Střelcová, K., Škvarenina, J. & Blaženec, M. (eds.): “BIOCLIMATOLOGY AND NATURAL HAZARDS” International Scientific Conference, Poľana nad Detvou, Slovakia, September 17 - 20, 2007, ISBN 978-80-228-17-60-8
Variabilita teploty půdy v zimním období Variability of soil temperature during winter season L. TÜRKOTT and V. KOŽNAROVÁ Česká zemědělská univerzita v Praze, Fakulta agrobiologie, přírodních a potravinových zdrojů, katedra agroekologie a biometeorologie, Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, Česká republika (e-mail:
[email protected],
[email protected])
Abstract
Key words:
The synthetic mulches plays an important role especially by cultivation early vegetable in the early spring and spring, at cultivation perenial plants (strawberry) and last but not least in the garden and landscape architecture as well. The application of a proper material allows to increase soil temperature so in consequence to improve silvicultural conditions. Opaque materials are used very often, which inhibits weed growing in the same time. It allows to minimalize herbicid treatment. For such purpose seems to be suitable application of biological materials as well, namely coniferous tree´s bark, wood chips, crushed straw etc. This report deals of monitoring differences in the soil temperature under different mulches with comperison to fallow ground (soil without plants). A trial was established in three treatments on the experimental field of meteorological station ČZU in Prague. The soil was covered with crushed bark of coniferous trees in the first treatment, with black non-woven PP textile in the second treatment and with non-woven PP textile coloured grey in upper layer and coloured black in lower layer in the third treatment. Check treatment was fallow ground .The soil temperature was measured in the depth of 5 cm by thermosensors PT100 within the experiment. The global radiation was measured by pyranometer CM11 in the same time. Soil covering by bark increases the soil temperature in the seasons with low intensity of global radiation. The highest soil temperatures were reached under black non-woven PP textile and the lowest temperatures in the soil covered by bark, in days with higher intensity of global radiation. The daily lowest temperature amplitude was calculated at treatment with crushed bark. The daily amplitude was significantly higher at the remaining treatments. Snow cover inhibits to increase soil temperature by global radiation. The higher soil temperature was measured under bark cover in the days with snow bark compare with soil covered by non-wovens PP textiles and fallow ground. There were recorded no negative temperatures on the experimental field in the depth of 5 cm within the cold six months 2006/2007. soil temperature, mulch, crushed bark, non-woven textile
Úvod Nastýlané materiály jsou v současné době využívány především v produkčním a okrasném zahradnictví, ale jejich uplatnění lze nalézt i v dalších odvětvích zemědělství. Ze syntetických materiálů jsou nejčastěji využívány vodu propustné polypropylenové netkané textilie černé, šedé nebo bílé barvy a nebo vodu nepropustné polyetylenové folie průhledné či černé. Nevýhodou nepropustných nastýlaných materiálů je nutnost přítomnosti závlahového systému, nejčastěji kapkového, což výrazně zvyšuje náklady na jejich použití. Z přírodních nastýlaných materiálů se nejčastěji setkáváme s drcenou kůrou jehličnatých dřevin (odpad při zpracování dřeva), dřevními štěpky, drcenou slámou nebo jiným organickým materiálem. V okrasném zahradnictví lze využít i přírodních L. Türkott and V. Kožnarová
materiálů neorganické povahy jako je křemenný kačírek, písek, štěrk a pod. Na typu, vlastnostech a množství použitého materiálu pak závisí jeho vliv na teplotu půdy, vlhkost půdy a další parametry utvářející mikroklima pro pěstované rostliny. Nejvýraznější vliv mají nastýlané materiály na teplotu půdy a na její denní chod, což je předurčuje pro využití při pěstování rostlin majících zvláštní nároky na teplotu půdy. Nutno si ale uvědomit, že nastýláním materiálů na půdu nemusí vždy docházet ke zvýšení její teploty, ale při využití zejména přírodních materiálů dochází i k výraznému snížení teploty půdy v porovnání s volnou půdou. Náš výzkum se proto zaměřil na vzájemné porovnání vlivu jednotlivých materiálů a na vhodnost jejich využití v zemědělské a zahradnické praxi.
Střelcová, K., Škvarenina, J. & Blaženec, M. (eds.): “BIOCLIMATOLOGY AND NATURAL HAZARDS” International Scientific Conference, Poľana nad Detvou, Slovakia, September 17 - 20, 2007, ISBN 978-80-228-17-60-8
Metodika Pokus byl založen 9.5.2006 na pozemku meteorologické stanice �ZU v Praze. Meteorologická stanice leží na 50°08´ N, 14°24´ E v nadmo�ské výšce 286 m. /1/ klasifikuje tuto klimatickou oblast jako mírn� teplou a klimatický okrsek jako mírn� teplý, mírn� suchy, p�evážn� s mírnou zimou. Podle hydrotermického koeficientu Seljaninova se pozemek nachází ve vláhové oblasti mírn� výsušné s HTK 1,0 – 1,3. Dle Griffith – Taylorovy klimatické klasifikace se �adí do oblasti st�edoevropské s cyklonální cirkulací a s p�sobením polární fronty a st�ídavým vlivem oceánu a kontinentu. Dlouhodobý pr�m�r pr�m�rné ro�ní teploty je 9,2 °C, ro�ního úhrnu srážek 510 mm, ro�ní sumy slune�ního svitu 1921 h. Vegeta�ní zima za�íná v pr�m�ru 19.XII., kon�í 11.II. a trvá 55 dni. Velké vegeta�ní období trvá v pr�m�ru od 20.III. do 8.XI. tedy 234 dni a hlavní vegeta�ní období od 22.IV. do 10.X. tedy 172 dní. Mrazové dny se v pr�m�ru vyskytují od zá�í do kv�tna a jejich pr�m�rný po�et je 87,4 za rok. Dn� letních je v pr�m�ru 48,3 za rok s vyskytují se od dubna do �íjna a dní tropických 10,7 za rok s výskytem od kv�tna do zá�í. V hloubce 5 cm pod povrchem p�dy byla m��ena teplota p�dy teplotními �idly PT100 u t�í variant pokusu a jedné kontrolní. Varianta �. 1: Mul�ovacím materiálem byla drcená k�ra jehli�natých strom�. Velikost št�pk� odpovídala v praxi nejpoužívan�jší frakci t�íd�ní a to 2 – 8 cm. Materiál byl nakryt ve vrstv� 5 cm vysoké. Varianta �. 2: U této varianty byla použita netkaná textilie Pegas-agro 50 UV �erné barvy vyrobená z PP vlákna s plošnou hmotností 50 g.m-2. Varianta �. 3: Tato varianta byla nakryta novým typem netkané PP textilie jejíž barva je ze spodní strany �erná a vrchní strana má barvu šedav� bílou. Kontrolní variantou byl �erný úhor ošet�ovaný v pr�b�hu pokusu totálním systémovým herbicidem, aby nedocházelo k zar�stání pokusné parcely plevely. V pr�b�hu pokusu bylo m��eno globální zá�ení pyranometrem CM11 firmy Kipp & Zonen.
Výsledky a diskuse Chladný p�lrok 2006/2007 byl z hlediska teplotních pom�r� p�dy výjime�ný. V pr�b�hu pokusu nebyla na pokusném pozemku u kontrolní varianty, varianty �. 1 a 2 nam��ena záporná teplota p�dy. U t�etí varianty (šedá textilie) byla záporná teplota p�dy nam��ena pouze dne 28.12.2006, kdy tmin = -0,2 °C. Bylo prokázáno, že nakrytí p�dy drcenou k�rou pozitivn� p�sobí na snížení denní amplitudy teploty p�dy. U ostatních použitých materiál� byla denní amplituda teploty p�dy výrazn� vyšší. Nejv�tších rozdíl� mezi maximální a minimální teplotou p�dy bylo dosahováno v podzimním a jarním období s vyšší sumou globálního zá�ení a to zejména u varianty �. 2, 3 a u kontrolní varianty. Naopak nejnižší rozdíl� v období zimním (obr.1).
12,0
10,0
�erná text. úhor šedá text. k�ra
(°C)
8,0
6,0
4,0
2,0
1. 10 .2 8. 006 10 . 15 200 .1 6 0. 22 200 6 .1 0. 29 200 6 .1 0. 2 5. 006 11 .2 12 0 .1 06 1. 19 200 6 .1 1. 26 200 6 .1 1. 2 3. 006 12 . 10 200 .1 6 2. 17 200 6 .1 2. 24 200 6 .1 2. 31 200 6 .1 2. 20 7. 06 1. 2 14 007 .1 .2 21 007 .1 .2 28 007 .1 .2 0 4. 07 2. 20 11 0 .2 7 .2 18 007 .2 .2 25 007 .2 .2 0 4. 07 3. 2 11 007 .3 .2 18 007 .3 .2 25 007 .3 .2 00 7
0,0
Obr. 1 Denní amplituda teploty p�dy v chladném p�lroce L. Türkott and V. Kožnarová
Střelcová, K., Škvarenina, J. & Blaženec, M. (eds.): “BIOCLIMATOLOGY AND NATURAL HAZARDS” International Scientific Conference, Poľana nad Detvou, Slovakia, September 17 - 20, 2007, ISBN 978-80-228-17-60-8
Nejv�tšího rozdílu teploty p�dy (7,3 °C), charakterizované denním maximem, mezi variantami bylo dosaženo 30.3.2007 mezi variantou s �ernou textilií (15,9 °C) a drcenou k�rou (8,6 °C). V podzimních a jarních m�sících s vyšší denní sumou globálního zá�ení je více radiace absorbováno drcenou k�rou a proto v t�chto obdobích jsou denní maxima teploty p�dy u varianty �.1 nejnižší (obr. 2). Výrazn� vyšší denní maximum i minimum teploty p�dy u varianty s drcenou k�rou v porovnání s ostatními variantami bylo zjišt�no ve dnech se sn�hovou pokrývkou. 20,0 18,0 16,0 14,0
�erná text. úhor šedá text. k�ra
(°C)
12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0
1. 10 .2 00 8. 6 10 .2 00 15 6 .1 0. 20 22 06 .1 0. 20 29 06 .1 0. 20 06 5. 11 .2 00 12 6 .1 1. 20 19 06 .1 1. 20 26 06 .1 1. 20 06 3. 12 .2 00 10 6 .1 2. 20 17 06 .1 2. 20 24 06 .1 2. 20 31 06 .1 2. 20 06 7. 1. 20 07 14 .1 .2 00 21 7 .1 .2 00 28 7 .1 .2 00 7 4. 2. 20 07 11 .2 .2 00 18 7 .2 .2 00 25 7 .2 .2 00 7 4. 3. 20 07 11 .3 .2 00 18 7 .3 .2 00 25 7 .3 .2 00 7
0,0
Obr. 2 Denní maximální teplota p�dy v chladném p�lroce V pr�b�hu celého chladného p�lroku byla minimální teplota p�dy nejvyšší u varianty �. 1 (drcená k�ra). Z toho vyplývá, že drcená k�ra omezuje dlouhovlnnou radiaci zemského povrchu a tím snižuje jeho zchlazování. Nejnižší teplota p�dy pod drcenou k�rou byla nam��ena 29.12. 1,6 °C, pod šedou a �ernou textilií 28.12. (-0,2 °C a 0,6 °C) a u kontrolní varianty 16.1. 0,0 °C (obr. 3). 15,0
13,0
11,0
�erná text. úhor šedá text. k�ra
(°C)
9,0
7,0
5,0
3,0
1,0
1. 10 .2 00 8. 6 10 .2 00 15 6 .1 0. 20 22 06 .1 0. 20 29 06 .1 0. 20 06 5. 11 .2 00 12 6 .1 1. 20 19 06 .1 1. 20 26 06 .1 1. 20 06 3. 12 .2 00 10 6 .1 2. 20 17 06 .1 2. 20 24 06 .1 2. 20 31 06 .1 2. 20 06 7. 1. 20 07 14 .1 .2 00 21 7 .1 .2 00 28 7 .1 .2 00 7 4. 2. 20 07 11 .2 .2 00 18 7 .2 .2 00 25 7 .2 .2 00 7 4. 3. 20 07 11 .3 .2 00 18 7 .3 .2 00 25 7 .3 .2 00 7
-1,0
Obr. 3 Denní minimální teplota p�dy v chladném p�lroce Pr�m�rná denní teplota p�dy, vypo�ítaná jako prostý aritmetický pr�m�r hodinových hodnot, se v pr�b�hu chladného p�lroku pohybovala u kontrolní varianty v rozmezí 0,4 – 15,4 °C, u první varianty 1,6 - 15,5 °C, u druhé varianty 0,7 – 15,9 °C a 0,0 – 15,7 °C u varianty t�etí. Déle trvající období s pr�m�rnými denními teplotami p�dy v�tšími jak 3 °C negativn� p�sobí v období vegeta�ního klidu na dormanci rostlin. V takových p�ípadech hrozí nebezpe�í klí�ení, pop�. rašení rostlin a možné následné poškození nízkými teplotami. U kontrolní varianty bylo 76 % dní chladného p�lroku s pr�m�rnou denní teplotou p�dy vyšší jak 3,0 °C, u varianty s šedou textilií 79 %, u varianty s �ernou textilií 81 % a u nastýlané k�ry 88 %.
L. Türkott and V. Kožnarová
Střelcová, K., Škvarenina, J. & Blaženec, M. (eds.): “BIOCLIMATOLOGY AND NATURAL HAZARDS” International Scientific Conference, Poľana nad Detvou, Slovakia, September 17 - 20, 2007, ISBN 978-80-228-17-60-8
7. - 14.1.2007 250
glob. zá�. k�ra šedá text. úhor �erná text.
8,0
200
150
6,0
-2
(°C)
7,0
-1
9,0
kJ.m .10min
10,0
5,0
100
4,0 3,0
50
2,0
14 .1 .0 7
13 .1 .0 7
12 .1 .0 7
11 .1 .0 7
10 .1 .0 7
9. 1. 07
0 8. 1. 07
7. 1. 07
1,0
Obr. 4 Chod teploty p�dy a globálního zá�ení Neobvykle vysoká teplota p�dy v zimním období byla nam��ena v období poloviny ledna. Po dobu p�ti dní neklesla teplota p�dy ani u jedné z variant pod teplotu 3 °C a maximální teplota p�dy p�esahovala 9,0 °C u všech variant krom� varianty s nastýlanou k�rou (obr. 4). V tomto období p�echázely nad st�ední Evropou frontální systémy v teplém západním až jihozápadním proud�ní. V celé Evrop� se lednové teploty pohybovaly nad dlouhodobým pr�m�rem a ve st�ední Evrop� se jednalo o teploty mimo�ádn� nadnormální /5/. V �R byl m�síc leden, dle hodnocení /3/, mimo�ádn� nadnormální s pr�m�rnou m�sí�ní teplotou 3,5 °C a odchylkou od normálu +5,2 °C. Nastýlané materiály dokáží do jisté míry tlumit zm�ny teploty p�dy zp�sobené náhlými zm�nami pov�trnostní situace. Jako nejefektivn�jší ze sledovaných materiál� se v tomto sm�ru jeví nastýlaná k�ra. P�i nízkých intenzitách globálního zá�ení za obla�ného dne nedochází u varianty s nastýlanou k�rou k výrazným pokles�m teploty p�dy na rozdíl od ostatních variant (obr. 5). 2.1.2007 10,0
300
9,0
(°C)
6,0 5,0
200
150
4,0 100
3,0 2,0
-2
7,0
kJ.m .10min
glob. zá�. k�ra šedá text. úhor �erná text.
-1
250
8,0
50
1,0 0,0 0:00
0 2:00
4:00
6:00
8:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
�as
Obr. 5 Denní chod teploty p�dy a globálního zá�ení za obla�ného dne Podle /2/ se nejvyšší teplota p�dy na povrchu v pr�b�hu dne vyskytuje nej�ast�ji kolem 13.h pravého místního �asu, tedy 1 hodinu po horní kulminaci Slunce. V �R se denní maximum a minimum teploty p�dy opož�ují asi o 3h na každých 10 cm hloubky. Za jasného dne, kdy intenzita slune�ního zá�ení dosahuje maximálních hodnot docházelo p�ibližn� dv� hodiny po východu Slunce k výraznému vzestupu teploty p�dy a maximálních hodnot bylo dosahováno p�ibližn� 3 hodiny po horní kulminaci Slunce. V takovýchto situacích je velký rozdíl mezi denním maximem a minimem teploty p�dy a to u všech variant krom� varianty s nastýlanou k�rou (obr. 6).
L. Türkott and V. Kožnarová
Střelcová, K., Škvarenina, J. & Blaženec, M. (eds.): “BIOCLIMATOLOGY AND NATURAL HAZARDS” International Scientific Conference, Poľana nad Detvou, Slovakia, September 17 - 20, 2007, ISBN 978-80-228-17-60-8 10.1.2007 10,0
300
9,0
7,0
200
(°C)
6,0 5,0
150 glob. zá�. k�ra šedá text. úhor �erná text.
4,0 3,0 2,0
100
kJ.m-2.10min-1
250
8,0
50
1,0 0,0 0:00
0 2:00
4:00
6:00
8:00
10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
�as
Obr. 6 Denní chod teploty p�dy a globálního zá�ení za jasného dne Od 24.1. do 30.1. 2007 byla na pokusných parcelách sn�hová pokrývka. Sn�hová vrstva p�sobí na p�du jako tepelná izolace a brání tak ochlazování p�dy dlouhovlnnou radiací a naopak zah�ívání p�dy slune�ním zá�ením. Denní amplituda teploty p�dy pod sn�hovou pokrývkou byla u všech variant pokusu v tomto období prakticky nulová (obr. 1). Vyšší teplota p�dy byla nam��ena pod sn�hovou pokrývkou u varianty s nastýlanou k�rou a naopak nejnižší teploty u varianty kontrolní, tedy �erného úhoru (obr. 7). Nastýlané textilie nem�ly výrazný vliv na teplotu p�dy pod sn�hovou pokrývkou. Rozdíly v teplot� p�dy pod sn�hovou pokrývkou mezi úhorem a nastýlanými textiliemi byly minimální. 25.1.2007 300
10,0 9,0
(°C)
6,0 5,0
200 150
4,0 100
3,0 2,0
-2
7,0
kJ.m .10min
glob. zá�. k�ra šedá text. úhor �erná text.
-1
250
8,0
50
1,0 0,0 0:00
0 2:00
4:00
6:00
8:00
10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00
�as
Obr. 7 Denní chod teploty p�dy pod sn�hovou pokrývkou a globálního zá�ení Záv�r
Tento p�ísp�vek navazuje na hodnocení teploty p�dy v teplém p�lroku /4/. Syntetické nastýlané materiály v podob� netkaných textilií �erné a šedé barvy nemají v chladném p�lroku výrazný vliv na teplotu p�dy a výrazným zp�sobem neovliv�ují maximální ani minimální teplotu p�dy v porovnání s �erným úhorem. P�írodní nastýlaný materiál (drcená k�ra) výrazn� snižuje denní amplitudu teploty p�dy. V jasných bezobla�ných dnech s vysokou intenzitou slune�ního zá�ení zabra�uje drcená k�ra zah�ívání p�dy a naopak ve dnech s nízkou intenzitou globálního zá�ení brání zchlazování p�dního profilu. Drcená k�ra tak v dob� vegeta�ního klidu zabra�uje p�ed�asnému nástupu vegetace vlivem zvýšení teploty p�dy v d�sledku neobvyklých pov�trnostních situací a tím snižuje riziko poškození rostli nízkými teplotami. Drcená k�ra je tak vhodným nastýlaným materiálem využitelným v zahradní a krajinné architektu�e a to zejména p�i p�stování trvalek, které p�e�kávají období vegeta�ního klidu v podob� zásobních orgán� v p�d�. L. Türkott and V. Kožnarová
Střelcová, K., Škvarenina, J. & Blaženec, M. (eds.): “BIOCLIMATOLOGY AND NATURAL HAZARDS” International Scientific Conference, Poľana nad Detvou, Slovakia, September 17 - 20, 2007, ISBN 978-80-228-17-60-8
Literatura /1/ Atlas podnebí �eska, �HMU, Praha, 2007. /2/ Klabzuba, J.: Bilance tepla na aktivním povrchu, teplota p�dy, vzduchu a vody, �ZU v Praze, 2002 /3/ Kožnarová V., Klabzuba J.: Doporu�ení WMO pro popis meteorologických, resp. klimatologických podmínek definovaného období. Rostl. Výr., 48, 2002(4): 190-192. /4/ Kožnarová V., Türkott, L., Klabzuba J.: Variabilita teploty p�dy ve vegeta�ním období, sb. ref. Bioklimatologické pracovné dni 2007, Polana, 2007. /5/ M�sí�ní p�ehled po�así, �HMU Praha, 2007.
L. Türkott and V. Kožnarová
