Sucho a degradace půd v České republice - 2014 Brno 7. 10. 2014
Kořenový systém plodin a využití zásoby vody v půdním profilu - význam pro zemědělskou praxi J. Haberle1, P. Svoboda1, V. Vlček2, G. Kurešová1 1 Výzkumný
ústav rostlinné výroby, Praha-Ruzyně 2 Mendelova Univerzita v Brně
Příspěvek byl zpracován na základě údajů získaných při řešení projektu MZe ČR, NAZV QI111C080: Zpřesnění dostupné zásoby vody v půdním profilu na základě modelu kořenového systému plodin pro efektivní hospodaření s vodou a dusíkem
Využití vody z půdního profilu kořeny plodin • Častá krátká a delší období nedostatek vody - negativní dopad na růst, příjem živin, výši a stabilitu výnosů nebo kvalitativních parametrů. Pěstitelé požadují od zemědělského výzkumu praktické postupy pro snížení vlivu sucha. •
Pro snížení dopadu sucha je nutné spojit řada opatření, které v komplexu sníží neproduktivní ztráty vody a zvýší efektivnost využití vody rostlinami - zpracování půdy, kvalitní půdní prostředí, výběr vhodných odrůd, správné založení a vedení struktury porostu, efektivní hnojení a využití fyziologicky aktivních látek a inokulace, přiměřená ochrana nebo využití směsí odrůd nebo druhů.
•
Jednou z podmínek efektivních agrotechnických zásahů je hlubší pochopení a respektování vytváření a využití zásoby vody v kořenové zóně plodin. I přes velký objem poznatků plodinového a hydropedologického výzkumu v dané oblasti zemědělci nemají nástroj pro odhad zásoby a využití vody v kořenové zóně plodin na konkrétních pozemcích.
•
Chybí nástroje použitelné v praxi pro posouzení specifických podmínek jednotlivých plodin a pozemků z hlediska dostupné zásoby vody v kořenové zóně a její využití ve vztahu k povětrnostním podmínkám a růstu plodin.
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Kolísání obsahu vody ve vrstvě 0-90 cm pod porostem ozimé pšenice v posledních letech (Praha-Ruzyně) 2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2014
300
250
200
150
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
30 /7
20 /7
10 /7
30 /6
20 /6
10 /6
31 /5
21 /5
11 /5
1/ 5
21 /4
11 /4
100
1/ 4
Objem vody v 0-90 cm (mm)
350
Suché ročníky z tohoto století jsou z hlediska srážek srovnatelné s extrémně suchým rokem 1947 Praha - Karlov od 1.1.
400
1947 2000 2007 2011 2012 2013
Praha - Karlov od 1.10. předchozího roku
1947 2000 2007 2011 2012 2013
500
400
mm
mm
300
600
200
300
200 100 100
0
0
1
2
3
4
Měsíc
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
Měsíc
Porovnání úhrnu srážek (kumulovaně) od 1.1. daného roku (vlevo) nebo od 1.10. předchozího roku (vpravo) (Praha-Karlov). SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Bilance vody na počátku vegetačního období v roce 2014 naznačovala další výjimečně suchý rok
Bilance vody od 1.3.2014 pod travním porostem (zdroj ČHMÚ)
Bilance vody od 1.3.2014 pod travním porostem (v % dlouhodobého průměru) (zdroj ČHMÚ) SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Díky zásobě zimní vláhy v kořenové zóně a postupného doplňovány půdní vody ze srážek byly výnosy v roce 2014 většinou nadprůměrné
Zásoba půdní vláhy k 1.6.2014 v % VVK (využitelná vodní kapacita do 1 m) (zdroj ČHMÚ)
Zásoba půdní vláhy k 1.6. 2014 (v % dlouhodobého průměru) (zdroj ČHMÚ)
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Možnosti a podmínky snížení dopadu sucha • Pro snížení dopadu sucha je nutné spojit řada opatření, které v komplexu sníží neproduktivní ztráty vody a zvýší efektivnost využití vody rostlinami - zpracování půdy, kvalitní půdní prostředí, výběr vhodných odrůd, správné založení a vedení struktury porostu, efektivní hnojení a využití fyziologicky aktivních látek a inokulace, přiměřená ochrana nebo využití směsí odrůd nebo druhů. • Jednou z podmínek efektivních agrotechnických zásahů je hlubší pochopení a respektování vytváření a využití zásoby vody v kořenové zóně plodin. I přes velký objem poznatků plodinového a hydropedologického výzkumu v dané oblasti zemědělci nemají nástroj pro odhad zásoby a využití vody v kořenové zóně plodin na konkrétních pozemcích. • Chybí nástroje použitelné v praxi pro posouzení specifických podmínek jednotlivých plodin a pozemků z hlediska dostupné zásoby vody v kořenové zóně a její využití ve vztahu k povětrnostním podmínkám a růstu plodin. Na druhé straně jsou již v řadě zemědělských podniků k dispozici údaje z meteorologických staniček, které mohou být použity pro výpočet agroklimatické bilance vody SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Rámcová charakteristika vrstev půdy a jejich význam pro využití zásoby vody a živin kořeny plodin Vrstva
Hloubka (cm)
Voda, živiny
Kořeny
Ornice (nejčastěji na jejich vlastnostech se hodnotí celý profil)
0 - 30
Vysoký obsah živin, zbytků, humusu, aktivní mikroflóry, kolísavý obsah vodyvysychání-zamokření
Vysoká hustota kořenů (našich podmínkách)
Mělké podoorničí
30-60
Většina plodin využívá zdroje téměř bez omezení
Dostatečná hustota kořenů, maximum pro mělce kořenící
Hlubší podorničí
60-90
Rezerva vody a dusíku (i další živiny) využívaná v plném růstu a ve fázi tvorby výnosu-hůře dostupná pro mělce kořenící druhy
Střední až nízká hustota u plodin s hlubokým koř.systémem
Hluboké podorničí
> 90
Rezerva pro období tvorby výnosu, významné pro vynášení vyplavených nitrátů a dalších iontů
Nízká hustota i u hluboko kořenících, závisí silně na dalších faktorech
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Potřebné vstupní údaje, jejich dostupnost a možnost náhrady v provozních podmínkách Parametr
Základní metoda
Náhradní postup použitelný v praxi
Terenní metody, odhad
Polní vodní kapacita (PVK) a bod vadnutí (BV) pro výpočet využitelné vod.kapacity (VVK=PVK-BV)
Standardní (hydro)pedologické postupy
Pedotransferové funkce (PTF) na základě obsahu jílu, písku, případně obsah Corg aj.
Vlhkost půdy po vlhké zimě (~PVK), umělé zavlažení, odhad zrnitosti a použití PTF
Objemová hmotnost, obsah skeletu
Standardní pedologické postupy
Použití PTF nebo typických hodnot pro půdní druhy
Přímé určení skeletu, naplnění objemu odměřeným množstvím vody
Naplnění objemu vody na počátku růstu (podíl z PVK)
Přímé určení vlhkosti půdy
Bilance vody (srážky, evapotranspirace)
Hmatový odhad vlhkosti půdy, empiricky dle předplodiny, srážek a půdního typu
Hloubka a případně distribuce (hustota) kořenů v půdním profilu
Vyplavení a měření délky kořenů plodin ve vzorcích půdy
Použití typických hodnot pro danou plodinu a půdní podmínky
Pozorování kořenů na stěně výkopu, vyplavení vzorků půdy
Distribuce příjmu vody, tj. (nejvyšší možný) podíl z VVK využitelný kořeny z vrstev půdy
Bilančně na základě odběru vody u porostu s vysokým LAI a vysokou spotřebou vody při nízkých srážkách
Nelze určit, je nutné použití typických hodnot
Obtížně - odběr vzorků na počátku růstu a v době maximálního odběru
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Výpočet dostupné zásoby vody v kořenové zóně plodin na lokalitách s odlišnými půdně-klimatickými podmínkami Vstupní údaje použité pro výpočet Vlhkost půdy na jaře a v průběhu růstu: 0-10 cm, 10-30 cm, 30-50 cm, 50-70 cm, 70-90 cm, 90-110 cm, and 110-130 cm (2011-2013) Lokality: Praha-Ruzyně, Chrášťany (u Rakovníka), Čáslav, Lukavec u Pacova, Valečov, Ivanovice na Hané, Dlouhá Třebová, Sudslava, and Horní Dobrouč (poslední tři v regionu Ústí nad Orlicí) Zrnitostní složení vrstev půdy, objemová hmotnost, podíl skeletu VVK vypočtena z PVK a BV, použity průměrné hodnoty PTF - Váša 1958, Váša 1960, Saxton et al. 1986, Novotný et al. 1990), např. PVK = √ ((% částic I.kategorie+18) * 20). Nejvyšší obsah vody (většinou na jaře) by se měl blížit PVK. Pro určení VVK je BV nutné vypočítat pomocí PTF (polní údaje nejsou spolehlivé). Distribuce (hustota) kořenů po 10 cm – ozimá pšenice a jarní ječmen, řepka ozimá, slunečnice, kukuřice, brambory. Případy s největší a nejmenší hloubkou kořenů. Dístribuce příjmu – předpis na základě pozorování SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Zrnitostní složení vrstev půdy na pokusných lokalitách (na pozadí Spiehanzlova klasifikátoru)
Pedotransferové funkce (PTF) a jejich korelace s měřenými hodnotami (Ing. V. Vlček) SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Hustota kořenů (cm. cm-3) 0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
0
MIN
50
MAX 100
Jarní ječmen
Brambory
150
200
Nejnižší a nejvyšší hodnoty hloubky a hustoty kořenů vybraných plodin (údaje z více let a lokalit ČR)
0
Hloubka (cm)
50
100
Ozimá pšenice
Kukuřice
150
200
0
50
100
Ozimá řepka
Slunečnice
150
200
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Chrášťany 0
Vlhkost (%) 5
10
15
20
Profilové charakteristiky vlhkosti půdy indikujíící využití zásoby vody kořeny
25
30 60 Pšenice1a 6.3.
90 Pšenice1b 6.3. Pšenice2 6.3.
120 Pšenice1a 31.7. Pšenice2 31.7.
150
Vlhkost (%)
Lukavec 0
5
10
15
20
25
0
Hloubka (cm)
Hloubka (cm)
0
30 60 Ječmen 15.5.
90 120
Ječmen 29.7. Pšenice 2.4. Pšenice 8.7.
150 SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
30
Příklad experimentálních podkladů pro odvození distribuce využití vody (a N) z vrstev kořenové zóny ozimé pšenice. Využití indukce nedostatku vody pomocí krytu pro určení maximální odběru vody z podorničí. 40
60
80 100 -20
0
20
40
60
0
80 100
3
6
9
0-10 0-10
10-20 20-30
Hloubka (cm)
Hloubka (cm)
10-30 30-50 50-70
30-40 40-50 50-60 60-70 70-80
70-90
80-90 90-100
90-110 110-130
100-110 N1 N2
110-120 120-130
Distribuce odběru (využití vody z vrstev kořenové zóny Hustota kořenů > 0,9 cm.cm-3 ...90 % z VVK Hustota kořenů 0,9 -0,0 cm.cm-3 .90 - 0 % z VVK SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
12
15
100,0 y = 0,7928x + 29,924 R2 = 0,9742
80,0
80,0
60,0 40,0
y = 0,6017x + 24,944 R2 = 0,9486
Využití vody (%)
20
Využití vody (%)
0
100,0
3
cm/cm
% Nmin
% VVK
20,0
40,0 20,0
0,0 -20,0
60,0
0,0 0,0
20,0
40,0
60,0
Využití dusíku (%)
80,0
100,0
-20,
Maximální využitelná zásoba vody z jednotlivých vrstev půdy (základní půdní druhy) vypočtená pro mělčí a hlubší kořenový systém plodin za předpokladu plného nasycení půdy (PVK) 250
Brambory
Jarní pšenice
Jarní ječmen
200 150 100 50 0 250
p Ozimá pšenice
Kukuřice
l.m-2
200
hp ph h+jh j
p
MIN
Mělčí k.s.
150 100 50 0
250
Ozimá řepka
Slunečnice
150-200
200
130-150
150
110-130
100
90-110 70-90
50
50-70
0 p hp ph h+jh j MIN k.s. Mělčí
p hp ph h+jh j MAX k.s. Hlubší
p
hp ph h+jh j MIN k.s. Mělčí
p
hp ph h+jh j
30-50 0-30
MAX k.s. Hlubší
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
hp ph h+jh j MAX
Hlubší k.s.
Maximální využitelná vodní kapacita ve vrstvě 0-100 cm nebo 0-130 cm vypočtená na základě zrnitosti, obsahu skeletu a objemové hmotnosti jednotlivých vrstev půdy (VVK_Vypočtené) a určená pokusně na počátku jara na pokusných lokalitách (Pozorování_2011, 2012, 2013) VVK_Vypočtené
Pozorování_2011
Pozorování_2012
Pozorování_2013
Objem vody (mm)
200
150
0-100 cm
100
50
0 300 250
0-130 cm
200 150 100 50 0 Ru1
Ru2
Luk
Val
Čá
Chr1
Chr2
Tř
Mos
Dob
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Iva
Dostupná zásoba vody v závislosti na hloubce kořenů a distribuci využití vody plodinami pro případ maximálního nasycení půdy na PVK (Výpočet) a pro pozorovaný obsah vody na jaře (Min, Max) (příklad pro Čáslav) 200
Slunečnice
Ozimá pšenice
Kukuřice
150 100
Dostupná zasoba
vody (mm)
50 0 Min
Max
Pozorování
Min Výpočet
Mělčí koř.systém
200
Max
Pozorování
Min Výpočet
Max
Pozorování
Hlubší koř.systém
Výpočet
Mělčí koř.systém
Max
Pozorování
Min Výpočet
Hlubší koř.systém
Max
100
Min
Pozorování
Calc
Mělčí koř.systém 0-30 40-50 60-70 80-90 100-110 120-130
Jarní ječmen
Ozimá řepka
150
Min
30-40 50-60 70-80 90-100 110-120
Max
Pozorování
Výpočet
Hlubší koř.systém
Brambory
50 0 Min
Max
Pozorování
Min Výpočet
Mělčí koř.systém
Max
Pozorování
Min Výpočet
Hlubší koř.systém
Max
Pozorování
Min Výpočet
Mělčí koř.systém
Min
Max
Pozorování
Výpočet
Hlubší koř.systém
Max
Pozorování
Min Výpočet
Mělčí koř.systém
Dostupná zasoba vody dle distribuce kořenů (mm)
Chrášťany Čáslav Ruzyně
Pozorování Min
Max
21 60 50
93 179 146
Výpočet Min 53 80 72
Max 158 190 171
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Max
Pozorování
Výpočet
Hlubší koř.systém
Na základě zjednodušeného výpočtu evapotranspirace a bilance vody, údajů o kořenovém systému, dostupné zásobě vody v kořenové zóně a distribuce
odběru vody bude naprogramována webová aplikace, jednoduchý expertní systém pro odhad zásoby vody v kořenové zóně v provozních podmínkách. Program bude indikovat pokles obsahu vody v kořenové zóně pod určitou
hranici využitelné kapacity. (dole – ukázky jednoduchých programů pro zemědělce v PHP nebo v MS Excel)
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Oblast východních Čech s vyznačenými klimatologickými stanicemi a monitorovanými pozemky (AGROEKO Žamberk), pro které byly počítány ukazatele bilance vody v průběhu vegetace (J.Dostál, M.Kohut)
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Změny deficitu zásoby půdní vody (ADEF) pro jednotlivé druhy monitorovaných plodin v průběhu roku 2012 a 2013 (v % dlouhodobého průměru 1961-2010, hodnoty nad 100 % indikují nadprůměrný deficit). SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Závěry pro další postup • Získané poznatky o hloubce a distribuci kořenů plodin, vodní kapacitě a využití vody z vrstev kořenové zóny umožňují zpřesnit odhad dostupné zásoby vody. Tyto údaje mají význam v suchých letech, kdy dojde k vyčerpání vláhy z horních vrstev půd. • Odhad dostupné vody lze realizovat i v provozních podmínkách při využití údajů o zrnitosti půdy a terénních metod. • Ve spojení s ověřenými postupy agroklimatické bilance vody u plodin, lze na základě údajů z meteorologických staniček a dostupné zásoby v kořenové zóně odhadnout pro danou plodinu a lokalitu/pozemek riziko nástupu vodního stresu.
Časový postup využití zásoby přístupného dusku (Nanorg) z ornice a podorničí u ozimé pšenice HLOUBKA (cm)
Podzimneodnožující r.
Podzim-odnožené Jarní regenerace Plné odnožování rostliny
Metání
Počátek nalévání zrna
Žlutá zralostsklizeň
HLOUBKA (cm)
Průměrné až zhoršené podmínky pro růst kořeny a příjem živin Optimální podmínky pro růst kořenů do hlubších vrstev podorničí 10 20 30 40 50 60 70 80 90
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Plně dosažitelná zásoba Nanorg
100 110 120 130
Omezeně využitelná zásoba
140 150 160
Vrstvy půdy mimo dosah kořenového systému pšenice
100 110 120 130
Využití podmíněno specifickými půdními aj. podmínkami
Podzim
Podzim
Regenerace
140 150 160 Odnožování
SUCHO A DEGRADACE PŮD V ČESKÉ REPUBLICE – 2014, Mendelova univerzita v Brně 5.10.2014
Rychlý růst
Počátek zrání
Zralost
