Hodnocení časových změn půdních vlastností na podkladě datových

Program Mobility (6 .RP ES): Informatizace výstupů Komplexního průzkumu
zemědělských půd bývalého Československa. *
VÚMOP, v. v. i.
1
Výzkumný ústav
meliorací a ochrany
půdy
Holubík Ondřej1
Rastislav Skalský2
Vopravil Jan1
Ján Halas2
Novák Pavel 1
Martin Saksa2
2
Výskumný ústav
pôdoznalectva a
ochrany pôdy
Hodnocení časových změn půdních vlastností na podkladě
datových souborů výběrových a speciálních sond Komplexního
průzkumu půd České a Slovenské republiky.
Klíčová slova: Komplexní průzkum zemědělských půd (KPP), analytické metody KPP, metodika odběru půdních vzorků, acidifikace, dehumifikace.
* Táto práce byla podporovaná Agenturou na podporu výzkumu a vývoje na základe smlouvy č. SK-CZ-0183-11 a Ministerstvem školství, mládeže a
tělovýchovy České republiky v rámci programu MOBILITY MŠMT na základe smlouvy č. 2955/2012-36
© 2013 VUMOP v Praze
Cíle a teze projektu
Navázat a rozvinout spolupráci mezi Českou republikou a
Slovenskou republikou v oblasti informatizace výstupů Komplexního
průzkumu zemědělských půd bývalého Československa (dále KPP).
1)
2)
3)
4)
Konkrétní cíle:
vytvoření společné znalostní báze o digitalizaci obsahu KPP a jejich
integraci do digitálního modelu
kompatibilní metodika digitalizace dat KPP - užitná v mezinárodním
prostoru
výměnu zkušeností pro potřeby aktualizace výstupů KPP - hodnocení
změn půdních vlastností, analýza postupu odběrů vzorků, klasifikace
půdy atd…
zpracování společné publikace na téma KPP
Datové zdroje KPP
Komplexního průzkumu půd (KPP)1 - uskutečněn v letech 1962 – 1972
(Usnesení vlády ČSSR č.11 ze dne 4. 1. 1961)
-> Souběžně rozsáhlé meliorace zamokřených půd – hydropedologický průzkum
Terénní průzkumu půd
Agrochem. zkoušení ornic
(příst. živiny, pH, org. polutanty
v 5 let cyklech dodnes UKZUZ)
Zmapováno 7,2mil ha zemědělských půd bývalého ČSSR
Odebráno a analyzováno cca 700 000 půdních sond (cca 2 mil rozborů)
Typy sond a rozsah laboratorních analýz:
Základní sondy (Z): Zrnitostní rozbor, obsah
karbonát, pH(KCl)
Výběrové sondy (V): totéž co u Z plus
pH(H2O), obsah uhlíku (Cox), kationtová
výmnná kapacita (KVK),obsahy živin (P a K)
Speciální sondy (S): speciální analýzy napíklad
i frakcionace organické hmoty, určení jílových
minerál
Cca 2500 vzorků „S“ sond deponováno ve VUMOP
Výsledkem KPP = kvantum mapových a popisných výstupů !!!
NĚMEČEK, J., DAMAŠKA, J., HRAŠKO, J., BEDRNA, Z., ZUSKA, V., TOMÁŠEK, M., KALENDA, M., 1967: Průzkum zemědelských půd ČSSR. 1. díl: Metodika
terénního průzkumu. Min. Zem. a výž., Praha, 246 pp.
1
Datové zdroje a postup digitalizace údajů KPP
Základní nástroj pro zpřístupnění informací údajů KPP
Webový archiv dat komplexního
průzkumu půd (WA KPP)
http://www.podnemapy.sk
http://ms.sowac-gis.cz/
Datové zdroje a postup digitalizace údajů KPP
Postup digitalizace (informatizace) údajů z KPP v ČR a SR.
ČESKÁ REPUBLIKA
SLOVENSKÁ REPUBLIKA
Pozornost především k zachování
výstupů KPP v podobě digitálních verzí
a jejich publikace na webu
Pozornost zaměřeno více na digitalizaci
obsahu výstupů z KPP a řešení
obsahové konzistence údajů.
Digitalizace půdních map v ČR – dokončena
Stav digitalizace údajů KPP k 30.5.2013 (ČR)
Stav digitalizace půdních map KPP k 10.7.2013 (SR)
Z pohledu metodického je nutné zdůraznit - digitalizace = převod údajů do digitální formy – bez
úpravy obsahu => v dig. kopii jsou všechny náhodné i systematické chyby, které vznikly při realizaci
KPP.
Hodnocení časových změn na podkladech KPP
K relevantní predikci časové změny je nutné využít co největší penzum dat
Potenciál digitalizovaných údajů vytvořených na podkladech KPP je vysoký
Otázkou je jak kvalitní informaci nám ve skutečnosti tyto údaje poskytují a do jaké míry můžeme
jednotlivé úskalí práce s těmito daty ovlivnit či relativně porovnávat.
Úskalí hodnocení dat na podkladech KPP
1) Lokalizace sondy - vliv zápisu do pracovního formuláře – umístění sondy v map. výstupu není zcela
jistá cca ± 50 m, v členitém terénu přesnější.
2) Heterogenita území – nutné zvolit systém okolních sond a omezit tak chybu zápisu o lokalizaci
sondy
3) Načasování odběru vzorků v rámci vegetační periody v průběhu roku - nelze přesně zajistit
(Např.: totožný vlhkostní stav, kvalitativní složení půdní org. složky či srovnatelnou mikrobiální aktivitu půdy atd…)
4) Analytické metody zpracování půdních vzorků dle metodiky KPP (Sirový et Facek, 1967)1 => což je
časově i materiálově náročné zpracování - tudíž drahé
5) Politicko-ekonomický vývoj území (Novák et al., 2008)2: eroze-akumulace, meliorační či jiný
antropický zásah, změna způsobu hospodaření či využití půdy, změna přírodních podmínek
1
SIROVÝ, V. , FACEK, Z. 1967: Průzkum zemědelských půd ČSSR. 3. díl: Metodika laboratorních rozborů a principy jejich hodnocení. Min. Zem. a výž., Praha.
P., OBRŠLÍK J., VORPAVIL J., ČERMÁKOVÁ M. (2008): Impact of Political and Socio Economic Changes in the Czech Republic on Long-term Development of Sheet
Water Erosion. In: Dazzi C., Costantini E.: The Soils of Tomorrow. Soils Changing in a Changing. World. Catena Verlag, Reiskirchen, Germany, 2008, s.621-647. ISBN 9783-923381-56-2 US ISBN 1-59326-249-3.
2NOVÁK
Hodnocení časových změn (KPP) na vybraných územích
ČESKÁ REPUBLIKA
SLOVENSKÁ REPUBLIKA
Data KPP jsou v ČR
(VUMOP) plynule
doplňována novými
odběry půdních sond*
V SR v současnosti
neprobíhá aktualizace
půdních vlastností sond
KPP
Důraz kladen na zachování
původních analytických
metod
Vývoj půd se sleduje
samostatně v rámci
národního monitoringu
zemědělských půd
Takto lze relativně
objektivně sledovat časový
trend zkoumaných půdních
vlastností
Výstupy KPP na příkladech
dvou modelových území
Černičí a Železná statisticky
a graficky zpracovány
KAm - modelové území Železná (ČR)
V rámci řešených úkolů
(VÚPOP) však probíhá
hodnocení vybraných
půdních vlastností na
podkladech výběrových
sond KPP dodnespříkladem je zde modelové
území Selice
FLm - modelové území Selice (SR)
* V současnosti je v databází (KPP) spravované oddělením pedologie a ochrany půdy VÚMOP, v.v.i.: v „archivní části KPP“ cca. 1500 S-sond a cca. 5000 V-sond, v
„nové části“ (sond vyhloubených po roce 2000) je cca 400 sond
Hodnocení časových změn (KPP) na vybraných územích ČR
ŽELEZNÁ - v okrese Domažlice (ČR)
Cíl: zhodnocení vlivu odvodnění na vybrané půdní charakteristiky *
Modelové území Železná (cca. 360 ha) se
nachází v těsné blízkosti státních hranic
s Německem
Lokální podmínky ŽELEZNÁ:
-
moldanubikum Českého lesa
dominující horninou - cordieritická rula
půdní pokryv rozmanitý
40% kambizemě dystrické slabě oglejené
25% pseudogleje modální
18% gleje modální
9% pseudogleje glejové
klimatický regionu 8 (mírně chladné a vlhké klima)
průměrná nadmořská výška: 530 m.n.m,
průměrná roční teplota: 6,1 ˚C
průměrný roční srážkový úhrn: 753 mm
* Tato data vznikla za podpory Výzkumného záměru Integrované systémy ochrany a využití půdy, vody a krajiny v zemědělství a
rozvoji venkova (2009-2013) MZE0002704902
Hodnocení časových změn na podkladech KPP - ŽELEZNÁ
4,15
3,4
5,5
4,1
0,575
0,9
13,842
0,487
2,427
S chem.
17
9,19
2,5
13,7
9,5
3,16
4,1
34,37
−0,484
2,409
T (KVK)
17
28,13
13
42,6
26,9
9,14
12,3
32,491
−0,037
1,65
V
17
34,56
15,6
75,8
28,9
15,099
9,5
43,69
1,245
3,856
OHR
15
1,15
0,52
1,73
1,18
0,302
0,34
26,225
−0,168
2,577
ρz
15
2,53
2,33
2,76
2,5
0,122
0,165
4,826
0,213
1,819
P
15
54,92
35,7
76,7
53,2
10,057
9
18,311
0,254
2,754
Špičatost
19
Šikmost
pH(KCl)
Koeficient
variace
2,961
Mezikvart.
rozpětí
4,396
0,485
Směrodatn
á odchylka
1,435
10,045
Humus
19
4,32
2,03
10,6
4,07
2,225
1,735
51,467
1,66
5,045
pH(H2O)
19
5,88
4,97
6,79
5,87
0,523
0,73
8,89
−0,086
1,92
pH(KCl)
19
5,01
3,83
6,16
5,04
0,602
0,695
12,023
−0,109
2,225
S chem.
17
9,12
1,3
22,5
8,1
4,983
5,8
54,652
0,922
3,761
T (KVK)
17
17,5
11,3
31,8
15,2
5,746
4,1
32,836
1,524
4,192
V
17
55
30
82
60
18,918
36
34,396
−0,113
1,334
OHR
19
1,23
0,73
1,47
1,26
0,174
0,165
14,079
−1,195
4,333
ρz
19
2,57
2,32
2,66
2,58
0,087
0,065
3,397
−1,558
4,832
P
19
52,02
44,6
67,2
51,3
5,543
5,4
10,655
1,022
3,668
Medián
59,371
0,5
Maximum
2,025
0,543
Minimum
Mezikvart.
rozpětí
2,089
5,5
Průměr
Směrodatn
á odchylka
2,42
6,7
Počet
Medián
9,63
4,6
Proměnná
Maximum
1,31
5,41
Nové po roce 200
Minimum
3,52
15
Špičatost
Průměr
19
Šikmost
Počet
Humus
pH(H2O)
Koeficient
variace
Proměnná
Staré KPP
Základní popisná statistika: souboru „starých“ sond KPP (vlevo) a (vpravo) „nových“ = sond odebraných po roce 2000
Výsledky prostorové interpolace: provedena v gridu 10 m*.
* Vyhodnocení prostorové struktury dat na základě semivariogramů bylo provedeno v programu GS+ 9 (Gamma Design Software) pro data
byla použita interpolační metoda Inverse Distance Weighting (IDW)- odvozuje odhad proměnné v bodě pomocí lineární kombinace vstupních
hodnot.
Hodnocení časových změn (KPP) na vybraných územích ČR
ČERNIČÍ - v okrese Benešov(ČR)
Zájmové (1,34 km2) - využíváno jako experimentální povodí VÚMOP, se nachází asi 1,3 km
jihovýchodně od obce Čechtice.
Lokální podmínky ČERNIČÍ:
-
-
Geologická oblast Českého masivu
dominující horninou – biotitická
pararula
Dominantním půdním typem je
kambizem dystrická
V mírných depresích pseudoglej
modální, podél vodního toku glej
modální na kyselých svahovinách
V aluviu dnes již koluvizemě glejové
Klimatická charakteristika
Hodnota
průměrný roční úhrn srážek
724,4 mm
průměrný úhrn srážek vegetační sezóny
450,5 mm
průměrná roční teplota vzduchu
7,3 °C
průměrná roční teplota vzduchu vegetační sezóny
13,2 °C
Land use
2
Plocha v km
Plocha v %
lesní půda
0,22
16
orná půda
1
75
trvalé travní porosty
0,11
8
sídla
0,01
1
Hodnocení časových změn na podkladech KPP- ČERNIČÍ
Základní popisná statistika: souboru „starých“ (rok 1971) a „nových“ hodnot (roky 2003/2010)
Proměnná
Počet
Průměr
Medián
SM
Rozptyl
Min.
Max.
pH(H2 O)2010
26
5,63
5,66
0,50
0,25
4,71
6,75
S2010 [mmol+/100g]
14
7,14
7,06
2,89
8,33
2,71
11,00
T2010 [mmol+/100g]
14
11,67
10,97
3,15
9,90
8,02
20,59
V2010 [%]
14
63
60
26
681
23
100
pH(H2 O)1971
20
5,29
5,30
0,42
0,17
4,50
6,30
S1971 [mmol+/100g]
8
7,69
7,94
1,93
3,71
4,87
10,03
T1971 [mmol+/100g]
V1971 [%]
8
12,76
11,56
4,28
18,34
10,06
23,00
8
62
61
15
220
41
84
Výsledky prostorové interpolace: provedena v gridu 10 m*.
Prostorová interpolace hodnot pH(H2O)
Prostorová interpolace hodnot V (S/T)
Hodnocení časových změn na podkladech KPP- ČERNIČÍ
Diference zaznamenané na vzorcích z Černičí pro S, T a V v řádu cca. 40 let.
Zhruba na polovině území došlo ke snížení hodnoty T (KVK) a obsahu výměnných bází S
(partie snížených obsahů T a S kopírují plochy svažité, na kterých dochází k výrazné erozní činnosti)
Ačkoliv došlo na většině území k celkovému zvýšení pH (H2O), došlo zároveň během 40 let k degradaci
půdního prostředí z pohledu jejích sorpčních schopností, což je zjištění alarmující.
Závěr:
Na obou Lokalitách ŽELEZNÁ i ČERNIČÍ došlo paradoxně (možná však logicky) k zvýšení
pH po odvodnění – důsledek antropického zásahu – 1) změny hydrického charakteru
půd a 2) případně vysokou dávkou melioračního vápnění, kdy se půdní reakce postupně
vrací k přirozenému stavu.
Hodnocení časových změn na podkladech KPP- SELICE (SR)
SELICE- v okrese (SK)
Cíl:
Posoudit trend hospodaření s půdní organickou
hmotou (POH) na podklade historických údajů
(KPP) a současných údajů o obsahu Cox
(při zachování původních analytických metod stanovení Cox podle Ťurina)
Výsledky budou použité pro kontrolu správnosti
modelování (POH) v modelu RothC
Experiment realizovaný na modelovém území
Agrodivize Selice
Lokální podmínky SELICE:
-
území je součástí Poddunajské nížiny
nachází se v aluviu Váhu
nejteplejší velmi teplá oblast
průměrná roční teplota: 10 ˚C
průměrný roční srážkový úhrn: 550 mm
Dominantním půdním typem je fluvizem glejová,
modální, psefitická, s přechodem v černice
průměrná roční teplota: 10 ˚C
průměrný roční srážkový úhrn: 550 mm
Hodnocení časových změn na podkladech KPP- SELICE (SR)
Výsledné prostorové interpolace: provedena v gridu 3 m
Porovnání hodnot vybraných parametrů (KPP-1964 a
součastnost-2006)
Označenie
VS KPP
pôdny typ
V51
NPk
V53
NPc
V54
LPk
V56
NPk
V57
LPc
KPP
Súčasnosť
POC
(%)
íl
(%)
1,13
19,9
0,94
14,4
2,04
43,0
1,28
18,8
1,56
17,8
POC
(%)
íl
(%)
46 m
2,31
16,4
46 m
1,62
15,64
37 m
2,79
47,48
29,5
2,96
22,43
22 m
1,78
27,19
POC
íl
(%)
(%)
87,5 m
1,84
16,24
85 m
1,7
9,72
95 m
2,79
40,54
101,5 m
2,31
23,60
111,5 m
1,69
23,35
POC
íl
(%)
(%)
105 m
2,09
23,44
111 m
1,58
11,36
114 m
2,54
31,99
117,5 m
2,04
23,34
112,5 m
1,63
20,18
POC
íl
(%)
(%)
129 m
2,24
17,75
121 m
1,8
14,16
120 m
3,12
44,69
121 m
2,57
19,05
132,5 m
1,93
19,35
porovnanie obsahu Cox (KPP-1964 a súčasnosť-2006)
3,5
3
2,5
Výsledkem porovnání obsahů POC z 5-ti výběrových
sond KPP a údajů obsahu POH ze 4 „nových“ míst
odběrů v okolí V-sond konstatujeme diferencovaný
trend zvyšování obsahu POC
Tento trend byl potvrzen i modelem Roth C.
Cox (%)
KP P
D1
2
D2
1,5
D3
D4
1
0,5
0
1
2
3
4
5
lokal i ty
Závěr: Nárůst obsahu POC je primárně odrazem uplatňovaného systému půdoohranných technologií
hospodaření (minimalizační technologie striktně zavedeny od roky 1992)
Při hodnocení faktoru půdního typu je tempo růstu obsahu POC rychlejší na fluvizemích vůči černicím.
* Vyhodnocení prostorové variability POC v produkčních jednotkách pomocí geostatistických metodprostorové interpolace v ArcGISTM
Geostatistical analyst z bodových údajů s následným exportom do rastru s prostorovým rozlišením 3 m.
Závěry a diskuse
Velkou devízou České a Slovenské republiky potažmo pověřených
institucí (VÚMOP v.v.i., Praha, a VÚPOP, Bratislava) jsou databáze
vzniklé na podkladě půdních sond odebraných při KPP.
Je zřejmé, že datový potenciál výstupů KPP je vysoký (v současnosti je
řada podkladů využita i pro účely Mze: LFA, PRV atd…)
Otázkou je do jaké míry se nám ho podaří využít, při zachování
věrohodnosti presentovaných údajů
Systematický monitoring půd v rozsahu KPP s využitím pokročilejších
technologii především zaměření polohy pomocí GPS či s využitím
instrumentálních metod stanovení *, asi nelze v nejbližší budoucnosti
očekávat
V rámci vzájemné spolupráce obou institucí na podkladech a formě
digitalizace výstupů KPP, může do budoucna vzniknout vazba při řešení
některého z evropských projektů již s exaktními výstupy
* Např: DTGA (diferenční termogravimetrické analýzy), SIMS-MS (hmotnostní spektroskopie sekundárních iontů), FTIR (fourierova
transformace infračervrné spektroskopie), HPLC (vysokoúčinná kapalinové chromatografii), EDXS (energicky disperzní rentgenová
spektroskopie), CPMAS13C-NMR (nukleární magnetická rezonance pro 13C) atd…
Děkuji Vám za pozornost