Functionality of urban ecosystem: ecology, urban green area and air quality  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
126481
Type KH
Principal investigator Kundrát-Simon, Edina
Title in Hungarian Városi ökoszisztémák funkcionalitása: ökológia, városi zöld felület és levegőminőség kapcsolata
Title in English Functionality of urban ecosystem: ecology, urban green area and air quality
Keywords in Hungarian urbanizáció; ülepedő por, frakcionálás, nehézfémek
Keywords in English urbanization, deposited dust, air pollution tolerance index, heavy metals
Discipline
Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Ortelius classification: Anthropogenic impact on ecosystems
Panel Ecology and evolution 1
Department or equivalent Department of Ecology (University of Debrecen)
Participants Baranyai, Edina
Szabó, Szilárd
Starting date 2017-12-01
Closing date 2021-05-31
Funding (in million HUF) 19.912
FTE (full time equivalent) 1.78
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A városi területek arányának növekedése növekvő szennyező anyag kibocsátást eredményez, amelyet a napjainkban szinte mindennapos szmog riadók miatt a hétköznapi ember is érzékelhet. A városok fontos részei a parkok, fás területek, melyeknek a légszennyezettség csökkentésében szerepük van, mivel a zöld növények morfológiai és anatómiai tulajdonságaiknak köszönhetően csökkenteni képesek a légszennyező anyagok koncentrációját. Kutatásaink során a légszennyezettség szintjét vizsgáljuk Debrecenben falevelek alapján. Feltételezzük, hogy a behurcolt fajok nagyobb toleranciával rendelkeznek a légszennyezettséggel szemben, mint az őshonos fajok, a levélen megülepedett por legalább 60%-a 10 µm-től kisebb szemcseméretű tartományba tartozik. Ugyanakkor vizsgálatunk célja bizonyítani, hogy a nagyobb mértékben közlekedéssel és ipari tevékenységgel terhelt helyekről gyűjtött faleveleken megülepedett porban és a levélszövetben nagyobb nyomelem koncentrációt tapasztalunk. Eredményeink alapján a vizsgált fajokat kategorizálni tudjuk légszennyezettséggel szembeni tűrőképességük alapján, meg tudjuk állapítani az évszakok hatásait a légszennyezettségre a vegetációs periódus egészére kiterjedő mintavételezés során. Ajánlásokat tudunk megfogalmazni nagy városok település rendezési terveihez, hogy mely fafajok ajánlottak parkosításra, ezzel az esztétikai követelmények mellett, a légszennyezettséggel szembeni védelemnek is megfelelve. Ugyanakkor eredményeink a szakterület meghatározó, rangos nemzetközi szakmai folyóiratokban is kiváló publikálási lehetőséggel bírhatnak.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Korábbi munkánk során bizonyítottuk, hogy a városiasodásnak jelentős hatása lehet a levélen megülepedett por és levélszövet elemösszetételére, illetve a különböző fajok eltérő érzékenységgel rendelkeznek a légszennyező anyagokkal szemben. Jelen kutatásunk hipotézisei a következők: (i) falevelén megülepedett pormintákon alapuló légszennyezettséget vizsgáló módszer validálása, (ii) a különböző növényfajok eltérő érzékenységgel rendelkeznek a légszennyező anyagokkal szemben, az őshonos fajok (Acer campestre, Coryllus avellana, Q. robur) érzékenyebbek a légszennyezésre, mint az invazív fajok (Celtis occidentalis), (iii) hipotézisünk szerint a levélen megülepedett por közel 60%-a 10 µm szemcsemérettől kisebb mérettartományba tartozik, feltételezésünk szerint (iv) feltételezésünk szerint nagyobb nyomelem koncentrációt tapasztalhatunk a vizsgált város azon részeiről gyűjtött por és levélmintákban, melyek nagyobb közlekedéssel és ipari tevékenységekkel jellemezhetőek, (v) hipotézisünk szerint a szezonalitásnak jelentős hatása van a légszennyezettségre, amelyet a légszennyezettségi tolerancia index-el, a levélen megülepedett por szemcseméret eloszlása alapján és a por és levélszövet nyom elemtartalom alapján tesztelünk. Véleményünk szerint eredményeink értékes információkat biztosíthatnak a településrendezési tervekben kiválasztani a légszennyezettséggel szemben legtoleránsabb növényfajokat.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A légszennyezettséggel kapcsolatos eddigi vizsgálatok főként a szállópor és a légszennyező gázok vizsgálataira terjedtek ki, főként a vegetációs periódust követő időszakokra fókuszálva. Ezzel ellentétben vizsgálatunk során a vegetációs periódus alatt történik a légszennyezettség becslése, leszűkítve ezzel a források hatásának számát, mivel ebben az időszakban a vizsgált területeken a közlekedéssel és ipari tevékenységgel kell számolnunk, és figyelmen kívül hagyhatjuk a lakossági fűtésből eredő terhelést. Biológiai indikátor szervezetként növények leveleit alkalmazzuk, mivel mind anatómiai, mind morfológiai jellegeik révén a légszennyezettség csökkentésére képesek, ezáltal egy élőlényközpontú vizsgálatot tervezünk. Eredményeink alapján a vizsgált fajokat kategorizálni tudjuk légszennyezettséggel szembeni tűrőképességük alapján, meg tudjuk állapítani a szezonalitás hatásait a légszennyezettségre a vegetációs periódus egészére kiterjedő mintavételezés során. Ugyanakkor amellett, hogy eredményeink a szakterület meghatározó, rangos nemzetközi szakmai folyóiratokban is kiváló publikálási lehetőséggel bírhatnak, ajánlásokat tudunk megfogalmazni nagy városok település rendezési terveihez, hogy mely fafajok ajánlottak parkosításra, ezzel az esztétikai követelmények mellett, a légszennyezettséggel szembeni követelményeknek is megfelelve.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A városi területek arányának növekedése számos szennyező anyag kibocsátást eredményezi, ezért a városi környezet minőségének ellenőrzése és a környezeti kockázatok becslése fontos társadalmi feladat. Kutatásaink során különböző tájidegen és őshonos növényfajok légszennyezettséggel szembeni tűrőképességét, a levélen megülepedett por szemcseméret eloszlását és a por és levélszövet nyomelem tartamát vizsgáljuk Debrecenben. Eredményeink gyakorlati alkalmazási lehetőséget jelenthetnek a légszennyezettség csökkentésének érdekében a jövőben városi területek területrendezési terveiben, ezzel egy jobb életminőség eléréséhez járulhatunk hozzá a jövő generációja számára.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The environmental health is an essential component of the quality of life in modern societies. Rapid urbanization and anthropogenic activities have resulted in the emission of several pollutants. Therefore, the monitoring of urban air and the assessment of environmental risks is necessary in urban habitats. Plants are important components of urban ecosystems and they are useful as biological indicators of air pollution, respectively. The aim of our project to study the air pollution levels in Debrecen the second largest city in Hungary based on leaves of different species. Our hypothesis is that (i) native tree species are less tolerant of air pollutants, than non-native tree species, (ii) the particle size of deposited dust is mainly lower than 10 µm and (iii) the trace element concentrations in deposited dust and leaves is higher in those area in the city where the traffic and industrial activities are more intense. Based on our results studied species could be categorized based on their tolerance against air pollution and the effect of seasonality are also assessed on the level of air pollution. Our results will provide valuable information for preparation and realization of urban landscape planning to help select the tolerant plant species. At the same time, our results are also welcome in high impacted international journals.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Our earlier studies have demonstrated that the urbanisation has significantly changed the elemental concentrations of foliage dust and leaves and different species may vary considerably in their susceptibility to air pollutants. In our project the main hypothesis and aims are the followings: (i) validation and air pollution assessment method based on leaves, (ii) our hypothesis is that different species vary considerably in their susceptibility to air pollutants. The native tree species (Acer campestre, Coryllus avellana and Fraxinus excelsior) are less tolerant of air pollutants, than non-native tree ones (Celtis occidentalis), (ii) our hypothesis is that the particle size of deposited dust is generally lower than 10 µm, (iii) our hypothesis is that the amount of dust and trace element concentrations in deposited dust and leaves is higher in the those area in cities where the traffic and industrial activities are more intense, (iv) we hypothesized that the weather factors might modify the level of air pollution and we will study the seasonal patterns of air pollution based on the Air Pollution Tolerance Index (APTI) of tree species, particle size distribution of deposited dust and trace element concentration in deposited dust and tree leaves in the second largest city , in Debrecen in North-East Hungary, (v) our results will provide valuable information for preparation and realization of urban landscape planning to help select the tolerant plant species.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Earlier projects studied only the concentration of air pollutants gases, particles or aerosols. In spite of this we will study the level of air pollution in the vegetation period with using leaves. Our aim is to study the effects of traffic and industrial activities on the air pollution during only in the vegetation period. Thus, in this period the heating period does not cause negative effect in the air pollution. Plants are important components of urban ecosystem and leaves are used as biological indicator because of they can decrease the level of air pollution by their anatomical and morphological characteristics. Thus, we can assess the level of air pollution based on a natural ecological assessment system. Based on our results studied species could be categorized based on their tolerance against air pollution and the effect of seasonality are also assessed on the level of air pollution. Our results will provide essential information for the preparation and realization of urban landscape planning and these results are also welcome in high impacted international journals.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Rapid urbanization and anthropogenic activities have increased in the emission of air pollutants which is indicated with the almost daily smog alarm in nowadays. Parks and plants are important components of urban ecosystems and plants can decrease the concentration of air pollutants by their anatomical and morphological structures. The aim of our project is to study the air pollution levels in largest city, in Debrecen based on leaves of different species. Our hypothesis is that native tree species are less tolerant of air pollutants, than non-native tree species, the particle size of deposited dust is generally fine particle which is extremely hazardous for the human respiratory system and the trace element concentrations in deposited dust and leaves is higher in those area of the cities where the traffic and industrial activities are more intense. Based on our results studied species could be categorized based on their tolerance against air pollution and the effect of seasonality are also assessed on the level of air pollution. Our results will provide valuable information for preparation and realization of urban landscape planning to help select the tolerant plant species.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Eredményeink bizonyították a falevek pormegkötő képességének alkalmasságát porszennyezés becslésére, különös tekintettel az ülepedő, nagyobb frakciójú porok esetében. Ugyanakkor eredményeink rámutatnak a falevél, mint indikátor alkalmazásának kérdésére, részben a levelek korlátozott pormegkötő kapacitása okán, mivel azok csak a vegetációs periódusban alkalmazhatóak, részben pedig a csapadék általi folyamatos lemosás révén. Eredményeink bizonyították a falevelek légszennyezettség monitorozó vizsgálatokban való alkalmasságát az APTI (Air Pollution Tolerance Index) értékek alapján. A vizsgált fafajok közül a Betula pendula, Fraxinus excelsior, Acer platanoides and Robinia pseudoacacia, Celtis occidentalis, T. europaea érzékeny, a Platanus × acerifolia mérsékelten toleráns, míg az Acer saccharinum toleráns fajnak tekinthető a légszennyezettséggel szemben az APTI értékek alapján. Összességében a vizsgált biokémiai paraméterek alapján számolt APTI, a leveleken megülepedett pormennyiség, valamint a falevelek elemösszetétele alkalmas a légszennyezettség mértékének becslésére.
Results in English
Our results demonstrated that leaves are useful indicators to assess dust deposition similar to the dust trap. At the same time, our results also indicated that the dust washing is continuous from leaves by rain, and the dust deposition on the surface of leaves is limited because of the capacity of tree leaves. We demonstrated that the tolerance of tree species is higher in industrial areas and in cities with high pollution levels than in the control areas. We found a strong positive correlation between the APTI values and the size of cities. The cities showed a separation along the first principal component, which was also correlated with the APTI values and the size of cities. Our results show that the APTI is an efficient tool in air pollution monitoring, and in decision making during urban development and urban greening. We demonstrated that monitoring the amount of deposited dust on the surface of urban tree leaves can be an especially useful and effective method for monitoring urban air quality. Both C. occidentalis and T. europaea are categorized as sensitive based on their average APTI values. We demonstrated that Betula pendula, Fraxinus excelsior, Acer platanoides and Robinia pseudoacacia are also categorized as sensitive, while the Platanus × acerifolia is moderately tolerant, while the Acer saccharinum is tolerant based on their average APTI values.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=126481
Decision
Yes





 

List of publications

  
Molnár VA, Tóthmérész B, Szabó Sz, Simon E: Urban tree leaves’ chlorophyll-a content as a proxy of urbanization, AIR QUAL ATMOS HLTH &: Paper 10.1007/s11869-018-0573-5., 2018
Simon E, Molnár VÉ, Tóthmérész B, Szabó Sz: Ecological assessment of particulate material (PM5 and PM10) in urban habitats, Atmosphere, 11, 559, 2020
Molnár VÉ, Simon E, Ninsawat S, Tóthmérész B, Szabó, Sz: Pollution assessment based on element concentration of tree leaves and topsoil in Ayutthaya Province, Thailand., International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(14): 5165., 2020
Molnár VÉ, Tőzsér D, Szabó Sz, Tóthmérész B, Simon E: Use of leaves as bioindicator to assess air pollution based on composite proxy measure (APTI), dust amount and elemental concentration of metals, Plants, 9(12), 1743, 2020
Molnár VÉ, Simon E, Szabó Sz: Species-level classification of urban trees from WorldView-2 imagery in Debrecen, Hungary: an effective tool for planning a comprehensive green network to reduce dust pol, European Journal of Geography, 11(2):33-46, 2020
Molnár V É, Simon E, Ninsawat S, Tóthmérész B, Szabó Sz: Pollution assessment based on element concentration of tree leaves and topsoil in Ayutthaya Province, Thailand, INTERNATIONAL JOURNAL OF ENVIRONMENTAL RESEARCH AND PUBLIC HEALTH 17: (14) 5165, 2020
Molnár Vanda Éva, Simon Edina, Szabó Szilárd: Species-level classification of urban trees from WorldView-2 imagery in Debrecen, Hungary: an effective tool for planning a comprehensive green network to reduce dust pollution, EUROPEAN JOURNAL OF GEOGRAPHY 11: (2) pp. 33-46., 2020
Molnár Vanda Éva, Simon Edina, Tóthmérész Béla, Ninsawat Sarawut, Szabó Szilárd: Air pollution induced vegetation stress – The Air Pollution Tolerance Index as a quick tool for city health evaluation, ECOLOGICAL INDICATORS 113: 106234, 2020
Simon E, Molnár VÉ, Tóthmérész B, Szabó Sz: Ecological assessment of particulate material (PM5 and PM10) in urban habitats, Atmosphere, 2020
Molnár VÉ, Simon E, Ninsawat S, Tóthmérész B, Szabó, Sz: Pollution assessment based on element concentration of tree leaves and topsoil in Ayutthaya Province, Thailand., International Journal of Environmental Research and Public Health, 2020
Molnár VÉ, Tőzsér D, Szabó Sz, Tóthmérész B, Simon E: Use of leaves as bioindicator to assess air pollution based on composite proxy measure (APTI), dust amount and elemental concentration of metals, Plants, 2020
Molnár VÉ, Simon E, Szabó Sz: Species-level classification of urban trees from WorldView-2 imagery in Debrecen, Hungary: an effective tool for planning a comprehensive green network to reduce dust pol, European Journal of Geography, 2020
Molnár VÉ, Tóthmérész B, Szabó Sz, Simon E: Fafajok pormegkötésének és légszennyezettségi tolerancia indexének meghatározása, ISBN 978-963-89452-9-7, 2018
Simon E, Molnár V, Szabó Sz, Tőzsér D, Tóthmérész B: A por, mint légszennyező becslésének tesztelése: porcsapda vs. falevél portartalma, ISBN 978-615-81449-0-2, 2019
Molnár VÉ, Simon E, Szabó Zs. Abriha D, Szabó Sz: Fajszintű képosztályozás WorldView 2 felvételen, https://geoiq.hu/2019/11/05/feny-ter-kep-program/, 2019
Molnár VÉ, Simon E, Tóthmérész B, Ninsawat S, Szabó Sz: Air pollution induced vegetation stress - the Air Pollution Tolerance Index as a quick tool for city health evaluation, under review in the Ecological Indicators, 2019
Molnár Vanda Éva, Simon Edina, Szabó Loránd, Szabó Szilárd: Species level classification of urban trees from multispectral imagery, In: Hidden Geographies, University of Ljubljana, Department of Geography (2019) pp. 13-14., 2019
Molnár Vanda Éva, Simon Edina, Szabó Szilárd: Fafajok osztályozása multispektrális felvételek alapján debreceni mintaterületen, In: Molnár, Vanda Éva (szerk.) Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában X.: Theory meets practice in GIS, Debreceni Egyetemi Kiadó (2019) pp. 201-204., 2019
Tőzsér Dávid, Tóthmérész Béla, Harangi Sándor, Baranyai Edina, Lakatos Gyula, Fülöp Zoltán, Simon Edina: Remediation potential of early successional pioneer species Chenopodium album and Tripleurospermum inodorum, NATURE CONSERVATION-BULGARIA 36: pp. 47-69., 2019
Molnár Vanda Éva, Szabó Szilárd, Simon Edina: Fajmeghatározás távérzékelt adatokkal egy debreceni park példáján, In: Molnár, Vanda (szerk.) Az elmélet és a gyakorlat találkozása a térinformatikában IX., Debreceni Egyetemi Kiadó (2018) p. 241., 2018
Molnár Vanda Éva, Tóthmérész Béla, Szabó Szilárd, Simon Edina: Városi légszennyezettség becslése fafajok tolerancia indexe (APTI) alapján, , 2018
Molnár VÉ, Tóthmérész B, Szabó Sz, Simon E: Pollution assessment in urban area usinf air pollution tolerance index of tree species, Wessex Institute Conference Book, 2018
Molnár VA, Tóthmérész B, Szabó Sz, Simon E: Urban tree leaves’ chlorophyll-a content as a proxy of urbanization, AIR QUAL ATMOS HLTH &: Paper 10.1007/s11869-018-0573-5. , 2018



Back »