Měření infiltrace půdy na vybrané lokalitě

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav aplikované a krajinné ekologie Měření infiltrace půdy na vybrané lokalitě Bakalářská práce Vedoucí práce: Ing. Martina Vičanová Vypracoval: Martina Koťová Brno 2012

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav aplikované a krajinné ekologie 2011/2012 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE Autorka práce: Studijní program: Obor: Martina Koťová Zemědělská specializace Agroekologie Název tématu: Měření infiltrace půdy na vybrané lokalitě Rozsah práce: 30 stran textu + přílohy Zásady pro vypracování: 1. Zpracování literární rešerše na podkladě studia odborné literatury vztahující se k dané problematice 2. Charakteristika zájmového území 3. Infiltrační pokusy v polních podmínkách 4. Zpracování a vyhodnocení naměřených hodnot na vybrané lokalitě v průběhu vegetační sezony Seznam odborné literatury: 1. JANDÁK, J. -- PRAX, A. -- POKORNÝ, E. Půdoznalství. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, s. ISBN KREŠL, J. Hydrologie. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita, s. ISBN CÍSLEROVÁ, M. -- KURÁŽ, V. -- KUTÍLEK, M. Hydropedologie. Praha: ČVUT, KUTÍLEK, M. Vodohospodářská pedologie. Praha: SNTL/ALFA, s.

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Měření infiltrace půdy na vybrané lokalitě vypracovala samostatně a použila jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího bakalářské práce a děkanem Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. Dne Podpis

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji vedoucí bakalářské práce Ing. Martině Vičanové za odborné vedení, cenné rady, připomínky a ochotu, s kterou se mi věnovala po celou dobu zpracování mé bakalářské práce. Dále děkuji pracovníkům Ústavu aplikované a krajinné ekologie Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně, zejména Ing. Tomáši Mašíčkovi, Ph. D. za pomoc při terénním měření. Děkuji také mým nejbližším za podporu během studia. Bakalářská práce byla zpracována s podporou výzkumného záměru MSM Biologické a technologické aspekty udržitelnosti řízených ekosystémů a jejich adaptace na změnu klimatu uděleno Ministerstvem školství, mládeže a tělovýchovy ČR.

5 ABSTRAKT Pojem infiltrace představuje proces, kdy dochází k vsakování srážkové vody do půdy. Tím je ovlivněn i vodní režim půdy. Cílem této bakalářské práce bylo zpracování a vyhodnocení infiltrace půdy na vybrané lokalitě Domanínek U Javora během vegetační sezony 2011 v rychle rostoucích dřevinách (topol). Infiltrační schopnosti půdy se měřily formou výtopy pomocí metody soustředných válců. Odebírané půdní vzorky z každého měření sloužily pro vyhodnocení hydro-fyzikálních vlastností půdy. K vyhodnocení dat získaných v terénu byla použita graficko-empirická metoda dle Kosťjakova. Veškeré naměřené hodnoty se dále zpracovávaly graficky. Vsakovací schopnosti půdy v průběhu vegetační sezony byly ovlivňovány hodnotami hydrofyzikálních vlastností půdy. Klíčová slova: voda, půda, infiltrace, rychle rostoucí dřeviny ABSTRACT The term infiltration represents a process when the rainfall water is being soaked into the soil. This influences the water regime of the soil. This thesis is aimed on elaboration and evaluation of the soil infiltration on Domanínek U Javora locality during the vegetation season 2011 in fast growing trees (poplar). Infiltration abilities of the soil were measured in a form of the concentric cylinders methode. Taken soil samples in each measurement served for evaluation of hydro-physical properties of the soil. For the evaluation of the data acquired in the terrain a graphic-empiric method according to Kosťjakov has been used. All the measured values were furthere processed in a graphic form. The soaking abilities of the soil during the vegetation season were influenced by the values of hydro-physical properties of the soil. Key words: water, soil, infiltration, fast growing trees

6 OBSAH 1 ÚVOD CÍL PRÁCE LITERÁRNÍ REŠERŠE Voda Půda Fyzikální vlastnosti půdy Základní fyzikální vlastnosti Hydro-fyzikální a aerační vlastnosti Teplotní vlastnosti půdy Fyzikálně-mechanické vlastnosti půdy Základní charakteristika zrnitostních tříd Charakteristika půdních druhů Infiltrace Faktory ovlivňující infiltraci Půdy podle hydrologických vlastností Rychle rostoucí dřeviny Topol černý (Populus nigra) Topol osika (Populus tremula) Topol bílý (Populus alba) MATERIÁL A METODIKA Popis zájmového území Charakteristika lokality Klimatické podmínky Geologie lokality Geomorfologický celek Hornosvratecká vrchovina Půdní podmínky Zrnitostní rozbor půdy Katastrální údaje Půdní typ dle BPEJ Metodika Postup při terénním měření infiltrace Odběr půdních vzorků Zpracování naměřených výsledků z terénních výjezdů... 29

7 5 VÝSLEDKY A DISKUSE Vyhodnocení hydro-fyzikálních vlastností půdy Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Výsledky terénních měření infiltrace Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Vyhodnocení měření infiltrace ze dne ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ SEZNAM TABULEK SEZNAM PŘÍLOH... 45

8 1 ÚVOD Půda patří k přírodním složkám, s nimiž se setkáváme v běžném denním životě. Půdní pokryv v České republice je velmi pestrý, což je dáno rozmanitostí přírodních složek. Podnebí je důležitým faktorem, který ovlivňuje směr, intenzitu a rychlost pochodů v půdě. Na teplotě, množství a rozložení srážek během roku závisí, zda dochází k vynášení látek vzlínající vodou (v suchém podnebí, kde převažuje výpar) nebo k vyluhování (ve vlhkém podnebí, kde převládá infiltrace). Podzemní voda spolu s vodou povrchovou ovlivňuje celkové vláhové poměry v půdě. Vysoký obsah vody vede k fyzikálně-chemickým a chemickým změnám. Vysoká vlhkost zpomaluje rozklad organických látek a podporuje jejich hromadění. Infiltrace je důležitou složkou koloběhu vody. Jedná se o proces, kdy dochází k vsakování a pronikání vody do půdního prostředí. Podílí se hlavně na vzniku podzemní vody. Při přirozené infiltraci se vsakuje voda ze srážek, z povrchových vod nebo z roztátého sněhu. Vsakováním dešťové vody se udržuje přirozená vlhkost půdy a přirozená saturace podzemních vodních zdrojů. V roce 2011 se autorka zúčastnila terénních výjezdů, při kterých probíhalo měření infiltrace půdy v porostu rychle rostoucích dřevin v Domanínku, který patří k městu Bystřice nad Pernštejnem, kraj Vysočina. Do této bakalářské práce byly použity naměřené hodnoty z vegetačního období (11.5., 29.6., a ) a následně byly zpracovány. 8

9 2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce bylo zpracování a vyhodnocení naměřených hodnot infiltračních schopností půdy v lokalitě Domanínek U Javora, charakteristika daného území a zpracování literární rešerše na podkladě studia odborné literatury vztahující se k dané problematice. Prvotním úkolem bylo terénní měření infiltrace půdy na zájmové lokalitě a odebírání neporušených půdních vzorků pro další zpracování. 9

10 3 LITERÁRNÍ REŠERŠE 3.1 Voda Voda spolu se vzduchem (zemskou atmosférou) tvoří základní podmínky pro existenci života na Zemi. V přírodě se voda vyskytuje ve skupenství plynném v podobě vzdušné vlhkosti, páry a mlhy, kapalném jako podzemní voda a povrchová voda ve vodních tocích, oceánech, jezerech apod. a pevném ve formě ledové a sněhové pokrývky. Na Zemi je ve věčném, nepřetržitém, uzavřeném koloběhu. Vypařený objem vody z oceánů je přenášen ve formě vodní páry (mlha, oblaka) vzdušnými proudy nad kontinenty, kde kondenzuje nebo desublimuje, v podobě srážek (déšť, sníh, kroupy, rosa, jinovatka, námraza) spadne na pevninu, potom se buď povrchovým odtokem dostává přímo do vodních toků, nebo infiltruje do podpovrchových vod a do vodních toků se dostává výronem a nakonec se vodními toky vrací zpět do moří. Působí i na samotný pevný povrch svými erozními vlivy. Rozrušuje horniny, vymývá chemické sloučeniny ve vodě rozpustné. Vodní toky odnášejí do moří nesmírné množství pevné složky půdy, úlomků hornin apod. Voda má velmi podstatný vliv na utváření povrchu naší planety (Hubačíková, 2009). 3.2 Půda Půdu lze definovat jako samostatný přírodní útvar vzniklý z povrchových zvětralin zemské kůry a z organických zbytků na působení půdotvorných faktorů. Je životním prostředím půdních organismů, stanovištěm planě rostoucí vegetace, slouží k pěstování kulturních rostlin. Je regulátorem koloběhu látek, může fungovat jako úložiště, ale i zdroj potenciálně rizikových látek. Půda je dynamický, stále se vyvíjející živý systém. Přežití a prosperita všech suchozemských biologických společenstev, přirozených i umělých, závisí na tenké vrchní vrstvě Země. Půda je směs 3 faktorů: minerálních látek, organických látek, půdní vody. Hlavní složkou půdy je zvětralá mateční hornina zdroj minerálních látek pro rostliny. V průběhu let se vlivem erozních faktorů tvrdá skála rozpadá a drobí, až z ní je základ pro půdu. Materiál z mateční horniny může být dvojího původu. Buď vznikl přímo na místě a nebo je dopraven z jiného místa (naplaveniny). 10

11 Půdní voda se vyskytuje v půdě ve třech formách: podzemní, kapilární, gravitační. Podzemní voda tvoří podzemní řeky a jezera. Nachází se většinou v nejspodnější vrstvě na nepropustné hornině. Kapilární vodu najdeme všude v půdě, vzlíná tenkými kanály (kapilárami) vzhůru k povrchu. Tuto vodu využívají rostliny a drobné organismy. Vodu gravitační tvoří průsaky z povrchu, které putují velkými průrvami ve směru gravitace. U vody je důležité zdůraznit, že malý obsah v půdě může způsobit neúrodnost, ale naopak půdy s velkým obsahem vody jsou velmi málo prokysličené a nastávají v nich redukční procesy. Organické látky v půdě se dělí opět na tři skupiny: edafon, exkrementy, odumřelé části organismů. Pod souhrnným názvem edafon si lze představit půdní bakterie, aktinomycety a houby, které tvoří hlavní biomasu půdních mikroorganismů a další. Rozkladem organických zbytků vzniká humus, často s obsahem minerálů. Humus je úrodná složka půdy podle množství a kvality humusu se určuje úrodnost půdy. Vzájemný kvalitativní poměr složek minerálních, složky organické a živé, podmiňuje tvorbu půdy jako disperzního systému s odlišnými vlastnostmi fyzikálními, chemickými, biochemickými a biologickými (Jandák a kol., 2010) Fyzikální vlastnosti půdy Fyzikální vlastnosti představují celý soubor vlastností, které jsou podmíněné disperzností elementárních částic a vzájemných vztahů mezi pevnou fází, půdním roztokem a vzduchem v půdě (Ledvina a kol., 1992). Dělíme je: - základní fyzikální vlastnosti (zrnitost půdy, skeletovitost, struktura půdy, měrná hmotnost půdy, objemová hmotnost a pórovitost) - hydro-fyzikální a aerační vlastnosti (vlhkost, maximální hygroskopičnost, vododržnost, propustnost) - teplotní vlastnosti (tepelná kapacita, tepelná vodivost a teplota půdy) - fyzikálně-mechanické vlastnosti (soudržnost, adheze, konzistence) 11

12 Základní fyzikální vlastnosti a) Skeletovitost Zrna o průměru nad 2 mm jsou označována jako skelet. Jedná se o úlomky hornin, které jsou větší než 2 mm. Částice velké 2 4 mm považujeme za hrubý písek, 4 30 mm za štěrk a nad 30 mm za kamení. Když zemina obsahuje více než 50 % skeletu, označujeme ji podle převládajícího rozměru jako hrubě písčitou, silně štěrkovitou nebo silně kamenitou. Obyčejně se nehodnotí příměs skeletu do 5 % (Ledvina a kol., 1992). b) Zrnitost Zrnitost půdy (textura) má mimořádný význam nejen pro pedogenetické vlastnosti, ale i pro praktické využití. Třídění zemin a půd podle zrnitosti patří mezi nejstarší klasifikační systémy na světě. Zrnitostní složení půd je určeno podílovým zastoupením různých velikostních frakcí půdních částic (Pavel a kol., 1984). c) Struktura Půdní struktura označuje prostorové uspořádání agregátů v půdě. Agregování půdních částic je výsledkem komplexního působení fyzikálních, chemických a biologických procesů, které probíhají pod vlivem mnohých vnějších i vnitřních činitelů v půdě. Strukturní půda humusového horizontu dobře využívá půdní vláhu. Výpar vody z nestrukturní půdy je vyšší a na půdě existují souvislé kapilární póry, jimiž je neustále přiváděna voda z hlubších půdních vrstev do vysušené horní vrstvy. Na strukturní půdě je přesun vody velmi malý, protože kapiláry existujících agregátů jsou přerušeny. Infiltrace srážkové vody je u nestrukturní půdy trvale nižší, rychlost infiltrace se rychle snižuje, neboť dochází ke vzniku půdního škraloupu. Vzduch uzavřený v pórech pod škraloupem zhoršuje průběh infiltrace. Půdní struktura má různou stálost proti rozpadu ve vodě vodostálost. Půdy s nasyceným sorpčním komplexem mají půdní strukturu stálou. Stálost půdní struktury závisí na chemických, biologických a mechanických činitelích. Půdní struktura má velký význam z hlediska produkčního. Příznivá struktura způsobuje dobré provzdušnění půd, půdy jsou dobře zásobeny kyslíkem pro činnost mikroedafonu a pro procesy humifikační. 12

13 Při hodnocení půdní struktury a jejích vlastností se sleduje charakter struktury, velikost strukturních agregátů, jejich tvar a zejména mechanická stabilita a vodní stálost půdních agregátů (Ledvina a kol., 1992). d) Pórovitost Prostory nezaplněné tuhou fází nazýváme půdní póry. Póry mají rozdílný tvar, velikost a jsou různým způsobem propojeny. Pórovitost vyjadřujeme v procentech z objemu půdy. Struktura půdy má vliv na charakter pórovitosti. Nestrukturní půdy s volným uložením částic mají póry větších rozměrů mezi jednotlivými zrny. Strukturní půdy tvořené půdními agregáty jsou póry mezi těmito agregáty (póry meziagregátové) a uvnitř agregátů (póry vnitroagregátové). Nejpříznivější poměry v půdě představuje celková pórovitost rozdělena z 1/3 na póry meziagregátové a ze 2/3 na vnitroagregátové. Póry se zpravidla třídí podle druhu a velikosti sil, které působí na vodu v nich obsaženou. Půdní póry dle velikosti a sacího napětí dělíme na: - jemné (kapilární) póry, v nichž voda je ovládána kapilárními silami, které vodu zadržují a umožňují její pohyb proti působení gravitace. Pohyb vzduchu je v nich omezený. V pórech probíhají biologické, chemické a fyzikálně-chemické pochody. - hrubé (nekapilární) póry charakterizuje neomezené působení gravitace na vodu. Voda se pohybuje do spodiny a její místo volně obsazuje vzduch. Mají významný podíl na vzájemné výměně plynné fáze mezi půdou a ovzduším. - střední (semikapilární) póry jsou přechodem mezi póry kapilárními a nekapilárními. V celkové pórovitosti se zastoupení kapilárních a nekapilárních pórů promítá do vodních a vzdušných poměrů půdy (Jandák a kol., 2010). e) Měrná a objemová hmotnost půdy Měrná hmotnost půdy udává hmotnost jednotkového objemu pevné fáze půdy bez pórů. Definuje ji poměrné číslo udává kolikrát je určité množství zeminy vysušené při 105 ºC těžší, než stejný objem vody při 4 ºC. Měrná hmotnost je závislá na obsahu různých minerálů a organických látek (mají různou měrnou hmotnost). Objemová hmotnost půdy je hmotnost objemové jednotky půdy v neporušeném stavu (póry vyplněné vzduchem a vodou). Jedná se o hodnotu nestálou, která se mění 13

14 v průběhu roku v závislosti na vlhkostních poměrech v půdě. Rozlišujeme objemovou hmotnost suché půdy (hmotnost jednotkového objemu vysušené půdy) a objemovou hmotnost vlhké půdy (závisí na půdní vlhkosti) (Jandák a kol., 2010) Hydro-fyzikální a aerační vlastnosti Vlhkost půdy udává momentální obsah vody v půdě v hmotnostních nebo objemových % k půdě vysušené při 105 ºC. Maximální hygroskopičnost je největší množství vody, které může půda poutat v pórech z ovzduší při relativní vlhkosti blízko ke 100 %. Vyjadřuje se k % vysušené půdy při 105 ºC. Propustnost půdy pro vodu je schopnost půdy infiltrovat vodu z povrchu do hlubších vrstev. Vyjadřuje se koeficientem propustnosti. Vododržnost vyjadřuje schopnost půdy omezovat pohyb vody, která zaplní půdní póry, úzce souvisí aerace půdy. Voda a vzduch jsou vzájemnými antagonisty, kde je vzduch, nedostane se voda, kde je voda, nedostane se vzduch. Stav maximálního zaplnění všech pórů vodou je pro rostliny škodlivý, nemohou totiž existovat ani bez vzduchu v půdě (Pavel a kol., 1984). Půdní hydrolimity hraniční hodnoty vlhkosti, jimiž jsou vzájemně odděleny jednotlivé kategorie vody v půdním prostředí. Půdní hydrolimity dělíme na základní a aplikované. Základní tvoří výrazné předěly mezi třemi základními silami ovládajícími pohyb vody v půdě. Jedná se o síly gravitační, kapilární a absorpční. Retenční vodní kapacita je maximální množství vody, které je půda schopna trvaleji zadržet vlastními silami v téměř rovnovážném stavu po nadměrném zavlažení. Nachází se na rozhraní energetické kategorie vody kapilární a gravitační. Lentokapilární bod vyjadřuje stav půdní vlhkosti na rozhraní energetických kategorií těžce pohyblivé a lehce pohyblivé kapilární vody. Vznikají prstence přerušením souvislé kapilární vody na styku půdních částic a voda zůstává v nejjemnějších kapilárách. Absorpční vodní kapacita vyjadřuje množství vody poutané absorpčními silami. Tento hydrolimit leží na rozhraní kategorie sil absorpčních a kapilárních. Bod vadnutí je vlhkost půdy, kdy jsou rostliny trvale nedostatečně zásobeny půdní vodou a vadnou. 14

15 K aplikovaným půdním hydrolimitům patří plná vodní kapacita, polní (retenční) vodní kapacita, maximální kapilární kapacita, bod vadnutí, bod snížené dostupnosti, číslo hydroskopicity a monomolekulární adsorpční kapacita (Jandák a kol., 2010) Teplotní vlastnosti půdy Teplota půdy je důležitý činitel pro existenci života rostlin, živočichů a zejména půdních mikroorganismů. Teplota půdy ovlivňuje výpar, vlhkost půdy, pohyb vzduchu a podmiňuje mnohé fyzikální, chemické i fyzikálně-chemické reakce. Absorpce tepla povrchem půdy závisí na nadmořské výšce, reliéfu, expozici svahů, porostu, struktuře půdy, pórovitosti, vlhkosti, výparu, tepelné kapacitě a vodivosti jednotlivých půdních složek. Porost i ostatní pokryv působí izolačně, protože omezují přímé zahřívání i vyzařování tepla z půdy. Tmavý a hrudkovitý povrch absorbuje více tepla než světlý a hladký povrch. Teplotu půdy nejvíce ovlivňuje obsah vody (Pavel a kol., 1984) Fyzikálně-mechanické vlastnosti půdy Soudržnost kohezi půdy podmiňuje vzájemná přitažlivost mechanických elementů. Projevuje se jako schopnost půdy odolávat vnějšímu tlaku působícímu na drobení agregátů a schopnost klást odpor při vnikání cizích těles do půdy. Přilnavost adheze je daná vzájemným přitahováním půdních částic s částicemi tělesa vnikajícího do půdy. Projevuje se přilnutím půdní hmoty na těleso. Konzistence zemin je výsledkem působení souboru vlastností půd vyjádřených stupněm soudržnosti, přilnavosti a odporu proti deformaci při určité vlhkosti. Stupeň konzistence závisí od obsahu vody v půdě a od schopnosti koloidních částic vázat vodu (Pavel a kol., 1984) Základní charakteristika zrnitostních tříd Písek: částice písku mohou být tvořeny křemenem a dále úlomky silikátových hornin a živců. Písčitá složka půdy zajišťuje dobrou drenáž půdy, voda mezi částicemi se rychle vsákne. Při vysokém obsahu písku jsou půdy dobře propustné, provzdušněné, za sucha ale vysychají. Písčité půdy mají nízké sorpční schopnosti. 15

16 Prach: částice jsou střední velikosti mezi pískem a jílovitými částicemi. Prachové částice, které se nacházejí hlavně v půdách vytvořených na spraších, zajišťují dobré fyzikální vlastnosti a optimální poměr mezi obsahem vody a vzduchu v půdě. Jíl: jedná se o půdní frakci s velkou povrchovou plochou a malou velikostí jednotlivých částic. Jemný koloidní jíl má asi 10000x větší povrchovou plochu než středně velké částice písku. Specifický povrch je u koloidního jílu mezi 10 až 1000 m².g -1, u nejmenších prachových částic 1 m².g -1 a u jemného písku je tato hodnota asi 0,1 m².g -1 (Jandák a kol., 2010) Charakteristika půdních druhů Lehké půdy: jsou velmi snadno obdělávatelné, snadno propustné pro vzduch i pro vodu, s vysokým provzdušněním a nízkou vodní kapacitou. Jsou proto snadno vysychavé a snadno se prohřívají. Mikrobiální činnost je vysoká, humus je rychle oxidován, sorpce půd je nízká, živiny se snadno vyplavují. Střední půdy: mají nejpříznivější fyzikální, chemické a biologické vlastnosti. Vodní kapacita umožňuje dobré zásobování rostlin vodou, infiltrace srážkové vody je dobrá, závisí na struktuře půdy. Jsou dobře obdělávatelné, mají dostatečnou sorpční schopnost. Těžké půdy: jsou málo propustné pro vzduch i pro vodu, mají vysokou vodní kapacitu, ale také vysoký podíl nevyužitelné půdní vláhy. Fyzikální vlastnosti jsou závislé na mineralogickém složení frakce fyzikálního jílu (Pavel a kol., 1984). 3.3 Infiltrace Infiltrace je součást koloběhu vody. Jedná se o proces vsakování vody do půdního prostředí. Infiltrovaná voda se započítává mezi ztráty na povodí. Infiltrovaná srážková voda představuje nejdůležitější zdroj půdní vody. Infiltrace vody do půdy je jev neustálený a s průběhem deště se mění. Zmenšuje se tak, jak se zvětšuje nasycenost půdy vodou. Při delším trvání deště nebo při několika deštích následujících v krátkém časovém rozmezí za sebou, může dojít k plné nasycenosti půdy a potom je infiltrace nulová. Infiltrace je ovlivňována fyzikálními vlastnostmi půdy, chemickými látkami v půdě, vlhkostí půdy a vegetačním krytem půdního povrchu. Infiltrovaná voda vytváří po vertikální ose v půdě zóny, které se dále člení na pásma. 16

17 Mělko kořenící rostliny odebírají vodu jen z pásma kapilárně zavěšené vody. Jsou tedy závislé jen na dešťových srážkách či umělé zálivce. Hluboko kořenící rostliny odebírají vodu z pásma kapilárně podepřené vody. Ta je závislá na výšce hladiny podzemní vody. Se vzrůstem intenzity infiltrace se zadržovací schopnost půdy snižuje. Při nízké propustnosti půdy vzniká velký povrchový odtok a s ním ztráty vody a půdy, při vysoké vzniká intenzivní intropůdní vyplavování, přičemž rostliny trpí nedostatkem vody (Váša, Drbal, 1975) Faktory ovlivňující infiltraci - hydro-fyzikální vlastnosti a stav půdy: transport vody závisí především na velikosti, množství, spojitosti a geometrii kanálků v půdě, které určují propustnost půdy. Propustnost je tedy závislá na velikosti půdních částic, na stupni agregace mezi jednotlivými půdními částicemi a na uspořádání půdních částic a agregátů (Pavel a kol., 1984). - intenzita a trvání srážek: intenzita se liší dobou trvání i četností výskytu. Déšť má kolísající intenzitu. Na počátku je většinou malá, pak větší a na konci zase malá (Hubačíková, 2009). - vegetační kryt půdního povrchu: dochází k lepšímu vsaku srážkové vody díky kořenům rostlin. Na půdě, která je překrytá listy rostlin, dochází ke snížení povrchové teploty půdy a snižuje se i výpar (Podhrázská, Dufková, 2005). - vlhkost půdy: během roku se mění. Je závislá na srážkách, odtoku, výparu, hladině spodní vody, využití vody rostlinami (Vališ, Šálek, 1970). - zrnitost půdy: ovlivňuje poměr vody a vzduchu v půdě, poměr kapilárních a nekapilárních pórů, obsah a složení edafonu, velikost povrchové plochy, fyzikálně-chemické i biochemické procesy (Jandák a kol., 2010). - obsah organické hmoty: rychlost infiltrace je příznivě ovlivněna, souvislá vodní vrstva se za přítomnosti humusové vrstvy netvoří (Krešl, 2001). - klimatické podmínky: srážky, teplota a výpar mají vliv na vodní režim půdy. Srážková voda půdu obohacuje, naopak největší výdej je při výparu. Výpar je ovlivněn teplotou (Kutílek, 1978). 17

18 3.3.2 Půdy podle hydrologických vlastností Skupina A: Půdy s vysokou rychlostí infiltrace (větší než 0,12 mm/min) i při úplném nasycení, zahrnující převážně hluboké, dobře až nadměrně odvodněné písky nebo štěrky. Skupina B: Půdy se střední rychlostí infiltrace (0,06 až 0,12 mm/min) i při úplném nasycení, zahrnující převážně půdy středně hluboké až hluboké, středně až dobře odvodněné, hlinitopísčité až jílovitohlinité. Skupina C: Půdy s nízkou rychlostí infiltrace (0,02 až 0,06 mm/min) i při úplném nasycení, zahrnující převážně půdy s málo propustnou vrstvou v půdním profilu, půdy jílovitohlinité až jílovité. Skupina D: Půdy s velmi nízkou rychlostí infiltrace (méně než 0,02 mm/min) i při úplném nasycení, zahrnující převážně jíly s vysokou bobtnavostí, půdy s trvale vysokou hladinou podzemní vody, půdy s vrstvou jílu na povrchu nebo těsně pod ním a mělké půdy nad téměř nepropustným podložím (Janeček a kol., 2002). 3.4 Rychle rostoucí dřeviny Jako nejvíce perspektivní rychle rostoucí dřeviny v evropských podmínkách jsou různé druhy topolů (Populus nigra, Populus alba, Populus tremula), vrby a olše. Charakteristikou těchto druhů dřevin a keřů je vysoký výnos nadzemní biomasy, a to především v prvních letech nebo po opakovaném seříznutí. Pro dobrý výnos je nezbytný výběr správného stanoviště, ke kterému je možné využít rámcovou typologii zemědělských půd. Pro její vytvoření se berou v úvahu dva faktory, a to výsledky vhodných klonů rychle rostoucích dřevin a bonitace zemědělských půd v soustavě BPEJ. Výsledkem je vytvoření šesti skupin půd podle vhodnosti pěstování registrovaných a doporučených klonů rychle rostoucích rostlin. Plantáže na území ČR nejsou a zřejmě také nebudou pěstovány na nejúrodnějších půdách, je zde však velké procento ploch, které nejsou vhodné pro zemědělskou produkci, ale pro produkci dřevní biomasy. Topoly balzámové se mohou využít např. na zrašeliněných půdách, pro sušší stanoviště se také mohou nalézt vhodné druhy. Topol i vrba jsou druhy převážně světlomilné, vrby snáší zamokření, topol je více náročný na teplo. Horní hranice produkčních plantáží topolů a vrb se u nás odhaduje na 600 m.n.m. 18

19 Porosty rychle rostoucích dřevin mohou mít různé podoby. Mohou to být velmi rozlehlé lesy, např. na plochách nad 5 hektarů parcely, může to být několik zelení propojených parcel, linie stromů, shluky stromů nebo dlouhá stromořadí, např. 5 řad ve vzdálenosti 5m od sebe. Způsobem výsadby může být sledován i jiný význam, než pouze energetický, ale také jejich biologická funkce (vznik biokoridorů, zvýšení biodiverzity, úkryt a potrava pro drobnou i vysokou zvěř, hnízdiště ptactva, atd.) Plantáže mohou sloužit jako přechodné biotopy některým citlivým druhům a lesním druhům a jako biokoridory a biocentra pro některé dobře migrující predátory (např. střevlíky). Plantáže nelze však vysazovat kdekoliv a za všech okolností. V některých případech (na mokrých loukách, bažinách) by výsadba rychle rostoucích dřevin mohla ohrozit některé chráněné druhy (Hecker, 2007) Topol černý (Populus nigra) Opadavý strom, 25 30m vysoký, se vzhůru rostoucími větvemi. Listy mají 3 5 cm dlouhý řapík a 5 10cm dlouhou čepel se zahnutě prodlouženou špičkou. Jehnědy jsou 4 6cm dlouhé. Vyskytuje se na hlubokých a živných půdách. Vysazuje se především do stromořadí a jako okrasný strom v parcích. Topol černý je rychle rostoucí, nikoliv však příliš dlouhověký strom. Vzrostlé stromy napadá škodlivá houba, která způsobuje odumírání větví nebo celých částí koruny. V některých letech také dochází k silnému napadání mšicemi, které vyvolávají na řapících listů charakteristické puchýřovité hálky. V kultuře jsou jen samčí černé topoly. Vysazují se od počátku 18. století. Jedná se o typický strom lužního lesa a má širokou korunu. Tento domácí druh dříve hojně rostl v širokých říčních údolích, ale po regulaci říčních toků se již v dnešní době vyskytuje pouze zřídka (Hecker, 2007) Topol osika (Populus tremula) Opadavý, m vysoký strom se širokou korunou a s hluboce rozpukanou žebrovitou borkou. Listy mají 3 7 cm dlouhý řapík a 3 8 cm velkou čepel. Dvoudomá rostlina s jednopohlavnými květy. Vykvetlé květenství 4 10 cm dlouhé, svěšené. Plodenství až 12 cm dlouhé má četné mnohosemenné tobolky. Vyskytuje se na kyprých písčitých, sprašových a hlinitých půdách, které jsou mírně živné, zásadité, vápnité i bez vápna, slabě kyselé. Ve střední Evropě od rovin až do výšky 1800 m 19

20 v Alpách. Osika je pionýrská dřevina. Její semena rozšiřovaná větrem rychle klíčí. Strom se dožívá asi 100 let. Osika roste ve světlých lesích, na kamenitých svazích a na podmáčených kamenitých plochách, společně s břízou, jívou a s duby (Hecker, 2007) Topol bílý (Populus alba) Opadavý, m vysoký strom se širokou korunou a s mohutnými větvemi. Řapík listů je dlouhý 2 5 cm, délka čepele činí 4 8 cm. Květy se objevují dlouho před vyrašením listů a jsou uspořádané v jednopohlavných jehnědách. Dvoudomý strom, samčí jehnědy mají délku 3 7 cm, samičí jsou o něco kratší. Vyskytuje se na kyprých, svěžích a živných půdách hlinitých nebo jílovitých. Lužní lesy (vrbo-topolový luh). V Alpách až do výšky 1500 m. Stejně jako ostatní topoly je i tobol bílý větrosnubným stromem. Mladé stromy dorůstají do konečné výšky asi ve 40 letech. Stáří stromů může činit let a průměr kmene může dosahovat 2,5 m. Měkké dřevo topolu bílého se stejnoměrnou strukturou se používá při výrobě nábytku a rýsovacích prken. Topol bílý může tvořit výhony z kořenů, na nichž jsou pak listy mnohem větší a chlupatější než listy v koruně stromu (Hecker, 2007). 20

21 4 MATERIÁL A METODIKA 4.1 Popis zájmového území Zájmové území Domanínek U Javora (Obr. 1), kde probíhalo měření infiltrace, se nachází jižně od městské části Domanínek na rovině s dvouletým porostem rychle rostoucích dřevin (topol). Nejbližší vodoteč je v Domanínku. Obrázek 1: Fotomapa Domanínku - U Javora s vyznačením zájmové lokality ( Charakteristika lokality Bystřicko leží v severovýchodním cípu Českomoravské vysočiny. Centrem oblasti je město Bystřice nad Pernštejnem. Mikroregion Bystřicko se nachází v Hornosvratecké vrchovině, kde Žďárské vrchy na severu oblasti navazují na jižnější Nedvědickou vrchovinu, která je nejčlenitější částí celé Vysočiny. Krajina se zde mírně svažuje od severu k jihu, k nejatraktivnějším místům pak patří údolí řeky Svratky, kde dochází k vysokému relativnímu převýšení (místy i přes 300 m). Vrchy kolem Svratky se tu pojí téměř v horské hřbety a řadu nejvyšších vrchů Bystřicka lze nalézt právě zde. Bystřicko patří do úmoří Černého moře a celou oblast odvodňuje řeka Svratka se svými přítoky, z nichž největší jsou pravostranné: Fryšávka, Bystřice, Nedvědička a 21

22 Loučka. Svratka pramení u Křivého Javora a Žákovy hory, je 173,9 km dlouhá, plocha povodí je 7118,7 km 2. Vlévá se do Dyje ve střední nádrži Nové Mlýny. Dominantní vodní plochou je přehradní nádrž Vír s druhou nejvyšší hrází v ČR a vodní plochou 223,6 ha. Nejvyhledávanější rybníky jsou Skalský a Domanínský v těsné blízkosti Bystřice nad Pernštejnem. Území je chudé na podzemní vody. Na území města Bystřice nad Pernštejnem a v jeho okolí se podzemní voda vyskytuje pouze jako voda puklinová, která netvoří souvislou hladinu. Podstatná část oblasti Bystřicka leží v přírodním parku Svratecká hornatina. Přírodní park Svratecká hornatina chrání pestrou tvář krajiny rozsáhlého a členitého území kolem horního toku řeky Svratky a jejích přítoků v Hornosvratecké vrchovině. Jeho území má nepravidelný protáhlý tvar o přibližně severojižním průběhu a ve stejném směru jím protéká Svratka, která tvoří přirozenou osu parku a dělí jej na dvě nestejně velké části (Boudová a kol., 2004). Domanínek je část města Bystřice nad Pernštejnem v okrese Žďár nad Sázavou. Nachází se asi 3 kilometry na severozápad od Bystřice nad Pernštejnem (Obr. 2). Obrázek 2: Mapa Bystřice nad Pernštejnem a okolí ( 22

23 4.1.2 Klimatické podmínky Podnebí Bystřicka je drsnější, území leží na hranici několika mírně teplých oblastí. Oblast mezi Bratrušínem, Lesoňovicemi a Dvořištěm se vyznačuje vlhčím a teplejším klimatem. Atmosférické srážky se pohybují od mm ročně v období vegetace, v zimních období se srážky pohybují okolo mm ročně. Průměrná denní teplota vzduchu se pohybuje mezi 6,5 7,5 ºC. Oblast jižně od města se vyznačuje sušším a chladnějším podnebím. Atmosférické srážky se pohybují od mm ročně ve vegetačním období, v zimě se srážky pohybují okolo mm ročně. Průměrná roční teplota vzduchu se pohybuje mezi 6,0 6,5 ºC. Třetí oblast se rozkládá severně od města. Atmosférické srážky se pohybují od mm ročně ve vegetačním období, mm ročně v zimním období. Průměrná denní teplota vzduchu se pohybuje okolo 6,5 ºC. Dlouhodobá průměrná teplota v dané oblasti činí 6,47 ºC. Počet letních dnů se odhaduje na 20 40, počet mrazových dnů Zima bývá většinou bohatá na sníh, hlavně v nejvyšších polohách regionu (sever, severozápad), kde bývá dnů se sněhovou pokrývkou (Boudová a kol., 2004) Geologie lokality Podloží Bystřice nad Pernštejnem a jeho blízkého okolí náleží k nejstarší jednotce Českého masívu. Lokalita je z hlediska hornin relativně monotónní. Až na malé výjimky se zde vyskytují poměrně tvrdé krystalické horniny. Dominují přeměněné převážně mírně kyselé horniny různé typy rul, migmatity, amfibolity. Jsou to horniny s velkou geomorfologickou odolností, tj. jen málo podléhající erozním procesům (Culek, 1996) Geomorfologický celek Hornosvratecká vrchovina Žďárské vrchy severozápadní část Hornosvratecké vrchoviny. Plochá vrchovina tvořená krystalickými horninami. Vyklenutý povrch, na jihovýchodě omezená složeným zlomovým svahem v pokračování Dlouhé meze. Příznačné jsou dlouhé protáhlé hřbety se skalními tvary oddělené hlubokými, ale rozevřenými údolími, na hřbetech jsou četné skalní tvary (izolované skály, mrazové sruby, kryoplanační terasy). Charakteristické jsou rybníky v plochých sníženinách. 23

24 Nedvědická vrchovina jihovýchodní část Hornosvratecké vrchoviny. Členitá vrchovina tvořená horninami krystalinika, ve sníženinách se vyskytují miocénní usazeniny (Culek, 1996) Půdní podmínky Jihozápadní a severní část území je intenzivně zemědělsky využívána. V okolí Bystříce nad Pernštejnem se nenacházejí větší lesní porosty. Lesní porosty se vyskytují až za Bratrušínem a Domanínkem. V této oblasti se nacházejí i oddělená území orné půdy a intenzivně využívané louky. Nejrozšířenějším typem půd jsou hnědé půdy kyselé, rozšířené hlavně při vrcholech a na svazích. V ostatních polohách jsou půdy oglejené, případně glejové nebo podzoly. Půdní druh je převážně hlinitopísčitý až písčitohlinitý. Půda není příliš úrodná, obsahuje málo humusu a minerálních látek. V katastrálním území místní části Domanínek zaujímá 7,8 % lesní půda, 76,1 % zemědělský půda, 15,8 % zastavěné a ostatní plochy a 0,3 % vodní plochy (Boudová a kol., 2004) Zrnitostní rozbor půdy Půda na zájmové lokalitě Domanínek dle Novákovy zrnitostní klasifikace (Jandák a kol., 2010) byla určena jako půda středně těžká písčitohlinitá. Jílnaté částice v 10 cm jsou zastoupeny 26,38 %, ve 20 cm 31,76 % a ve 30 cm 32,16 % (Obr. 3). Obrázek 3: Zrnitostní křivka (autor: Ing. Martina Vičanová) 24

25 4.1.6 Katastrální údaje Obrázek 4: Katastrální mapa s vyznačeným zájmovým územím ( MarQP0= &MarQParamCount=1&MarWindowName=Marushka) Nemovitost je v územním obvodu, kde státní správu katastru nemovitostí ČR vykonává Katastrální úřad pro Vysočinu, Katastrální pracoviště Bystřice nad Pernštejnem (Obr. 4). Parcelní číslo: 110/3 Výměra: 2899 m 2 Katastrální území: Domanínek Číslo LV: 126 Typ parcely: Parcela katastru nemovitostí Mapový list: DKM Určení výměry: Graficky nebo v digitalizované mapě Druh pozemku: orná půda Vlastnické právo: Česká republika Příslušnost hospodařit s majetkem státu: Ústřední kontrolní a zkušební ústav zemědělský, Hroznová 63/2, Brno, Pisárky, Způsob ochrany nemovitostí: zemědělský půdní fond BPEJ:

26 4.1.7 Půdní typ dle BPEJ Bonitovaná půdně ekologická jednotka (BPEJ) je pětimístný číselný kód, který vyjadřuje půdní a klimatické podmínky, které mají vliv na produkční schopnost zemědělské půdy. Právním předpisem pro vedení a aktualizaci je Vyhláška Ministerstva zemědělství č. 327/1998 Sb. v plném znění (vyhláška č. 546/2002 Sb.). Podle BPEJ se jedná o klimatický region mírně teplý, vlhký. Hlavní půdní jednotkou jsou kambizemě modální eubazické až mezobazické včetně slabě oglejených variet, na rulách, svorech, fylitech, popřípadě žulách, středně těžké až středně těžké lehčí, bez skeletu až středně skeletovité, s převažujícími drobnými vláhovými poměry. Expozice pozemku rovina (0-1 ) a sklonitost 3-7 (mírný svah). Jedná se o půdu hlubokou až středně hlubokou, bezskeletovitou až slabě skeletovitou. 4.2 Metodika Ke stanovení a vyhodnocení půdní infiltrace ve vybrané lokalitě Domanínek byla prováděna terénní měření infiltrace formou výtopy v přírodních podmínkách pomocí metody soustředných válců. Data získaná v terénu se vyhodnocují graficko-empirickou metodou dle Kosťjakova. Naměřené výsledky ovlivňují hydro-fyzikální vlastnosti půdy Postup při terénním měření infiltrace Na vybrané místo se pomocí dřevěných pražců zatlučou do země dva kovové soustředné válce (vnější válec o průměru 55 cm a vnitřní 30 cm). Vždy cca do půlky válce. Potom se prostor vnitřního válce upraví odstranění posklizňových zbytků, sestříhání vysokého porostu. Nesmí přitom dojít k porušení povrchové vrstvy půdy. Na vnitřní válec se připevní držák, kterým se prostrčí hřeb s hrotem, který je 2 cm nad povrchem půdy. Do vnitřního válce se umístí drátěná síťka, na kterou se bude během měření lít voda (Obr. 5). Měření se začíná zalitím vnitřního válce 2 l vody (popř. 3 l při rychlém vsakování) a současně zalitím vnějšího válce do úrovně hladiny vnitřního válce. Zamezí se tím vsakování vody do stran z vnitřního válce. Jakmile se objeví hrot, zapíše se první časová hodnota a ihned se dolévá jeden litr vody. Při pomalém vsakování se dolévá 0,5 l 26

27 nebo 0,2 l vody. Ve vnitřním i vnějším válci v průběhu měření se udržuje stejná výška hladiny (Obr. 6). Měření se provádí po dobu, než se minimálně 5 po sobě následujících časových hodnot neustálí. Jestliže se časové hodnoty neustálí, měří se dvě hodiny. Pečlivě se zaznamenávají jednotlivé časy do formuláře (Příl. 2), kdy dojde k objevení hrotu. Po ustálení časových hodnot nebo uplynutí dvou hodin se zaznamená, kdy se objevil hrot. Další voda se už nedolévá, pouze se čeká, než dojde k úplnému vsaku vody ve vnitřním válci. V rámci jednoho výjezdu byla kvůli statistické průkaznosti provedena vždy tři měření. Případná nehomogenita naměřených hodnot může být způsobena různými faktory (vzduchem uzavřeným v pórech, heterogenitou půdního profilu, preferenčními cestami, nerovnoměrným rozdělením vlhkosti, apod.) (Příl. 1). Obrázek 5: Soustředné válce před zahájením pokusu (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) Obrázek 6: Terénní měření (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) 27

28 4.2.2 Odběr půdních vzorků Na vybrané lokalitě, kde probíhalo měření infiltrace, se vždy odebíraly půdní vzorky do Kopeckého fyzikálních válečků (Obr. 7 a 8). Půdní vzorky se odebírají vždy tři z hloubky 10, 20 a 30 cm do válečků o objemu 100 cm 3. Při těchto odběrech se dbá, aby došlo k co nejmenšímu poškození jednotlivých vzorků. Válečky jsou pod čísly zapsány do formuláře a dále zpracovány v laboratoři Ústavu agrochemie, půdoznalství, mikrobiologie a výživy rostlin Agronomické fakulty MENDELU. Obrázek 7: Odběr neporušeného půdního vzorku (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) Obrázek 8: Odběr neporušeného půdního vzorku (zatloukání Kopeckého válečků) (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) 28

29 4.2.3 Zpracování naměřených výsledků z terénních výjezdů Data získaná v terénu byla vyhodnocena podle graficko-empirické metody dle Kosťjakova. Časové hodnoty zaznamenané ve formuláři z terénního měření byly přepsány do Microsoft Office Excel pro další zpracování. Nejprve se čas převedl na minuty. Poté se naměřené hodnoty objemu vody vsáklé do půdy převedly z litrů na centilitry vodního sloupce. Dále se stanovila kumulativní infiltrace i t (cm) a okamžitá rychlost infiltrace v t (cm/min) tzn. kolik vody se vsáklo do půdy (cm) za určitý čas (min). Následně byl pomocí logaritmického měřítka sestaven bodový graf s osami X a Y. Na osu X byl zaznamenán čas t (min) a na osu Y kumulativní infiltrace i t (cm). Hodnoty v grafu byly dále proloženy mocninou funkcí. Z takto získaných hodnot se následně vypočítala rovnice regrese (Obr. 9). Hodnoty z rovnice regrese byly použity jako vstupní data pro Kosťjakovy empirické rovnice (Vališ, Šálek, 1970): i t = i 1 t β (cm) v t = v 1 t -α (cm/min) pro které platí: i t = kumulativní infiltrace i 1 = koeficient vsakovací schopnosti půdy na konci první časové jednotky (min), číselně se rovná kumulativní infiltraci na konci první časové jednotky a souhlasí s hodnotami regresní rovnice (vypočteno: v 1 /β) t = doba od zahájení měření infiltrace (min) β = konstanta určená vlastnostmi půdy, která odpovídá hodnotám regresní rovnice (vypočteno: 1-α) v t = rychlost infiltrace v 1 = koeficient vsakovací schopnosti půd na konci první časové jednotky (min), číselně se rovná rychlosti infiltrace na konci první časové jednotky (vypočteno: i 1 β) α = exponent určený vlastnostmi půdy (vypočítáno: 1-β) Hodnoty kumulativní infiltrace a rychlost infiltrace, které byly získány z Kosťjakových rovnic, byly zaneseny do grafu. Pomocí těchto hodnot bylo provedeno porovnání infiltračních schopností půdy na vybrané lokalitě během vegetační sezony. Jednotlivá měření probíhala i s ohledem na hydro-fyzikální stav půdy (Kutílek, 1978). 29

30 Obrázek 9: Graf kumulativní infiltrace ze dne (pokus č. 2) Výpočty k rozboru neporušeného půdního vzorku jsou uvedeny v tabulce dle Jandáka (Tab. 1). Tabulka 1: Vzorce parametrů rozboru neporušeného půdního vzorku (Jandák a kol., 2010) Výpočty parametrů rozboru neporušeného půdního vzorku Parametr Označení Výpočet Jednotky Momentální vlhkost Θ A-C % obj. Nasáklivost(plná vodní kapacita) Θ NS B-C % obj. Vlhkost 30ti minutová Θ 30 B 30 -C % obj. Maximální kapilární vodní kapacita Θ KMK B 2 -C % obj. Retenční vodní kapacita Θ RK B 24 -C % obj. Měrná hmotnost Stanovuje se pyknometricky g.cm -3 Objemová hmotnost redukovaná ρ d C/V S g.cm -3 Pórovitost P (ρ s -ρ d /ρ s ).100 % obj. Póry kapilární P K Θ RK % obj. Póry semikapilární P S Θ 30 - Θ RK % obj. Póry nekapilární P N P- Θ 30 % obj. Provzdušenost A P- Θ % obj. 30

31 Legenda: A hmotnost vzorku bezprostředně po odběru B hmotnost vzorku nasyceného vzlínající vodou B 30 hmotnost po 30 min. odsávání na filtračním papíře B 2 hmotnost po 2 hod. odsávání na filtračním papíře B 24 hmotnost po 24 hod. odsávání na filtračním papíře C hmotnost vysušeného vzorku při 105 C ρ s měrná hmotnost V S objem válečku 5 VÝSLEDKY A DISKUSE Během roku 2011 (květen říjen) se uskutečnily 4 výjezdy do lokality Domanínek U Javora za účelem posouzení infiltrační schopnosti půdy. Na každém výjezdu se prováděly tři měření a odběr neporušených půdních vzorků. Celkem bylo provedeno 12 měření. 5.1 Vyhodnocení hydro-fyzikálních vlastností půdy Hydro-fyzikální vlastnosti půdy ze zájmové lokality Domanínek U Javora byly vyhodnoceny z rozborů neporušených půdních vzorků (Tab. 2 5), které byly odebírány při každém terénním měření. Dle Lhotského (Lhotský a kol., 1984) byly srovnány hodnoty pórovitosti a hodnoty objemové hmotnosti redukované s kritickými hodnotami vyjadřující škodlivé zhutnění půdy. Naměřené hodnoty provzdušenosti a hodnoty okamžité vlhkosti byly porovnávány vzhledem k srážkovým úhrnům v zájmové lokalitě (Obr ). Denní srážkové úhrny z Domanínku 2011 poskytl Ústav agrosystémů a bioklimatologie MENDELU. 31

32 5.1.1 Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Tabulka 2: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( ) Hloubka odběru [cm] Momentální vlhkost [%] 26,39 31,12 32,92 Nasáklivost (plná vodní kapacita) [%] 48,57 38,81 38,82 Vlhkost 30ti minutová [%] 43,26 36,10 36,20 Max. kapilární vodní kapacita [%] 37,55 34,91 35,22 Retenční vodní kapacita [%] 27,35 29,73 27,97 Měrná hmotnost [g.cm -3 ] 2,68 2,70 2,69 Objemová hmotnost [g.cm -3 ] 1,16 1,59 1,62 Pórovitost [%] 56,64 41,27 39,63 Póry kapilární [%] 27,35 29,73 27,97 Póry semikapilární [%] 15,90 6,37 8,23 Póry nekapilární [%] 13,38 5,17 3,43 Provzdušenost [%] 30,24 10,15 6,71 Momentální vlhkost je nejnižší v hloubce 10 cm a s přibývající hloubkou stoupá. Hodnoty momentální vlhkosti nebyly ovlivněny žádnou významnou srážkou, a proto je nárůst rovnoměrný. Vlhkost mohla být ovlivněna i zásobou vody z předchozího zimního období. Hodnoty objemové hmotnosti redukované s hloubkou narůstají. Podle Lhotského je kritická hodnota pro písčitohlinité půdy 1,55 g.cm -3. Tato kritická hodnota byla překročena v hloubce 20 cm a 30 cm. V hloubce 10 cm je půda v nezhutněném stavu. Pórovitost pro písčitohlinité půdy dle Lhotského nemá klesnout pod 42 %. Optimální hodnota je pouze v hloubce 10 cm. Kapilární póry v příznivém poměru 2/3 z celkové pórovitosti (Jandák a kol., 2010) jsou ve všech třech hloubkách. Provzdušenost pro orné půdy v orničním horizontu se pohybuje v rozmezí % (Jandák a kol., 2010). V tomto rozmezí se nepohybuje ani jedna hodnota. Nejnižší hodnoty jsou v hloubce, kde je půda zhutněná (20 cm a 30 cm). 32

33 Srážky v květnu Domanínek 2011 Úhrn denních srážek (mm) 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0, Dny Obrázek 10: Úhrny denních srážek v měsíci květnu Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Tabulka 3: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( ) Hloubka odběru [cm] Momentální vlhkost [%] 28,28 27,93 25,58 Nasáklivost (plná vodní kapacita) [%] 45,77 39,50 37,38 Vlhkost 30ti minutová [%] 39,60 35,58 34,39 Max. kapilární vodní kapacita [%] 35,48 33,62 32,27 Retenční vodní kapacita [%] 29,47 29,36 27,54 Měrná hmotnost [g.cm -3 ] 2,64 2,66 2,68 Objemová hmotnost [g.cm -3 ] 1,30 1,51 1,60 Pórovitost [%] 50,76 43,11 40,33 Póry kapilární [%] 29,47 29,36 27,54 Póry semikapilární [%] 10,13 6,22 6,85 Póry nekapilární [%] 11,16 7,53 5,94 Provzdušenost [%] 22,48 15,18 14,76 Momentální vlhkost se snižuje s narůstající hloubkou. Hodnoty jsou nižší, než v předcházejícím měření. Vyšší hodnota v hloubce 10 cm je způsobena srážkami z předcházejících dnů. Objemová hmotnost redukovaná je optimální v hloubce 10 cm a 20 cm. V těchto hloubkách je dobrý nezhutněný stav. V hloubce 30 cm je i nadále půda zhutněná. 33

34 Příznivé hodnoty pórovitosti jsou dosaženy v 10 cm a 20 cm hloubce. V poslední hloubce je pórovitost nižší, jelikož je zde půda zhutněná. Poměr kapilárních pórů je optimální i při tomto měření. Provzdušenost půdy v rozmezí % je pouze v hloubce 10 cm. V ostatních hloubkách jsou hodnoty nižší vlivem utužení. U tohoto měření jsou nejvhodnější podmínky pro rozvoj půdního edafonu a výměnu vzduchu v půdě. Obrázek 11: Úhrny denních srážek v měsíci červnu Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Tabulka 4: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( ) Hloubka odběru [cm] Momentální vlhkost [%] 38,55 35,33 31,99 Nasáklivost (plná vodní kapacita) [%] 42,87 39,92 37,48 Vlhkost 30ti minutová [%] 40,95 38,03 35,50 Max. kapilární vodní kapacita [%] 39,24 36,51 33,82 Retenční vodní kapacita [%] 32,94 31,20 28,01 Měrná hmotnost [g.cm -3 ] 2,67 2,68 2,72 Objemová hmotnost [g.cm -3 ] 1,47 1,58 1,67 Pórovitost [%] 45,01 41,10 38,56 Póry kapilární [%] 32,94 31,20 28,01 Póry semikapilární [%] 8,00 6,84 7,50 Póry nekapilární [%] 4,06 3,07 3,05 Provzdušenost [%] 6,46 5,77 6,56 34

35 Při tomto měření jsou hodnoty momentální vlhkosti nejvyšší ze všech měření. Zvýšení nejspíše způsobila větší četnost srážek v první polovině srpna. K překročení hodnoty objemové hmotnosti redukované nedošlo pouze v první hloubce. Zhutnění v ostatních hloubkách má vliv i na snížení pórovitosti půdy. Pod kritickou hodnotu pórovitosti klesly vzorky z hloubky 20 cm a 30 cm. Optimálního poměru kapilárních a semikapilátních + nekapilárních pórů je dosaženo ve všech hloubkách. V den měření byla provzdušenost nejnižší oproti ostatním měřením. Nízkou hodnotu způsobila vyšší momentální vlhkost půdy. Obrázek 12: Úhrny denních srážek v měsíci srpnu

36 5.1.4 Analýza neporušeného půdního vzorku ze dne Tabulka 5: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( ) Hloubka odběru [cm] Momentální vlhkost [%] 35,86 32,79 27,88 Nasáklivost (plná vodní kapacita) [%] 43,74 39,27 34,41 Vlhkost 30ti minutová [%] 40,70 36,99 32,69 Max. kapilární vodní kapacita [%] 38,48 35,28 31,55 Retenční vodní kapacita [%] 33,01 29,27 25,07 Měrná hmotnost [g.cm -3 ] 2,59 2,60 2,61 Objemová hmotnost [g.cm -3 ] 1,34 1,51 1,66 Pórovitost [%] 48,11 41,85 36,37 Póry kapilární [%] 33,01 29,27 25,07 Póry semikapilární [%] 7,69 7,72 7,62 Póry nekapilární [%] 7,42 4,86 3,68 Provzdušenost [%] 12,25 9,06 8,49 Hodnoty momentální vlhkosti se oproti hodnotám z minulého měření nepatrně snížily. Vliv na to měly srážky, které se vyskytovaly pouze na začátku měsíce října. Nejvyšší hodnota vlhkosti je v hloubce 10 cm. U objemové hmotnosti redukované došlo k překročení kritické hodnoty u poslední hloubky. V této hloubce byla hodnota překročena u všech prováděných měření. Hodnota v hloubce 20 cm se kritické hodnotě přibližuje. Zhutnění má vliv na pórovitost. Ta je nepatrně snížena v hloubce 20 cm. V hloubce 30 cm je pokles pórovitosti větší. Pórovitost půdy s hloubkou při každém měření klesá. Kapilární póry jsou v příznivém poměru. Provzdušenost je stále nízká. Klesá postupně s hloubkou. Nepříznivá provzdušenost má špatný vliv na rozvoj aerobních mikroorganismů, protože nedochází k dostatečné výměně půdního vzduchu. 36

37 Obrázek 13: Úhrny denních srážek v měsíci říjnu Výsledky terénních měření infiltrace Naměřené výsledky infiltrační schopnosti půdy z lokality Domanínek U Javora byly zpracovány do tabulek a grafů (Příl. 3 6). V grafech jsou znázorněna jednotlivá měření během vegetačního období. Do grafů je vynesena závislost kumulativní infiltrace (i t ) a rychlosti infiltrace (v t ) na čase. V grafu jsou sloučeny tři pokusy, které se uskutečnily v den terénního výjezdu (Obr ). Výsledky infiltrace byly vyhodnoceny s přihlédnutím na hydro-fyzikální vlastnosti půdy. 37

38 5.2.1 Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Obrázek 14: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( ) U prvního infiltračního měření bylo vsakování do půdy nejnižší ze všech měření během vegetačního období. Snížení infiltrace bylo způsobeno vyšší utužeností půdy v hloubce 20 cm a 30 cm. Druhá sada má vyšší hodnoty rychlosti vsakování i kumulativní infiltrace. Toto zrychlení mohlo být způsobeno přítomností trhlin v půdě, chodbami od živočichů nebo otvory po kořenech Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Obrázek 15: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( ) 38

39 Na druhém terénním výjezdu byla vsakovací schopnost půdy podle kumulativní infiltrace v tomto měsíci optimální. Hodnoty u druhé a třetí sady jsou téměř stejné. U první sady infiltrace došlo ke snížení kumulativní infiltrace a rychlosti infiltrace. Toto snížení mohlo být způsobeno nízkou pórovitostí, či překážkami zabraňujícími vsak vody do půdy (kameny) Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Obrázek 16: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( ) U třetího infiltračního měření se na kumulativní infiltraci i rychlosti infiltrace nagativně projevila utuženost půdy, která byla nejvyšší ze všech měření. Vysoká byla také momentální vlhkost. Druhá sada se od první a třetí odchýlila. Předpokládá se, že k odchýlení došlo vlivem heterogenity půdního profilu (překážky pro vsak do půdy kameny, uzavření vzduchu v pórech). 39

40 5.2.4 Vyhodnocení měření infiltrace ze dne Obrázek 17: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( ) Při čtvrtém terénním výjezdu byla zaznamenaná nejvyšší vsakovací schopnost půdy. Infiltrační schopnost půdy u první a druhé sady je téměř identická. Třetí sada má oproti ostatním vyšší rychlost infiltrace i kumulativní rychlost již od počátku měření. Příčinou rychlejší infiltrace jsou pravděpodobně preferenční cesty, které jsou způsobeny půdními živočichy (krtci, hraboši, myši, žížaly) a pronikajícími kořeny rostlin. 40

41 6 ZÁVĚR Infiltrační schopnost půdy byla měřena při terénních výjezdech v průběhu vegetační sezóny Lokalita Domanínek U Javora je pozemek s dvouletým porostem rychle rostoucích dřevin. Shrnutím výsledků naměřených hodnot infiltrace bylo zjištěno, že hydro-fyzikální vlastnosti půdy ve sledovaném období byly podobné, pouze s menšími odchylkami. Pro přesné určení vsakovací schopnosti půdy by muselo časové rozmezí infiltračních pokusů být uskutečněno v průběhu několika let. Z odebraných neporušených půdních vzorků v hloubce 10 cm nebylo prokázáno zhutnění půdy. K tomu docházelo až s přibývající hloubkou. K nejmenšímu zhutnění půdy došlo v měsíci červnu, kdy byl v předchozích dnech malý úhrn srážek. I naměřené hodnoty vlhkosti byly nejnižší, zato provzdušenost byla nejvyšší. Podle výsledků měření během vegetační doby je patrno, že na infiltraci půdy mají vliv různí činitelé: klimatické podmínky v oblasti (teplota a vlhkost vzduchu, dešťové srážky, povětrnostní podmínky), hladiny podzemních vod, olistění topolů (zastínění pozemku), živočichové žijící v půdě, přirozené překážky (kameny). Půda se stále obměňuje a její zkoumání je pro naši budoucnost velmi důležité. Dobré a kvalitní půdy neustále ubývá a přitom je pro lidstvo významným zdrojem, který nám umožňuje pěstování plodin k obživě. Její poškození nebo zničení má nedozírné následky pro celou naši společnost, a proto bychom jí měli věnovat větší pozornost. 41

42 7 POUŽITÁ LITERATURA BOUDOVÁ, D. a kol.: Kraj Vysočina. 1. vyd. Praha: Kartografie PRAHA, 2004, 158 s. ISBN CULEK, M. a kol.: Biologické členění České republiky. 1. vyd. Praha: Enigma, 1996, 347 s. ISBN HECKER, H.: Stromy a keře. 1 vyd. Dobřejovice: Rebo Productions, 2007, 240 s. ISBN HUBAČÍKOVÁ, V.:Hydrologie. Brno: MZLU v Brně, 2009, 42 s. ISBN JANDÁK, J., POKORNÝ, E., PRAX, A.: Půdoznalství. 3. vyd. Brno: Mendelova univerzita v Brně, 2010, 143 s. ISBN JANEČEK, M. a kol.: Ochrana zemědělské půdy před erozí. 1. vyd. Praha: ISV, 2002, 201 s. ISBN KREŠL, J.: Hydrologie. 1. vyd. Brno: MZLU v Brně, 2001, 128 s. ISBN KUTÍLEK, M.: Vodohospodářská pedologie. Praha: SNTL/ALFA, 1978, 295 s. LEDVINA, R. a kol.: Geologie a půdoznalství. České Budějovice, 1992, 73 s. LHOTSKÝ, J. a kol.: Soustava opatření k zúrodňování zhutněných půd. Metodika ÚVTIZ 14/1984, Praha,1984, 39 s. PAVEL, L. a kol.: Geologie a půdoznalství. Praha: VŠZ, 1984, 280 s. PODHORÁZSKÁ, J., DUFKOVÁ, J.: Protierozní ochrana půdy. 1. vyd. Brno: MZLU v Brně, 2005, 95 s. ISBN VALIŠ, S., ŠÁLEK, J.:Hydropedologické praktikum. 2. vyd. Brno: VUT v Brně, 1970, 189 s. VÁŠA, J., DRBAL, J. Retence, pohyb a charakteristiky půdní vody. Praha, 1975, 377 s. Internetové zdroje: < [cit ] < [cit ] < [cit ] < [cit ] < [cit ] 42

43 < [cit ] < [cit ] < [cit ] < [cit ] < [cit ] < EED9E08&MarQParam0= &MarQParamCount=1&MarWindowName=Mar umaru> [cit ] 43

44 8 SEZNAM OBRÁZKŮ Obrázek 1: Fotomapa Domanínku - U Javora s vyznačením zájmové lokality...21 Obrázek 2: Mapa Bystřice nad Pernštejnem a okolí...22 Obrázek 3: Zrnitostní křivka...24 Obrázek 4: Katastrální mapa s vyznačeným zájmovým územím...25 Obrázek 5: Soustředné válce před zahájením pokusu...27 Obrázek 6: Terénní měření...27 Obrázek 7: Odběr neporušeného půdního vzorku...28 Obrázek 8: Odběr neporušeného půdního vzorku (zatloukání Kopeckého válečků)...28 Obrázek 9: Graf kumulativní infiltrace ze dne (pokus č. 2)...30 Obrázek 10: Úhrny denních srážek v měsíci květnu Obrázek 11: Úhrny denních srážek v měsíci červnu Obrázek 12: Úhrny denních srážek v měsíci srpnu Obrázek 13: Úhrny denních srážek v měsíci říjnu Obrázek 14: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( )...38 Obrázek 15: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( )...38 Obrázek 16: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( )...39 Obrázek 17: Závislost rychlosti infiltrace a kumulativní infiltrace na čase ( ) SEZNAM TABULEK Tabulka 1: Vzorce parametrů rozboru neporušeného půdního vzorku (Jandák a kol., 2010)...30 Tabulka 2: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( )...32 Tabulka 3: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( )...33 Tabulka 4: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( )...34 Tabulka 5: Rozbor neporušeného půdního vzorku ( )

45 10 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1: Fotografická dokumentace...46 Příloha 2: Formulář pro zápis vsakovacího pokusu...47 Příloha 3: Tabulka s výpočtem hodnot infiltrace půdy pokus, graf regrese...48 Příloha 4: Tabulka s výpočtem hodnot infiltrace půdy pokus, graf regrese...49 Příloha 5: Tabulka s výpočtem hodnot infiltrace půdy pokus, graf regrese...50 Příloha 6: Tabulka s výpočtem hodnot infiltrace půdy pokus, graf regrese

46 Příloha 1: Fotografická dokumentace Obr. 1: Pohled na zájmovou lokalitu (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) Obr. 2: Porost rychle rostoucích dřevin (topol) (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) Obr. 3: Soustředné válce během měření (foto Ústav aplikované a krajinné ekologie) 46