Több szerző vállalkozott a legutóbbi években is az eróziós modellek áttekintésére, csoportosítására (Favis-Mortlock et al., 2001, de Vente és Poesen, 2005). Egyértelműen megállapítják, hogy a modellek térbeli és időbeli felbontása szoros összefüggésben áll. A parcella szintű modellek rövid időléptékkel dolgoznak, és az egy csapadékeseményen belüli fizikai folyamatok leképezésére is vállalkoznak (Torri et al., 1999). A nagyobb tájak, esetleg kontinensek eróziós viszonyait sokkal nagyobb időléptékben egyszerűbb összefüggések alapján lehet becsülni (Kirkby, 2001). Favis-Mortlock et al. (2001) tanulmányukban megállapítják, hogy a fizikai alapon nyugvó, nagy tér-, és időbeli felbontású modelleket valójában az idő és tér skála teljes tartományában alkalmazzák.
Amore et al. (2004) egy fizikai alapon nyugvó és egy empirikus modell összehasonlítása kapcsán (WEPP, USLE) tekintette át a lépték kérdését és irodalmi előzményeit.
Megállapították, hogy a parcellás kísérletek elsősorban a kutatók eszköztárához tartoznak, a táblaszintű vizsgálatok a gazdálkodókat érintik leginkább, a kisvízgyűjtők talajvesztesége a közösségeket érinti, a régiós és országos szintű erózió pedig a döntéshozók érdeklődését váltja ki (Kirkby et al., 1996). A szántóföldekről származó talajveszteséget korábban többen is vizsgálták (Evans, 1993; Boardman and Favis-Mortlock, 1993). Egyértelműen kimutatták, hogy a táblaszinten számított átlagos erózió jóval kisebb, mint a parcella szinten számított, ami aláhúzza a lépték kérdésének a fontosságát.
Le Bissonais et al. (1998) úgy becsülte, hogy a 20 és 1 négyzetméteres parcellák talajvesztesége közötti arány 2, míg az 500 és 20 négyzetméteresek között ez az arány 0,5. Az
1 négyzetméteres parcellával alábecsüljük a 20 négyzetméteres erózióját, mert a kisebb nagyon kicsi lefolyási sebesség miatt. Szerintük a kisvízgyűjtők nagyobb heterogenitása miatt nehéz a parcellák talajveszteségi adatainak a nagyobb területre vetítése.
Parsons et al. (2004, 2006) szerint a lehordott talaj mennyisége a parcella hosszával először nő, majd csökken. 2006-os közleményük szerint a legnagyobb talajveszteség 4 és 14 m közötti hosszúságnál volt, a polinom illesztéssel kapott maximumot 7 méternél állapították meg. Ez is alátámasztotta az elméletüket, hogy a nagyobb lejtők és táblák erózióját nem lehet közvetlenül parcellás mérésekből becsüli, más módszert is alkalmazni kell.
Kirkby (2010) az eróziós kutatások helyzetét és jövőjét áttekintő cikkében három irányt lát kirajzolódni:
1. Ahhoz, hogy jobban megismerjük az erodált talaj mozgását a területen, meg kell tudnunk, hogy pontosan hogyan alakulnak adott terület lefolyási viszonyai és lefolyás milyen térbeli és időbeli mintázatot mutat, milyen interakcióknak van alárendelve.
2. Az adott területről lehordott talajmennyiség összefüggésben áll a felszínen lefolyó víz transzport kapacitásával, és ez fontos hajtóereje az eróziónak. E tényező azonban sokkal összetettebb, mint a felszíni lefolyás kérdése. Nincs egyenes arányosság a lefolyás és a talajveszteség között. Számos befolyásoló tényező hat a folyamat során, például a mikro-, és makrodomborzat, az esőcsepp becsapódás és a felszíni elfolyás kölcsönhatása, eliszapolódott, rossz vízvezetésű rétegek foltszerű kialakulása, durva részecskék szállítási kapacitástól való függése, a finom részecskék erodálhatóságtól való függése és a két folyamat interakciója stb.
3. Az erózió tanulmányozása során rendkívül nagy figyelmet kell fordítani a tér és időbeli léptékre, amelyben a jelenséget vizsgáljuk. Többek között figyelembe kell venni a csapadék és a lefolyás tér- és időbeli eloszlását akár egy eseményen belül is. A kisparcellás eróziós mérések csupán egy átlagos eróziós becslést adnak a lefolyás és erózió kapcsolatáról. Ezek az adatok azonban jól használhatók a kisvízgyűjtőkön mért, természetes esők által kiváltott erózió becslésére.
Egyre nyilvánvalóbb, hogy egyes befolyásoló tényezők óriási térbeli variabilitást mutatnak.
Ezek hatása a különböző léptékek esetében szintén nagyon eltérő, illetve ezek hatását nehéz a méréstől eltérő léptékben megbecsülni. Ilyen változók különösen a víznyelőképesség, a kritikus hidraulikus súrlódás értéke és a mikrodomborzat. Nagyobb területek eróziójának a vizsgálata során a vonalas eróziót is figyelembe kell venni, amely jelentős mértékben elválik a lejtőn lejátszódó folyamatoktól, még ha a barázda a lejtőn fut is végig. A két eróziós folyamat egybekapcsolása egyelőre várat magára (Kirkby, 2010). A szerző ezzel kapcsolatban összefoglalta a legutóbbi évek tudományos erőfeszítéseinek az eredményeit. Megállapította, hogy az eróziós esemény során a felszín dinamikus átalakulását egyre több modell próbálja leírni. A lepelszerű felszíni lefolyás vízerekké, barázdákká egyesülése drámai hatással van az erózió mértékére, és ez egy csapadékeseményen belül is változhat. Ezzel párhuzamosan a finom szemcsék erodálhatóság által limitált eróziója, és a durva szemcsék szállítási kapacitás által limitált eróziója, valamint a szélsőséges esetek átmenetei képezik a kutatások fő vonulatát. Egyik legfontosabb feladat a különböző léptékek közötti átmeneteknek, és azok szabályszerűségeinek a megértése. Ennek keretében két részeredményt emelt ki (1) az általános talajveszteségi egyenlet linearitása többé nem tartható, különösen nem a topográfiai tényező esetében, és (2) az eróziós eredményeket minden esetben vagy hosszú távú átlagokhoz, vagy gyakorisági eloszlásokhoz viszonyítva kell közölnünk.
Zhang és munkatársai (2004) áttekintették a környezeti és ezen belül a hidrológiai és eróziós modellek és mérések léptékfüggésének számos aspektusát. Megállapították, hogy a léptéknek öt különböző (jóllehet egymással bizonyos mértékig összefüggő) jelentéstartalma van (Quattrochi, 1992; Blöschl & Sivapalan, 1995). A térképi lépték a térképi távolság és a valós távolság arányát adja meg, ezért a nagy léptékű térképek kis területet, a kis léptékű térképek nagy területet reprezentálnak. A földrajzi lépték a vizsgálat térbeli kiterjedését mutatja meg. A kis földrajzi lépték kis területre, a nagy földrajzi lépték nagy területre vonatkozik. A hatáslépték (jellemző, vagy folyamatlépték) azt mutatja meg, hogy egy vizsgált folyamat mekkora területen (és ezzel összefüggő időbeli hatállyal) hat a környezetben. Ez egyértelműen függ a vizsgált folyamat milyenségétől, ami meghatározza a vizsgált objektum tulajdonságait. Egy folyamat a rá jellemző léptékben vizsgálható a leghatékonyabban és legpontosabban. A mérési lépték (megfigyelési lépték) az a térbeli kiterjedés, amellyel meghatározzuk a vizsgált jelenséget. Ebben a mérettartományban alkalmazzuk a megfigyelésünket, a térbeli és időbeli skála egy meghatározott szakaszán gyűjtjük illetve aggregáljuk az adatainkat azzal a céllal, hogy a vizsgált rendszer variabilitását a lehető
legjobban jellemezni tudjuk. A modellezési lépték (munkalépték) az a mérettartomány, amelyben akár formalizált (egyenletekkel leírt) akár kvalitatív módon a vizsgált jelenség lényegét, valódi tartalmát próbáljuk megragadni. A hidrológiai (és eróziós) modellek jellemző léptékei a parcella szint (méteres nagyságrend), a lejtő szint (100 m), a vízgyűjtő szint (10 km), és a regionális szint (1000 km). Az ezeknek megfelelő időlépték a különálló lefolyási esemény (nap vagy annak töredéke), évszakos váltakozás (éven belüli) és a hosszú távú átlagok (évtized, évszázad). A környezeti modellek négy különböző lépték felfogást minden esetben tartalmaznak: a földrajzi léptéket (a megfigyelés tárgyának kiterjedése), az időbeli léptéket (a hatáslépték egyik aspektusa), a mérési léptéket és a modellezési léptéket. Ahogyan egyértelmű nem-lineáris összefüggés van az oldalhosszúság és a terület, még inkább a térfogat között, ugyanúgy a hidrológiai folyamatok is erősen eltérnek a linearitástól a különböző léptékek esetén: vízfolyás hossza - vízgyűjtő terület - vízhozam (Dodds and Rothman, 2000).
Ez utóbbiból következik, hogy a modellek paraméterei igen erősen függnek a mérési (megfigyelési) léptéktől. Ebből az is következik, hogy a nagyobb mérési lépték paramétereit nem származtathatjuk közvetlenül a kisebb léptékben mért értékek átlagaként. A különböző léptékek összekapcsolása során legtöbbször az a kérdés merül fel, hogyan változik a (mentális vagy formalizált) modellünk attól függően, milyen mérési léptéknél mérjük a paramétereket.
Emiatt sarkalatossá válik az is, hogyan interpolálhatunk a különböző léptékek között, ha a mérési léptékünk adott (Zhang et al., 2004).
Heuvelink (1998), Harvey (2000) és Peterson (2000) kutatásai nyomán fölsorolhatunk néhány alapvető okot, amelyek a lépték problémát okozzák.
1.) Legelső ilyen, hogy a környezeti modellek változói időben és térben rendkívül heterogének (csapadék, hőmérséklet, domborzat, fizikai és kémiai talajtulajdonságok stb.) és azok a folyamatok, amelyekben szerepet játszanak alapvetően nem-lineáris jellegűek. Ez rendkívül megnehezíti, hogy pontszerűen, vagy helyileg mért értékekből nagy területek átlagára következtessünk.
2.) Második ok, hogy az egyes folyamatok egy jellemző léptékben hatnak, és az ebben a léptékben mért jó korrelációk valószínűleg nem lesznek érvényesek más léptékben. Az eltérő léptékekben eltérő folyamatok lesznek dominánsak, tehát ha széles léptéktartományban kívánunk vizsgálódni, többféle folyamatot tekintetbe kell vennünk.
3.) Harmadik ok, hogy a különböző léptékek és folyamatok között visszacsatolás van, tehát azok nem függetlenek egymástól. A kis léptékű és gyors folyamatok korlátait a nagyobb
léptékű lassabb folyamatok jelentik, de az is igaz, hogy a lassabb folyamatok a gyors folyamatok interakciójának eredményeként alakulnak ki. Ez a sokszoros összefonódás arra int bennünket, hogy a léptékváltást is tartalmazó következtetéseinkben mértéktartóak legyünk, a léptékek kiterjesztését csak szűk körben alkalmazzuk.
4.) Újonnan megjelenő tulajdonságok sokkal inkább a kisebb léptékű, gyors folyamatok interakciójából következnek, semmint külső hatásokból. A folyamatok hirtelen más irányt vehetnek, és ennek következtében a korábbi léptékek és az ott jelentkező folyamatok, tulajdonságok jelentéktelenné válhatnak.
5.) Ha a vizsgált rendszerünkben a hatás és a válasz között időbeli eltérés van, a lépték probléma abból is adódhat, hogy nem ismerjük pontosan a folyamat dinamikáját, az időbeliségéből származó kölcsönhatásokat.
A környezeti modellek bemenő adatai vagy pontszerűek (csapadék, hőmérséklet, talajszelvény adatok stb.), vagy egy bizonyos területre vonatkozhatnak (távérzékeléssel kapott adatok). Az adatok megbízhatóságát befolyásolják a szomszédos megfigyelési egységek és a mért adat inhomogenitása is. Egy kellően nagy “pixelre” vonatkozó adat rendszerint valós kisebb objektumok értékeinek a keveréke és nem egyetlen objektumra vonatkozó tényleges érték (Settle and Drake, 1993; Fisher, 1997). Egy kellően nagy hálónak az egységére vonatkozó környezeti változó inkább csak a jellegzetességként fogható fel, nem valódi fizikai jelenéssel bíró értékként. Például, ha egy nagy hálózat egyetlen egységén belül legalább három talajtípus vagy felszínborítási kategória is van, akkor lehetséges, hogy a jellemző (legnagyobb területi arányú) érték a teljes pixelnek kevesebb, mint felére lesz igaz. Az adott példa nyilvánvaló és könnyen átlátható, de valójában minden ilyen típusú adatnál hasonló problémák állnak fenn, akár tudatában vagyunk, akár nem. Illúzió azt gondolni, hogy különböző felbontású raszter adatok a homogén valóságot tükrözik (Fisher, 1997).
Beláttuk, hogy a mérési (megfigyelési) lépték alapvetően befolyásolja a megfigyelt érték variabilitását. Valós körülmények között sok esetben értelmetlen egyetlen átlagos értéket mérni, ha a mérési léptékünk túl kicsi, vagy túl nagy. A mért érték a jellemezni kívánt folyamat hatásléptékének függvénye lesz. Ha a mérési léptékünk és a hatáslépték azonos, vagy közeli, a valóságot jól tükröző mérési eredményt kapunk. Ha a hatásléptéknél sokkal kisebb vagy sokkal nagyobb léptéknél mérünk, értelmetlen adatot kapunk (Blöschl és Sivapalan, 1995). Például, ha távérzékeléssel kapott adatokból a felszínborítást kívánjuk becsülni, akkor kapunk legjobb eredményt, ha kb. a táblanagyságokkal megegyező pixelekre
végzünk becslést. Ha a pixelméret sokkal nagyobb vagy kisebb, az osztályozásunk kevésbé lesz pontos (Curran and Atkinson, 1999).
Az elmúlt években számos tudományos cikk foglalkozott a barázdás erózió témakörével is, mint az eróziós folyamatoknak egy nagyobb léptékben jelentkező, minőségileg más, nagyobb veszélyességű formájával. A vonalas erózió (barázdák, vízmosások) a talajpusztulás felgyorsult formáját jelentik, amelyek a felszíni rétegerózióhoz képest sokszoros talajveszteséggel járhatnak (Meyer et al. 1975, Morgan 2005). A barázdaközökben a csepperózió okozza a talajrészek leválását, a felszíni elfolyás (lepelerózió) végzi a részecskék szállítását, míg a barázdás erózió során a lefolyó víz az erózió kiváltója, és a csepperóziónak gyakorlatilag nincs szerepe (Govers et al. 2007). A barázdás és felszíni erózió annyira eltérő folyamatokkal jellemezhetők, hogy még az általános talajveszteségi egyenlet újabb változata is (RUSLE) tekintettel van erre a topográfiai tényező számítása során (McCool et al. 1997). mennyire fontos az erodált talajmennyiség forrásának a meghatározása. Kimoto et al. (2006) egy négy évig tartó kutatómunka során kimutatta, hogy nagyobb csapadékesemények hatására könnyebben alakulnak ki barázdás eróziós károk és az ezekből származó talajveszteség részaránya nagyobb az összes talajveszteségből, mint kisebb csapadékok esetében. A barázdák vízgyűjtő területének lehatárolásával Rejman és Brodowski (2005) kisparcellás kísérletben elkülönítették a barázdaközökből és a barázdákból származó eróziót, és az utóbbit mintegy kétharmadnyinak találták. Művelés alatt álló vízgyűjtőkről az összes erózió mintegy 44-80 %-a származott a vízmosásos erózióból (Poesen et al., 1996). Kinnel (2009) a barázdás és nem barázdás erózió összehasonlíthatósága érdekében azonos, vagy közel azonos csapadékesemények vizsgálatát javasolja.
Újabban számos publikáció jelent meg a modellezett rendszerek alkotórészei kapcsolatának a fontosságáról, ami alapvetően határozhatja meg pl. egy vízgyűjtő eróziós válaszát (Poesen and Hooke 2000, Wainwright 2006) de szerepet játszhat parcella léptékben is (Dabroux et al 2001, Berger et al 2010). A konnektivitásnak nevezett tulajdonság mértékétől függően nagyon
különböző eróziós választ tapasztalhatunk akár ugyanazon vízgyűjtő, vagy nagyon hasonló vízgyűjtők és azonosnak tekinthető csapadékok esetében is.
Leser et al. (2002) is megállapították, hogy az erózió a tábla bizonyos részein sokkal erősebben jelentkezik, ezért ezeknek az adatoknak az extrapolálása a teljes táblára hibás következtetésekhez vezetne. Az extrapoláció a legtöbb esetben a vízgyűjtő szintű erózió túlbecsülését eredményezi (Poesen et al., 2003).
Boix-Fayos et al. (2007) nagyobb hordalék-koncentrációt mért kisvízgyűjtő szinten (14,24 ha és 1,32 g/l) mint parcella szinten (30 m2 és 0,30 g/l) vagy pontmérésekben (1 m2 és 0,17 g/l).
Bagarello és Ferro (2004) is többféle léptékben végeztek kísérletet (176 m2, 0,16 m2 és 0,04 m2). A parcellán barázdák is kialakultak, míg a pontmérésnek tekinthető mérésekben csak rétegerózió lépett föl. A rétegerózió csak töredéke volt az összes eróziónak, tehát a kisebb lépték extrapolálása csaknem értelmetlen a nagyobb léptékre.
Az eróziós folyamatok erős léptékfüggése miatt egyes szerzők a kis és közepes parcellák helyett a hidrológiai egységek bevezetését javasolták. Ezek azonosnak tekinthetők a geomorfológiai tulajdonságaikat és vízgazdálkodásukat tekintve, így egységes válasz várható tőlük egy csapadékesemény hatására. Ezek a hidrológiai egységek a geo-ökoszisztéma komplex egységét jelenthetik, így a léptékek átváltásának, és a teljes vízgyűjtő reakciója megértésének is hasznos eszközei lehetnek (Cammeraat, 2002). Leser et al. (2002) az eróziós kutatásaikat egy geo-ökoszisztémamodellre építették. A méréseiket többféle léptékben végezték: pontmérések (klíma, csepperózió, felszíni lefolyás, talajlehordás, talaj nedvességtartalma stb.), táblaszintű mérések (hordalékmintázás, drén-kifolyás) és a teljes vizsgálati területre vonatkozó megfigyelések (talajtérkép, talajeróziós károk, geomorfológiai térképezés, felszínborítás, vízgyűjtő vízhozam). Más kutatók szintén végeztek hierarchikus felépítésű vizsgálatokat a lefolyás és erózió vizsgálatára (Bergkamp, 1998, Cammeraat, 2004;
Wilcox et al., 2003). Nagyobb vizsgálati területen belül elhelyezett parcellák segítségével határozták meg a hordalék fő forrását adó és a szedimentációs területeket, meghatározták a geomorfológiai határértékeket, amelyek szerepet játszottak a különböző léptékek esetén.
Hudson (1993) szerint parcellák kialakításánál a következő feltételeket kell figyelembe venni:
minél nagyobb a parcella, annál jobban mutatja a természetes heterogenitást, minél szélesebb a parcella, annál kisebb a határfelületi torzítás, minél hosszabb a parcella, annál nagyobb az
esély a barázdák kialakulására. A kis és közepes parcellák alkalmasak az eredeti (kezdeti) talajelmozdulás becslésére, a nagyobb léptékű mérések pedig a hordalékhozam becslését teszik lehetővé (Stroosnijder, 2005). A szükséges ismétlések száma minden esetben a vizsgált ökoszisztéma variabilitásától függ. Hudson (1993) három parcellát javasolt az eróziós kísérletekhez. Boix-Fayos et al. (2006) szerint az ismétlések számát növelni kell, ha a parcellaméret kisebb. Fontos, hogy miden parcella azonos felszínre kerüljön.