A.1 DOMBORZATI, TALAJTANI, GEOLÓGIAI ÉS HIDROLÓGIAI ADATBÁZISOK INTEGRÁLÁSA

Témafelelős: Illés Gábor (ERTI)

 

 

Kutatási terv

 

Szakterület elemzése:

A térben explicit domborzati, talajtani, hidrológiai és földtani adatok ökológiai kutatásokhoz történő felhasználására számos szakirodalmi példát találunk, ami az ok-okozati kapcsolatok nyilvánvaló megléte és felderítése miatt indokolt. Különösen igaz ez az agrárium területén, ahol az egész termesztés-technológia alapja az ökológiai feltételrendszerhez való alkalmazkodás (Goodchild et al., 1996). A térinformatikai alkalmazások, és megoldások elterjedése az ökológia és környezettudományok területén legkorábban a távérzékelt adatok feldolgozása és felhasználása során következett be (Hinton, 1996). Szinte ezzel egyidejűleg megfigyelhető a térinformatikai rendszerek erejének kiaknázására irányuló törekvés, melynek során objektív statisztikai módszerek és szerteágazó adatbázisok (talaj, klíma) felhasználásával törekedtek regionális szintű ökoszisztéma modelleket, vegetáció típusokat azonosítani, amelyek között a produkció biológiai mutatókban és a populációbiológiai mutatókban tapasztalt különbségek értelmezhetők (Host et al, 1996). Az ökológiai rendszerek komplexitása magával hozta, hogy a megértésükre irányuló kutatások koncepcióbeli megközelítése nagyban eltérő. A vizsgálati léptékek diverzek és az ökológiai rendszerekről gyűjtött adatok részletessége nagyban eltérő. Mindez magával hozza a törekvést, hogy integráljuk a különböző léptékű és filozófiájú rendszereket, akár a térbeliséget, akár a folyamatelvűséget előtérbe helyező modellekről legyen szó, amikor egy adott jelenséget vizsgálunk, illetve modellezünk (Villa-Costanza, 2000).

Az adatintegrációs törekvés célja, hogy a rendszert minél megbízhatóbbá és átjárhatóvá tegye a különböző földhasználati ágazatok és szakterületek felé, ahogy erre ugyancsak találunk példát Európában is, hosszú távú környezeti monitoring tevékenységek kapcsán (Lane, 1997; Burnett- Blaschke, 2007). Ezen elv következményeként igyekszünk integrálni a földterületekhez kötődő, térbeliséggel és ökológiai jelentőséggel bíró adatforrásokat. Ennek célja a környezet-tudományi és informatikai szempontból koherens adatállományok létrehozása és fenntartása, amelyek az agráriumban a stratégiai tervezésének alapját képezik. Az adatintegráció elvének fontos hozadéka, hogy az egybevetés folyamata alatt, az integrálandó adatállományokban esetlegesen megbújó hibák, a különböző forrású adatállományok „ütköztetése” során kiugró ellentmondások alapján felderíthetők és javíthatók lesznek.

Ennek a munkának a folyamán felhasználhatók azok az eredmények, amelyek a környezeti változók – itt alapadat bázisok – tartalmi elemei között fennálló kapcsolatrendszert igyekeznek feltárni, amilyen például a digitális talajtérképezés területe és eredményei (McBratney et al, 2003; Pásztor et al, 2010a,b,c). A szakirodalomban geomorfometria néven már kialakult a módszertan, amelyik elsődlegesen a DDM-ek felhasználásának kérdéseivel foglalkozik az egyes domborzatból levezetett változók esetében (Dobos és Hengl, 2009). A talajtani információk térbeli meghatározásával foglalkozó munkákban a legtöbbször, és jellemzően használt magyarázó (független) változók a domborzatmodellekből (DDM) származtathatóak. Ebbe a körbe sorolható változók a következők: tengerszint feletti magasság, lejtés, kitettség és a felszín görbületét leíró paraméterek. A digitális domborzatmodellek használata azzal indokolható, hogy a domborzatot a talajképződés folyamatában az egyik kulcsfontosságú tényezőnek tekintjük (Scull et al., 2003). Az ökológiai kutatások során magyarázó változóként használt egyéb adatok (háttérváltozók) között kell említeni a földtani adatokat és a klimatikus változók adatait (McBratney et al., 2003, Lagacherie et al., 2007). Ezeknek a változóknak a körét gyakran bővítik a hidrológiai jellemzőket leíró változók, amilyen például az összefolyási, vagy konvergencia indexek (Behrens et al, 2005, Bakacsi et al, 2010), illetve a felszín alatti vizek elhelyezkedése.

 

Indoklás, a kutatás szükségességét alátámasztó probléma:

Jelenleg nem ismerünk olyan – több gazdálkodási ágazat – igényeit egyaránt kielégíteni képes, koherens adatrendszert, ami az összes külön-külön létező, és a földhasználattal kapcsolatba hozható környezeti paraméterekre vonatkozó adatforrások egyesítésével jött volna létre. Vannak többé-kevésbé jól funkcionáló ágazati rendszerek (külön a felszíni és felszín alatti vizekre; külön az erdőre; külön a mezőgazdasági területekre; stb.), de ezek megfeleltethetőségéről és multidiszciplináris felhasználhatóságáról kevés bíztatót lehet mondani. Akkor is így van ez, mégha voltak is erre irányuló jószándékú, és figyelemre méltó törekvések (D-e-meter). A kutatás hozzájárulhat ahhoz, hogy az összes olyan problémát sikerrel megoldjuk, amely a különböző adatbázisrendszerek egyesítésekor felmerülhet útját állva a hatékony alkalmazásnak.

 

A kutatás célja:

A munka megteremti azt a tudományos alapon létrehozott környezeti adatrendszert, amelyen belül és amelyhez képest, a kapcsolódó munkaterületek eredményei értékelhetők és értelmezhetők.

 

Tevékenység bemutatása:

A feladat megvalósítása jól szegmentálható feladatrészek elvégzésével oldható meg. Első lépésben létre kell hozni az adatok tárolására és feldolgozására alkalmas informatikai környezetet. Ez a környezet két részből épül fel: egy megfelelő kapacitású hardver és ahhoz illeszkedő szoftver környezetből. Következő lépés a megfelelő adatforrásokból az integrálandó adatmennyiségek beszerzése és illesztése a térinformatikai rendszerbe. Ez konkrétan a vonatkozó domborzati, geológiai, talajtani és hidrológiai adatok feldolgozását jelenti. A domborzati adatok raszteres állományok, a földtani térképek vektoros adatállományok, csakúgy, mint a talajvíztérképek adatai. A hidrológiai adatok közé tartoznak a talajvízkút adatok mérési adatsorai és a felszíni vizek térképi adatállományai. A talajtani adatok vonatkozásában a mezőgazdasági területeken a reambulált Kreybig talajtérképek, erdőterületek esetén az erdőállomány Adattár termőhelyi adatai és a termőhelyfelvételek leíró adatai képezik az indulási adatállományt. A koherens adatbázis az adatállományokon belüli és az adatállományok közötti megfeleltethetőségi vizsgálatokkal, illetve terepi ellenőrzésekkel áll elő. A talajvízszint adatok értékelése során a térbeli mintázat és az éven belüli ingadozások mértékének megállapítása lehetővé teszi, hogy a földterületek termőhelyi tulajdonságai között szereplő, nagyon fontos hidrológiai besorolás értékeket vizsgáljuk. Az eltérő besorolások vizsgálatával célirányosan szűrhetők a mezőgazdasági és erdészeti adatbázisok. A földtani térképek arra használhatók fel, hogy segítségükkel beazonosítsuk azokat a területrészeket, amelyek esetében ellenőrizni kell a talajtani adatbázisok, vagy a földtani térképek helytállóságát. Ehhez a vizsgálathoz a felszín alatt közvetlenül megtalálható geológiai képződmények térképsorozata használható. Ez a talajtakaró alatti legfelső rétegeket jelenti, amelyek vagy ágyazati, vagy alapkőzetül szolgálhattak a rajtuk képződött talajok számára. Ennek megfelelően a talajtípus és a földtani képződmények között bizonyos szintű logikai, vagy inkább ok-okozati összefüggésnek kell lennie, ami vizsgálható. A kialakított adatbázisrendszert összekapcsoljuk a klimatikus adatok térinformatikai adatállományaival, ami megteremti a lehetőségét egy komplex környezeti és földhasználati vonatkozású klímaváltozási hatásvizsgálatnak.

 

Ütemezés:

A feladatot a projekt első félévében végezzük el.

1. hónap: informatikai háttér megteremtése.

2.-3. hónap: adatbeszerzés.

4.-5. hónap: adatfeldolgozás.

6. hónap: Koherens adatbázis összeállítása.

 

Felhasználandó adatok, partnerek:

M = 1 : 100 000 digitális domborzatmodell, 50x50 m-es cellamérettel. Ez az adatállomány a megfelel az ugyanekkora léptékű topográfiai térképek szintvonalas fedvényének. Ennek megfelelően az állomány felbontása a méretaránynak megfelelően, inkább nagyobb térbeli egységek jellemzésére alkalmas. Ilyenek lehetnek nagyobb összefüggő erdőtömbök, pár száz hektáros erdőfoltok. Részletszintű tájékozódásra a domborzati viszonyokról csak korlátozottan alkalmas. Erdőterületek tengerszint feletti magassági kategóriába sorolására használható.

M = 1 : 100 000 digitális földtani térkép. A földtani térkép nagy segítség a talajtípusok valószínűségi egyezésének vizsgálatánál. Segítségével kiszűrhetők a durva hibák és a területek hidrológiai besorolását is segíti. A térkép a földtani képződményeket fizikai-kémiai tulajdonságaik, valamint koruk alapján tünteti fel. A 2 m-es mélységben található földtani képződmények térképét használjuk fel, melyek a talajképződés szempontjából lényeges szerepet játszhatnak.

M = 1 : 100 000 digitális talajvízszint térkép, 0; 2; 5; 10; 20; 30 méteres izovonalakkal. A talajvízszint térkép a talajvíz felszíntől mért távolságát jellemzi és a többlet vízhatás jelenlétének, vagy hiányának értékeléséhez nyújt támpontot. Természetesen itt figyelembe kell venni a talajtípust és a földtani jellemzőket is. Ebbe az adatcsoportba kell érteni a hosszú távú talajvízszint észlelési kutak adatsorait is (trendvizsgálatok).

Erdőállományok adatbázisa. Ez az adatbázis az erdőterületekhez tartozó legfontosabb információkat tartalmazza, úgymint: fafajok elhelyezkedése, területaránya, fatermőképessége ill., a hozzájuk tartozó termőhelyi információk (talaj, hidrológia, klíma).

M = 1 : 25 000 digitális talajtérképek mezőgazdasági területekre. A Digitális Kreybig Talajinformációs Rendszer az 1:25.000-es méretarányú Kreybig-féle Átnézetes Talajismereti Térképsorozat - a mindmáig egyetlen, az országot teljes egészében lefedő ilyen jellegű nagyléptékű térképsorozat - térinformatikai adaptációja és reambulációja alapján létrejövő, a mai kor követelményeit kielégítő, korszerű, dinamikus térinformatikai rendszer. A Digitális Kreybig Talajinformációs Rendszer alkalmas a települések, illetve nagygazdaságok földhasználattal kapcsolatos döntéseinek támogatására, illetve regionális-térségi szintű terület- hasznosítási és fejlesztési programok megvalósítására (TAKI, 2010).

M = 1 : 100 000 agrotopográfiai adatbázis. A magyar talajtani tudomány és talajvizsgálati gyakorlat több mint 150 éves tevékenységének eredményeképpen a Magyarország talajaira vonatkozó térkép- és adatanyag igen gazdag; tartalmában, részletességében, feldolgozottságában, s korszerűségében egyaránt. Az Agrotopográfiai térképsorozat megszerkesztését a Magyarország Agroökológiai Potenciáljának Felmérése c. Akadémiai program indukálta, amely program a magyar mezőgazdaság lehetőségeinek és korlátainak feltárásával az ország agroökológiai potenciálját mérte fel. A felmérés eredményei alapján az MTA TAKI Várallyay György irányításával szerkesztette meg Magyarország Termőhelyi adottságait meghatározó talajtani térképsorozatot az 1970-es évek végén, amely a termőtalajokról szóló regionális léptékű ismeretszerzés alapjaként szolgál. A térképsorozat alapját az Átnézetes Talajismereti Térképek (Kreybig-féle 1:25 0000 ma. talajtérképek) képezték, melyek generalizálásával és analóg feldolgozásával készült el az 1:100 000 méretarányú talajtérképmű. Ezen térképek térinformatikai feldolgozásával készült el Magyarország AGROTOPO Adatbázisa az MTA Talajtani és Agrokémiai Kutatóintézetben 1991-ben (TAKI).

 

Irodalom

Goodchild, M. F., Steyaert, L. T., Parks, B. O., Johnston, C. 1996. GIS and environmental modelling: Progress and research issues. John Wiley & Sons Inc. USA.

Hinton, J.C. 1996. GIS and remote sensing integration for environmental applications. International journal of geographical information systems. Volume 10, Issue 7. 877-890.

Host, G.E, Polzer, P.L, Mladenoff, D. J., White, M. A., Crow, T. R. 1996. A quantitative approach to developing regional ecosystem classifications. Ecological Applications. Volume 6, Issue 2. 608-618.

Villa, F, Costanza, R. 2000. Design of multi-paradigm integrating modelling tools for ecological research. Environmental Modelling & Software. Volume 15, Issue 2. 169-177.

Lane, A.M.J. 1997. The U.K. environmental change network database: An integrated information resource for long-term monitoring and research. Journal of Environmental Management. Volume 51, Issue 1. 87–105.

Burnett, C., Blaschke T. 2003. A multi-scale segmentation/object relationship modelling methodology for landscape analysis. Ecological Modelling. Volume 168, Issue 3. 233–249.

Dobos, E. and Hengl, T. (2009): Soil Mapping Applications. In: Hengl, T., and Reuter, H.I. (eds): Geomorphometry Concepts, Software, Applications. Elsevier. 461-479.

McBratney, A.B.; Mendonça Santos, M.L. and Minasny, B. 2003. On digital soil mapping. Geoderma 117: 3-52.

Scull, P.; Franklin, J.; Chadwick, O.A. and McArthur, D. 2003. Predictive Soil Mapping: a review. Progress in Physical Geography 27(2): 171-197.

Lagacherie, P.; McBratney, A.B. and Voltz, M. 2007. (eds): Digital Soil Mapping an Introductory Perspective. Elsevier. Developments in Soil Science 31: 595 p.

Behrens, T.; Förster, H.; Scholten, T.; Steinrücken, U.; Spies, E-D. and Goldschmitt, M. 2005: Digital soil mapping using artificial neural networks. Journal of Plant Nutrition and Soil Science 168: 21-33.

http://www.mta-taki.hu/en/node/64

http://mta-taki.hu/hu/osztalyok/gis-labor/agrotopo

Pásztor, L., Szabó, J., Bakacsi, Zs. 2010a. Application of the Digital Kreybig Soil Information System for the delineation of naturally handicapped areas in Hungary. Agrokémia és Talajtan, 59. 47-56.

Pásztor, L., Szabó, J., Bakacsi, Zs. 2010b. Digital processing and upgrading of legacy data collected during the 1:25.000 scale Kreybig soil survey. Acta Geodaetica et Geophysica Hungarica, 45. 127-136.

Pásztor, L., Szabó, J., Bakacsi, Zs. 2010c. Operational application of the Digital Kreybig Soil Information System for the identification of less favoured areas in Hungary according to the common European biophysical criteria. Proceedings of 4th Global Workshop on Digital Soil Mapping.

Bakacsi, Zs., Pásztor, L., Szabó, J. 2010. Compilation of a 3D soil physical database for the unsaturated zone. Proceedings of World Congress of Soil Science, 2-6/08/2010, Brisbane, Australia, CD-ROM (ISBN: 978-0-646-53783-2); pp.4.