Vliv rozdílného využívání lučního porostu na teplotu půdy (The influence of different grassland management on soil temperature) Renata Duffková, Jana Peterková, Tomáš Kvítek Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy Praha, Zabovřeská 250, 156 27 Praha 5 – Zbraslav, tel.: +420-257921640, e-mail:
[email protected] Abstract In a meadow locality with extensive management (Czech Republic, Šumava Mts., Zhůří locality, 1 150 – 1 180 m above sea level, variants: one cut, no cut, one mulching treatment, the association Cardaminopsidi-Agrostietum, the alliance Polygono-Trisetion) soil temperatures were measured in one-hour intervals at a depth of 0.1 and 0.2 m (2001 – 2002) and 0.1 m (2002 – 2004) using sensors with digital data recording. In the growing season the highest temperatures were measured in one-cut variant, the lowest temperatures were registered in no-cut variant. In the off-season period, permanent snow cover of thickness 0.30 – 1.20 m behaved as an insulator. The temperature did not fluctuate under snow cover; it gradually decreased in time while the decrease was faster in one-cut and mulching variant, and slower in no-cut variant where dead plant residues and air pockets in them were another source of insulation. The influence of snow prevented the soil temperature to fall below 0º C. Grassland management influences the soil temperature not only in the growing season but also in the period of snow cover. Daily amplitudes of soil temperature are influenced by the presence of aboveground phytomass and by the course of meteorological conditions. The highest amplitudes in the growing season were recorded in one-cut variant, the lowest in no-cut variant. In the offseason period without snow cover the amplitudes decrease as a result of the lower radiation capacity of colder soil, greater cloudiness and lower input of radiation energy. The amplitudes are almost zero under the perfect insulating layer of snow. Keywords Temperature regime of soil, extensive management, mulching, grassland, snow Úvod Teplotní režim půdy je ovlivněn radiační bilancí, expozicí, výškou sněhové pokrývky, obsahem vody a vzduchu v půdě, druhem půdy a porostu daného stanoviště. V období se sněhovou pokrývkou je teplota půdy ovlivněna především tepelně-izolačními vlastnostmi sněhu, případně porostu (Kešner 1977). Obsah vody v půdě určuje tepelnou kapacitu a tepelnou vodivost (čím je půda vlhčí, tím je vyšší jeho tepelná kapacita a vodivost). Denní amplituda teploty půdy (rozdíl mezi maximální a minimální teplotou) je dána ročním obdobím (v létě větší), oblačností (snižuje amplitudu), vlhkostí půdy (vyšší vlhkost snižuje amplitudu, souvisí to s vyšší tepelnou kapacitou a vodivostí ve srovnání se suchou půdou), barvou půdy (tmavé půdy zvyšují amplitudu) a porostem (vyšší porost snižuje amplitudu - ve dne půdu zastiňuje, v noci zmenšuje vyzařování půdy). Půdní teplota má významný vliv na půdní život, včetně mikrobiální aktivity a na růst a vývoj kořenů (Bonneau 1982). Popis lokality a metoda V letech 2001 – 2004 (kromě vegetačního období 2002) byla na luční lokalitě Zhůří (oblast Kvildských plání Šumavy, nadmořská výška 1150 - 1180 m, jihozápadní expozice, asociace Cardaminopsidi-Agrostietum, svaz Polygono-Trisetion) sledována půdní teplota. Byla měřena v hodinových intervalech ve dvou opakováních: od května 2001 do března 2002 v hloubce 0,1 a 0,2 m teplotními čidly s dataloggery Tinytag Plus G (Gemini Data Loggers) a od listopadu
2002 do dubna 2004 v hloubce 0,1 m teplotními čidly MINIKIN (EMS Brno). Na dané lokalitě byly založeny v roce 1997 tři varianty extenzívního využití, a sice varianta sečená jednou ročně, varianta nesečená a varianta sečená jednou ročně mulčovačem, jejíž rozdrcená biomasa byla ponechána na ploše k následnému rozkladu. Seč jednosečné a mulčované varianty byla provedena každoročně mezi 10. – 19.7. Data byla statisticky hodnocena metodou analýzy rozptylu (ANOVA) programem Statgraphics (verze 7.0) pomocí Scheffeho testu na hladině významnosti α = 0,05. 4.10.2003 došlo k narušení okolního prostředí teploměrů na variantě lada (myší díra), jedno z čidel bylo zcela vyřazeno z hodnocení, údaje z druhého (mírně povytaženého nahoru) jsou sice uvedeny v grafech, ale jejich vypovídací schopnost od daného data výrazně poklesla a nebyly statisticky hodnoceny. Výsledky Rozdíly půdních teplot mezi jednotlivými variantami využití způsobuje odlišná radiační (i vodní) bilance daná fytometrickými charakteristikami porostu (výška, hustota, barva, produktivita). Ty jsou příčinou rozdílného albeda, pohlcování a vyzařování tepla i výdeje vody porostem a půdou. V průměru celé vegetační sezóny (2001 i 2003) v období před a po seči se jako nejteplejší varianta jeví varianta kosená, následovaná mulčovanou, nejchladnější je varianta nekosená (grafy 1 a 2). V období do seče vliv stařiny, opadu a případně i nerozloženého mulče způsobuje horší prohřívání nekosené a mulčované varianty a zároveň během zimy vybělená stařina a zbytky mulče mají vyšší albedo. Nižší teplota nekoseného porostu je dána i vyšším měrným teplem vlhčí půdy této varianty (Kvítek, Duffková, Peterková 2001). Po seči mulčované a kosené varianty zůstávají na nekosené a mulčované variantě zhoršené podmínky pro prohřívání půdy (neodstraněná biomasa, mulč). V mimovegetačním období, kdy je porost ještě bez sněhu, jsou teploty půdy jednotlivých variant ve stejných relacích jako ve vegetačním období. Nástupem období, kdy se začíná vytvářet trvalá sněhová pokrývka, je izolační vlastnost sněhu významným regulátorem teploty půdy chránící půdu před zmrznutím (teplota půdy nikdy neklesla pod 0 °C !). Jakmile výška sněhové pokrývky dosáhne asi 0,2 - 0,3 m, teplota půdy je téměř bez denního kolísání, postupně klesá s teplotou vzduchu (grafy 1 a 2). Pokles teploty půdy kosené a mulčované varianty je strmější než nesečené varianty z důvodu izolační schopnosti stařiny a vzduchových kapes v ní vytvořených. V období, kdy nastala obleva, mokrý sníh ztratil izolační schopnosti a půdní teplota byla více ovlivňována klimatickými faktory (teplotou vzduchu) a denní amplituda se výrazně zvýšila (graf 1 a 2). V období vegetační sezóny byl v roce 2001 (17.5. – 30.9.2001) zaznamenán statisticky průkazný rozdíl mezi průměrnými teplotami kosené a nekosené varianty v obou hloubkách. V roce 2003 (1.5. – 30.9.) byly prokázány průkazné rozdíly mezi všemi variantami. V mimovegetačním období 2001/2002 (1.10.2001 – 13.3.2002) a 2002/2003 (22.11.2002 – 30.4.2003) nebylo dosaženo statisticky průkazného rozdílu mezi žádnými variantami (období vyšších teplot nekosené varianty se sněhovou pokrývkou je vyrovnáno hodnotami v období bez sněhové pokrývky). Velikost denní amplitudy je určena kvalitou i kvantitou izolačního materiálu (sníh, porost), průběhem počasí (oblačnost, teplota vzduchu) a obsahem vody v půdě. Posloupnost poklesu amplitud ve vegetačním období je dána přítomností nadzemní fytomasy (nejvyšší amplituda na kosené variantě, nejnižší na nekosené, grafy 3 a 4). Průběh meteorologických podmínek zvýšil amplitudy jednak v období velkých rozdílů mezi denní a noční teplotou (počátkem jara: konec března – květen) a jednak na kosené a mulčované variantě po seči (větší vyzařovací schopnost teplé půdy v létě). V mimovegetačním období bez sněhové pokrývky amplitudy klesají v důsledku nižší vyzařovací schopnosti chladnější půdy, vyšší oblačnosti a sníženého
příkonu radiační energie. Pod dokonalou izolační vrstvou sněhu jsou amplitudy půdy téměř nulové. Denního minima bylo dosahováno většinou mezi 8:00 – 10:00 hodinou a denního maxima mezi 23:00 – 00:00 hodinou. Závěr Výsledky sledování teploty půdy různě využívaného travního porostu (varianta 1x kosená, nekosená, 1x mulčovaná) prokázaly, že: 1. Během vegetačního období je 1x kosená varianta nejteplejší, nekosená nejchladnější (vždy prokázány statisticky průkazné rozdíly mezi hodnotami teploty půdy nesečené a kosené varianty). 2. V období s trvalou sněhovou pokrývkou dosáhla postupně nejvyšších hodnot teplota půdy varianty nesečené. 3. Vliv sněhu zamezil poklesu teploty půdy pod 0°C. Literatura BONNEAU, M., SOUCHIER B. Constituents and properties of soils. Academic Press New York. 1982. 496 s. KEŠNER, Bohuslav. Agrometeorologie. 1. vyd. Praha: vyd. SPN, 1980. 272 s. KVÍTEK, T., DUFFKOVÁ, R., PETERKOVÁ, J.: Teplota a vlhkost půdy rozdílně využívaného porostu na Šumavě. In Sborník z konference „Aktuality Šumavského výzkumu", Správa NP a CHKO Šumava, Vimperk 2001: 39 – 43 Tabulka 1 Průměrné hodnoty půdní teploty (0,1 m) podle jednotlivých období a variant Varianta / rok Varianta kosená Varianta lada Varianta mulčovaná 17.5.2001 - 30.9.2001 12,60 11,76 12,29 1.10.2001 - 13.3.2002 3,62 3,41 3,55 22.11.2002 - 30.4.2003 2,35 2,41 2,07 1.5.2003 - 30.9.2003 13,77 12,20 13,06 1.10.2003 - 30.4.2004 3,28 2,90 2,69 Překlady názvů tabulek a grafů: Table 1. Average soil temperature values at a depth of 0,1 m in particular periods and variants Fig. 1 Average daily soil temperature at a depth of 0,1 m in particular variants, Zhůří, V/2001 – III/2002 Fig. 2 Average daily soil temperature at a depth of 0,1 m in particular variants, Zhůří, XI/2002 – IV/2004 Fig. 3 Average daily amplitudes of soil temperature at a depth of 0,1 m, Zhůří, V/2001 – III/2002 Fig. 4 Average daily amplitudes of soil temperature at a depth of 0,1 m, Zhůří, XI/2002 – IV/2004
150
15,00
125
12,00
100
18.7. - termín seče a mulčování
9,00
75
1.3
17.2
5.2
24.1
12.1
31.12
19.12
7.12
25.11
1.11
13.11
20.10
8.10
26.9
2.9
14.9
21.8
9.8
28.7
0
16.7
0,00 4.7
25
22.6
3,00
10.6
50
29.5
6,00
sněhová pokrývka cm srážkový úhrn mm
18,00
17.5
Teplota půdy °C
Graf 1 Průměrná denní teplota půdy (v 0,1 m) jednotlivých variant, Zhůří, V/2001 – III/2002
datum srážkový úhrn
varianta kosená
varianta lada
varianta mulč
výška sněhové pokrývky
Graf 2 Průměrná denní teplota půdy (v 0,1 m) jednotlivých variant, Zhůří, XI/2002 – IV/2004 150
20
16
120
12
90
8
60
4
30
0 22.11
sněhová pokrývka cm srážkový úhrn mm
Teplota půdy
°C
16.7. - termín seče a mulčování
0 11.1
2.3
21.4
10.6
30.7
18.9
7.11
27.12
15.2
5.4
datum Srážkový úhrn
Varianta kosená
Varianta lada
Varianta mulč
sněhová pokrývka
7
140
6
120
5
100
4
80
3
60
2
40
1
20
0 1.5
20.6
9.8
28.9
17.11
6.1
25.2
sněhová pokrývka cm srážkový úhrn mm
Amplituda °C
Graf 3 Průměrná denní amplituda teploty půdy (v 0,1 m), Zhůří, V/2001 – III/2002
0 16.4
datum
Srážkový úhrn
Varianta kosená
Varianta lada
Varianta mulč
Sněhová pokrývka
7
140
6
120
5
100
4
80
3
60
2
40
1
20
0 22.11
0 11.1
2.3
21.4
10.6
30.7
18.9
7.11
27.12
15.2
datum Srážkový úhrn Varianta mulč
Varianta kosená Výška sněhové pokrývky
Varianta lada
5.4
sněhová pokrývka cm srážkový úhrn mm
Amplituda °C
Graf 4 Průměrná denní amplituda teploty půdy (v 0,1 m), Zhůří, XI/2002 – IV/2004
