A herbáriumok rejtett föld alatti titka: cikkünk a préselt növények gyökerezési mélységéről

A növények gyökerezési mélysége alapvető funkcionális tulajdonság: meghatározza, hogy egy faj a talaj mely rétegeiből képes vizet és tápanyagokat felvenni, mennyire viseli el a szárazságot, hogyan verseng más növényekkel, és milyen szerepet játszik a talaj szervesanyag-forgalmában vagy az erózió mérséklésében. Ennek ellenére a gyökérzet tulajdonságairól jóval kevesebb, nehezebben összehasonlítható adat áll rendelkezésünkre, mint a levelekről, a hajtásokról vagy a növénymagasságról. Vizsgálatunkban azt a kérdést tettük fel, hogy a herbáriumi lapokon gyökérrel együtt megőrzött növénypéldányokból nyerhető gyökerezésimélység-adatok elég valósághűek-e ökológiai kutatásokhoz, és mennyire állják meg a helyüket a terepi mérések, illetve a nagy, globális tulajdonság-adatbázisok mellett.

A herbáriumok hagyományosan elsősorban rendszertani, növényföldrajzi és történeti kutatások alapját jelentik, de az utóbbi évtizedekben egyre világosabbá vált, hogy a gyűjtemények a növények funkcionális tulajdonságairól is sok információt őriznek. A gyökerek ebből a szempontból különösen érdekesek, mert bár sok lágyszárú növényt gyökérrel együtt gyűjtöttek, ezeket a részeket alig használták számszerű ökológiai vizsgálatokban. A globális adatbázisok, köztük a TRY, hatalmas mennyiségű információt egyesítenek, de az adatok eredete, mérési módszere, földrajzi háttere és pontossága erősen eltérhet. Ezért nem magától értetődő, hogy egy nagy adatbázisból származó érték mindig közelebb áll a valósághoz, mint egy gondosan megmért herbáriumi példány adata.

A vizsgálathoz három forrásból gyűjtöttünk maximális gyökerezési mélységre vonatkozó adatokat. Száz lágyszárú edényes növényfajt vontunk be a modellek felépítéséhez, további húsz fajt pedig független tesztadatként használtunk. Arra törekedtünk, hogy az egyéves és évelő, az egyszikű és kétszikű, valamint a különböző termetű fajok lehetőleg kiegyensúlyozottan szerepeljenek. A Debreceni Egyetem és a Magyar Természettudományi Múzeum herbáriumaiban először digitális felvételeken kerestük meg a gyökérrel együtt préselt példányokat, majd az eredeti lapokon ellenőriztük a gyökérzet épségét. Csak azokat az egyedeket mértük meg, amelyeknél a gyökérzet teljesnek és természetes elrendezésűnek látszott. A mérés során a talajfelszínnek megfelelő hajtásalaptól a legmélyebb gyökércsúcsig terjedő függőleges távolságot vettük fel. A hiányos, sérült vagy rendellenesen elhelyezett gyökérzetű példányokat kizártuk (1. ábra).

1. ábra. Ép (A, B), illetve hiányos gyökérzetű (C, D) herbáriumi példányok. Az ép karógyökerek (A, C) és bojtos gyökérzetek (B) teljes hosszát egyedi gyökerezési mélységként mértük; a hiányos vagy rendellenesen elrendezett gyökérzetű példányokat kizártuk az elemzésből.

A herbáriumi anyag 1836 és 2023 között gyűjtött, döntően közép-európai példányokból állt. Ugyanezekhez a fajokhoz 2022 és 2024 között magyarországi természetes állományokban terepi adatokat is gyűjtöttünk. A kifejlett egyedek teljes gyökérzetét kézi ásással tártuk fel; a fél méternél mélyebbre hatoló gyökereket talajszelvények falán vizsgáltuk. Olyan helyszíneket választottunk, ahol a gyökerek lefelé terjedését nem korlátozta szikla, tömör réteg vagy más fizikai akadály. A terepi méréseket tekintettük a legvalósághűbb összehasonlítási alapnak. Harmadik forrásként a TRY adatbázis azonos fajokra vonatkozó rekordjait használtuk, függetlenül attól, hogy azok közvetlen mérésből vagy becslésből, ásásból, fúrásból, szelvényfal-vizsgálatból vagy más módszerből származtak.

A három adatforrás fajonkénti átlagait összevetettük, majd megvizsgáltuk, hogy az életforma, a rendszertani helyzet és az átlagos növénymagasság mennyire magyarázza a gyökerezési mélység különbségeit. Külön modelleket építettünk a terepi, herbáriumi és TRY-adatokra, majd azt is teszteltük, mennyivel javul a terepi gyökerezési mélység becslése, ha a modellhez herbáriumi vagy TRY-értéket adunk. A száz fajon felépített modelleket további húsz fajon ellenőriztük. A fajokat sekély, közepes és mély gyökerű csoportokba is soroltuk, hogy ne csak a centiméterben kifejezett becslések, hanem az ökológiailag könnyen értelmezhető kategóriák pontosságát is értékeljük.

Eredményeink szerint mindhárom adatforrás között volt statisztikailag kimutatható kapcsolat, de a kapcsolat erőssége jelentősen különbözött. A herbáriumi és terepi adatok korrelációja erős volt, a Pearson-féle korrelációs együttható 0,66-nak adódott. Ezzel szemben a TRY-adatok és a terepi mérések kapcsolata csak 0,40, a TRY és a herbáriumi adatoké pedig 0,26 volt. Vagyis a gondosan kiválasztott és megmért herbáriumi példányok jóval következetesebben tükrözték a természetben tapasztalt fajok közötti különbségeket, mint a sokféle eredetű globális rekordok.

Az életforma, a növénymagasság és részben a rendszertani hovatartozás a terepi és herbáriumi adatok esetében egyaránt érdemi magyarázó tényezőnek bizonyult. Az évelő fajok általában mélyebbre gyökereztek az egyéveseknél, a magasabb fajok pedig rendszerint nagyobb gyökerezési mélységet mutattak. A herbáriumi adatokban az egyszikűek és kétszikűek közötti különbség is jól érzékelhető volt. A TRY-adatok változatosságát viszont ezek közül lényegében csak a növénymagasság magyarázta, és a modell jóval gyengébben teljesített. Ez arra utal, hogy a globális adatbázis rekordjaiban a biológiai mintázatot részben elfedi a mérési és becslési módszerek keveredése.

A terepi gyökerezési mélység becslését a herbáriumi érték hozzáadása látványosan javította. A herbáriumi adatot, az életformát, a rendszertani csoportot és a növénymagasságot együttesen használó modell a terepi értékek változatosságának mintegy felét magyarázta. A TRY-adatot tartalmazó megfelelő modell ennél gyengébb volt. A független, húszfajos tesztben a herbáriumi modell különösen jól vizsgázott: a becsült és a terepen mért értékek közötti korreláció 0,74 volt, a becslési hiba pedig alacsonynak bizonyult. A sekély, közepes és mély gyökerű kategóriák elkülönítésében a herbáriumi adatot használó legjobb modell a fajok 82 százalékát sorolta helyesen, míg a TRY-alapú megoldás 71 százalékos pontosságot ért el.

A herbáriumi mérések átlagosan kisebb gyökerezési mélységet adtak, mint a terepi feltárások. Ez nem meglepő: a növényi szövetek száradáskor összezsugorodhatnak, a legfinomabb gyökérvégek a gyűjtés vagy a tárolás során letörhetnek, és a gyűjtő sem feltétlenül ásta ki az egész gyökérzetet. A nagyméretű növényekből ráadásul gyakran kisebb, a herbáriumi lapra jobban ráférő egyedeket választanak. Fontos eredményünk azonban, hogy ez az eltérés nem teszi használhatatlanná a herbáriumi adatokat: a rendszeres alulbecslés statisztikai korrekcióval kezelhető. Olyan egyenletet dolgoztunk ki, amely a herbáriumi gyökérhossz, a faj magassága, életformája és rendszertani csoportja alapján reális átlagos maximális gyökerezési mélységet becsül.

A különböző források eloszlásának összevetése azt is megmutatta, hogy a TRY-adatok több csoportban rendkívül szórtak, és olykor biológiailag nehezen hihető szélsőértékeket tartalmaznak (3. ábra). Egyes kis termetű egyéves fajokhoz például egy métert meghaladó gyökerezési mélységet rendeltek, ami több mint tízszerese volt a terepen mért értéknek. Az ilyen eltérések valószínűleg nem magyarázhatók pusztán élőhelyi vagy fajon belüli változatossággal. A nagy adatbázisok használatakor ezért mindig ellenőriznünk kell az adatok eredetét, módszertanát és hihetőségét.

3. ábra. A különböző forrásokból származó gyökerezési mélységadatok összehasonlítása (n = 100). A becsült értékeket olyan modellekkel számítottuk, amelyekben az 1b modell a herbáriumi, az 1c modell pedig a TRY-adatokat tartalmazta.

Következtetésünk szerint a herbáriumok a gyökér-funkcionális tulajdonságok eddig alig használt, de rendkívül értékes forrásai. A szárazon őrzött példányok mérése gyorsabb és olcsóbb lehet, mint nagyszámú faj ismételt terepi kiásása, és jóval kisebb környezeti terheléssel jár. Ritka vagy védett fajok esetében külön előny, hogy elkerülhető a természetes állományok roncsoló mintavétele. A gyűjtemények földrajzilag és időben is széles skálát fednek le, ezért alkalmasak lehetnek annak vizsgálatára is, hogy a gyökértulajdonságok hogyan változtak térben vagy az elmúlt évszázadok során.

A módszer korlátait ugyanakkor világosan kell látni. Teljes gyökérzet leginkább kisebb és közepes termetű lágyszárú fajoknál marad meg, ezért a fás növények, valamint a nagyon mélyre gyökerező fajok vizsgálatára a herbárium kevésbé alkalmas. A gyűjtési és preparálási torzításokat minden elemzésben figyelembe kell venni, és a példányok épségét egyedileg ellenőrizni szükséges. Mindezek mellett eredményeink azt mutatják, hogy a megfelelően válogatott, ellenőrzött és korrigált herbáriumi adatok nem csupán szükségmegoldást jelentenek: bizonyos esetekben megbízhatóbbak lehetnek, mint a nagy, de módszertanilag heterogén globális adatbázisok.

A kutatás tágabb üzenete, hogy a természettudományi gyűjtemények nem passzív raktárak, hanem új kérdésekkel újra és újra megszólaltatható tudományos infrastruktúrák. A herbáriumi lapokon nemcsak fajnevek és lelőhelyadatok őrződnek meg, hanem a növények alakjára, méretére, életmódjára és környezethez való alkalmazkodására vonatkozó mérhető bizonyítékok is. Ahhoz azonban, hogy ez az információ hosszú távon hozzáférhető maradjon, elengedhetetlen a gyűjtemények szakszerű fenntartása, digitalizálása, fejlesztése és a kurátorok bevonása a kutatásokba.

Hivatkozás

Takács A., Molnár V. A., E-Vojtkó A. & Nagy J. (2025): Estimating Rooting Depth From Herbarium Specimens Might Be More Accurate Than Using Large Trait Databases. – Ecology and Evolution 15: e71529; https://doi.org/10.1002/ece3.71529