Mendelova univerzita v Brně. Lesnická a dřevařská fakulta. Ústav geologie a pedologie

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Lesnická a dřevařská fakulta Ústav geologie a pedologie Urbánní půdy a nový metodický přístup k jejich hodnocení v terénu pomocí radiometrie Bakalářská práce Vedoucí bakalářské práce prof. Ing. Klement Rejšek, CSc. Vypracovala Renáta Tichá DiS. Brno 2012/2013

2 Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma,,urbánní půdy a nový metodický přístup k jejich hodnocení v terénu pomocí radiometrie zpracoval sám a uvedl jsem všechny použité prameny. Souhlasím, aby moje práce byla zveřejněna v souladu s 47b Zákona č. 111/1998 Sb., o vysokých školách a uložena v knihovně Mendelovy univerzity v Brně, zpřístupněna ke studijním účelům ve shodě s Vyhláškou rektora MU o archivaci elektronické podoby závěrečných prací. Autor kvalifikační práce se dále zavazuje, že před sepsáním licenční smlouvy o využití autorských práv díly s jinou osobou (subjektem) si vyžádá písemné stanovisko univerzity o tom, že předmětná licenční smlouva není v rozporu s oprávněnými zájmy univerzity a zavazuje se uhradit případný příspěvek na úhradu nákladů spojených se vznikem díla dle řádné kalkulace. V Brně, dne:.. 2

3 Poděkování Tímto velmi děkuji, svému vedoucímu, panu prof. Ing. Klementu Rejškovi, CSc. A celému týmu pracovníků na Ústavu geologie a pedologie Mendelovy univerzity v Brně za skvělé podněty a výbornou spolupráci. Také bych ráda poděkovala Ing. Jiřímu Hruškovi a společnosti KOLEJCONSULT & servis spol. s r.o., za pomoc s měřením radiometrem a poskytnutí studijních materiálů k této tématice. Dále mé poděkování patří panu Jankovičovi, za poskytnutí dat z meteorologické stanice Brno Židenice. A správě silnic východočeského kraje za ujasnění detailů ohledně posypových materiálů. Tato práce vznikla za podpory projektu InoBio - Inovace biologických a lesnických disciplín pro vyšší konkurenceschopnost. Tento projekt je spolufinancován evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Registrační číslo projektu CZ.1.07/2.2.00/

4 Renáta Tichá Dis. Urbánní půdy a nový metodický přístup k jejich hodnocení v terénu pomocí radiometrie Urban soil and a new methodological approach for their evaluation in the field using radiometry Abstrakt Téma bakalářské práce je,,urbánní půdy a nový metodický přístup k jejich hodnocení v terénu pomocí radiometrie. Pojednává o základních půdních vlastnostech urbánní půdy na zkoumané lokalitě (Stará dálnice). Popisuje novou metodiku k prokázání kontaminace půd posypovými solemi. Dále také pojednává o trendech vývoje hodnot přítomnosti solí v podmínkách jejich zvýšené aktivity při tání sněhové pokrývky ve městech. Ke zjištění solí v půdě byla použita technologie georadaru. Bylo zjištěno, že posypové soli lze do jisté míry indikovat touto metodou. Z výsledků měření je ale také zřejmé, že georadarové měření v profilové podobě citlivě indikovalo změny v půdních horizontech, jako je promrznutí a opětovné roztátí, změny vlhkosti a také aktivita půdních organismů, které museli být při rozboru výsledku potlačeny. Klíčová slova: urbánní půdy, půdní sonda, posypové soli, zasolování, georadar 4

5 Abstract The topic of the thesis is, urban soils and new methodological approach for their evaluation in the field using radiometry. "It discusses the basic soil properties of urban soil the surveyed area (Old the highway). It describes a new methodology for demonstrating contamination of soils gritting salts. It also discusses the development trends of values in the presence of salts in terms of their increased activity during snowmelt in the cities. To determine the salts in the soil was used technologies GPR. It was found that gritting salt to some extent can indicate this method. The results of the measurements is also clear that the GPR measurements in the profile form sensitively indicated a change in soil horizons, such as freezing and re-thawing, changes in humidity and activity of soil organisms that had to be suppressed when analyzing the resutls. Keywords: urban soil, soil probe, gritting salts, salinization, georadar (GPR) 5

6 OBSAH 1. Úvod Cíl Literární přehled Obecná charakteristika antroposolí Kontaminace půd posypovými solemi Chemický posyp silnic Doporučené materiály pro zimní údržbu vozovek Půdní sonda Fyzikální váleček Laboratorní postupy Fyzikální vlastnosti půdy Fyzikálně-chemické vlastnosti půdy Procentický podíl humusových látek Biochemické vlastnosti půdy Georadar Historie georadaru Typy georadarů Princip měření georadarem Použití v lesnictví Zpracování dat v 3D Dřeviny vhodné pro výsadbu v městském prostředí Reakce dřeviny na stres způsobený posypovými solemi Ochrana dřevin před posypovými solemi Metodika Popis lokality

7 Rozdělení lokality Popis půdní sondy Odběr půdních vzorků Laboratorní měření Stanovení zrnitosti Konstantní hmotnost půdního vzorku stanovená vysoušením Měrná hmotnost stanovená pyknometricky Objemová hmotnost a hmotnost redukovaná Výpočet objemové hmotnosti ρ w Stanovení hmotnostní vlhkosti Stanovení maximální kapilární vodní kapacity Stanovení humusových látek žíháním Půdní reakce aktivní a půdní reakce potenciální Stanovení půdní katalázy Vzorce pro stanovení výpočtu další fyzikálních vlastností Měření georadarem Postup měření georadarem Zpracování naměřených dat Zjištění klimatických podmínek Výsledky Laboratorní měření Tabulky naměřených hodnot Výpočty fyzikálních vlastností Vyhodnocení zrnitost Vyhodnocení měrné hmotnosti Vyhodnocení objemové hmotnosti a hmotnosti redukované

8 Vyhodnocení hmotnostní vlhkosti Maximální kapilární vodní kapacita Stanovení hodnot dalších fyzikálních vlastností Vyhodnocení půdních reakcí Vyhodnocení ztráty žíháním Vyhodnocení aktivity půdní katalázy Hodnoty získané georadarem Meteorologická data Diskuse Závěr Summary Seznam použité literatury Seznam použitých obrázků Seznam použitých tabulek Přílohy

9 1. Úvod Dřeviny jsou důležitou a nedílnou součástí našich životů, proto je nutné výsadby jednotlivých dřevin a porostů udržovat. Zachovat budoucím generacím města živá a zelená. Je vysoce důležité přistupovat k novým vědeckým přístupům, které nám napomohou tento cíl splnit. Dřeviny jsou pevně spjaty s několika zákonitostmi, bez kterých by jejich život nemohl fungovat, tak jako je to u nás lidí. Rostlina ke svému životu potřebuje především sluneční záření, dostatek vzduchu, dostatek živin a prostor pro svůj růst. Pokud dřevině některých z těchto faktorů chybí, potom strádá. Může docházet k tvarovým změnám růstu, odumírání asimilačního aparátu, neplodnosti, odumírání kořenového systému či dokonce k odumření jedince. Proto je nutné zaměřit se vědecky na všechny tyto faktory, které život dřevin ovlivňují. Opomíjeným tématem je právě zmíněný přísun živin, který je závislý na kvalitě půdy a dostatečném prostoru pro vývoj kořenového systému. Nelze vynechávat některé faktory jen proto, že se nám zdají být nedůležité. Dřevina je celek, proto musíme uvažovat se všemi aspekty, které mohou způsobovat nevratné změny. V současnosti se může jednat jen o změny u jednotlivých jedinců, ale do budoucna hrozí nevratné změny, díky neustále kontaminaci půd nebo ovzduší. Do budoucna by bylo vhodné zaměřit se na zmíněnou půdu a půdní prostředí, které je v městském prostředí poměrně opomíjeným tématem. A to jen z toho důvodu, že se jedná o velmi rozmanité prostředí (navážek, násypů, atd.). Vypadá to, jako bychom se tohoto tématu příliš obávali. Tato bakalářská práce má za úkol otevřít nové možnosti a přístupy, které by měli vést ke zkvalitnění růstových potřeb dřevin. 9

10 2. Cíl Cílem této bakalářské práce je analyzovat zkoumanou oblast stran základních půdních vlastností. Na této ploše pak za pomoci nové metodiky radiometrie ověřit, zda by bylo možné v půdním prostředí pozorovat změny obsahu solí po zimní údržbě vozovek. Tyto změny pozorovat na změnách šíření georadarového signálu v prostoru i v čase. Pozorování provádět plošně a opakovaně. Uvedené výsledky pak diskutovat s výsledky odlišných metodik a stejných cílů. 10

11 3. Literární přehled 3.1 Obecná charakteristika antroposolí Jedná se o kategorii půd vzniklou jednak výrazným přetvořením půdních horizontů melioračními opatřeními, pohřbením původních půdních horizontů nebo půdy vzniklé přesunem materiálů, (půdy překryté (sealing) či půdy silně kontaminované. Do této půdní kategorie lze zařadit dva půdní typy (kultizem, antropozem). Kultizem vzniká kultivační činností člověka (hloubkovým kypřením, rigolováním, zapravením isolačních folií, apod.), během tohoto procesu dochází ke zlepšování půdních vlastností minerálním a organickým hnojením, zpracováním půdy. Antropozem je půdní typ vytvářený člověkem kupením substrátů získávaných při těžební a stavební činnosti. Tyto půdy lze charakterizovat jednak vlastnostmi původního materiálu, jednak antropogenním vrstvením či mísením materiálu. Dále tyto půdy mohou vznikat regulací procesu pedogeneze po rekultivačních pracích (Němeček, 2001). Antropické půdy jsou charakterizovány: a) Mimořádnou prostorovou heterogenitou antropizací podmíněných / vzniklých půd. Ta se projevuje přítomností úlomků cihel, keramiky, skla, kovů, gum, betonu nebo kusů stavebních materiálů, atd. b) Hydrologií antropizací podmíněných/vzniklých půd, tzn., že se jedná o půdy utužené, kompaktní, kde dochází k povrchovému odtoku dešťové vody. Povrchová voda se může stékat v jednom bodě, kde vytváří povrchově zamokřené půdní těleso. Toto těleso může vznikat v blízkosti kanalizačních či vodovodních sítí, u kterých dochází k nepatrným únikům. Mnohdy hraje tento zdroj vody klíčovou roli pro přežití dřevin ve městech. c) Specifickým dopadem zimní údržby vozovek. (Rejšek K., 1999) 11

12 3.2 Kontaminace půd posypovými solemi Jedná se o proces spojený s obsahem chloridů. Konkrétně do procesu salinizace vstupují chlór a sodík. Prvky, se kterými rostlina běžně pracuje, do tohoto procesu vstupují v nadměrných koncentracích a dochází tak ke třem jevům: a) K antagonismu vůči příjmu vápníku. b) K neschopnosti příjmu vody rostlinou. c) K poškození půdní struktury, ústící do sléhavých horizontů s mimořádně nízkou pórovitostí (Rejšek K., 1999). Salinita neboli půdní slanost snižuje kvalitu půdy, tyto půdy jsou fyziologicky suché. Zdrojem zasolení je používání posypové soli NaCl a CaCl2. K zasolení může docházet také při závlahových pracích, kdy je použita voda s vysokým obsahem solí. Zasolení může být také způsobeno špatným odvodněním půdy. Na těchto půdách je snižován obsah některých prvků jako jsou K, Ca či P. Vápník je vyplavován do spodních vrstev půdy, čímž se zvyšuje půdní ph (Hrudová E., 2006) Chemický posyp silnic Chemický posyp silnic obecně upravuje vyhláška Ministerstva dopravy 104/ 1997 Sb., kterou se provádí zákon o pozemních komunikacích. Odklízení sněhu se provádí především mechanicky. Provádět posyp či postřik chemickými rozmrazovacími materiály do vrstvy čerstvě napadaného sněhu vyšší než 3cm bez předchozího pluhování je neúčinné, a proto nepřípustné. Sníh je za obvyklé zimní situace třeba odstraňovat tak, aby nedošlo k jeho ujetí provozem a přimrznutí k povrchu vozovky. Sněhovou břečku je třeba z vozovky odstranit. Na odpočívkách a parkovištích muže být sníh nejprve shrnut do valu, které se následně odstraní. 12

13 Odklizení sněhu s použitím chemických rozmrazovacích materiálů se používá pouze na komunikacích, určených plánem zimní služby. Posyp solí se zahajuje, pokud výška sněhu nepřesáhne 3cm. Do sněhové vrstvy vyšší než 3cm není dovoleno posyp provádět. Dávkování při posypu chloridem sodným nebo chloridem vápenatým se provádí v závislosti na intenzitě sněžení. Při malé intenzitě (1 až 1,5cm za hodinu) se sype dávkou 10 g.m-2, při vetší intenzitě dávkou 20 g.m-2. Použití větších dávek již způsobuje vznik sněhové břečky. Při mimořádně dlouhém sněžení nebo při mimořádné intenzitě spadu, lze v průběhu sněžení posyp dávkou 10 g.m-2 opakovat, ale vždy až po provedeném pluhování, aby se sůl dostala na povrch vozovky. Chemické rozmrazovací materiály se zásadně aplikují až na zbytkovou vrstvu sněhu, kterou již nelze odstranit nebo snížit mechanickými prostředky. Těmito materiály lze účinně a rychle odstraňovat vrstvy uježděného sněhu do tloušťky 1 až 2cm nebo náledí do tloušťky 2mm. Na vyšší vrstvy je nutný opakovaný postup a součinnost mechanických prostředků. Při teplotách kolem -5 C se použije chlorid sodný, při teplotách kolem -15 C se použije chlorid vápenatý - v mezilehlém intervalu teplot muže být použita směs obou chloridu. Minimální, technologicky dostačující dávka pro tento typ posypu je 20 g. m-2. Při likvidaci vyšších vrstev náledí je zpravidla nutno použít dávek vyšších, celková spotřeba posypových solí však při jednom zásahovém dni nemá překročit 60 g.m-2.jen ve zcela výjimečných případech, kdy je nezbytné obnovit rychle úplnou sjízdnost komunikace (zákon o pozemních komunikacích 13/1997 Sb., vyhláška 104/1997 Sb.) Doporučené materiály pro zimní údržbu vozovek Chemické rozmrazovací materiály K posypu silnic, dálnic a místních komunikací s výjimkou nemotoristických komunikací lze používat následující chemické rozmrazovací materiály: chlorid sodný, chlorid vápenatý, směsi chloridu Chlorid sodný (sůl kamenná, sůl kuchyňská), NaCl je účinný pro odstraňování náledí a sněhových vrstev při teplotách do -5 C a za určitých podmínek i nižších. Chlorid vápenatý, CaCl2 je účinný pro odstraňování náledí a sněhových vrstev pod -15 C. 13

14 Používané posypové soli nemají obsahovat více než 5 váhových procent prachových částí pod 0,16 mm. Skladba zrnitosti je významná pro způsob použití a techniku posypu. Jemné částice způsobují rychlé plošné rozpouštění, účinek do hloubky je však omezený. Hrubé částice pronikají více do hloubky, takže ujetá sněhová vrstva nebo silnější náledí jsou účinkem silničního provozu rozmělňovány. Sůl nemá vykazovat při dodání více než 2 váhová procenta stálé vlhkosti a má obsahovat nejméně 96 váhových procent účinné rozpouštěcí substance. Při dodání soli musí být dokladovány údaje o chemickém složení, o podílu nerozpustných příměsí, o vlhkosti a skladbě zrnitosti v tomto členění: pod 0,16mm od 0,16mm do 0,80mm od 0,80mm do 3,15mm od 3,15mm do 5,00mm nad 5,00 mm Limity pro obsah těžkých kovu a nevhodných příměsí nebyly dosud stanoveny zvláštními předpisy (zákon o pozemních komunikacích 13/1997 Sb., vyhláška 104/1997 Sb.). 3.3 Půdní sonda Cílem výkopu půdní sondy je odkrytí půdního profilu. Půdní sonda by měla mít optimální hloubku cm, minimálně však 90 cm na jejím čele. Hloubku výkopu obvykle ohraničuje hloubka výskytu kompaktní horniny. Výkop sondy se provádí ručně, pokud je použit výkop provedený mechanizačními prostředky, je nutné čelo výkopu ručně upravit. Půdní profil definuje sekvenci jednotlivých horizontů (Rejšek, zápisky z hodin pedologie). 14

15 Jednotlivé horizonty se od sebe liší různými znaky, které lze již v terénu. Jsou to hloubka a intenzita prokořenění, mocnost a charakter hranic, barva, zrnitost za sucha a za mokra, obsah skeletu, konzistence za sucha a vlhka, struktura, pórovitost, humóznost, biologická aktivita, přítomnost novotvarů. Znaky půdního profilu jsou tak základními prvky půdní diagnostiky a systematiky. (Rejšek K., 1999) 3.4 Fyzikální váleček K získání fyzikálních vlastností půdy je nejběžnější odběr neporušeného půdního vzorku. Ten se provádí za pomoci fyzikálních válečků. Válečky jsou vyrobeny z nerezové oceli s běžně využívaným objemem 100 cm 3, lze využít válečky i s dvojnásobným objemem. Důvodem odběru půdy v této formě je maximálně zachovat její strukturu. Z odebraného vzorku se pak v laboratoři určují fyzikální vlastnosti půdy: půdní zrnitost, obsah půdního skeletu, měrná hmotnost, objemová hmotnost, objemová hmotnost redukovaná, pórovitost, obsah vody, sušina, hmotnostní vlhkost, objemová vlhkost, provzdušněnost, nasycenost půdních pórů a stanovení půdních hydrolimitů. (Rejšek, zápisky z hodin pedologie). 3.5 Laboratorní postupy Laboratorní postupy jsou prozatím jednou z mála metod, kterými lze zjišťovat přítomnost solí v půdním prostředí. Jsou důležité ke zjištění základních fyzikálních, fyzikálně-chemických a biochemických vlastností. A jsou tedy nedílnou součástí každého nového měření, slouží jako opěrný sloup. 15

16 3.5.1 Fyzikální vlastnosti půdy Pokud se na půdu podíváme jako na otevřený fyzikální systém, je každá půda charakteristická vícečetnými fyzikálními vlastnostmi, které jsou podmíněné disperzitou půdních částic, jejich prostorovým uspořádáním a vzájemnými vztahy mezi pevnými částicemi, kapalnou fází (půdním roztokem) a vzduchem. Z fyzikálního hlediska tedy představuje půda heterogenní polyfázový disperzní a pórovitý systém, který obsahuje v přírodních podmínkách obyčejně tři fáze: pevnou, kapalnou a plynou (Řehák, Jánský 2000). Do fyzikálních vlastností půdy řadíme také fyzikální (mechanické) zvětrávání, jenž je vlastně pouhým mechanickým rozpadem celistvé horniny na úlomky různé velikosti, vzniká tak ostrohranný rozpad tzv. detrit (Jandák a kol. 2004). (Dexter 1997) sem řadí ještě strukturu. Fyzikálními vlastnostmi půdy nazýváme také její vlastnosti, kterými je možné půdu ohodnotit vizuálně nebo hmatem a určit pomocí různých škál a stupnic tvar, velikost, sílu atd. půdních částic. Fyzikální vlastnosti půdy jsou úzce spojené s prostorovým uspořádáním půdní hmoty a s kvantitativními a kvalitativními vlastnostmi (Pešák, 2010) Fyzikálně-chemické vlastnosti půdy Půdní reakce je základní fyzikálně-chemická vlastnost lesních půd. Je dána poměrem mezi koncentrací hydroxoniontových a hydroxylových iontů v půdní suspenzi. Tento poměr je vyjádřený vodíkových exponentem, hodnotou ph. Její přímý vliv na lesní porosty spočívá především v jejím zásadním ovlivnění biochemických půdních procesů a procesů příjmu živin jednotlivými autotrofními organismy. 16

17 Rozeznáváme tři základní formy půdní reakce: 1. Půdní reakce aktivní (ph/h 2 0) 2. Půdní reakce potenciální výměnná (ph/kcl) 3. Půdní reakce potenciální hydrolytická (Ha; m mol H g půdy) Procentický podíl humusových látek Považují se za ně nejrůznější charakteristiky společenstev půdních organismů a biologických procesů např. početnost, biomasa, aktivity jednotlivých skupin půdních organismů, rychlost respirace aj. (Šimek 2007). Živé organismy přispívají během zvětrávacího procesu svými mechanickými i chemickými vlastnostmi také k rozpadu matečné horniny (kořeny, kyseliny vylučované organismy, atd.) (Jandák a kol. 2004) Biochemické vlastnosti půdy Při procesu stanovení půdní katalázy je podstatou kvantifikace rozložení peroxidu vodíku na vodu a molekulární kyslík. Důvod, kvůli kterému se toto měření provádí je schopnost mikroflóry produkovat enzym, katalyzující tuto reakci. Tento enzym se nazývá kataláza (zápisky z přednášek pedologie, Rejšek). 3.6 Georadar GPR neboli Ground Penetrating Radar (georadar). Jedná se o přístroj, který funguje na principu vysílání elektromagnetických vln a jejich příjmu po odrazu v zemi nebo v konstrukci. (zápis z přednášky, Hruška) Hodnota tohoto přístroje se pohybuje v 10 tisících dolarech a je odvislá od konfigurace, kterou požaduje zákazník. 17

18 Cena, která je požadovaná za zhodnocený úsek, tzn. minimálně 100m, se pohybuje od Kč do Kč. Jednotka 100 m je optimalizovaná délka, na které lze vyhodnotit smysluplná data Historie georadaru 1929 první aplikace (hloubkové sondování ledovce v Rakousku). Další pokusy prováděla francouzská firma Schlumberger ve 30. letech. Technologie byla na několik let zapomenuta. Ke konci 50. let použit k lokalizaci letadel spadlých v Grónsku za 2. světové války. V 60. letech se americká armáda za pomoci georadaru pokoušela vyhledávat tunely Vietkongu, jednalo se o zařízení, rozměrné, nesené jedním vozem a druhý vůz byl použit jako zdroj energie první přenosný radar (použit na Měsíci) první společnost na výrobu georadarů. S příchodem mikroelektroniky dochází ke zmenšování modelů georadarů (Hruška, 2010) Typy georadarů V České Republice se nejvíce vyskytují georadary těchto vyráběné těmito společnostmi: GSSI Inc., z USA ( SIR-20, SIR-2, SIR-10), MALA Geoscience ze Švédska ( RAMAC X3M, CX, ProEx), Sensors & Software Inc., z Kanady ( pulseekko 1000, 100, PRO, IV),(zápisky z přednášky, Hruška). Typ GPR byl měl být vybrán podle typu měřeného terénu. 18

19 3.6.3 Princip měření georadarem Jedná se o geofyzikální metodu založenou na principu vysílání elektromagnetických a jejich opětovném příjmu po odrazu v zemi (Obr. 1). V trase geofyzikálního profilu je situován vysílač a přijímač signálu. Signál se odráží od rozhraní objektů v zemi, které se vzájemně liší svou vodivostí a permitivitou (Tab. 1.). Nejhůře se elektromagnetická vlna šíří ve vodním nebo půdním prostředí, jde o to, že při jejím dopadu na vodič je odražena zpět. PNaměřená data jsou pomocí programového vybavení zpracována. Kromě toho lze vyhodnocovat také změny amplitudy, frekvence a fázový posun; typické frekvence: 10 MHz - 2 GHz. Vyhodnocené výsledky poskytují ucelený obraz zkoumaného prostředí (zápis z přednášky, Hruška). Obr. 1: Znázornění principu metody radiometrie (Hruška, 2012) 19

20 Tab. 1: Elektrická vodivost odlišných materiálů (Hruška, 2012) Použití v lesnictví V lesnictví byla tato metoda úspěšně, již několikrát použita a to například při sledování zdravotního stavu stromů (Obr. 2) nebo při mapování kořenových systémů (Obr. 3). Obr. 2: Vyhodnocení prasklin a poškozených míst uvnitř kmene stromu ( Hruška et. Hubatka, 2002) 20

21 Obr. 3: Plán kořenů stromu sestavený z georadarových měření ( Hruška et. Hubatka, 2002) Zpracování dat v 3D Výstupem georadarového měření je časový řez, který se pomocí měření rychlosti CMP/WARR převádí na řez hloubkový. Výsledné řezy poskytují obraz o rozložení vrstev a objektů v zemi anebo stavebních prvků a o jejich vzájemných vztazích. Současně lze zjistit anomální - oslabené, zvodněné nebo poškozené polohy a místa. Hlavním výstupem prostorového zpracování je 3D datový prostor vytvořený prostorovou sumací obálek amplitud radarového signál. Z tohoto prostoru je možné zhotovovat vertikální, šikmé i horizontální řezy v různých hloubkách a polohách (Obr. 4). 21

22 Obr. 4: vlevo výstup z terénního šetření, vpravo převedený na 3D zpracování (Hruška, 2012) 3.7 Dřeviny vhodné pro výsadbu v městském prostředí V okolí vozovek je vhodné vysazovat dřeviny, které se odborně nazývají halofyty, popřípadě druhy dřevin, které zasolení alespoň dobře snášejí. Příklady dřevin snášejících zasolení Betula pendula Pinus nigra Juniperus chinensis Potentila fruticosa Ulmus carpinifolia Tamarix sp. Eleangus angustifolia Sophora japonica Robinia pseudoacacia Amorpha fruticosa Gleditzia triacanthos Quercus robur Quercus rubra Hippophae rhamnoides Thuja occidentalis Prunus spinosa Příklady dřevin citlivých na zasolení Acer pseudoplatanus Acer platanoides Aesculus hippocastanus Corylus sp. Tilia sp. Fagus sylvatica Rosa sp. Picea glauca Salix purpurea 22

23 3.8 Reakce dřeviny na stres způsobený posypovými solemi Slané půdy jsou fyziologicky suché. Na těchto půdách se projevuje působení iontů na buněčnou cytoplazmu, dochází k jejímu rozpadu, dále pak k redukci dělení buněk a jejich růstu u růstových pletiv. Rostliny snižují intenzitu fotosyntézy, v důsledku čehož vytvářejí nedostatek biomasy. Poškozován je i kořenový systém (Hrudová E., 2006). Lze rozeznat dva typy poškození solemi přímý (vnik přes asimilační orgány) a nepřímý (proniká do rostliny půdou). Přímý vliv solení na rostliny způsobuje: poškození pupenů, nezdřevnatělých výhonů a kůry, odumírání kambia, nekrózy a předčasný opad listů. Nepřímý (sekundární) vliv zahrnuje: iontový stres, osmotický stres a omezení příjmu důležitých iontů ( 3.9 Ochrana dřevin před posypovými solemi Pro snížení následků zasolování, lze přistoupit například k těmto opatřením: snížení dávek soli, náhrada NaCl šetrnějšími prostředky, zlepšení propustnosti stanoviště, vhodně hnojit stanoviště, předjarní vyplavování soli úmyslnou zálivkou, instalace mechanických zábran nebo přistoupení k pouhému vyhrnování v centech měst. 4. Metodika 4.1. Popis lokality Pro účely této bakalářské práce byla vybrána lokalita na území brněnské části Kohoutovice, na ústí křižovatky se Starou dálnicí, u parkoviště pro oboru Holedná. Zájmové území je na (Obr.5 ), označeno červenou šipkou. 23

24 Expozice zkoumané plochy je SV. Jedná se o zatravněnou plochu. Na jihovýchodním okraji se nachází pás dřevin (Betula pendula, Populus tremula, Corylus avellana) (Obr. 6). Plocha je výrazně ovlivněna posypovými solemi, ze zimní údržby vozovek. A to ze dvou směrů. Na západní straně plochu ovlivňuje, jak posyp parkoviště, tak sůl, kterou sem dopraví řidiči na kolech svých automobilů. Na straně jižní je plocha ovlivněna posypem soli při údržbě vozovky. Obr. 5: Zájmové území ( Obr. 6: Analyzované území (Hruška, 2012) 24

25 Rozdělení lokality Na této ploše bylo vytyčeno zájmové území o rozloze 20 x 20 m. Vytyčeno bylo 5 rovnoběžných profilů o délce 20 m a vzdálenosti mezi jednotlivými profily 5 m (Obr. 7). Celková délka vytyčených profilů poskytla nutných 100m, ze kterých již lze vyčíst srozumitelná data. Obr. 7: Rozčlenění lokality pro účely radiometrie (Hruška, 2012) 4.2. Popis půdní sondy Na ploše Stará dálnice byla otevřena pouze jedna půdní sonda. Protože se zájmové území rozkládá na ploše 20 x 20 m, je jedna sonda dostačující. Plocha nevykazuje odlišné stanovištní poměry. Půdní sonda byla vykopána v blízkosti pásu dřevin na dané lokalitě. Výkop byl otevřen do hloubky 90 cm. Větší hloubky nebylo možno dosáhnout z důvodu překážky (kompaktní hornina). 25

26 Sonda byla otevřena za pomoci krumpáče a rýče. Po výkopu sondy bylo její čelo očištěno a hloubka změřena skládacím metrem. Analýzou půdního profilu bylo zjištěno, že se jedná o hnědozem antropickou. Která se nachází v rovinatém terénu ze spraší, výrazně ovlivněnou orbou a akumulací solí ze zimní údržby vozovek. Profil půdní sondy byl rovnoměrně prokořeněn až na její dno. Popis zjištěných půdních poměrů: Povrch plochy byl pokryt travním porostem. Ap YR 2/1, orniční horizont vzniklý běžnou kultivací do hloubky 20 cm, barevně kontrastní s výskytem poloh minerálního materiálu zapraveného výše orbou (2.5Y 5/4), velmi kyprá, vyválené válečky materiálu se rozpadají na útržky, nevýrazně drobtovitá Azp YR 2/2, kulturní humózní horizont vzniklý hloubkovou kultivací, kyprá až mírně slehlá, strukturní Bt Y 4/4, vazká, za vlhka lze tvarovat (při ohybu vznik trhlin, ale vlastní materiál se neláme), ulehlá (uléhavá), jílem obohacená B/C 55 10YR 5/6, přechodný horizont mezi podpovrchovým iluviálním a vlastním sprašovým materiálem, bez výrazné gradace, bez příměsi štěrku, nevýrazně prizmatická 4.3. Odběr půdních vzorků Na této lokalitě byly odebrány vzorky půdy na ose 1,3,5 (Obr. 8) ve vzdálenosti 3 m od komunikace. Odebrány byly dva typy vzorků (porušené a neporušené), v termínu Porušené půdní vzorky byly odebrány z hloubky cca 20 cm, pomocí lopatky. Odebraná zemina byla vložena do igelitových sáčků, které byly popsány číselným označením osy, na které byly odebrány. Tyto sáčky byly zagumičkovány a dopraveny 26

27 do laboratoře, kde byly uskladněny v chladničce, která zabrání nadbytečnému odpařování vody z půdy. Lze tak zachovat vzorek déle čerstvý. Vzorky byly uskladněny do doby laboratorních rozborů. Neporušené půdní vzorky byly odebrány na stejných místech jako vzorky porušené. Odběr těchto vzorků byl proveden za pomoci fyzikálních válečků. Jedná se o válečky z nerezavějící tenkostěnné oceli o objemu 100 cm 3. Před vtlačením válečku do povrchového horizontu byl odstraněn travní porost. Válečky byly pod tlakem ostřím dolů zamáčknuty do A horizontu, poté byly obříznuty nožem a vyjmuty ze země. Po vyjmutí ze země půda přesahovala hrany fyzikálního válečku, proto bylo nutné opatrně, aby nedošlo ke smáčknutí vzorku, tyto nadbytky odříznout nožem. Následně byly válečky zavíčkovány, zagumičkovány, očíslovány stejným způsobem jako porušené vzorky a dopraveny do laboratoře. Obr. 8: Označení osy pro účely odběrů půdních vzorků (Hruška, 2012) 27

28 4.4. Laboratorní měření Pro laboratorní rozbory byly použity vzorky odebrané (fyzikální válečky a nekompaktní půdní vzorky) Stanovení zrnitosti Pro získání hodnot zrnitosti byly použity pouze odebrané nekompaktní vzorky, které byly přesety na jemnozem I. Půdní částice s průměrem zrn menším než 2 mm. Do kádinek s čísly vzorků (1,3,5) o objemu 250 ml (vysokého tvaru)bylo naváženo s přesností na 0,01 g, 10 g vzorku. Do připravených kádinek bylo přilito po 10 ml dispergačního činidla a 10 ml destilované vody. Nádobky byly překryty hodinovým sklem a nechaly se odstát 24 hodin. Poté se suspenze vaří 1 hodinu za stálého míchání, skleněnou tyčinkou s gumovou botkou. Voda, která se během vaření ztrácí, musí být doplňována horkou vodou a to po rysku, která byla na nádobku napsána před vařením, ve výšce původního množství. Po vychladnutí byly vzorky zředěny vytemperovanou vodou a slévány do sedimentačních válců o objemu 1000 ml. Suspenze byla do válců slévána přes síto 0,25 mm. Zbytky ze síta byly důkladně omyty střičkou do misky, kde byla roztírána prstem, dokud se nová dávka vody nezakalila. Jednotlivé podíly byly spláchnuty přes síto do válce. Konečný zbytek byl sestříkán do odpařovací misky, kde byl na pískové lázni odpařován asi 1 hodinu a poté byl vložen do sušárny s teplotou 105 C. Po vychladnutí byla zvážena hmotnost, která byla poté použita při výpočtu. U suspenze v sedimentačním válci byla změřena teplota a poté byla v celé výšce promíchávána asi 1 minutu. Po ukončení míchání byla stopkami měřena doba sedimentace. Poté byla provedena pipetce. Po pipetování byly zbytky také vysušeny při stejné teplotě a poté byly zváženy. 28

29 Současně s touto metodou byl proveden slepý pokus. Do sedimentačního válce bylo odměřeno 10 ml činidla a bylo doplněno po značku vodou. Z libovolné hlouby bylo odpipetováno 25 ml a byl stanoven odparek. Obsah procentické frakce byl vypočítán dle vzorce (m1 * 100)/ m. Půdní druh byl stanoven dle trojúhelníkového diagramu zrnitosti (Obr. 9). Obr. 9: Trojúhelníkový diagram zrnitosti. ( 29

30 Konstantní hmotnost půdního vzorku stanovená vysoušením Do vysoušecích misek bylo naváženo cca 20 g jemnozemě I z porušených půdních vzorků. Vysoušení probíhalo cca 4 hodiny při 150 C. Po této době už by se hmotnost vzorku neměla nijak měnit, proto bylo pokusně provedeno vysoušení a opětovné zvážení po 8 hodinách Měrná hmotnost stanovená pyknometricky Na toto měření byla použita půda z fyzikálních válečků po vysušení. Poté byl zvážen samotný pyknometr. Pyknometr byl ještě zvážen plně naplněný vodou a zazátkovaný, tato hodnota byla označena jako m3. Poté byl vyprázdněn a naplněn přibližně g půdy (jemnozem I), tato hodnota byla odečtena z vah jako m1= množství zeminy v pyknometru. Další zjišťovanou hodnotou bylo m2 = hmotnost pyknometru se zeminou a destilovanou vodou. Destilovaná voda byla přilévána vždy po okraj pyknometru. Bylo vždy nutné 2 3 minuty počkat, před zavíčkováním, dokud nevystoupali bublinky přebytečného kyslíku. ρ s = m 1 /(m 1 + m 2 )-m 3 30

31 Objemová hmotnost a hmotnost redukovaná Ke stanovení objemové hmotnosti a objemové hmotnosti redukované bylo nutné použít fyzikálních válečků, ty byly po přinesení do laboratoře očištěny a zváženy s víčky, ale bez gumiček. Vysoušení do konstantní hmotnosti bylo provedeno až po provedení postupu nutného k získání hodnot maximální vodní kapacity. Po vysušení byl váleček opět zavíčkován a zvážen. Výpočet objemové hmotnosti ρ w ρ w = (b-a)/v [g.cm-3] kde: b hmotnost válečku s víčky s neporušeným vzorkem v původním stavu, a hmotnost válečku s víčky a V objem vzorku. Výpočet objemové hmotn d ρ d = (c-a)/v [g.cm-3] kde: c hmotnost válečku s víčky se vzorkem vysušeným do konstantní hmotnosti a hmotnost válečku s víčky a V objem vzorku 31

32 Stanovení hmotnostní vlhkosti Hmotnostní vlhkost byla určena gravimetricky z fyzikálního válečku a vyjádřena procenticky. Hmotnostní vlhkost je dána procenticky vyjádřeným poměrem hmotnosti vody k hmotnosti konstantně vysušeného vzorku, což znamená, že udává kolik gramů vody připadne na konstantně vysušených 100 g půdy. w = (m 1 -m 2 ).1 00/m 2 (%) kde m 1 hmotnost vzorku před vysušením, tj. navážka původního vzorku a m 2 hmotnost vzorku po vysušení do konstantní hmotnosti; Stanovení maximální kapilární vodní kapacity Byla stanovena jako procentické vyjádření podílu množství vody, z neporušeného půdního vzorku (fyzikální váleček). Fyzikální válečky byly zváženy s odebranou zeminou i víčky. Poté byly válečky umístěny do nádoby s vodou, na desku s filtračními papíry, kde byly ponechány 24 hodin k nasávání. Po dobu nasávání byly zakryty hodinovými skly, aby nedocházelo k odpařování. Poté byly válečky opět zváženy. Následně byly válečky postaveny na filtrační papír k odsávání na 2 hodiny, poté byly válečky opět zváženy. Pak byly válečky odsávány dalších 24 hodin a opětovně zváženy. Nakonec byly válečky umístěny do sušičky, kde je postupně vysoušen do konstantní hmotnosti, při teplotě 150 C po vysušení byly opět zváženy. Pro výpočet je nutné zvážit i samostatný váleček. ʘMKK =[( mmkk md)* 100(%)] / V kde m MKK - hmotnost uměle vodou nasyceného vzorku po 2 hodinovém odsávání, md - hmotnost vzorku vysušeného do konstantní hmotnosti a V - objem vzorku v daném Kopeckého fyzikálním válečku. 32

33 Stanovení humusových látek žíháním Stanovení množství humusu bylo provedeno metodou žíhání. K žíhání byl použit tyglík, který byl prázdný zvážen. Toto měření bylo provedeno na obou odebraných vzorcích. Na každý vzorek zeminy byl použit jeden tyglík. Tyglíky byly označeny čísly. Poté byly naplněny asi do ½ zeminou, opět zváženy, a předsušeny v sušičce po dobu asi 20 minut. Následně byly vyjmuty a přesunuty do pece, kde bylo provedeno žíhání při teplotě 550 C. V peci byly tyglíky ponechány 30 minut. Po vyjmutí a vychladnutí, byly tyglíky opět zváženy. Vyžíháním b zjišťujeme větší úbytek půdní hmoty než je procentický podíl pouze humusových látek. y = (m 1 m 2 )/m (%) kde m 1 hmotnost vzorku vysušeného do konstantní hmotnosti a m 2 hmotnost vzorku po vyžíhání Půdní reakce aktivní a půdní reakce potenciální Pro stanovení těchto reakcí je nutné stanovit ph. Pokus byl proveden jak na vzorcích odebraných do fyzikálních válečků, tak na porušených půdních vzorcích. K pokusu bylo třeba připravit si pro každý vzorek půdy dvě kádinky. Celkem bylo manipulováno se dvanácti kádinkami. Do každé kádinky bylo naváženo po 10 g půdy. Pro získání hodnot půdní reakce aktivní, bylo nutné do každé kádinky přilít 25 ml destilované vody a průběžně během jedné hodiny s těmito roztoky míchat (cca 3x/ hod.) Do zbývajících 6 kádinek byl přimícháno 25 ml KCl (1 mol roztok). S těmito roztoky bylo nutné opět pravidelně míchat. Po uplynutí jedné hodiny bylo za pomoci ph metru, změřeno a zapsáno ph jednotlivých vzorků. 33

34 Stanovení půdní katalázy Stanovení půdní katalázy (biologické aktivity) bylo provedeno za pomoci Jankova vápnoměru. Kataláza byla stanovena jak u vzorků odebraných do fyzikálních válečků, tak z neporušených půdních vzorků. Pro každý vzorek bylo potřeba jednu baňku. Do každé baňky bylo naváženo 10g vysušené půdy a k nim bylo přilito 50 ml destilované vody. Do nádobky na vápnoměru bylo nalito ml 3% roztoku peroxidu vodíku. Nádobka je připevněna na špuntu, kterým byl ucpán otvor baňky. Poté byly srovnány obě hladiny na vápnoměru na 0. A následně byl peroxid vodíku vylit do směsi v baňce, obě kapaliny byly promíchány. Hodnota byla odečtena vždy po 15- ti minutách. 0,1 = 1 dílek na vápnoměru = 5 ml kyslíku Vzorce pro stanovení výpočtu další fyzikálních vlastností Pro získání a vyhodnocení stanovených fyzikálních vlastností bylo použito těchto vzorců: a) Výpočet pórovitosti P P = (ρ s -ρ d ).100/ρ s (%) kde ρ s měrná hmotnost vzorku z daného analyzovaného horizontu a ρ d objemová hmotnost redukovaná tohoto horizontu. 34

35 b) Výpočet objemové vlhkosti ʘ ʘ = w. ρ d (%) kde w hmotnostní vlhkost a ρ d objemová hmotnost redukovaná tohoto horizontu. c) Výpočet provzdušněnosti A A = P- ʘ (%) Kde P pórovitost daného horizontu. d) Výpočet minimální vzdušné kapacity A MKK A MKK = P - ʘ MKK (%) kde P pórovitost daného horizontu a ʘ MKK maximální kapilární vodní kapacita. e) Výpočet relativní vlhkosti kapilární R V R V = ʘ.100/ ʘ MKK (%) kde ʘ - objemová vlhkost daného horizontu. f) Výpočet nasycenosti pórů R NP R NP = ʘ.100/P (%) kde P pórovitost daného půdního horizontu. 35

36 4.5. Měření georadarem Měření georadarem bylo na dané lokalitě uskutečněno celkem šestkrát, a to v termínech 6. prosince 2011, 15. března 2012, 5. dubna 2012, 26. dubna 2012, 17. května 2012 a 7. června Postup měření georadarem Měření elektromagnetickým vlněním bylo provedeno georadarovým systémem pulseekko 1000, vyrobeným kanadskou společností Sensors & Software (Obr. 10). K danému účelu bylo použito stíněných antén a nastavena frekvence 900 MHz. Tato frekvence poskytla hloubkový dosah 1 m i dostatečné prostorové rozlišení, což bylo pro dané zadání dostačující. Měření proběhlo opakovaně na všech vytyčených profilech ve výše zmíněných termínech. Jeden krok měření odpovídal 0,2 m při každém měření. Obr. 10: GPR pulseekko 1000 Sensors & Software (Pospíšil, 2007) 36

37 Zpracování naměřených dat Zasolení bylo indikováno tímto způsobem. Roztok NaCl či jiných solí je vodivý, tzn. změnu rychlosti šíření signálu. Jestliže měl měřený prostor zvýšenou vodivost, projevila se tato změna sníženou rychlostí signálu a naopak, když dojde ke snížení vodivosti šíření signálu zvýší svou rychlost. Výsledky získané z georadarového měření byly zpracovány softwarem EKKO TOOLS 4.23, EKKO MAPPER 4.1, který byl zakoupen u stejné společnosti jako samotný georadar. Dále byl použit software pro vyhodnocení dat v 3D rozměru a software pro vizualizaci dat Voxler 3.3 od společnosti Golden Software z USA. Ze získaných terénních dat bylo nutné zjistit, zvýraznit a graficky zobrazit rozdíly mezi každým měřením. Jednotlivá měření by měla ukazovat na změny fyzikálních vlastností půdy a jejich půdních vrstev. Hledané změny by měli být způsobeny zasolováním. Intenzita signálu byla vyhodnocena, dle barevné škály (Obr. 11) Obr. 11 znázornění barevné škály k určení intenzity signálu (Hruška, 2012) 4.6. Zjištění klimatických podmínek K účelům bakalářské práce postačily naměřené teploty a denní úhrn srážek v termínech měření ( , , , , ). Tyto hodnoty byly získány z meteorologické stanice Brno Židenice. 37

38 5. Výsledky 5.1. Laboratorní měření Výsledky a hodnoty, které byly naměřeny v laboratoři Tabulky naměřených hodnot Tab. 2 Zjištění hodnot fyzikálního válečku Číslo válečku Váleček s odebranou zeminou v Plně nasátý váleček Fyzikální váleček hmotnost [g] Váleček po dvou hodinách Váleček po 24 hodinách odsávání Váleček se zemninou po vysušení Samostatný ocelový váleček čerstvém odávání 1 282,65 305,72 293,39 272,67 228,45 78, ,53 270,48 264,64 261,72 221,9 98, ,41 310,28 297,11 288,88 245,69 87,77 Tab. 3 Hodnoty potřebné ke zjištění měrné hmotnosti Měrná hmotnost hmotnost [g] číslo pyknometru pyknometr + zemina pyknometr + zemina + voda pyknometr + voda prázdný pyknometr 1 11,1 154,3 142,3 3 13,1 158,6 145,3 5 10,9 161,4 149,5 38

39 Tab. 4 Hodnoty potřebné ke stanovení humusu Stanovení humusu hmotnost [g] číslo tyglíku prázdný tyglík tyglík + jemnozem I tyglík + zemnia po žíhání 1 váleček 12,96 19,36 18,69 3 váleček 13,04 18,1 17,53 5 váleček 13,43 19,4 19,03 1 sáček 13,07 16,86 16,17 3 sáček 13,28 18,48 17,97 5 sáček 13,54 18,9 18,34 Tab. 5 Hodnoty potřebné ke zjištění vlhkosti číslo vysoušečky Vlhkost gravimetricky hmotnost [g] vysoušečka + zemina v čerstvém prázdná vysoušečka vysoušečka + vysušená zemina stavu 1 16,79 21,78 19, ,93 19,98 18, ,17 19,23 17,8 Tab. 6 Hodnoty potřebné ke stanovení sušiny číslo vysoušečky prázdná vysoušečka Sušina hmotnost [g] vysoušečka + zemina přirozeně proschlá vysoušečka + vysušená zemina 1 17,73 20,9 20, ,45 20,33 20, ,6 20,36 20,29 39

40 Tab. 7 Hodnoty potřebné ke stanovení zrnitosti % podíl velikostí frakcí ve vzorcích velikost frakce [mm] číslo vzorku < 0,002 0,002-0,01 0,01-0,05 0,05-0,25 0, ,7 16,5 47,9 25,8 3 11,5 10,3 32,8 17,8 27,6 5 10,6 13,1 31,9 18,1 26, Výpočty fyzikálních vlastností Vyhodnocení zrnitost Z tab. 7 vyplývá, podle trojúhelníkového diagramu zrnitosti, dle převažující velikosti frakce půdní druh. Pro vzorek číslo jedna byl půdní druh určen jako prachovitá hlína. Vzorek číslo dva a tři byly zhodnoceny jako půdní druh jíl Vyhodnocení měrné hmotnosti Měrná hmotnost byla vypočtena dle tohoto vzorce (ρ s = m 1 /(m 1 + m 2 )-m 3 ). Pro vzorek číslo 1 byla vypočtena hodnota 0,74 g.m -3, pro vzorek číslo 2 hodnota 0,75 g.m -3 a pro vzorek půdy číslo 3 byla stanovena hodnota 1,5 g.m -3. Vzorky byly odebrány z nadložního humusu a z A horizontu, hodnota měrné hmotnosti u vzorků odebraných z nadložních humusů nepřesahuje 1,5 g.m -3, což v tomto případě odpovídá. 40

41 Vyhodnocení objemové hmotnosti a hmotnosti redukované Pro stanovení objemové hmotnosti byl použit tento vzorec: ρ w = (b-a)/v [g.cm-3]. Podle tohoto vzorce bylo zjištěno, že měrná hmotnost vzorků se pohybuje okolo hodnoty 2 g.cm -3, což dvojnásobně přesahuje hodnoty stanovené jako optimum pro lesní půdy. vzorek číslo 1 = 2,05 g.cm-3 vzorek číslo 3= 1,91 g.cm-3 vzorek číslo 5 = 2,17 g.cm-3 Objemová hmotnost redukovaná byla vypočtena pomocí obdobného vzorce ρ d = (c-a)/v [g.cm-3]. vzorek číslo 1 = 1,5 g.cm-3 vzorek číslo 3 = 1,43 g.cm-3 vzorek číslo 5 = 1,68 g.cm-3 Objemová hmotnost redukovaná se přibližuje limitům stanoveným pro lesní půdy. Pro horizont a je to 1 g.cm Vyhodnocení hmotnostní vlhkosti Podle vzorce w = (m 1 -m 2 ).1 00/m 2 (%). Pro vzorek číslo 1 byla dle výsledku 18,6 stanovena hmotnostní vlhkost u středních půd jako čerstvě vlhká. Pro vzorek číslo 3 dle půd středních jako mírně vlhká, dle výsledku 10,4. U třetího vzorku číslo 5 byla půda stanovena, dle hodnoty 14,3 jako, půda mírně vlhká. 41

42 Maximální kapilární vodní kapacita Byla vypočtena podle tohoto vzorce ʘMKK =[( mmkk md)* 100(%)] / V. vzorek číslo 1 = 64,94 % vzorek číslo 3 = 42,74 % vzorek číslo 5 = 51,42 % Podle tabulky určení vododržnosti, byl půdní horizont stanoven jako přechod mezi silně a velmi silně vododržným Stanovení hodnot dalších fyzikálních vlastností a) Výpočet pórovitosti P P = (ρ s -ρ d ).100/ρ s (%) vzorek číslo 1 = 21,2 % vzorek číslo 3 = 12,6 % vzorek číslo 5 = 25,2 % Procentický podíl je velmi nízký, což dle tabulky pro určení pórovitosti znamená, že půdní vzorky mají velmi nízkou pórovitost. b) Výpočet objemové vlhkosti ʘ ʘ = w. ρ d (%). vzorek číslo 1 = 31,8 % vzorek číslo 3 = 18,01 % vzorek číslo 5 = 42,3 % 42

43 c) Výpočet provzdušněnosti A A = P- ʘ (%). vzorek číslo 1 = 10, 6% vzorek číslo 3 = 5,41 % vzorek číslo 5 = 17,1 % d) kapilární R V R V = ʘ.100/ ʘ MKK (%) vzorek číslo 1 = 58,51 % vzorek číslo 3 = 42,1 % vzorek číslo 5 = 80 % e) Výpočet nasycenosti pórů R NP R NP = ʘ.100/P (%) vzorek číslo 1 = 17,9 % vzorek číslo 3 = 14,2 % vzorek číslo 5 = 16,7 % 43

44 Vyhodnocení půdních reakcí Tab. 8 Stanovení ph Půdní reakce ph/ H2O vyhodnocení ph/ H2O ph/ KCl vyhodnocení ph/ KCl číslo vzorku z válečku 1V 7,8 mírně alkalický 6,1 neutrální 3V 6,7 neutrální 5,4 mírně kyselá 5V 6,6 neutrální 5,5 středně kyselá číslo vzorku ze sáčku 1P 7,3 mírně alkalický 6,6 neutrální 3P 7,4 mírně alkalický 6,5 mírně kyselá 5P 7,4 mírně alkalický 6,5 mírně kyselá Vyhodnocení ztráty žíháním Ztráta žíháním byla vypočtena dle vzorce y = (m 1 m 2 )/m (%) vzorek číslo 1 V = 3,45 % (humózní) 1P = 4,00 % (humózní) vzorek číslo 3 V = 3,1 % (humózní) 3P = 2,7 % (humózní) vzorek číslo 5 V = 1,9 % (slabě humózní) 5P = 2,9 % (humózní) Podle zhodnocení půdních vzorků se jedná o humózní horizont Vyhodnocení aktivity půdní katalázy U vzorku 1P byla měřením aktivita půdní katalázy stanovena na 75 ml/5g/15 min, z čehož vyplývá, že se jedná o velmi vysokou aktivitu. U vzorku 3P 49ml/5g/15 min a u vzorku 5P 52ml/5g/15 min, což ukazuje, že aktivita v těchto vzorcích byla vysoká. Naopak u vzorků z válečků byla naměřena hodnota 1V 15ml/5g/min., 3V 5,5ml/5g/15 min, 5V 10ml/5g/15 min., což nám ukazuje slabou aktivitu půdní 44

45 katalázy. Ta může být způsobena vysoušením fyzikálních válečků pří 105 C, ve vzorcích mohlo být vše zničeno. 5.2 Hodnoty získané georadarem Měření prováděné mělo za úkol, být měřením startovacím, se kterým bude možno další výsledky srovnávat. Během tohoto měření bylo zjištěno, že se jedná o nehomogenní plochu, jak v ploše, tak do hloubky. Do hloubky byly rozdíly mezi reflexy menší. Sumární objem zeminy, z níž byly získány odrazy, program vyčíslil na 668,8 m3, průměrná hodnota odraženého signálu byla mv. Po rozložení reflexivity po pěti centimetrových vrstvách bylo zjištěno, že odrazivost u povrchu je slabá, a poté narůstá do místa maxima v hloubce 0,25 m poté opět slábne, další výkyv je znatelný v hloubce 0,7 m (Obr. 12). Obr. 12 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) Druhé měření provedené k datu ukázalo značné změny, kdy nepravidelné, ale souvislé reflexy takřka vymizely, ale byly nahrazeny poměrně pravidelnými útržkovitými odrazy. To samé se stalo i v hloubce. Došlo také k útlumu 45

46 signálu do hloubky, což může být způsobeno promrzáním. Rychlost šíření signálu v promrzlé zemině je vyšší. Podél vozovky a parkoviště se objevili výrazné pásy o šířce 2-3 m, což lze považovat za změnu vlhkost. Sumární objem zeminy, z níž byly získány odrazy, poněkud klesl na 609,1 m3, průměrná hodnota odraženého signálu byla mv. Podél vozovky a parkoviště byl zesílení znatelné v 5 cm půdy. Intenzitní nárůst signálu lze pozorovat v hloubce 0,7 m(obr. 13). Obr. 13 Intenzita signálu při druhém měření (Hruška, 2012) Třetí měření z značně zvýraznilo předchozí stav. Šířka obou pruhů se zvětšila na 5 m. Ve zbývající části plochy intenzita spíš klesla. Lze tedy uvažovat o snížení vlhkostí u obou pruhů a o vlivu zasolení. Pruh podél parkoviště je výraznější než pruh podél vozovky. V pravém horním rohu se objevuje výrazná anomálie. Sumární objem zeminy, z níž byly získány odrazy, výrazně vzrostl na 813,6 m3, průměrná hodnota odraženého signálu byla mv. Po rozložení na pěti centimetrové vrstvy je znatelné že pruh podél parkoviště vykazuje největší intenzitu v šířce 5m a hloubce 20 cm, poté slábne. Pruh podél silnice je u povrchu málo výrazný a má své maximum v hloubce 20 cm. Na ploše odrazivost v hloubce narůstá s hloubkou 0,65 m (Obr. 14). 46

47 Obr. 14 Intenzita signálu při třetím měření (Hruška, 2012) Čtvrté měření ukázalo změnu pravidelné reflexy v mělkých vrstvách se rozpadly, což může být vlivem činnosti mikroorganismů. Nyní byl výraznější pruh podél vozovky, šířka obou pruhů zůstala od předešlého měření stejná. Původ anomálie není jasný. Do hloubky 20 cm je plocha téměř homogenní. Sumární objem zeminy, z níž byly získány odrazy, se zřetelně snížil na 713,6 m3, průměrná hodnota odraženého signálu byla mv. Oba pruhy mají své maximum stále ve 20 cm a poté rychle doznívají. Na ploše se zesílení opět projevuje v hloubce 0,75 m, avšak drobné reflexy lze pozorovat až do hloubky 1 m(obr. 15). 47

48 Obr. 15 Intenzita šíření signálu při čtvrtém měření (Hruška, 2012) Dne proběhlo páté měření, které ukázalo další snížení reflexů v mělkých vrstvách, to se projevilo i hlouběji, kde mohou být příčinnou půdní organismy. Pruh podél vozovky zůstal intenzivní jen v pravém rohu jinak se postupně ztrácí. Pruh podél parkoviště se nepatrně zvýraznil, ale zúžil se na 3 m. Anomálie také zmizela. Na zbytku plochy odrazivost výrazně zeslábla až vymizela. Tomu odpovídá i značné snížení sumárního objemu zeminy, z níž byly získány odrazy, na 353,9 m3; průměrná hodnota odraženého signálu byla mv. Pruh podél vozovky se dá sledovat jen do hloubky 0,15 m. Pruh podél parkoviště zesílil při povrchu, lze jej však sledovat jen do hloubky 0,1 m. Reflexivita na zbytku plochy je již téměř nulová. Objevuje se opět až v hloubce 0,65 m(obr. 16). 48

49 Obr. 16 Intenzita šíření signálu při pátém měření (Hruška, 2012) Poslední šesté měření ukázalo totální rozpad mělkých reflexů, nejspíše způsobenou půdními organismy, a určité zvýšení útlumu signálu tzn. opětovné zvýšení vlhkosti. Signál po ploše byl již téměř homogenní. Případný vliv zasolení patrně k tomuto datu pominul. V řezech slábne i signál v hloubce 0,6 m, pokračující vymývání solí. Sumární objem zeminy, z níž byly získány odrazy, se opět zvýšil na 444,5 m3, průměrná hodnota odraženého signálu byla mv. Drobné roztroušené reflexy lze pozorovat v hloubce 0,85 m(obr. 17). 49

50 Obr. 17 Intenzita šíření signálu při šestém měření (Hruška, 2012) 5.3. Meteorologická data Tab. 9 Průběh teplot v termínech měření Termín měření Teplota v Teplota v Teplota v úhrn srážek 7:00 14:00 21:00 v mm/ den ,2 C 4,3 C 1,6 C 1, ,2 C 12,4 C 4,0 C ,6 C 15,2 C 8,6 C 1, ,9 C 12,2 C 6,1 C ,4 C 25,2 C 19,3 C 0,5 50

51 6. Diskuse Lukáš Kuba ve své bakalářské práci uvádí podle naměřených výsledků v laboratoři zjištěné hodnoty Na+ a Ca, naměřené hodnoty těchto prvků jsou vysoké. Proto se domnívám, že je možné spojovat je s přímím zasolováním půd v tomto prostoru. (Kuba, 2012) V této práci lze také vysledovat nejvyšší hodnoty Na+ a Ca přesně v místech osy 1,3, 5, kde byly odebírány vzorky cca 3 m od silnice, na které probíhala intenzivní zimní údržba vozovky. Tyto hodnoty se pohybují v tisících mg/kg, na rozdíl od ostatních zkoumaných prvků, jejichž maxima ve stovkách mg/kg. Tento abnormální výskyt prvků vyskytujících se v posypových solích je jistě spojen s údržbou vozovky. Jednotlivá měření byla silně provázána průběhem počasí. Výsledky prvního měření, ze kterého bylo nutné vycházet počasí ovlivnilo pozitivně. V předcházejících čtrnácti dnech nespadla teplota výrazně pod bod mrazu, tudíž nebylo nutné solení komunikací, které by zkreslovalo odraz signálu. Půda byla také dostatečně vlhká. Pro získání kvantitních vstupních údajů byly tedy vybrány uspokojivé podmínky. Další vývoj počasí, již ve prospěch práce vyplavování solí ovlivnil. Tato metoda je pro běžné použití prozatím drahá, ale domnívám se, že pokud by se někdo tímto tématem nadále zaobíral, jistě v budoucnu najde své uplatnění. 51

52 7. Závěr Výsledky ukazují, že již při druhém měření georadarem se prokazatelně objevili změny v odrazivosti. Půda v této době nebyla ovlivněna, nežádoucími faktory, jako tomu bylo později. Mezi tyto faktory bychom mohli zařadit činnost půdních organismů, schopnost retence půdy, zastínění plochy, samotnou vegetaci či další fyzikální. Georadar velmi citlivě indikoval změny promrzání a opětovné tání, změnu vlhkosti a činnost organismů. Tato skutečnost, však omezuje získání čistých výsledků, je tedy nutné tyto negativní faktory eliminovat. Po vyčištění obrazu od domnělých negativních faktorů bylo možné pozorovat, jak vystupují místa, kde bychom očekávali zvýšenou koncentraci solí. A to podél komunikace a na parkovišti. Komunikace byla během zimy solena a na parkoviště se sůl mohla dostávat z kol přijíždějících vozidel. Dále bylo prokázáno, že lze změny v zasolování pozorovat jak v ploše tak i do hloubky, kam bývají běžně soli vyplavovány. Vymývání solí směrem do hloubky bylo indikováno nově vznikajícím výrazným horizontem. Vymývání solí směrem do plochy se projevilo ústupem pásu kolem vozovky směrem do plochy. Tento pás byl více ovlivněn zástinem a zvýšenou koncentrací rostlinné vegetace. Zvýšená retenci solí podél vozovky může být vázána na již zmíněnou vegetaci nebo na fyzikální vlastnosti půdy. Z laboratorních testů vyplývá, že se jedná o půdní druh jíl s vysokou vododržnosti a nízkou pórovitostí. Vzorky byly odebrány blíže k vozovce. Pro zkvalitnění této metody by bylo vhodné zjistit jak eliminovat zmiňované faktory. Pokud je tedy možné touto metou zjistit jak intenzivní je výskyt solí v půdě, jak daleko se vyskytují ve zvýšené koncentraci a do jakých hloubek se soli vyplavují. Nebylo by tedy možné pomocí této metody a znalostech o vlastnostech půdy, množství posypových solí upravit výsadby ve městech tak, aby městská zeleň nedostávala přímí zásah od zasolování. 52

53 8. Summary In the selected area (Old Highway) was attempted. The task was to find out whether it is possible to assess the soil salinity using new methods (radiometry). During these measurements were taken and analyzes of soil samples. These samples were collected only physical, physic -chemical and biochemical Properties of soil which then was closely related to the length of retention of salt soil. The works were analyzes concerning the presence of specific elements (NA +, H +, CL +, etc.) Measurement of electromagnetic radiation was carried georadarovým system pulseekko 1000, manufactured by Canadian Sensors & Software. This and similar devices operate on the principle of reflection electromagnetic waves from an object interface in the country. Here conductor sodium chloride and other salts. The results show that it is possible using this method to determine salinization soils. These results, however, are negatively affected by for example soil organisms, moisture, shade or vegetation itself. If we are able to eliminate these influences can affect salt monitor. 53

54 9. Seznam použité literatury Bc. Pešák Lubomír. Pedologické poměry sv. okolí Oslavan mezi Neslovicemi a Padochovem. Diplomová práce, Masarykova univerzita v Brně, Přírodovědecká fakulta. Brno, ČVUT V PRAZE. Fakulta stavební -katedra hydromeliorací a krajiného inženýrství [online] [cit ]. Dostupné z: Dexter, A.R. (1997):Soil and Tillage Research. XIVth ISTRO Conference on Agroecological and Economical Aspects of Soil Tillage. November 1997, Pages HRUDOVÁ, Eva, Radovan POKORNÝ a Jana VÍCHOVÁ. Integrovaná ochrana rostlin. 1. vyd. Brno: Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, 2006, 151 s. ISBN Hruška J. (2010) Georadar principy a technika. Kolej Consult, Brno. 20 s. Hruška J. et. Hubatka F. (2002) Georadar nový pohled pod povrch věcí. Kolej Consult et. Česká geologická společnost, Brno. 33s. Hruška J., Minář L. (2012) Stará dálnice - studium možnosti sledování změn obsahu solí v půdě georadarovým měřením. Kolej Consult, Brno. 17 s. Jandák, J., Prax A., Pokorný E., (2004, 2008): Půdoznalství Mendlova zemědělská a lesnická univerzita v Brně. Brno. Mapy. Mapy [online] [cit ]. Dostupné z: Meteorologická stanice Brno - Židenice. Meteorologická stanice Brno - Židenice [online] [cit ]. Dostupné z: NĚMEČEK, Jan. Taxonomický klasifikační systém půd České republiky. 2. uprav. vyd. Česká zemědělská univerzita :, 2011, 94 s. ISBN Pospíšil L. (2007) Geofyzika a geodynamika skripta VUT v Brně, Brno. 109 s. 54

55 REJŠEK K. (1999) Lesnická pedologie cvičení. MZLU v Brně, Brno. 152 s. Řehák, Š., Jánský L. (2000): Fyzika pôdy I. Základné fyzikalné vlastnosti pôdy Univerzita Komenského, Bratislava. Vyhláška Ministerstva dopravy 104/ 1997 Sb., kterou se provádí zákon o pozemních komunikacích Zákon číslo 13/1997 Sb., o pozemních komunikacích, ve znění pozdějších předpisů Zasolení půd. In: Enviweb [online] [cit ]. Dostupné z: 55

56 10. Seznam použitých obrázků Obr. 1 Znázornění principu metody radiometrie (Hruška, 2012) str. 16 Obr. 2 Vyhodnocení prasklin a poškozených míst uvnitř kmene stromu (Hruška et. Hubatka, 2002) str. 17 Obr. 3 Plán kořenů stromu sestavený z georadarových měření ( Hruška et. Hubatka, 2002) str. 18 Obr. 4 vlevo výstup z terénního šetření, vpravo převedený na 3D zpracování (Hruška, 2012) str. 19 Obr. 5 Zájmové území ( str. 21 Obr. 6 Analyzované území (Hruška, 2012) str. 21 Obr. 7 Rozčlenění lokality pro účely radiometrie (Hruška, 2012) str. 22 Obr. 8 Osy pro účely odběrů půdních vzorků (Hruška, 2012) str. 24 Obr. 9 Trojúhelníkový diagram zrnitosti. ( str. 26 Obr. 10 GPR pulseekko 1000 Sensors & Software (Pospíšil, 2007) str. 33 Obr. 11 Znázornění barevné škály k určení intenzity signálu (Hruška, 2012) str. 34 Obr. 12 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) str. 42 Obr. 13 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) str. 43 Obr. 14 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) str. 44 Obr. 15 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) str. 45 Obr. 16 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) str. 46 Obr. 17 Intenzita signálu při prvním měření (Hruška, 2012) str

57 11. Seznam použitých tabulek Tab. 1 Elektrická vodivost odlišných materiálů (Hruška, 2000) str. 17 Tab. 2 Zjištění hodnot fyzikálního válečku str. 35 Tab. 3 Hodnoty potřebné ke zjištění měrné hmotnosti str. 35 Tab. 4 Hodnoty potřebné ke stanovení humusu str. 36 Tab. 5 Hodnoty potřebné ke zjištění vlhkosti str. 36 Tab. 6 Hodnoty potřebné ke stanovení sušiny str. 36 Tab. 7 Hodnoty potřebné ke stanovení zrnitosti str. 37 Tab. 8 Stanovení ph str. 41 Tab. 9 Průběh teplot v termínech měření str

58 12. Přílohy Obr. 1,2,3 prováděcí vyhláška 104/1997 Sb. Obr. 1 58

59 Obr. 2 59

60 Obr. 3 60

61 Obr. 4 3D zpracování jednotlivých měření (Hruška, 2012) Obr. 5 porovnání časových změn na jednotlivých profilech (Hruška, 2012) 61