Voda má v prírode a pre život človeka nenahraditeľný význam a je jednou zo základných podmienok poľnohospodárskej produkcie, spolu s pôdou, teplom, svetlom a živinami. V našich podmienkach je najvýznamnejším zdrojom vody pre poľnohospodárske plochy stále zrážková voda. Hoci je oblasť strednej Európy z hľadiska klimatických podmienok charakteristická pomerne rovnomerným rozložením zrážok počas celého roka, čoraz častejšie sa vyskytujú významné rozdiely v ročnom chode množstva a dostupnosti vody pre rastliny. Rovnako aj obdobia viac alebo menej významného sucha, ktoré sa vyskytujú počas vegetačnej sezóny, už nie sú ničím výnimočným.
Momentálny obsah vody v pôde predstavuje vlhkosť pôdy, ktorá sa vyjadruje v percentách k hmotnosti alebo objemu suchej zeminy. Jej priestorová, ako aj časová variabilita je značne heterogénna. Pre poľnohospodárov je poznanie priestorovej variability vlhkosti pôdy kľúčové, pretože im umožní identifikovať lokality s potrebou dodatočných závlah v prípade výskytu suchšieho obdobia a prispôsobiť zavlažovanie konkrétnemu stavu daných lokalít.
Bilancia Vody v Pôde
Na odbornom seminári "Voda v pôde / potreba a dostupnosť vody rastlinám / hospodárenie s vodou v pôde", ktorý sa konal v obci Dvory nad Žitavou, bola hlavnou myšlienkou téma sucha a bilancia vody v pôde. Prof. Ing. Vladimír Rataj PhD. uviedol, že zrážky na našom území môžu byť intenzívne, sú však veľmi lokálne rozdeľované, čo vedie k fenoménu sucha. Vstup vody do pôdy môže byť vo forme zrážok, rosy, kondenzovanej vody, spodnej vody a prípadne aj závlah. Výstupmi z pôdy sú naopak odtok (povrchový alebo podzemný), evaporácia a evapotranspirácia.
- Evaporácia je prirodzené vzlínanie vlhkosti cez štruktúru pôdy a odpar do ovzdušia.
- Evapotranspirácia je odovzdávanie a odparovanie vody do ovzdušia cez pletivá rastlín.
Sčítaním vstupov a výstupov sa vytvára bilancia, ktorá v závislosti od týchto faktorov môže byť v rovnovážnom alebo nerovnovážnom stave. Znalosť pôdnej vlhkosti v povrchovej a koreňovej zóne je rozhodujúca pre dosiahnutie udržateľného využívania krajiny a hospodárenia s vodou.
Metódy Merania Vlhkosti Pôdy
Vlhkosť pôdy sa dá merať jednoduchšími aj zložitejšími spôsobmi. Medzi najpresnejšie metódy patrí gravimetrické meranie vlhkosti pôdy. Pri tejto metóde sa odoberú pôdne vzorky v určitých horizontoch pôdy, následne sa v laboratóriu vážia. Po prvom vážení sa vzorky vysušia a nasleduje ďalšie váženie vysušenej vzorky. Rozdiely sa prepočítajú a takto sa zistí hmotnostná vlhkosť pôdy.
Okrem gravimetrickej metódy je možné vlhkosť v pôde merať aj rôznymi prístrojmi, ktoré využívajú napríklad odlišnú elektrickú impedanciu pôdy v závislosti od jej vlhkosti.
Diaľkový Prieskum Zeme (DPZ) a Satelitné Merania
V súčasnosti sa vyhľadávaným zdrojom údajov o krajine javí aplikácia progresívnych metód diaľkového prieskumu Zeme (DPZ). DPZ je vedecká disciplína a zároveň technológia, ktorá sa primárne zaoberá získavaním informácií o javoch alebo objektoch na zemskom povrchu bez nutnosti priameho kontaktu s nimi. Snímanie prebieha z lietadiel, bezpilotných leteckých systémov (UAV) či z družíc a satelitov, pričom kvalita výsledných snímok dosiahla rozlíšenie až niekoľkých centimetrov.
Využiteľnosť metód DPZ stúpa aj vo vzťahu k štúdiu pôdneho krytu, a to najmä v oblastiach poľnohospodárstva a ochrany pôdy. Satelitné systémy, ako napríklad európsky satelit SENTINEL 2 alebo satelit SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) Európskej vesmírnej agentúry (ESA) vyslaný v roku 2009, sú zamerané na globálne pozorovanie pôdnej vlhkosti a slanosti oceánov.
Multispektrálne Snímanie a UAV
Stanovovanie vlhkosti pôdy nástrojmi DPZ často využíva metódu multispektrálneho snímkovania, pri ktorej je elektromagnetické (EMG) žiarenie odrazené od Zeme snímané súčasne vo viacerých spektrálnych pásmach. Pôvodne boli multispektrálne snímky výlučne záležitosťou satelitných systémov, no modernizáciou sa multispektrálne kamery zmenšili a sú dnes často využívané pri snímaní pomocou bezpilotných leteckých zariadení (UAV/drony). Drony sú výhodné vďaka možnosti lietať v rozličných výškach a flexibilite v type senzorov, čo umožňuje získavať rôzne typy dát.
Charakteristiky Pôdy a Hydrolimity
Pôdna vlhkosť spolu s charakteristikami pôdy a vegetácie, hrá dôležitú úlohu pri výmene vody a energie medzi povrchom pôdy a atmosférou. To, ako pôda odráža elektromagnetické žiarenie, závisí od interakcie žiarenia s jej jednotlivými zložkami. Pôdna vlhkosť je výrazne prepojená s pôdnou zrnitosťou a znižuje pôdnu odrazivosť. Pôdy s vyšším obsahom piesočnatých častíc majú zvyčajne nízke hodnoty pôdnej vlhkosti a relatívne vysokú odrazivosť, naopak ílovité pôdy majú hodnoty odrazivosti nízke.
Po nameraní a vyhodnotení hodnôt vlhkosti pôdy je potrebné ich interpretovať v kontexte potrieb rastlín. Kľúčovými poznatkami sú hydrolimity, ktoré predstavujú hodnoty, ktoré korešpondujú s tým, či je rastlina schopná danú vlhkosť z pôdy absorbovať a zúžitkovať svojím koreňovým systémom. Avšak len v určitom type pôdy dokážu rastliny túto vodu aj naplno využiť.
Dôležité pôdne vlastnosti v kontexte vodného režimu zahŕňajú:
- Voda v pôre a kapilárach: Všetka voda, ktorá sa dostala pod povrch zeme, môže byť stojatá alebo tečúca v závislosti od priepustnosti prostredia.
- Pórovitosť: Celkový objem priestoru v pôde, ktorý môže byť vyplnený vodou alebo vzduchom.
- Pôdne agregáty: Štruktúrne zoskupenia pôdnych častíc, ktoré ovplyvňujú vodostálosť a priepustnosť.
- Zrnitosť: Pomer a veľkosť pôdnych častíc (piesok, hlina, íl), ktorá výrazne ovplyvňuje schopnosť pôdy viazať vodu a jej odrazivosť.
- Vodná kapacita: Kategória vo fyzike pôdy, ktorá je súčasťou hydrolimitov a opisuje maximálne množstvo vody, ktoré pôda dokáže zadržať.
- Priepustnosť pôd: Schopnosť pôd prepúšťať vodu.
Výskum a Aplikácie Monitoringu Pôdnej Vlhkosti
Výskum pracovníkov Ústavu hydrológie SAV, v spolupráci s Inštitútom agrofyziky Poľskej akadémie vied, sa zameriava na problematiku klimatickej zmeny v súvislosti s hodnotením zásob vody v pôde, získaných z pozemných a satelitných meraní. Projekt skúma možnosti použitia satelitných snímok z misie SMOS na určovanie vlhkosti pôdy na poľnohospodársky využívaných lokalitách.
Metodika Štúdie a Zistenia
Mapovanie vlhkosti pôdy bolo uskutočnené na poľnohospodárskej lokalite v katastrálnom území obce Janovce. Pre snímanie areálu boli použité drony UAV DJI Phantom 4 Pro (pre viditeľné spektrum) a UAV DJI Matrice 200 s kamerou Parrot Sequoia (pre multispektrálne snímky). Získané snímky boli spracované metódou SfM (Structure from Motion) a PCA analýzou na identifikáciu homogénnych plôch. Na polohové zameranie 50 odberových miest pôdnych vzoriek bolo použité RTK GNSS zariadenie Topcon HiPerHR. Vzorky boli odobraté z hĺbky 30 cm a analyzované gravimetrickou metódou.
Analýza multispektrálnych snímok bola založená na analýze úrovní odrazivosti elektromagnetického žiarenia. Zistilo sa, že prvotné analýzy s priestorovým rozlíšením 3 cm vykazovali nulové korelácie s pôdnou vlhkosťou. Až analýzy prevzorkovaných snímok s rozlíšením 1 meter ukázali najvyššie hodnoty závislostí. Pôdna vlhkosť mala najvyššie spektrálne závislosti v blízkom infračervenom spektre (korelačný koeficient 0,396), čo potvrdzuje všeobecnú tendenciu, že odrazivosť pôdy je nižšia vo viditeľnej časti spektra a rastie s vlnovou dĺžkou až k blízkeho infračervenému pásmu.
Štatistické vyhodnocovanie zahŕňalo lineárne regresné a korelačné analýzy. Na základe týchto analýz boli prepočítané hodnoty pôdnej vlhkosti pre každý pixel rastra a vizualizované v podobe mapy distribúcie pôdnej vlhkosti.
Vizuálne znázornenie vlhkostného režimu pôdy jasne ukázalo tendenciu zvyšovania hodnôt pôdnej vlhkosti v smere sklonu svahu. Relatívne vysoké hodnoty sa objavili v pásoch pravdepodobného stekania dažďovej vody, teda aj dráhy vodnej erózie.
Validácia údajov získaných regresnou funkciou porovnávala numerické údaje o odrazivosti z odberových miest s manuálnymi laboratórnymi analýzami pôdnych vzoriek. Výsledky ukázali mierny stupeň korelácie (korelačný koeficient 0,456) a priemerné hodnoty pôdnych vlastností z oboch analýz sa líšili len o 0,936 %.
Potenciál a Výzvy
Projekt úspešne "nakalibroval" satelitné snímky, čo umožní ich použitie v budúcnosti aj bez rozsiahlych pozemných meraní. Dáta zo satelitných snímok, ktoré sú voľne prístupné, tak môžu nahradiť časovo a finančne náročné pozemné merania. Pravidelné monitorovanie vlhkosti pôdy môže výrazne napomôcť farmárom pri manažmente agrotechnických opatrení a aplikovaní závlahových dávok. Dlhodobým pravidelným monitoringom pôdnej vlhkosti je možné tiež relevantne popísať klimatickú zmenu na skúmanej lokalite.
Napriek sľubným výsledkom existujú aj výzvy. Nevýhodou satelitných snímok SMOS bola doteraz dostupnosť iba jednej hodnoty vlhkosti pôdy za 7 dní, hoci sa pracuje na skrátení tohto intervalu na 2-3 dni. Hoci diaľkový prieskum Zeme ponúka jednoduchšie metódy v porovnaní s klasickými, počiatočné vstupné náklady na technológie môžu byť prekážkou pre poľnohospodárske subjekty. Je dôležité poznamenať, že skúmanie priestorovej diferenciácie vlhkosti pôdy nástrojmi DPZ je najefektívnejšie v období, keď je poľnohospodárska pôda bez vegetácie. Táto metóda však dokáže identifikovať lokality s vysokou predispozíciou na rapídne vysychanie v obdobiach s dlhšou absenciou zrážok, čo má veľký potenciál pre precízne poľnohospodárstvo.
tags: #vlhkost #pody #hydrologia