Török K , Lohász C, Szitár K (2010): Időjárási fluktuációk hatása kiskunsági nyílt homokpusztagyepek ökológiai restaurációjának sikerességére. KLÍMA-21 FÜZETEK 61: pp. 108-113.
1
Időjárási fluktuációk hatása kiskunsági nyílt homokpusztagyepek ökológiai restaurációjának sikerességére TÖRÖK KATALIN – LOHÁSZ CECÍLIA – SZITÁR KATALIN Kulcsszavak: aszály index, életmenet stratégia, klímaváltozás, kaszálás, szárazodás ÖSSZEFOGLALÓ MEGÁLLAPÍTÁSOK, KÖVETKEZTETÉSEK, JAVASLATOK Az akácot (Robinia pseudo-acacia) a 18. század közepén telepítették be Magyarország száraz alföldi régiójába a mozgó homokbuckák stabilizálására. A faj mára elterjedt, és uralja az erdőtelepítéseket a homokrégióban. Az akácerdők fajszegény aljnövényzetűek, a faj inváziójával veszélyezteti a környezetében előforduló természetszerű gyepek biodiverzitását. 1995-ben akácos letermelésével restaurációs kísérletek indultak a természetes homokpusztagyep visszaállítása érdekében. Az akác sarjadzását vegyszer segítségével gátoltuk, a gyomok előretörése ellen kaszálást és a széna elhordását alkalmaztuk. A kezelt és kontroll parcellák növényzete 8 év alatt eltérő kompozíciójúvá fejlődött, ugyanakkor a fajok összetétele és gyakorisága 2003-ra sem közelítette meg a természetes, bennszülött homokpusztagyepét (Festucetum vaginatae). A klíma hatását a fajok életmenet stratégiája szerint elemeztük. A Pálfai féle aszály index erősebben korrelált a növényzet fejlődésével, mint a csapadékösszegek. Nagyobb aszály alacsonyabb összborítást eredményezett a kezelt és a kontroll parcellákban egyaránt. Az eltérő életmenet stratégiájú fajcsoportok eltérően reagáltak az aszályra. A kora nyári egyévesek és az évelő egyszikűek az aszállyal negatív, míg az évelő kétszikűek és a nyári egyévesek pozitív korrelációt mutattak. Csak a nyári egyévesek aszályérzékenysége különbözött a kontroll és kezelt parcellák között (nem szignifikáns módon), mivel az aszály a kaszált parcellákban nagyobb borítást eredeményezett. Ez nem feltételen a csökkent csapadéknak köszönhető, mivel az alacsonyabb kompetíció és a megnövekedett üres talajfelület is hozzájárulhatott a borítás növekedéséhez. Összességében megállapítható, hogy a restauráció célfajai, a homokpusztagyep állomalkotó, évelő egyszikű fűfajai érzékenyen reagálnak a csapadékhiányra, így az aszályos évek hátrányosan befolyásolják a restauráció sikerességét. BEVEZETÉS Az évek közötti időjárási fluktuációk, különösképpen az aszályok jelentősen befolyásolják a különböző növényfajok előfordulását és tömegességét. A vegetációs időszak csapadékának mennyisége és eloszlása az arid és szemiarid klímában, különösen a rossz vízgazdálkodású homoktalajokon nagy jelentőséggel bír, mivel ezek a rendszerek víz limitáltak (Molnár, 2003; Kovács et al., 2008). Dodd és Lauenroth (1979) kimutatta, hogy a felszín feletti primer növényi produkció a rövid füvű prériken érzékenyebben reagál az elérhető víz mennyiségére, mint a talaj nitrogén tartalmára. Ha elegendő víz áll a rendelkezésre, akkor veszi át a talaj nitrogéntartalma a limitáló szerepet. A fiziognómiai jellemzőket a szukcesszió és a regeneráció során is a klimatikus, főleg csapadékviszonyok és tápanyag ellátottság együttesen, de nem mindig könnyen átlátható módon szabályozzák (van der Maaler, 1981; Matus, 1996; Paschke et al., 2000). A fajok életforma jellegzetességei meghatározzák azokat az éves növekedési szakaszokat, amikor a faj különösen érzékeny a rendelkezésre álló víz mennyiségére. A Raunkiaer-féle életforma rendszer a növények túlélését szolgáló szervek szélsőséges klimatikus viszonyok melletti túlélési módjaira alapoz. A Gönyű-Csévharaszt-Fülöpháza szemiariditási transzekt mentén végzett vizsgálat kimutatta az egyéves, a száraz időszakot mag állapotban átvészelő
2
életformájú fajok arányának növekedését a homokpusztagyepekben (Kovács-Láng et al., 1998).
szárazodás
irányában
évelő
nyílt
Az időjárási viszonyok a természetvédelmi kezelések hatékonyságát is befolyásolják, így a restauráció eredményességének értékeléséhez szervesen hozzátartozik az időjárás hatásának vizsgálata (Vilagrosa, 2003), habár ennek figyelembevételére egyelőre kevés példát találunk az irodalomban (Battin et al., 2007) . Ennek fontosságát hangsúlyozza, hogy hazánkban 1983 és 2009 közötti időszakban a rendkívül súlyos aszályos évek aránya növekvő tendenciát mutat (Pálfai, 2010). Tanulmányunk célja letermelt akácos helyén a nyílt homokpusztagyep regenerációját elősegítő restaurációs célú beavatkozás (kaszálás) hatásainak nyomon követése az időjárás függvényében (Lohász, 2004). A homoktalajon kialakult vegetáció dinamikájában meghatározó a felvehető víz mennyisége, így a kaszálás eredményeként a kezelt területeken a kontroll területekhez képest eltérő mikroklimatikus környezet jön létre, illetve megváltoznak a kompetíciós feltételek. Ezek alapján feltevéseink: 1. Az Raunkiaer-életforma alapján képzett fajcsoportok egymástól eltérően viselkednek az időjárás függvényében. 2. A kontroll és a kaszált területeken a fajcsoportok eltérően reagálnak az időjárás változására. ANYAG ÉS MÓDSZER Mintaterületünk a Fülöpházi Homokbuckás TT szomszédságában, egy buckatetőn és annak keleti oldalában fekszik. A terület közvetlen közelében kiterjedt nyílt homokpusztagyep állomány terül el, ezért feltételezhető volt, hogy a restaurálandó terület nem propagulum limitált, a céltársulás fajkészlete rendelkezésre állt. A vizsgált területen 1994-95 telén történt az akácos letermelése 1 hektárnyi területen. Ezt követően a tuskók vágásfelületén az újrasarjadzás megakadályozására herbicidkezelést alkalmaztak GARLON 4E vegyszerrel. A területen belül egy 30x40 m-es blokkot jelöltünk ki 12 db 10x10 m-es kezelési parcellára osztva. Hat véletlenszerűen kiválasztott parcellát kezeltünk kaszálással (0-3 cm-es vágásmagasság motoros kézi bozótvágóval) és a széna eltávolításával. A kezelést évente kétszer, május végén és augusztus végén, a cönológiai felvételezéseket követően hajtottuk végre 1995-től 2001-ig minden évben. A másik hat kontroll parcellában az erdő letermelésén és a tuskók herbicidkezelésén kívül nem történt beavatkozás. A kísérleti terület és a kecskeméti meteorológiai állomás, ahonnan az időjárási adatok származnak, kb. 25 km-re fekszik egymástól, ezért a kecskeméti adatok alkalmazhatóságának ellenőrzésére összevetettük egymással a 2000 óta rendelkezésre álló fülöpházi MTA ÖBKI meteorológiai állomás (1 km-es távolságban fekszik) és a kecskeméti állomás adatait (1. ábra). Vizsgálataink során a Pálfai-féle aszály indexet (PAI) használtuk az időjárási viszonyok jellemzésére (Koppány – Makra 1995) . Az index hagyományosan az áprilistól augusztusig terjedő időszak középhőmérséklet (t) és az előző év októbertől augusztusig számított súlyozott csapadékösszegek (P) hányadosa. Mivel az őszi és a tavaszi növényzeti borítási értékeket külön kezeltük, a PAI indexből is kétfélét számoltunk. Az őszi borítási adatokhoz az indexet az októbertől augusztusig terjedő időszak csapadék és az áprilistól augusztusig terjedő időszak hőmérséklet adatai alapján számoltuk ki minden évre. A tavaszi adatokhoz az október-májusi csapadék és április-májusi hőmérsékleti adatok alapján számoltunk.
3
A vegetációs változások megmintázására évente kétszer végeztünk vegetáció-felvételezést (május végén és augusztus végén-szeptember elején) parcellánként 3 db 2x2 méteres állandó mintanégyzetben. 2000 és 2001-ben nem került sor felvételezésre. Az edényes növények felvételezése során Braun-Blanquet skálán becsültük a fajok borítását, amelyet van der Maaler (1979) alapján transzformáltunk százalékos értékekre. A számítások során az egyes parcellák kvadrátjainak fajonkénti összborítási értékeit átlagoltuk. A vizsgált területen előforduló fajokat életmenet stratégiájuk alapján négy csoportra osztottuk Újvárosi (1971) és Hunyadi (1988) szerint: 1. kora nyári egyévesek (T12): áttelelő kora tavaszi (T1) és áttelelő nyár eleji (T2) egyévesek, 2. nyárvégi egyévesek (T34): tavasszal kelő nyár eleji (T3) és nyárutói (T4) egyévesek, 3. évelő egyszikűek, 4. évelő kétszikűek. Az T12 fajcsoportnál csak a tavaszi, a T34 fajcsoportnál pedig csak az őszi borításokat, mivel csak ekkor volt mérhető borításuk, míg az évelő egyszikűek és kétszikűek esetében a tavaszi és őszi borításokat is vizsgáltuk. A borítási adatok arcsin négyzetgyök transzformációját követően többszörös regressziót használtunk a növénycsoportok időjárási mutatóval való korrelációjának kimutatására (Chang – Gauch, 1986). A VIZSGÁLATOK EREDMÉNYEI A kecskeméti és a fülöpházi meteorológiai adatok összevetéséből látszik, hogy a kisebb, főként a nyári hónapok lokális esőzései miatt tapasztalható eltérések ellenére a fülöpházi időjárási viszonyok a kecskeméti állomás adataival jól jellemezhetők (1. ábra).
1. ábra. Az OMSZ kecskeméti és az MTA ÖBKI fülöpházi meteorológiai állomásán mért havi csapadékösszegek 2000. novemberétől 2003. augusztusáig. A növényzet teljes borítása a kontroll és a kezelt parcellákban mind a tavaszi, mind az őszi felvételekben negatív korrelációt mutatott az aszály mértékével (1. táblázat). Hasonló összefüggést találtak más kutatások is (Török et al; 2008). A kezelt parcellák növényzetének összborítása kisebb korrelációt mutatott a kontrollokénál az őszi, mint a nyári felvételekben, de a különbség nem volt szignifikáns. Az összborítás alakulása a vizsgált időszak legaszályosabb éveire (PAI > 7 C°/mm) érzékenyen reagált, 2002-ben és 2003-ban a kezeléstől függetlenül jelentősen lecsökkent (2. ábra).
4
Kezelés
kezelt kontroll
Nyári felvétel Őszi felvétel standard meredekség standard meredekség hiba hiba -0,034 0,007 -0,056 0,018 -0,019 0,007 -0,099 0,024
1. táblázat. A PAI index (C°/mm) és a vegetáció összborítása közötti korreláció a nyári és az őszi felvételekben a regressziós egyenes meredeksége.
2. ábra. A nyári (a) és az őszi felvételek (b) összborítása a kontroll és a kezelt négyzetekben, valamint a PAI (C°/mm ) alakulása az idő függvényében. Az életmenet stratégiák kategóriáinak borítása különbözőképpen változott a vizsgált időszakban (3. ábra). A kontroll parcellákban az évelő kétszikűek borítása folyamatosan nőtt, és a legnagyobb értéket 2003-ban érte el az őszi (39,1 %) és a tavaszi felvételekben (38,4%) egyaránt. Az egyévesek borítása nagymértékben nem változott, az évelő egyszikűek borítása azonban nagymértékben csökkent, főként az őszi felvételeket tekintve. Tavasszal a kezelt területeken a kísérlet első éveiben az egyévesek és az évelő egyszikűek domináltak, mely csoportrészesedés 2003-ra közel egyenlő mértékűre változik a négy csoport között. Az őszi felvételeken az évelő egyszikűek csökkenése és az egyévesek nagy mértékű növekedése figyelhető meg. A kontroll és kezelt parcellák közötti különbség megmutatja az évelő kétszikűek kaszálással szembeni érzékenységét.
5
3. ábra. Az életforma kategóriák alapján képzett fajcsoportok százalékos arányának megoszlása a kezelt és a kontroll felvételekben tavasszal és ősszel.
4. ábra. A kora nyári egyévesek és az évelő kétszikű fajcsoportok tavaszi borításaival (bal), valamint a nyárvégi egyévesek, évelő egyszikű és az évelő kétszikű fajcsoportok őszi borításaival (jobb) számolt regressziós egyenesek meredekségei (+/-standard hiba) a Pálfai-féle aszály index (PAI) függvényében a kontroll és kezelt területek összevonva (ct). 1995-1999, 2002, 2003 adatok alapján. A PAI összefüggését az életmenet stratégia csoportok tömegességével vizsgálva nem kaptunk szignifikáns különbséget a kezelt és a kontroll parcellákban, ezért ebben az elemzésben összevontuk őket (4. ábra). A tavaszi borítási adatoknál a kora nyári egyévesek és az évelő kétszikűek mutattak szignifikáns korrelációt a PAI-val. A kora nyári egyévesek negatív, az évelő kétszikűek, pedig pozitív korrelációt mutatnak az aszály indexszel. A két csoport szignifikánsan eltérően viselkedik a PAI függvényében. A késő nyári egyévesek és az évelő kétszikűek őszi borításai pozitív korrelációt mutatnak az aszály indexszel, az évelő egyszikűek pedig negatívat. A nyárvégi egyévesek és az évelő kétszikűek magasabb borítást mutatnak aszályosabb években, a nyárelejeiek és az évelő egyszikűek pedig alacsonyabbat. A késő nyári egyévesek és évelő kétszikűek viselkedésében nincs szignifikáns különbség, viszont ez a két csoport szignifikánsan eltérő viselkedést mutat az évelő egyszikűekhez képest. Az évelő kétszikűek borítása növekvő tendenciát mutatott a vizsgálat során a kontroll
6
négyzetekben, amely a letermelést követő szukcesszió eredménye. A legnagyobb arányú borításnövekedést épp a legaszályosabb években érték el, ezért feltételezhető, hogy ennek a csoportnak a legkisebb az aszályérzékenysége. A kezelt négyzetekben az évelő kétszikűek aránya végig alacsony maradt, ami a cserjésedés kaszálással való sikeres blokkolását mutatja. A nyárvégi egyévesek PAI-val való pozitív korrelációja csak a kezelt négyzetekben volt szignifikáns, ami alapján valószínűsíthető, hogy nem közvetlenül a kevesebb csapadék befolyásolja ennek a csoportnak a tömegességét, hanem a csökkenő kompetícióból adódó felnyíló foltok arányának növekedése. Eredményeink alapján megállapítható, hogy az aszály hatására módosulhat a szukcesszió folyamata. Az egyes életforma csoportok különböző érzékenységgel reagálnak a vízhiányra, befolyásolva ezzel tömegességüket és kompetíciós kapcsolataikat. Az évelő nyílt homokpusztagyep esetében az évelő egyszikűek aszályérzékenysége különösen meghatározó, mivel ezek a fajok dominálják az állományait. Így a restaurációs beavatkozások hatékonyságát az aszályos évek jelentősen csökkenthetik. KÖSZÖNETNYILVÁNÍTÁS A tanulmányt az NKFP 3B/8 projekt támogatta. A kecskeméti meteorológiai adatokat az Országos Meteorológiai Szolgálat bocsátotta rendelkezésünkre. FORRÁSMUNKÁK JEGYZÉKE (1)MOLNÁR, ZS. (2003): A Kiskunság száraz homoki növényzete. Természetbúvár Alapítvány Kiadó, Budapest. (2) KOVÁCSNÉ LÁNG, E. – KRÖEL-DULAY, GY. – RÉDEI, T. (2008): A klímaváltozás hatása a természetközeli erdőssztyepp ökoszisztémákra. Magyar Tudomány, 7, 812. (3) DODD, J. L. – LAUENROTH W. K. (1979): Analysis of the Response of a Grassland Ecosystem to Stress, in: French N. (ed.) Perspectives in Grassland Ecology, Springer-Verlag, New York, Heidelberg, Berlin, 43-58. (4) VAN DER MAALER, E. (1981): Fluctuations in a coastal dune grassland due to fluctuations in rainfall: Experimental evidence. Vegetatio, 47. 259-265. (5) MATUS, G. (1996): Pionír szekunder szukcesszió elemzése. Kandidátusi értekezés, Debrecen. (6) PASCHKE, M. W. – MCLENDON, T. – REDENTE, E.F. (2000): Nitrogen availability and oldfield succession in a shortgrass steppe. Ecosystems, 3.144-158. (7) KOVÁCS-LÁNG, E. – MOLNÁR, E. – KRÖEL-DULAY, GY. – BARABÁS, S. (eds.) (1999): Long term ecological research in the Kiskunság, Hungary, KISKUN LTER. MTA ÖBKI, Vácrátót, pp. 64. (8) VILAGROSA, A. – CORTINA, J. – GIL-PELEGRÍN, E. – BELLOT, J. (2003): Sutitability of drought-preconditioning techniques in Mediterranean climate. Restoration Ecology, 11. 208216. (9) BATTIN, J. – WILEY, W.M. – RUCKELSHAUS, M.H. – PALMER, R.N. – KORB, E. – BARTZ, K.K. – IMAKI, H. (2007): Projected impacts of climate change on salmon habitat restoration. PNAS, 104. 6720-6725. (10) PÁLFAI, I. (2010): Az aszályok gyakorisága a Kárpát-medencében az utóbbi háromszáz évben. KLÍMA-21 Füzetek, 59. 42-45. (11) LOHÁSZ , C. (2004): Az időjárás hatása a homokpusztagyepek kísérletes restaurációjának eredményességére. Szakdolgozat. ELTE, Budapest, pp. 69
7
(12) KOPPÁNY, G. – MAKRA, L. (1995): Persistence probability of the drought index made by Pálfai for five regions of the Hungarian Great Plain. Acta Clim. Univ. Szegediensis, Tom. 2829. 53-61. (13) VAN DER MAALER, E. (1979): Transformation of cover-abundance values in phytosociology and its effects on community similarity. Vegetatio, 39. 97-114. (14) ÚJVÁROSI, M. (1971): A gyomnövényzet ökológiai viszonyai és összetételei a szántóföldi termőhelyeken, Mezőgazdasági és Élelmezésügyi Minisztérium, Budapest. (15) HUNYADI, L. (szerk.) (1988): Szántóföldi gyomnövények és biológiájuk, Mezőgazdasági kiadó, Budapest. (16) CHANG D.H.S. – GAUCH, H.G. (1986): Multivariate analysis of plants communities and environmental factors in Ngari, Tibet. Ecology, 67, 6. 1568-1575. (17) TÖRÖK, P. – MATUS, G. – PAPP, P. – TÓTHMÉRÉSZ, B. (2008): Secondary succession in overgrazed Pannonian sandy grasslands. Preslia, 80. 73–85. Effect of climatic variability on the restoration success of open sandy grasslands TÖRÖK KATALIN – LOHÁSZ CECÍLIA – SZITÁR KATALIN Keywords: drought index, life form strategies, climate change, mowing Drought periods are a major reason of vegetation stress in the Hungarian lowland. The effect of climate was investigated in relation to life history traits in a restoration project aiming to restore endemic grassland community in former black locust plantations. Black locust plantations are species poor habitats and respresent a threat to biodiversity by invading surrounding seminatural habitats. After clear-cutting of black locust plantations, resprouting was hindered by chemical treatment and weed abundance was decreased by mowing and hay removal. Treated and control plot vegetation became different, however, composition and species abundance relations were still far from the traget endemic grassland community (Festucetum vaginatae) by 2003. Increased drought resulted in lower cover of vegetation in both control and treatment plots, however, species groups of life history traits responded differently. The abundance of spring annuals and perennial monocots was negatively correlated with drought, that of perennial dicots and summer annuals positively. Only summer annuals showed different sensitivity in control and treatment plots (not significantly), as drought resulted in higher cover in mowed plots. This is not necessarily in response to less precipitation, because reduced competition and increased open space can also contribute to higher cover. Altogether the share of different species groups and their response to drought contributed to different vegetation development in control and treatment plots.
8
