Karszttavak vízminőség-vizsgálata

    A karsztok recens folyamatainak feltárására irányuló vizsgálatok napjainkban is időszerűek és kiemelt fontosságúak. Kutatásukat a karsztok környezet-állapotának átalakulása és érzékenysége indokolja, ami speciális tulajdonságaik együtteséből: egyedi hidrológiai rendszerükből, morfológiai adottságaikból, sajátos élővilágukból és ezek sérülékenységéből következik. A karsztterületeken a vizek minősége kardinális kérdés, mivel a víz köti össze a karsztrendszer elemeit. Felhasználása igen sokrétű, de károsodás nélkül kiváló minőségű ivóvízként történő hasznosítása a legjelentősebb. Napjainkban vizeink minőségének megőrzése azonban egyre nagyobb kihívást jelent. Vizeink elszennyeződésével a vízhasznosítási lehetőségek beszűkülnek. A növekvő népességszám és a szűkös készletek viszont megkövetelik, hogy a rendelkezésre álló vízforrásokat eredeti állapotukban őrizzük meg.

    A Gömör-Tornai-karszt területén néhány kisebb állandó vízborítással rendelkező állóvíz található, amelyek közül azonban több előrehaladott trofitási stádiumban van. Az utóbbi évtizedekben feltöltődésük az erősödő antropogén hatás eredményeképpen felgyorsult. Az emberi tevékenység következményeként gyakoribbak az időjárási szélsőségek, ami együtt járt a vízháztartás megváltozásával. Emellett, a nem megfelelő szennyvízkezelés, talajművelési módok, műtrágyahasználat és az állattartás további kedvezőtlen hatásokat eredményezett.

    A karsztos tavak keletkezésüket tekintve unikálisak, turisztikai értékük, sajátságos biotikus környezetük és törékeny ökoszisztémájuk miatt több figyelmet és nagyobb védelmet igényelnének a jelenleginél. Néhány esetben korábbi kutatások igazolták az ember által is indukált felgyorsult feltöltődési folyamatot és vízminőség-romlást, vizsgálták eltűnésük valószínű okait, valamint hívták fel a figyelmet a további vizsgálatok szükségességére. Mindezek ellenére a káros hatások megakadályozása egyelőre kevés alkalommal bizonyult hatékonynak. Ezért a dolgozat egy komplex áttekintést kíván adni ezeknek a tavaknak az állapotáról és a velük kapcsolatos problémákról.

A kutatás céljai a következők voltak:

- a Gömör-Tornai-karszt tavainak történeti áttekintése és az emberi beavatkozás, kezelés, illetve természetes behatások következtében végbement állapotváltozásának értékelése,

            - a tavak és környezetük összehasonlító vizsgálata,

- a tavak és a kapcsolódó hidrológiai rendszer (karsztforrások) vízkémiájának és vízminőségének alapállapot-felmérése (egy 2008-2010 között zajló monitoring vizsgálat keretében),

- a tájhasználat és a klímatényezők vízminőségre és vízmennyiségre való hatásának vizsgálata,

            - az eutrofizációt kiváltó tényezők meghatározása,

- a külső és a belső terhelés mértékének megállapítása a tavi üledék és a tavak környezetéből származó talajminták alapján

 Eredmények

    A Gömör-Tornai-karszt területén található karszttavakat az 1700-as évek végétől rögzítik különböző írásos források. Funkcióik először az egyes emberi tevékenységek kisegítése (vaskohászat, kenderáztatás, állatok itatása, horgászat) majd tájképi, morfológiai különlegesség (speciális keletkezés, ritkaság, unikalitás), később pedig, megőrzendő érték (turizmus, rekreáció, biodiverzitás növelése, védett fajok kapcsolódása, ökoszisztémák integritásának megőrzése). Bár a különböző korokban más-más funkcióik kerültek előtérbe, a tavak mindig fontos szerepet töltöttek be a területen. A különböző, sokféle emberi hatásra reagálva a tavak természetes folyamatai lerövidültek, illetve drasztikusan megváltoztak (pl. Gyökérréti-tó, Aggteleki-tó). A Papverme-tó vízminőségének megóvása fontos cél, mert ez a tó tagja a Szilicei-fennsík egyik legkiterjedtebb hidrológiai rendszerének.

    A tavak vízminősége a vizsgált időszakban többnyire szennyezett, ez alól kivétel a Tengerszem-tó és a Vörös-tó, amelyeké valamelyest jobb az év nagyobb részében.

    A legnagyobb trofitási fokkal a Papverme-tó rendelkezik - valószínűleg azért, mert itt a parti sáv kivételével hiányzik a makrovegetáció, ami visszafogja az algák szaporodását. Így ez a tó többnyire eutrófikus, illetve eu-politrofikus, az Aggteleki-tó mezo-eutrófikus, míg a Kender- és Vörös-tavak mezotrófikusak. A Tengerszem-tó ultra-oligotrófikusnak tekinthető. A szaprobitás szempontjából ez előbbi négy tó hasonló: mindhárom évben alfa-mezoszaprobikus, míg a Fekete- és a Jósva-források, a Jósva- patak és a Tengerszem-tó oligoszaprobikusak 2010-re romló tendenciával, egyértelműen kimutatható tehát a csapadékmennyiséggel együtt megnövekedett szerves terhelés.

    A területen a csapadékösszegek csökkentek az 1980-as évektől a megelőző évekhez képest, ebben az időszakban az aszályos periódusok száma nagyobb volt, mint a nedves időszakoké.

    A vízminőségi paraméterek sok esetben erős, szignifikáns összefüggésben vannak a különböző aszályindexekkel, ami a tavak helyzetétől függően más-más módon érinti a vízminőséget.

    Mivel a legtöbb vízkémiai paramétert befolyásolják az extrém időjárási események, így, ezek gyakoriságának növekedésével számolni kell a vízminőség és -mennyiség változásának szélsőségeivel, ami különösen az ilyen sekély és instabil tavak esetében végzetes változásokat indíthat el.

    A vízminőségi paraméterek maximum értékei a leggyakrabban a globálsugárzás, a légnyomás és a csapadék minimum értékeinél és maximális relatív nedvességtartalom esetén jelentkeznek. Ennek megfelelően a vízminőségi paraméterek maximum értékei leginkább gyenge átvonuló melegfrontokhoz kapcsolhatók, amelyek elősegíthetik a feldúsulásukat. Ugyanakkor a vízminőségi paraméterek minimum értékei általában akkor jelentkeznek, amikor a globálsugárzás és a relatív nedvesség maximuma, míg a légnyomás és a szélsebesség minimuma mérhető. Ezek az értékek posztmelegfronti hatást feltételeznek, amelyek valószínűleg anticiklonális peremhelyzetben fejlődnek ki, amelyek elősegítik az adott faktor hígulását. Ennek eredményeként elmondható, hogy a vízkémiai paraméterek pozitív és negatív extrém értékei is kevert időjárási helyzetekhez kapcsolhatók, leginkább gyenge vagy felbomlóban lévő melegfrontokhoz.

    A tavak profiljainak elkülönítésében fontos szerepe van a kis területen belül is heterogén vízgyűjtő geológiai környezetének, a víz szerves anyagokkal való terheltsége mértékének és a nitráttartalomnak, ezenkívül, ha csak az átlagolt értékeket tekintjük, az ortofoszfát, vas- és mangántartalomnak is. A különböző eredetű szervesanyag- illetve nitrátterheltség eltérő az egyes víztestek esetében és a feltöltődés megakadályozásában, illetve a felszín alatti környezet szennyezésének meggátolására tett erőfeszítésekben ezek megszűrésére tett lépések kiemelt fontosságúak.

    A vizsgált talajokban nincs határérték feletti nehézfém-koncentráció. Az üledékek esetében határérték-túllépés jellemző a Papverme-, Vörös-, Aggteleki- és Gyökérréti-tavak Ni-koncentrációiban, a Vörös- és Aggteleki-tavaknál a Cr-, és a Vörös-tó esetében a Cd-koncentrációban is.

    A szekvenciális feltárás alapján elmondható, hogy az üledékek nehézfém-tartalmának nagy része természetes körülmények között nem mobilis. A legnagyobb arányú mobilitás a Gyökérréti-, Kender- és Aggteleki-tavak esetén volt tapasztalható; a leginkább mobilis fémek a Cd és a Co, majd a Cr.

    A Rock-Eval pirolízis eredményei alapján a legnagyobb szervesanyag-tartalommal a Kender-, majd az Aggteleki-, illetve a Vörös-tó üledéke rendelkezik. Mivel az egyes üledékek szerves anyagának termikus érettségi mutatója alig különbözik egymástól, hasonló minőségűnek tekinthetők. A rendszerbe való külső behordódásra utaló mutatókat kaptam a Tengerszem-, ill. a Papverme-tó esetében, előbbinél a Jósva-forrás hoz utánpótlást, míg utóbbi esetén a szennyvízhozzáfolyás, illetve a közlekedésből származó szennyezések bemosódása. Az Aggteleki-, Kender- és Vörös-tavakban a mutatók a beérkező friss növényi anyag magasabb arányú kezdeti fázisú átalakulására utalnak, ez mindhárom esetben elég jelentős mennyiséget képvisel. A Papverme-tó üledékének szerves anyagában jellemző az inert frakció nagyobb arányú jelenléte, eredete valószínűleg legnagyobbrészt a karbonátos alapkőzet.

    A kotrás hatására utaló jelzésként értelmezhető a bio-makromolekula osztályok relatív evolúciójának kisebb aránya az Aggteleki-, de főleg a Vörös-tó esetében, mivel ezeknél a felsőbb – éretlenebb szerves anyagot tartalmazó részt a kotrással eltávolították.

    A Papverme- és a Vörös-tó esetében a külső terhelés játssza a nagyobb szerepet. A Papverme-tó esetében kivételt képez a szennyvízbefolyás (P6 mintavételi pont), amelynek nagyobb a PO43- koncentrációja az üledékben és a talajban lévő mennyiségnél is, tehát ez itt egyértelmű pontszerű szennyező-forrásként tartható számon. Az Aggteleki-tó esetében hasonlóak az értékek az üledékben, a talajban és a vízben lévő PO43--tartalom esetében. Ez szintén a saját üledékkel való környezetfeltöltéssel magyarázható, ezért ez a tó gyakorlatilag azonos terhelést kap kívülről és belülről is. A Kender-tó esetében az üledékből kioldható szennyezés koncentrációja a magasabb, így ebben az esetben a belső terhelés mondható nagyobbnak. A Gyökérréti-tó üledéke ebből a szempontból hasonló a Kender-tó üledékéhez, míg a Tengerszem- a Papverme-tóval mutat hasonlóságot.

    Az Aggteleki-tó kotrás utáni állapotára jellemző, hogy az üledék kémhatása megegyezik a 10 évvel korábbival, szárazanyag-tartalma valamivel magasabb. Az üledék összes tápanyag-koncentrációja szintén csökkent a kotrás után, ez azonban újra növekedő tendenciát mutat. A kotrás csökkentette a felhalmozódott üledék mennyiségét, de ezzel együtt felszínre került egy magasabb nehézfémtartalmú réteg, amely származhat múltbeli légköri kiülepedésből. Valószínűleg a kotrás miatt csökkent az üledékben levő éretlenebb szervesanyag-mennyiség, azonban mivel az üledékkel a tó környékét töltötték fel, a külső terhelés azonos lehet a belső terhelés nagyságával, ami nagyban gátolja a tó vízminőségének javulását.

    A Vörös-tó vízminősége jónak nevezhető, a belső terhelést csökkentette a kotrás, amely eltávolította a felső, nagyobb szervesanyag-tartalmú réteget, közvetlen környezetét folyamatosan karbantartja az Aggteleki Nemzeti Park, ami által a külső terhelést is minimalizálták.

Projektek

A karsztökológiai rendszer állapotváltozásai, egyensúlymegbomlások a rendszerben (domborzat, talaj, karsztvíz), hatásuk a karsztok tájváltozásaira, OTKA pályázat, 2005-2008, OTKA T/048356

Antropogén hatásra bekövetkezett állapotváltozások értékelése a karsztokon az erdõk és a tavak változásai alapján, OTKA pályázat, 2009-2012, OTKA/K77763

Kutatóegyetemi Kiválósági Központ létrehozása a Szegedi Tudományegyetemen/A globális klímaváltozás hazai következményei, TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KONV-2010-0005”

Az SZTE Kutatóegyetemi Kiválósági Központ tudásbázisának kiszélesítése és hosszú távú szakmai fenntarthatóságának megalapozása a kiváló tudományos utánpótlás biztosításával

TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0012 projekt

Projektek

Tanulmány, cikk (folyóiratban)

Tanács, E., Samu, A., Bárány-Kevei, I.: Forest structure studies in Aggtelek National Park (Hungary), Acta Climatologica et Chorologica, Universitatis Szegediensis, Tom. 40-41, 2007, 17-27.

Tanács, E., Barta, K., Jármi, R., Kiss, M., Samu, A., Keveiné Bárány, I.: A talajtulajdonságok és a faállomány kapcsolata a Haragistya-Lófej Erdőrezervátum területén (Aggteleki karszt) , Karsztfejlődés XII., Szombathely, 2007. pp. 225-240.

Samu, A., Keveiné Bárány, I.: Karsztos tavak története és állapotváltozásai az Aggteleki és Szlovák Karsztokon, Karsztfejlődés XIII., Szombathely,  2008. pp. 117-134.

Barta, K., Tanács, E., Samu, A., Keveiné Bárány, I.: Hazai rendzinák megfeleltetése a WRB nemzetközi talajosztályozási rendszerben, Agrokémia és Talajtan, 2009, pp. 7-18.

Samu A., Bárány-Kevei I (2009): Characterization and changes in the state of the lakes in the field of Aggtelek and Slovak Karst, Acta Climatologica et Chorologica Universitatis Szegediensis, 42-43, 121-129.

Samu, A., Keveiné Bárány, I. (2010): Jelenlegi és múltbeli állapot a Gömör-Tornai-karszt tavain a Papverme-tó példáján, Tájökológiai Lapok 8 (1): 111-121.

Samu A., Bárány-Kevei I. (2010): A characterization of the lakes in Aggtelek and Slovak karst and changes in their state, Karst Development 1 (1): 31-40.

Samu A. (2011): Weather-related changes of water quality in five lakes over the Gömör-Tornai-karst region, Acta Climatologica et Chorologica Universitatis Szegediensis, in press

Samu A., Bárány-Kevei I. (2011): Influence of meteorological variables to water quality in five lakes over the Gömör-Tornai-karst region (Hungary-Slovakia) – a case study, Water and Environment Journal, under revision

Tanulmány konferenciakiadványban

Samu, A., Keveiné Bárány, I.: Karsztos tavak vízminősítése néhány vízkémiai paraméter alapján, IV. Magyar Földrajzi Konferencia, Debrecen, 2008. pp. 65-71.

Samu, A., Bárány-Kevei, I. (2010): Water quality characterization and determination of the environmental stress on the karstic lakes in Aggtelek and Slovak karst. In: Barančoková, M., Krajčí, J., Kollár, J., Belčáková, I. (eds.), Landscape ecology - methods, applications and interdisciplinary approach. Institute of Landscape Ecology, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, p. 471-487. ISBN 978-80-89325-16-0

Samu A, Kiss M, Tanács E (2010): Környezeti változások modellezése Bayes hálók segítségével, karsztos tavak eutrofizációjának példáján. Tájökológiai Kutatások, IV. Magyar Tájökológiai Konferencia Kerekegyháza pp 239-247

Absztraktkötetben megjelent összefoglalók

Samu A. (2008): Changes in the state of the Slovak and Aggtelek karst, Science for the Carpathians, Strategy Development and Networking Workshop, Jagellonian University, Kraków, Poland – May 27-28, 2008.

Diplomamunka, szakdolgozat, doktori értekezés

Samu A. (2011): A Gömör-tornai-karszt állóvizeinek vízminőség-értékelése különös tekintettel a tápanyagterhelésre. Doktori értekezés. Kézirat.
http://fdi.fft-geo.hu/?q=hu/node/33

 

 

Az eredmények részletes ismertetése megtalálható a projekt honlapján (https://sites.google.com/site/karsztostavak), illetve a témában készült publikációkban.