonátok (Lagacherie et al., 2008) szabad vas-oxidok (Ben-Dor et al., 2006)) és azok kémiai tulajdonságai is meghatározhatóak a talajok elnyelési és reflexiós tulajdonságai alapján. A kvantitatív meghatározáshoz különböző matematikai-statisztikai adatelemzésre van szükség.

I.1.4.

A szakirodalom kutatás, tanulás tömör ismertetése

A kétéves projekt a terveknek megfelelően szakirodalom kutatással kezdődött. Ezzel párhuzamosan a Kutató a projekt témájához kapcsolódó nélkülözhetetlen alap- és átfogó ismereteket különböző képzéseken sajátította el. Az oktatás első szakasza Az Intézetben rendelkezésre álló, a feldolgozáshoz szükséges képfeldolgozó szoftver – ENVI 4.1 - használatához szükséges alapismereteket sajátította el a fiatal Kutató. Az oktatás ezen időszaka alatt az Intézet új terepi spektroradiométert vásárolt (ASD FieldSpec 3 Max). A berendezés első használatát megelőzően a Kutató műszerbemutatón vett részt, melyen elsajátította annak üzemeltetésének alapjait. A Kutató az ESRI Magyarország ArcGIS alap- és haladó szintű tanfolyamán vett részt. Az oktatás második szakasza A hiperspektrális felvételek elemzéséhez szükséges georeferencia elkészítésének és a statisztikai képfeldolgozások elméletének bemutatásával folytatódott, beleértve az egyes eljárások ENVI szoftverben történő alkalmazási lehetőségeit. A beszámolási időszak alatt a Szent István Egyetem Mezőgazdaság- és Környezettudományi Karának (SZIE MKK) Talajtani és Agrokémiai Tanszéken dolgozó kutatóival szoros együttműködés alakult ki.

7


2009


I.1.5. Kutatás-Fejlesztés-Szolgáltatás A hiperspektrális eszközrendszer és az új spektroradiométer üzemeltetésére az Intézetben megalakult a Hiperspektrális Munkacsoport, melynek a pályázó Kutató alapító tagja. A Hiperspektrális Munkacsoport tagjaként a Kutató a következő témákban vállalt és végzett önálló és operatív tudományos tevékenységet. White Reference Project A projekt célja, hogy nemzetközi szinten hasonlítsa össze a különböző csoportok által alkalmazott eltérő műszerek és mérési eljárások eredményeit (laboratóriumi spektroradiométeres mérések összehasonlítása és kalibrációja (3. ábra).

3. ábra bra A White Reference s 5% fekete referencia etalonja és s a hozzá Reference Tour 95% fehér, feh r, 55% szürke sz rke és hozz tartozó tartoz görb g rbék rb k

A cél a megfeleltethető eljárások és eredmények elérése. Az Intézet csatlakozott a projekthez. A laboratóriumi mérésekhez a Csoport saját tervezésű laborszekrényt épített, mely kiemelkedően pontos ’ex situ’ mérési környezetet biztosít a külső fényhatások kizárásával, illetve a mérési térben fellépő nem-kívánt reflexiók minimalizálásával. (4. ábra) Ez Magyarországon egyedülálló, nagy pontosságú vizsgáló és kalibráló laboratórium megvalósításához vezetett, mely alkalmas etalonok mérésére.

8


2009


4. ábra bra Laborszekrény llvánnyal, Laborszekr ny tárgyasztallal, t rgyasztallal, műszertart m szertartó szertart állv llv nnyal, mesterséges mesters ges fényforr f nyforrással nyforr ssal

Gabonanövények spektroradiométeres vizsgálata A Szegedi Gabonakutató Intézettel (SZGK) kezdeményezett együttműködés keretében a Csoport lehetőséget kapott a Kiszombori kísérleti területen történő tesztelésre, ahol a cél az őszi búzafajták egyedi spektrális tulajdonságainak, valamint a termés minőségi paramétereinek változására jellemző spektrális eltérések definiálása volt (5. ábra). A növény egyedi tápanyag-gazdálkodásának vizsgálatánál alapvető a talaj tápanyag szolgáltató képessége. Munkatársaival a Kutató a kísérleti területen – ahol több évre visszamenőleg meghatározott mennyiségű és minőségű területspecifikus tápanyag-visszapótlás történik – terepi méréseket végzett őszi búzára és talajra egyaránt.

5. ábra bra Kiszombor: Őszi szi búza b za felvételez felv telezése telez se

9


2009


A helyszínen nagyszámú mintagyűjtés történt. A növényi és talajmintákat laboratóriumi körülmények között vizsgálták (6. ábra). A talajminták savkezelése a SZIE Agrokémiai Tanszék laborjában történtek

a.

b.

Reflectance curve

1,0

1,0

0,8

0,8

Reflectance

Reflectance

Soil

0,6 0,4

Reflectance curves Wheat kernels

0,6 0,4 0,2

0,2 500

1000

1500 Wavelength

2000

2500

500

1000

1500 Wavelength

2000

2500

6. ábra bra Terepen gyűjt gy jtött jt tt minták mint k spektruma: a.) talajspektrum b.)búzaszemek b.)b zaszemek spektruma

EUFAR – Nyári Szabadegyetem Repülési Kampány Augusztus végén az Intézet felkérést kapott a Balatoni Limnológiai Kutatóintézettől az EUFAR által támogatott Nyári Szabadegyetem repülési kampányában (7. ábra) való részvételre, mint földi mérőcsoport A nemzetközi projektben való részvétel értékes tapasztalatokkal és nemzetközi kapcsolatokkal gazdagította a Kutatót. A precízen megszervezett és összehangolt légi és terepi felvételezés modellje hasznos segítséggé vált a későbbiekben a saját mérési projektek szervezése során.

7. ábra bra Aszfaltm s elők szít se az EUFAR projekten Aszfaltmér altm rés el kész sz tése

10


2009


Invazív gyomfajok detektálása Hazai AISA DUAL repülési kampány (2010.09.22-23) során Szeged, Debrecen, Békéscsaba térségében készültek légi felvételek. Békéscsaba határában munkatársaival a Kutató parlagfű detektálása céljából gyűjtött a légi felvételezést megelőzően, valamint a repüléssel egyidejűleg terepi adatokat (8. ábra). A repülés során rögzített nyers képi információk több lépésben kerültek feldolgozásra (9. ábra).

Mozaikolás

Geometriai korrekció

Radiometria korrekció

8. ábra bra Terepi bejár s a légi scsaba térs ben bej rás l gi felvételez felv telezés telez s előtt el tt Bék B késcsaba t rség rs gében

9. ábra bra Légi gi hiperspektrális hiperspektr lis felvételek felv telek nyer adatainak feldolgozása feldolgoz sa feldolgozása feldolgoz sa

11


2009


— Gyengébb minőségű talaj — Parlagfüves napraforgó — Lucerna — Repce — Minőségi talaj — Aszfaltút — Parlagfű

a geometriai pontosság ellenőrzése

osztályozás eredménye

A mozaikolt légi hiperspektrális felvételeken végzett

A repülés többcélú volt. A parlagfű eloszlásának vizsgálatával egy időben a a Kutató a térségben található növénnyel nem borított (szántott) területekről gyűjtött talajmintát és vizsgálta azokat nedvességtartalom és tápanyagszolgáltató képesség szempontjából. A terepen és laboratóriumban mért eredmények alapján a légi felvételeken végzett osztályozási algoritmus segítségével a felvételen látható területen minőségi és gyengébb minőségű talajokat azonosított (10. ábra).

10. bra A mozaikolt légi 10. ábra l gi hiperspektrális hiperspektr lis felvételeken felv teleken végzett v gzett osztályoz oszt lyozás lyoz s eredménye, eredm nye, a geometriai pontosság nak ellenőrz pontoss gának ellen rzése rz se: se: - hátt tt terület h ttérben: tt rben: parlagfűvel parlagf vel erősen er sen fertőz fert zött ter let - előt rben: növ nyzettel nem borított gi talaj el térben: n vényzettel bor tott minős min ségi

Katasztrófa hatástanulmány Az ajkai vörösiszap-tározó gátszakadása és az azt követő iszapömlés okozta katasztrófa hiperspektrális felmérésére a gyöngyösi Károly Róbert Főiskola (KRF) kapott engedélyt. A felvételezést a saját AISA EAGLE szenzorával végezte. A terepi adatok begyűjtésével az Intézet Hiperspektrális Munkacsoportját bízták meg. Az Intézet javaslatára kutatói 12


2009


együttműködés alakult melyben a gyöngyösi Főiskola volt a konzorciumvezető, és végezte a hiperspektrális repüléseket. A Debreceni Egyetem nehézfém szennyezést vizsgált. A MÁFI (Magyar Állami Földtani Intézet) és a NYME (Nyugat-magyarországi Egyetem) talaj- és iszap mintákat gyűjtött. (11. ábra) Az Intézet végezte a felvételekhez szükséges földi referenciaméréseket spektroradiométerrel, valamint az iszap és talajminták gyűjtésben is részt vett.

11.. ábra bra Szennyezett talajminta begyűjt s a MÁFI begy jtése jt se a Kolontári Kolont ri kastélyparkban kast lyparkban (A képen k pen a NYME és M FI munkatársai munkat rsai munka közben) k zben)

Az Intézet a szennyezett talajminták laboratóriumi spektroradiométers vizsgálatát is elvégezte, mely adatokat később a konzorciumi partnerek által biztosított kémiai elemzések adatsoraival hasonlított össze. A távérzékelés során készített légi felvétel osztályozásához a Kutató munkatársaival különböző keverési arányokban állította össze a helyszínen begyűjtött vörösiszap és a területre jellemző talajból modellezve a szennyezés mértékét. A kevert mintákat spektroradiométerrel vizsgálták az Intézet fényizolált laborszekrényében (12. ábra).

12.. ábra bra Kül nböz rtékei K lönb nb ző arányban ar nyban szennyezett talajminták talajmint k reflektancia ért rt kei (0, 10, 20, 40, 60, 80, 100% vör siszap) v rösiszap)

13


2009


Talaj pH vizsgálat – A Kutaó szűkebb értelemben vett, önálló kutatási területe A Kutató a talaj savanyodás kémiai és optikai (spektoszkópiai) vizsgálata során Szegedi Gabonakutató Intézet Kiszombori, valamint a Nyugat Magyarországi Egyetem kísérleti területéről, továbbá Békéscsaba térségében gyűjtött mintákat elemezte. A talajok pH vizsgálata különböző optikai módszerekkel nem könnyű feladat, mivel az csak közvetetten lehetséges. A talajsavanyodáskor fellépő kémiai reakciók során átalakuló és keletkező molekulák, molekula részletek, ionok elnyelése meghatározza a minta felszínéről visszaverődő fénysugárzást, azaz a hullámhossz-specifikus reflektanciát. A változásból következtetni lehet a talaj pH-ra. A vizsgálatokhoz a talajminták őrléssel, szitálással 2 mm-es szemcsenagyságúra, a magyar szabványban előírt szárítással (105 Co), többféle hígítási arányú savkezeléssel (ecetsav, sósav, kénsav) lettek előkészítve.

a

b

13. bra a.) péld sekhez elők szített si módszer 13. ábra p ldák ld k a reflektancia mér m résekhez el kész sz tett talajokra b.) a mér m rési m dszer

Az előkészítés során porrá zúzott és zúzásmentes, illetve savkezelésben nem részesült, desztillált vízzel kezelt minták is készültek kontrol vizsgálatokhoz. A laboratóriumi mérési sorozat standard körülmények között történt az Intézetben tervezett egyedi laborszekrényben, ahol a hőmérséklet és a páratartalom időbeli lefolyása regisztrált (13. ábra). A szárítást követően felhevített minták exikkátorban kerültek visszahűtésre Azért, hogy a nedvesség hatását is vizsgálni lehessen két különböző mérési sorozat valósult meg. Az első esetben a minták az exikkátorból kikerülve azonnal vizsgálva lettek. Ebben az esetben az abszolút száraz minták reflektancia görbéi kerültek rögzítésre. A desztillált vizes kezelésre vonatkoztatott reflektanciában kifejezett különbséggörbék lefutása jól korrelált a különböző kezelésszintekkel (14. ábra, 15. ábra).

14


2009


b.

a.

14.. ábra bra abszolút abszol t száraz sz raz minták mint k a.)A kezelések reflektanciagörbéi b.)Desztillált vizes kezelésre vonatkoztatott reflektanciában kifejezett különbséggörbék

-1941nm) 1900 1941nm (1902-1919 ∆ Q(1900nm)

0,018000

Sav

R2

a

HCl

0,000795 0,972

H2SO4 0,000541 0,999 0,016000

HAc

0,000061 0,830

0,014000 0,012000 0,010000 0,008000 0,006000 0,004000 0,002000 0,000000 0

5

10

15

20 25 sav/ 100 g soil) mmolacid c (mmol c( ) 100g talaj

15.. ábra bra Korreláci s referencia talajminták tti ) savkezelések nbségi s Korrel ció ci a (kezelt és talajmint k köz k zötti savkezel sek kül k lönbs nbs gi reflexiói reflexi i 1900 és 1944 hullámhosszakon tt (“▲” Sósav sav, nsav, +” Ecetsav). hull mhosszakon a savkezelés savkezel s mért m rtéke rt ke köz k zött sav, „■” Kénsav nsav, „+ Ecetsav).

A második mérési sorozatban az exikkátorból kikerülve a meghatározott idő alatt megkötve a levegő nedvességtartalmát visszanedvesedtek. A visszanedvesedett talajminták reflexiós tulajdonságait vizsgálva a a fentiekhez hasonló szignifikáns kapcsolat állapítható meg a

15


2009


desztillált vizes kezelésre vonatkoztatott refektanciában kifejezett különbséggörbék között (16. ábra).

a.

b.

16. bra légsz gszáraz 16. ábra gsz raz minták mint k a.) A kezelések kezel sek reflektanciagörb reflektanciag rbéi rb i b.) Desztillált Desztill lt vizes kezelésre kezel sre vonatkoztatott nbségg vonatkoztatott reflektanciában reflektanci ban kifejezett kül k lönbs nbs ggörb gg rbék rb k

Az abszolút száraz és légszáraz minták esetében rögzített reflektancia görbék a feldolgozás során az ábrákon bemutatott 1900 nm-től 1930 nm-ig terjedő hullámhossztartományban bizonyultak informatívnak a különböző savkezelések tekintetében. Ebben a hullámhossztartományban számított desztillált vizes kezelésre vonatkoztatott reflektanciában kifejezett különbségértékek jól korrelálnak a savkezelések mértékével, abszolút száraz és légnedves minták esetében is (17. ábra)

17.. ábra bra Lineáris nbség rtékek s a kezelések tt 1900 és s Line ris kapcsolat a reflektanciában reflektanci ban kifejezett kül k lönbs nbs gért rt kek és kezel sek köz k zött 1930 nmraz minták) nm-es hullámhossztartom hull mhossztartományban mhossztartom nyban (SZ - abszolút abszol t száraz sz raz minták, mint k, N - légs l gsz gszáraz mint k)

16


2009


A kísérleti tér páratartalma, hőmérséklete, valamit az exikkátor belső légterének páratartalma folyamatosan mérve volt. A kihűlés, valamint a visszanedvesedés folyamata kezeletlen talajmintákkal is tanulmányozva lett. Az spektroszkópiai vizsgálatok mellett a Kutató hagyományos kémiai laborvizsgálatokkal igazolta a kísérlet eredményeit. A hagyományos kémiai elemzés a Szent István Egyetem talajkémiai laborjában történt. A savkezelések tehát különböző nedvességtartalom mellett is nem lineáris, de szignifikáns eltérést mutattak a laboratóriumi spektroradiométeres vizsgálat során 1900 és 1930 nm-es hullámhossznál.

I.1.6. Javaslat az eredmények hasznosítására A nagyszámú talajminta laboratóriumi reflektancia méréssel, valamint hagyományos kémiai analítikai elemzéssel történő vizsgálata megfelelő alapot biztosít azon spektrális modellek kidolgozásához, melyek hosszú távon lehetőséget adnak a laboratóriumi eljárás terepi és légi felvételezésre történő kiterjesztéséhez. A pályázat időtartama alatt kidolgozott mérési módszertan és elemzési eljárások, valamint a segítségükkel definiált összefüggések igazolják, hogy azok továbbfejlesztésével új generációs talajelemzési módszer vezethető be a gyakorlatban is. Felhívva a figyelmet a mérések során fellépő hibás tényezőkre, és azok korrekciójának lehetőségére, a talajok vizsgálatára irányuló légi hiperspektrális távérzékelés, illetve a spektroradiométerre alapozott terepi, és/vagy laboratóriumi vizsgálatok önálló, vagy integrált bevezetésével számos talajparaméterre vonatkozó információ tekintetében válnak nagy pontosságú, költséghatékony és gyors mintavételezési eljárássá, mely képes biztosítani az egyre növekvő adat és információ iránti szükségletet, miközben az adatok összehasonlítása biztosított lesz. Az új generációs, GIS bázisú mintavételi és információs rendszer forradalmasíthatja az adatgyűjtési és elemzési lehetőségeket a talajtanban és geológiában, valamint a precíziós mezőgazdaságban és a földtani környezetvédelemben is (talajszennyezés, meliorációs tevékenység, tápanyagszolgáltató-képesség, tápanyagutánpótlás). A technológia megismerését, valamint a módszertan elsajátítását segítő elméleti és gyakorlati oktatás javasolt a Szent István Egyetemen.

I.1.7. Egyéb az év során felmerült új feladatok. Felmerült feladatok: A légi hiperspektrális rendszer új repülőgépbe történő beszerelése 2011 év elején az Intézet új OXFORD 3003 GPS/INS egységet vásárolt. Az eszköz installációja a szenzorrendszer éves kalibrációjával volt egybekötve. Gazdasági okokból az Intézet repülőgép szolgáltatót váltott. Az új együttműködés új repülőgéptípust eredményezett. A típusváltás alapvető technikai módosításokat vont maga után, mely a beszereléshez, valamint a műszer fedélzeten történő rögzítéshez alkalmazott régi állványrendszer leváltását tette szükségessé. A Kutató tervezői ismereteire támaszkodva vezette és bonyolította le a repülőgépváltás által generált teljes fejlesztési és átalakítási folyamatot. A folyamat során a Kutató új műszertartó állványt és új műszerrögzítő alaplapot tervezett és valósított meg, melyek az új GPS antennákkal együtt repülőgép szerelő mesterek által kerültek beszerelésre (18. ábra, 19. ábra).

17


2009


18.. ábra bra Beszerel be Beszerelés erel s az INTERSPECTINTERSPECT-kft repül rep lőjjébe

19.. ábra bra A Repül gép p belső sa Rep lőg bels kialakít kialak tása

18


2009


II. Projekt tervezett és tényleges időtartama A projekt tervezett, és tényleges időtartama között nincs eltérés. A kitűzött célok és feladatok az ütemtervnek megfelelően lettek végrehajtva.

19


III. IV.

2009


A projekt monitoring mutatói

Tervezett és tényleges költségvetést összefoglaló táblázat

Elszámolás éve: 2011

2010. Tervezet 2010. Tényadat (E Ft) (E Ft)

Kért támogatás évente Éven belül hónap és nap Kért támogatás

Működési költségek Személyi költségek személyi juttatások munkaadót terh.járulék Dologi kiadások

5288

1

2011. Tervezet (E Ft)

5288

1

1

5288

0

5288

0

3656

0

2011. Tényadat (E Ft)

5155

1

10443

1 1

1

Felhalmozási költségek

1 10443

5155

0

5288

5155

0

5155

10443

3656

3655

0

3694

7311

2879

2879

2878

2909

0

5757

777

777

777

785

0

1554

1632

1500

1632

0

0

külső megbízások egyéb dologi kiadások

Tervezet Összesen (E Ft)

1632 0

1632 0

0

1500 0

0

0

1461

3132

0

0

0

1461

0 0

3132 0

0

Eszközök

0

Immateriális javak

0

Beruházás

0

Működésiből általános költség

264

264

258

522

258

Működésiből koordinációs költség Működésiből tájékoztatási költség

0

A költségvetés tényadatai nem változtak. A teljes támogatási összeg 70%-a a projekt keretében alkalmazni kívánt korábbi munkahelyét vesztett szakember (fiatal Kutató) személyi juttatásaira és járulékaira van fordítva. Ez a szakember számára havi bruttó 239.833 Ft bért jelent. Ez ugyan több, mint a költségvetési kutatóhelyeken kutatásban dolgozó fiatal szakaemberek bére, de nem éri el a korábbi munkahelyen kapott bruttó bér összegét. A költségvetésben 27 % járulékteher van kalkulálva. A teljes költség 30%-át kitevő dologi kiadásokat a projekt végrehajtásához szükséges irodai munkához, laboratóriumi és helyszíni vizsgálatokhoz, valamint a publikáláshoz szükséges dologi kiadásokra fordítódtak, a tervtől való eltérés nem jelentős, a projektben foglalt megállapodásnak megfelelő.

20


2009


Az egyéb tervezett dologi kiadásokat az alábbiakban feladatok szerint részletezzük, a tényadatokat a kimutatások tartalmazzák. Sor- Feladat megnevezése szám

Kezdés időpontja

Befejezés időpontja

Feladat költsége

(eFt) 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Bér+ jár. (eFt)

Rezs i

Egyéb Dologi (eFt)

(eFt) Szakirodalom-kutatás és 2010-01-01 2010-06-30 2028 1828 101 200 a berendezés tesztelése Egyéb dologi költség: szakirodalom kutatás, szakirodalom beszerzés, mintavételi és dokumentáló eszközök beszerzése A kísérleti területek 2010-07-01 2010-07-31 kijelölése és 404,8 305 20 99 talajmintavétel Egyéb dologi költség: kiszállás, prec.GPS bérlés A talajminták laboratóriumi vizsgálata 2010-08-01 2010-09-30 1209 609 60 600 kémiai és optikai módszerekkel. Egyéb dologi költség: vegyszerek, laboreszközök, fényképezőgép beszerzése A légi felvételek elkészítése AISA DUAL 2010-08-01 2010-09-30 937 304 47 633 hiperspektrális szenzorral. Egyéb dologi költség: kiszállás, légi fényképezés, prec.GPS bérlés A távérzékelési adatok és a laborvizsgálati 2010-10-01 2010-12-31 adatok közötti 709 609 36 100 összefüggések vizsgálata. Egyéb dologi költség: talajérlelési kísérlethez helység berendezése (laborbútor, polcok) Talajminták kezelése, 2011-01-01 2011-03-31 1314 914 66 400 érlelése. Egyéb dologi költség: talajérlelési kísérlethez helység berendezése (polcok, tálcák, edények, klímaberendezés az állandó hőmérséklet biztosításához) A kezelt talajminták laboratóriumi vizsgálata 2011-03-01 2011-06-30 1480 880 74 600 kémiai és optikai módszerekkel. Egyéb dologi költség: vegyszerek, laboreszközök, konferencia regisztrációs díj A kezelt minták kémiai jellemzői és az optikai 2011-07-01 2011-09-30 vizsgálatok közötti 900 800 45 100 összefüggések vizsgálata. Egyéb dologi költség: konferencia költségek, publikációs költségek Az eredmények 2011-04-01 2011-12-31 1461 1061 73 400 publikálása. Egyéb dologi költség: konferencia költségek, publikációs költségek

21


2009





Tervezet

Tény

1. Szakirodalom-kutatás és a berendezés tesztelése.

2028

2328

2. A kísérleti területek kijelölése és talajmintavétel.

404,8

704,8

3. A talajminták laboratóriumi vizsgálata kémiai és optikai módszerekkel. 4. A légi felvételek elkészítése AISA DUAL hiperspektrális szenzorral. 5. A távérzékelési adatok és a laborvizsgálati adatok közötti összefüggések vizsgálata. Összes költség (E Ft)

1209

1246

937

0

709

1009

5 287,8

5 287,8




Tervezet

Tény

1. Talajminták kezelése, érlelése.

1314

1314

2. A kezelt talajminták laboratóriumi vizsgálata kémiai és optikai módszerekkel. 3. A kezelt minták kémiai jellemzői és az optikai vizsgálatok közötti összefüggések vizsgálata. 4. Az eredmények publikálása.

1480

1480

900

900

1061

1061


5 155

5 155

Az intézet előleget kért mindkét munkaszakaszra: 2010-01-01-én 5 287,8 eFt 2011-01-01-én 5 155 eFt Indoklás: Az Intézet, mint költségvetési intézmény nem rendelkezik a költségek megelőlegezésére külön előirányzattal. Az Intézet általános költséget (rezsiköltséget) kíván elszámolni. Tervezett összege: 522 eFt ez a teljes költség 5%-a. Az intézet a projekt terhére nem tervezi eszközök és immateriális javak beszerzését. Az intézet nem rendelkezik saját és egyéb forrással. Az intézet a projekt keretein belül nem tervezi alvállalkozó bevonását. A felmerülő költségekben történt változást az indokolja, hogy az adott időszakban készült légi felvételek költsége igen magas. Ezért a légigfelvételezés költségei más forrásokból lettek finanszírozva. A fennmaradó költségek pedig egyéb a kutatáshoz szükséges laborvizsgálatra valamint eszközbeszerzésre lettek elköltve.

22


2009


V. Az eredmények gazdasági és társadalmi

hasznosíthatóságának bemutatása A kétéves időszak alatt a Kutató több olyan projektben vett részt az Intézet munkájában, melyek a gazdasági szempontokon túl az egészségügyben, a katasztófavédelemben és az oktatásban hasznosultak, vagy potenciálisan hasznosíthatóak a jövőben. A fiatal Kutató által vizsgált talaj pH változása meghatározó tényező a mezőgazdasági termesztésben, mivel a talaj savanyodás folyamatát negatívan befolyásolja a sok esetben túlzott, nem körültekintő műtrágyahasználat. Bizonyos műtrágyák (ammónium-szulfát, szuperfoszfát) vizes oldata savanyú, a talajba kerülve ezek megnövelik a H+ koncentrációt. A műtrágyák kationjai (NH4+, K+, Na+) a talajkolloidok felületén megkötődnek, így szintén növekedik a H+ koncentrációja. Az ammónia nitrifikációja során pedig salétromsav termelődik. Ezen felül a savanyodás a talaj szerkezeti leromlásnak, a rossz levegő- és vízgazdálkodásnak, az eróziós tevékenységnek és a szervesanyag vesztésnek, valamint a talajélet csökkenésének is indikátora. Természetesen a műtrágyahasználat teljes kiváltása napjaink globális tényezőit figyelembe véve nem megoldható. Azonban annak ésszerű, területspecifikus és növényi igény alapján meghatározott dózisban történő felhasználása nagyban lecsökkenti annak környezetre gyakorolt káros hatásait. Ez a környezetvédelem kérdésén túl meghatározó anyagi megtakarításként jelentkezik a termelés során, mely mennyiségi növekedésben, valamint minőségi javulásban realizálódó bevételtöbbletben is megmutatkozik. A környezet állapotát kizárólag hagyományos adatgyűjtési eljárásokkal vizsgálva csupán térben és időben egymástól távoli, diszkrét mintavételi pontok sokaságából vonhatjuk le a következtetéseket. A távérzékelés lehetővé teszi a nagy területekről történő, felszíni folyamatokat jellemző, akár idősoros mintavételezést és a költséghatékony adatszolgáltatást. Képes e biztosítani azt a hatalmas adatmennyiséget, mely nélkülözhetetlen a globális ökológiai rendszerek és egyéb lokális mikro-rendszerek folyamatainak tér és időbeli leírásához és elemzéséhez. A gazdasági és ipari tevékenységek környezeti hatásának és kölcsönhatásainak lokális és regionális szintű vizsgálata hozzájárulhat a fenntartható fejlődés megóvásához és megőrzéséhez.

23


VI.

2009


A kapott támogatás ösztönző hatásának bemutatása

A pályázat lehetőséget biztosított a Mezőgazdasági Gépesítési Intézetnek, hogy az elmúlt években végzett eszközbeszerzések során kialakított nagy értékű hiperspektrális eszközpark üzemeltetésére alkalmazott munkaerő létszámát a pályázat által biztosított erőforrásból gyarapítsa és új kutatási irányt finanszírozzon talaj témakörben. A támogatás lehetővé tette a fiatal Kutatónak, hogy gépészmérnök tanulmányai során szerzett műszaki ismereteit kibővítve megismerkedjen egy rendkívül modern, új generációs szenzor rendszerrel és adatgyűjtési eljárással. A pályázat keretében a Kutató elsajátította a technika üzemeltetéséhez és a technológiai fejlesztésekhez nélkülözhetetlen igen széles elméleti tudást, mellyel párhuzamosan alkalmazott agrokémia és talajtan területén végzett tanulmányokat. A kétéves időszak alatt nagy szerepet vállalt az Intézetben időközben megalakult munkacsoportban. A csoport tagjaival közösen és önállóan folytatott kutatási eredményekkel számos hazai és nemzetközi konferencián vett részt. Tudományos tevékenységét és eredményeit több magyar és angol nyelvű publikáció igazolja. A „K+F munkaerő megőrzése és fejlesztése” pályázat nyújtotta lehetőség olyan tudományos tevékenységhez segítette hozzá a fiatal Kutatót, melynek ösztönző hatásának köszönhetően 2011 őszén Ph.D. képzésre jelentkezett. A pályázati időszak alatt szerzett tudás és ismeretanyag, valamint az elért eredmények utat nyitottak számára tanulmányai folytatásához és felvételt nyert a Nyugat-Magyarországi Egyetem "Precíziós növénytermesztési módszerek" alkalmazott Növénytudományi Doktori Iskolájába, ahol a pályázat keretein belül megkezdett kutatási irányt folytatja.

24


VII.

2009


Mellékletek

VII.1.

Pénzügyi beszámoló (m7)

VII.2.

Indikátor Űrlap (m9)

VII.3.

Publikációs lista

VII.4.

Irodalomjegyzék

25

Projekt Zárójelentés 2011 (előlap)

Recommend Documents