Националната пътна карта за научна инфраструктура 2020 -2027 г. включва основните научни комплекси в страната и съответното им приоритизиране на европейско и национално равнище, съгласно областите на въздействие на ЕСФНИ (енергия, околна среда, здраве и храни, природни и инженерни науки, социални и културни иновации и електронна инфраструктура) и на ИСИС (информа-ционни и комуникационни технологии и информатика; индустрии за здравословен начин на живот и биотехнологии; мехатроника и чисти технологии и нови технологии в креативните и рекреативни индустрии), като инфраструктурите се групират, както следва:
– Международни изследователски инфраструктури;
–  Уникални научни съоръжения;
България в паневропейски изследователски инфраструктурни консорциуми (ERICs);
– Национални научно-иновационни комплекси – проекти с ключово значение за развитието на конкурентоспособността на българската икономика и технологична база;
– Е-инфраструктури. Дигитални, изчислителни и компютърни изследвания (Е-изследвания);

В резултат на извършената оценка и подбор, актуализираната НПКНИ съдържа 51 проекта (23 след актуализацията от 2017 г., 13 нови проекта и 15 Центрове за върхови постижения и Центрове за компетентност, които след влизането в оперативна фаза ще получат подкрепа за последващо устойчиво развитие), които попадат в една или повече от описаните групи. На база оценка на членството и статута на европейските обекти в ЕСФНИ се потвърждава националния
ангажимент към 8 европейски консорциума (CLARIN ERIC, Euro-Argo ERIC, ESS ERIC, Euro-BioImaging ERIC, BBMRI ERIC, SHARE ERIC, EATRIS ERIC, DRIAH ERIC) и участие в 5 партньорства за създаване на консорциуми (ACTRIS, CTA, ELI, EPOS и др.).

1. Социално-икономически контекст
Околната среда е един от ключовите фактори за успешна социално-икономическа дейност. От средата на миналия век все по-ясно е разбирането на широкия обхват на ползите за човека, дефинирани като екосистемни ползи за хората (Pascual et al., 2017) или екосистемни услуги. Те обхващат както традиционните области на интензивно използване на околната среда (земеделие, горско стопанство и рибарство), така и недостатъчно изучените и оценени регулиращи функции на екосистемите (регулиране на микроклимата и водите, пречистване на въздуха, на отпадъчни вещества, защита от стихийни бедствия, улавяне и задържане на атмосферен въглерод и т.н.) и културните функции с решаващо значение за качеството на живот, отдиха и туризма.
Дългосрочните екосистемни изследвания са основен компонент от световните усилия за по-добро разбиране на екосистемите и механизмите, чрез които те предоставят екосистемните услуги на хората. Изследването и устойчивото използване на екосистемите са важен компонент в изпълнението на ангажиментите по Конвенцията за биологично разнообразие (целите от Аичи) и свързаните с нея Цели на хилядолетието за устойчиво развитие – ЦУР (Цели 13, 14 и 15).
Европейските и национални ангажименти, свързани с екосистемните изследвания, произтичат от Общата програма на Европейския съюз за действие за околната среда до 2020 година „Да живеем добре в пределите на нашата планета“ (приета с Решение № 1386/2013/ЕС на Европейския парламент и на Съвета от 20 ноември 2013), Приоритетна цел 1 Опазване, съхранение и увеличаване на природния капитал на Съюза, конкретизирани в Цел 2, Дейност 5 на Стратегия на ЕС за биологичното разнообразие до 2020 г. (приета със Съобщение на комисията до Европейския парламент, до Съвета, до Икономическия и социален комитет и до Комитета на регионите „Нашата застраховка живот, нашият природен капитал: стратегия на ЕС за биологичното разнообразие до 2020 г.“ – COM/2011/0244 окончателен).
Оценката и картирането на екосистемите и екосистемните услуги и oсчетоводяването на природния капитал са логически свързани с дейностите по възстановяване на екосистемите (цел от 15% до 2020 г.) и създаване на зелена инфраструктура съгласно Цел 2 от Стратегията на ЕС за биологично разнообразие до 2020 г. и стратегията за зелена инфраструктура (Екологосъобразна инфраструктура (ЕИ) — увеличаване на природния капитал на Европа, приета със Съобщение на Комисията до Европейския парламент, Съвета, Европейския икономически и социален комитет и Комитета на регионите – COM/2013/0249 final), както и с политически значимата инициатива за устойчиво финансиране. Екосистемният подход заляга и в други европейски норми, напр. Рамкова директива за водите, Рамкова директива морска стратегия, Директива (ЕС) 2016/2284 на Европейския парламент и на Съвета от 14 декември 2016 г. относно намаляването на националните емисии на определени атмосферни замърсители, за изменение на Директива 2003/35/ЕО и за отмяна на Директива 2001/81/ЕО, или би позволил оптималното събиране и повторно използване на данни за докладване по други, по-стари европейски правни документи като Директивата за местообитанията и Директивата за птиците.
Не на последно място, холистичният подход към глобалните предизвикателства все по-често е във фокуса на научните изследвания (Rockström et al., 2009). Разглеждането на екосистемата като „единна система”, съставена от функционално свързани абиотична среда и биотични елементи, позволява системното изучаване на връзките между отделните компоненти на жизнената среда. Особено важно в този контекст е изучаването на въздействието на изменението на климата върху екосистемите и капацитета им да предоставят екосистемни услуги.
2. Научен контекст

2.1 Глобален и европейски научен контекст

Структурата на НИ eLTER се базира на един основполагащ принцип – „Единна система“ и две основополагащи концепции – Динамичният модел за натиск – пулс (Press-Pulse Dynamic model, PPD, Collins et al., 2011) и обратната връзка на макросистемната екология (Macrosystem ecology, MSE, Heffeman et al, 2014). Заедно те обединяват сегашното ни разбиране за земната система и са приложими от локален до континентален мащаб – по този начин спомагат за определяне ролята на НИ eLTER в европейското научноизследователско пространство и стратегическата цел на внедряване на европейските НИ и дейности в контекста на глобалните.
Връзката между концепциите на PPD и MSE представя, от една страна, PPD моделa като хоризонтален компонент без да има пространствено отношение (т.е. може да се прилага във всеки мащаб) и от друга пространствено определената йерархична парадигма на Макросистемната екология като вертикален компонент, включващ взаимодействия както в рамките на един мащаб, така и между различните мащаби. Пресечната точка на двете представлява т.нар. подход „Единна система“ на eLTER за животоподдържащи системи в Антропоцена.

 

Обвързването на двата компонента – пространствено ограничения PPD модел с пространствено вложената йерархична парадигма на макросистемната екология осигурява подходяща рамка за разработване на нови подходи за анализ на данни, които са изключително необходими за справяне с общопризнатите обществени и научни предизвикателства, както и ключови изследователски въпроси.
Принципът „Единна система“ (Müller, 2005, Stoll et al, 2015) описва холистичното виждане на ILTER за необходимостта екосистемата да се разглежда като единно цяло. Той дефинира пет структурни и функционални подсистеми на екосистемата: биоразнообразие, абиотична хетерогенност, баланс на енергията, материята и водата. От този подход произтича анажиментът в рамките на възможностите да се наблюдават и петте подсистеми. Това става чрез дефиниране на стандартни наблюдения в рамките на мрежата eLTER, както и участитео на eLTER в глобалното разработване на набор от основни екосистемни променливи, които са допълняеми и силно синергийни с основните променливи на биоразнообразието (последните са насочени към подсистемата биоразнообразие):

Източник: Haase et al., 2018

Научноизследователската инфраструктура (НИ) на eLTER допринася за постигането на глобални и европейски цели в областта на климата и устойчивото развитие, биологичното разнообразие, социалните и хуманитарни науки. НИ на eLTER е във фаза на разработване и адаптиране на нов, ориентиран към услугите процес на извършване на изследвания, при който оперативните дейности се планират така, че да отговарят на нуждите на потребителите от самото начало чрез използването на опростен дизайн (lean design).
Необходимо е изграждането и подсигуряването на дългосрочните дейности на НИ eLTER, за да може Европа да заеме водеща позиция в областта на екосистемните изследвания в световен мащаб. НИ eLTER има за цел – и ще бъде в позиция след реализирането си, да определя световни стандарти за най- качествени социо- екосистемни изследвания, посредством LTER мрежите, по интегриран начин.
НИ eLTER ще даде възможност на европейското научноизследователско пространство да се справя с мащабни научни изследвания и Големите социални предизвикателства, като позволи задълбоченото разбиране и подобрени предвиждания за това как структурата и функциите на европейските екосистеми и екосистемни услуги ще се развият и адаптират в рамките на глобалните промени, с изменението на климата, земеползването и социалните промени като ключови движещи сили. Понастоящем, нашата научна общност все още не може да отговори на въпроса как европейските екосистеми и техните услуги ще се развиват през следващите десетилетия. Справянето с промените в структурата и функционирането на екосистемите изисква интегриран подход при изучаването им – от подземните части до короната на растителността, в различни мащаби и екосистеми, комбинирайки наблюдение, екосистемни теории и моделиране, който досега липсва. Наблюдението на функционирането и структурата на екосистемите ще бъде осъществено в НИ eLTER чрез интегриране на съществуващия експертен опит в „in- situ“ изследванията, дистанционните методи на наблюдение и дейностите по мониторинг от LTER- Europe, в тясно сътрудничество с други действащи европейски НИ като ICOS и LifeWatch. Така НИ ще достигне пан- европейско равнище. Целта на НИ eLTER, за първи път, е да позволи анализ на сложните взаимодействия и взаимовръзки между различните компоненти на екосистемите в европейските екологични зони.
Въз основа на тези основополагащи принципи eLTER си поствая няки фундаментални изследователски въпроси, които на свой ред поставят основата на приложните изследвания:

Изследователски въпроси, насочени към структурата и процесите в екосистемите
• До каква степен промените в разнообразието на видовете и състава на съобществата се дължат на глобалните изменения и влиянието на нарушенията върху функционалното многообразие и какви са последствията за функционирането на екосистемата?
• Как можем да възстановим деградирани почви, за да подобрим функциите и услугите на почвата?
• Какъв се мащабът на времевите пропуски/ забавяния между промените в биоразнообразието и протичащите процеси в екосистемата?
• Как междувидовите взаимодействия, които са от значение за екосистемните услуги и функциониране (напр. опрашване, хищник- плячка, хранителни мрежи), варират във времето и пространството (биоми, местообитания и т. н.)?
• Как структурата на обществото е свързана с процесите на ландшафтно ниво?

Изследователски въпроси, насочени към въздействието на антропогенните движещи сили върху екосистемите
• Как изменението на климата ще засегне въглеродния цикъл и какви са последствията за предоставянето на екосистемни услуги?
Какво е въздействието на повишените честота и интензивност на екстремните събития върху екосистемите, в сравнение с постепенните дългосрочни промени в условията на средата?
• Как се променят хранителните цикли в дългосрочен план?
• Как ще се променят хидрологията и водния баланс при различните климатични сценарии?
• Какви са основните въздействия на инвазивните водове върху естествените екосистеми и върху обществото и каква е тяхната сила/ степен на въздействие в сравнение с другите движещи сили на глобалната промяна?

Изследователски въпроси относно екосистемните услуги и социално-екологичните системи
• Как биоразнообразието повлиява предоставянето на регулиращи екосистемни услуги?
• Как нарастващото човешко население може да се изхрани по начин, който е екологично устойчив?
• Кои са най- обещаващите възможности пред управлението за адаптация на екосистемите към изменението на климата?
• Предоставят ли се екосистемни услуги от интродуцирани видове, сравними по качество с тези, осигурявани от местната биота/ природа и каква е подходящото обменно средство за оценяване на положителните и отрицателни въздействия?
• Какви аргументи/ доказателства за стойността на екосистемните услуги могат да подобрят управлението на екосистемите, водещо до подобряване на екологичното състояние?

Въпроси, свързани с методи и научноизследователски инфраструктури
• Как можем да откриваме критични прагове/ точки на обратна реакция на екосистемите?
• Като се имат предвид различните методи за мониторинг, как могат да се сравняват промените в биологичното разнообразие в различните обекти/ сайтове и таксономични групи?
• Как можем да намалим несигурностите в прогнозите за изменението на климата, предоставяни от моделите на земната система?
• От каква полза за научните изследвания са текущите технологични разработки и по-специално отворените източници на технологии?
• Как новите технологии с висока оборотност на данните могат да се използват за анализ на връзките между генетичното и функционално разнообразие и процесите в екосистемата?

2.2 Български иновации в екосистемните изследвания

Съгласно класацията на държавите-членки от 2019 г.1, България е сред водещите страни в Европа по практическото прилагане на екосистемния подход, който освен в изпълнение на рамковите директиви за водите и Морска стратегия, фигурира в нормативната уредбата за екосистемни ползи в Закона за горите и е приложен или разработен в редица области, в т.ч. Методологичната рамка за оценка и картиране на състоянието на екосистемите и екосистемните услуги в България (Методологична рамка, 2017), с която бяха картирани около 66% от територията на страната извън НАТУРА 2000, проекта на Стратегия за адаптация към изменението на климата (Световна Банка 2018а, 2018б) и пилотно прилагане при докладването по Директивата за местообитанията през 2019 г. За постигането на този бърз напредък от значение е традицията за използване на подхода „Единна система”, изградена чрез работата на Българската мрежа за дългосрочни екосистемни изследвания. Концептуалният модел в основата на Методологическата рамка може да бъде представен както следва:

Въз основа на този концептуален модел Методологическата рамка разработи единен набор от структурни и функционални индикатори за петте подсистеми на единната система, които са приложени еднотипно в деветте методики за оценка и картиране на екосистемите и позволяват измерване на интегритета им с един индекс (IP индекс), сравним за всички екосистемни типове – от морските до скалните. Тези индикатори могат да се прилагат за различни конкретни цели и съответно да послужат за създаването на национални или детайлни регионални / местни модели и сценарии за състоянието на екосистемите и капацитета им да предоставят екосистемни улуги. Такива модели и сценарии на свой ред биха позволили на обществото и бизнеса да взема информирани решения за разпределението на ресурсите в България.
Една от основните практически задачи пред настоящия проект е създаването на подходяща изследователска инфраструктура, която да позволи надграждането на тези резултати до създаване на приложни научни продукти за конкретни групи заинтересовани страни, в т.ч. представители на централните и общински администрации, бизнеса и широката общественост. В момента LTER-BG не разполага с необходимото оборудване и съответно не събира данни за функционалните параметри на екосистемите – енергийния и воден баланс, баланса на важни елементи като въглерода. Изпълнението на проекта ще позволи да се създадат необходимите връзки между обществените потребности и фундаменталните и приложни изследвания чрез следния процес:

(фигурата е адаптирана от Wong et al., 2015)

Конкретно, изпълнението на проекта ще позволи на мрежата да започне изготвянето на националния въглероден баланс и да следи за някои ключови регулиращи услуги (първата такава услуга е опрашването, следващите ще бъдат определни чрез планове за научни продукти, които ще бъдат разработени по проекта с участието на администрациите, бизнеса и обществото). При решаването на тези задачи наред с общодостъпни данни като сателитните продукти на Коперник и данните от европейската и българската агенции за околната среда, ще се използват научните ресурси и данните на еLTER мрежата и текущите й разработки на европейско ниво за континентални информационно-аналитични продукти за биоразнообразието и баланса на ключови елементи.

3. Европейска мрежа за дългосрочни екологични изследвания eLTER и българските участници в нея – LTER-BG

3.1 eLTER – цели, задачи, развитие

eLTER мрежа за дългосрочни екосистеми изследвания (LTER) в Европа. Нейните членове представляват национални мрежи от LTER сайтове. eLTER е включена в Европейската пътна карта на ESFRI от 2018.
От стартирането си през 2003 г., eLTER допринася за развитието на информационната политика, базирана на знание и управленските възможности, в отговор на предизвикателствата, произтичащи от глобалните промени. Тя се стреми към по- доброто интегриране на традиционните естествени/ природни науки и холистичните подходи за екосистемни изследвания, които включват проучвания свързани с човешкия компонент. Мрежата е силно обвързана с разработването на концепцията за интердисциплинарни дългосрочни социално- екологични изследвания (LTSER).
eLTER е европейското регионално подразделение на ILTER (the International Long-Term Ecological Research2), Международната мрежа за дългосрочни екосистемни изследвания:
Европейските LTER мрежи са членове на ILTER. LTER- Европа спомага за координирането на дейностите на ILTER в Европа и представлява европейските интереси в международната мрежа. Съществуват 24 европейски национални мрежи, членове на ILTER от общо 44 (към октомври 2017).
Ключов елемент в LTER е необходимостта от дългосрочно управление на данни и информация. Поради това, че дейностите в LTER са дългосрочно планирани, особено внимание се обръща на извършването по съвместно възприети методи на събиране на данни, по общ списък на наблюдавани индикатори и параметри, управлението на данни, съхраняването на проби, местоположението на пробните площи и т.н. Конкретно, управлението на данни е важна част от LTER общността и съответно има съществена дейност за подобряване на дългосрочното управление на данни, споделянето и осигуряването на достъп до тях.
Данните и метаданните се управляват от различните сайтове и платформи и поради факта, че съществуват много и различни собственици на данни, системи за съхранение и файловите формати, използването на тези данни по различен начин, често поражда технически и законови

Европейските LTER мрежи са членове на ILTER. LTER- Европа спомага за координирането на дейностите на ILTER в Европа и представлява европейските интереси в международната мрежа. Съществуват 24 европейски национални мрежи, членове на ILTER от общо 44 (към октомври 2017).
Ключов елемент в LTER е необходимостта от дългосрочно управление на данни и информация. Поради това, че дейностите в LTER са дългосрочно планирани, особено внимание се обръща на извършването по съвместно възприети методи на събиране на данни, по общ списък на наблюдавани индикатори и параметри, управлението на данни, съхраняването на проби, местоположението на пробните площи и т.н. Конкретно, управлението на данни е важна част от LTER общността и съответно има съществена дейност за подобряване на дългосрочното управление на данни, споделянето и осигуряването на достъп до тях.
Данните и метаданните се управляват от различните сайтове и платформи и поради факта, че съществуват много и различни собственици на данни, системи за съхранение и файловите формати, използването на тези данни по различен начин, често поражда технически и законови проблеми. Данните се споделят чрез Система за управление на динамична екологична информация и регистър на данни (DEIMS-SDR, Dynamic Ecological Information Management System Site and Dataset Registry), която се ръководи от ILTER, US LTER и eLTER. DEIMS-SDR осигурява обширни метаданни за LTER сайтове, LTSER платформи, набор от данни и персонал. Тя представлява централно хранилище за много информация, свързана с LTER.

Политиките на eLTER може да се обобщят така:

Дългосрочната мисия на LTER- Европа е:
● Да проследи и разбере ефектите от глобалните, регионалните и локални промени в социално- екологичните системи и тяхната взаимовръзка с околната среда и обществото;
● Да отправи препоръки и окаже подкрепа за решаването на настоящите и бъдещи екологични проблеми.

Основните цели пред eLTER са:
● Да определи основните движещи сили на промени в екосистемите в европейските екологични и икономически градиенти;
● Да разкрие връзките между тези движещи сили, отговорите и предизвикателствата пред развитието, в рамките на дневния ред свързан с общи изследвания, отнасящи се към общоприети параметри и методи;

еLTER работи за постигане на целите си чрез осигуряване на рамка за проектно развитие, концептуална работа, образование, обмяна на опит, комуникация и институционална интеграция. За да създаде възможност за включване на площадки с различна степен на материална обезпеченост, eLTER има класификация на площадките в зависимост от извършваните от тях изследвания: