index.rst

Ochrana zemědělské půdy před erozí

Eroze - ztráta půdy, uvolňování, transport

• vodní - způsobená destrukční činností dešťových kapek a povrchového odtoku, transport částic
• větrná
• ledovcová
• antropogenní

Ukázka eroze

Ukázka eroze

Note

V České republice je vodní erozí ohroženo 50% zemědělské půdy a 10% zemědělské půdy je ohroženo větrnou erozí

Potenciální ohrožení zemědělské půdy větrnou erozí

Vodní erozi způsobuje:

• smyv půdy o nejúrodnější část - ornici
• zhoršení fyzikálně-chemických vlastností půdy
• zmenšení mocnosti půdního profilu
• zvýšení štěrkovitosti
• snížení obsahu živin a humusu
• poškození plodin a kultury
• problematický pohyb strojů po pozemcích
• ztrátu osiv, sadby, hnojiv a přípravků na ochranu rostlin

→ ohrožuje produkční funkce půdy a je příčinou velkých škod v intravilánech obcí

Ukázka eroze

Díky transportu půdních částic dochází ke znečištění vodních zdrojů, k zanášení akumulačních nádrží, ke snižování kapacity toků, k zakalování povrchových vod, také zvyšují náklady na úpravu vody a těžbu usazenin, atd.

Možnosti ochrany půdy před erozí

Po roce 1989, kdy docházelo k transformaci zemědělských družstev a k privatizaci, se očekával nový postoj k využití a ochraně půdy (šetrnější hospodaření, menší výrobní a územní celky, rozmanitost plodin)

Hlavní možnosti ochrany půdy před erozí (dnes)

• v rámci plánu společných zařízení (5 - 7% plochy) při pozemkových úpravách realizovat protierozní opatření (PEO):

  • meze, příkopy, průlehy, hrázky, terasy, nádrže, zatravněné údolnice
  • TTP (sklon nad 25%), zalesnění, vhodné plodiny - pásové střídání, nepřekročení přípustné délky svahu
  • změna velikosti a tvaru pozemku (malé, nepravidelné, 1:2 až 1:3 ve směru vrstevnic), delimitace kultur
  • vrstevnicové obdělávání, mulčování

• erozně ohrožené pozemky - aktivní spolupráce zemědělců

USLE - Univerzální rovnice pro výpočet dlouhodobé ztráty půdy erozí

Metoda dle WISCHMEIERA a SMITHE, 1978

Pro zjištění ohroženosti zemědělských půd vodní erozí a k hodnocení účinnosti navrhovaných protierozních opatření (PEO) se používá → Univerzální rovnice pro výpočet dlouhodobé ztráty půdy erozí - USLE

• odvozena v USA na mnoha experimentálních plochách
  • tzv. jednotkové pozemky mají jednotné parametry: délka 22,13 m, sklon 9 %, trvalý úhor obděláván ve směru sklonu

Ztráta půdy se stanoví podle vzorce:

G = R \times K \times L \times S \times C \times P (t.ha^{-1} . rok^{-1})

kde je

• R faktor erozní účinnosti deště (MJ.ha^{-1} .cm.h^{-1})
• K faktor erodovatelnosti půdy (t.h.MJ^{-1} .cm^{-1} .rok^{-1})
• L faktor délky svahu (-)
• S faktor sklonu svahu (-)
• C faktor ochranného vlivu vegetačního pokryvu (-)
• P faktor účinnosti protierozních opatření (-)

G - průměrná dlouhodobá ztráta půdy (t.ha^{-1} . rok^{-1}), množství půdy uvolněné vodní erozí

Výsledkem je hodnota průměrné roční ztráty půdy G vztažená k celé části pozemku, který je charakterizován daným profilem - hodnota slouží ke stanovení erozní ohroženosti pozemku. U středně hlubokých/hlubokých půd: hodnota přípustné ztráty půdy: 4t.ha^{-1} . rok^{-1} (udržení dostatečné úrovně úrodnosti půdy).

Zpracování úlohy průměrné dlouhodobé ztráty půdy USLE v QGISu

QGIS je svobodný a multiplatformní GIS. Vývoj (od roku 2002) zajišťuje skupina dobrovolníků. Verze s označením 1.0 vyšla na začátku roku 2009. QGIS je psán v jazyku C++, grafické uživatelské rozhraní je postaveno na knihovně Qt. Zásuvné moduly je možné vytvářet v C++ nebo Pythonu. QGIS umožňuje zejména prohlížení, tvorbu a editaci rastrových a vektorových dat, zpracování GPS dat a tvorbu mapových výstupů. Funkčnost rozšiřují zásuvné moduly, např. významný modul zpřístupňující funkce GRASS GIS.

Verze: QGIS 2.8.1 Wien OS: Windows 8.1

Vstupní data:

• vrstva povodí IV. řádu
• DMT v rozlišení 10 x 10 m
• HPJ - hlavní půdní jednotky z kódu BPEJ
• KPP - komplexní průzkum půd
• základní báze geografických dat - ZABAGED
• ortofotomapa

Note

Zájmové území:

Povodí Loděnice, odvodňuje severo­východní oblast okresu Rakovník, jižní oblast okresu Kladno, jiho­západní část okresu Praha­západ a také část okresu Beroun.

Zpracování jednotlivých faktorů USLE:

Potřebné moduly spouštíme z menu Zpracování ­ Commander. Takto spuštěné moduly nejsou součástí QGISu, ale výpočet je proveden v GRASSu verze 6.4.4 a výstupní soubory jsou načteny do QGISu.

• R faktor erozní účinnosti deště - vyjadřuje účinek srážek na velikosti ztráty půdy

  Pro zemědělské pozemky v ČR se používá průměrná hodnota R faktoru

  R = 40 \, MJ.ha^{-1} .cm.h^{-1}

• K faktor, C faktor

  K faktor erodovatelnosti půdy (náchylnost půdy k erozi) - odnos půdy v tunách z 1 ha na jednotku dešťového faktoru R ze standardního pozemku, závisí na textuře, struktuře, propustnosti, obsahu organické hmoty. Přibližně podle bonitační soustavy půd (BPEJ), nutno znát hodnotu HPJ: 2 a 3 čísla kódu BPEJ. Pokud pro některou HPJ není uvedena hodnota K faktoru, lze určit podle klasifikace půd.

  C faktor ochranného vlivu vegetace - vegetace chrání povrch půdy před dešťovými kapkami, zpomaluje rychlost povrchového odtoku. Hodnoty C faktoru určeny na základě využití území.

  Vrstvu obsahující HPJ a vrstvu obsahující informace o komplexním průzkumu půd spojíme dohromady pomocí modulu v.overlay, přepínač OR ­ union (obrázek Dialogové okno modulu v.overlay)

  

  Dialogové okno modulu v.overlay

  Vzniklou vrstvu propojíme ještě s vrstvou využití území, modul v.overlay, přepínač AND ­ intersect.

  .. todo:: **PROBLÉM:** modul v.overlay v Qgisu nefunguje → použit ArcGis
  
  

  

  Dialogové okno modulu v.overlay

  Nyní do atributové tabulky výsledné polygonové vrstvy přidáme sloupce: Název ­ K, C a K_C, typ ­ Desetinné číslo. Do sloupců přiřadíme jednotlivé hodnoty pomocí nástroje Kalkulátor polí (ikona počítadla, nachází se na posledním místě v horní liště atributové tabulky), příklad je na obrázku kalkulacka_K. Prvky, které se mají aktualizovat, jsme vybrali pomocí čtvrté ikony zleva v horní liště - Vybrat prvky pomocí vzorce.

  

  Přidání nového sloupce do atributové tabulky - ikony

  

  Přidání nového sloupce do atributové tabulky

  

  Kalkulacka_K

  V dalším kroku vektorovou mapu převedeme na rastrovou podobu pomocí modulu v.to.rast.attribute, který nastavíme: attr - K_C, rozsah Grass regionu - dmt10, velikost buňky Grass regionu - (1).

  

  Dialogové okno modulu v.to.rast.attribute

  .. todo:: **PROBLÉM** ­ vrstvu hpj_kpp_land jsem se podle tohohle modulu snažila převést → vyhodilo chybu s nelze načíst vrstvu
  
  

  • LS faktor délky a sklonu svahu - s rostoucí délkou a se zvětšujícím se sklonem svahu se zvyšuje intenzita eroze.

  Vstupem do výpočtu LS faktoru je:

  • rastrová mapa akumulace odtoku v každé buňce (“Flow accumulation”)
  • rastrová mapa sklonu svahu (“Slope”)

  

  DMT

  

  Legenda DMT

  Mapu sklonu svahu vypočteme z digitálního modelu terénu (DMT). Modul r.slope na výpočet sklonu svahu je vidět na obrázku Dialogové okno r.slope. Vstupem je DMT, výstupem rastrová mapa sklonu ve stupních.

  

  Dialogové okno r.slope - pro výpočet sklonu svahu

  

  Sklon svahu

  Rastrovou mapu akumulace odtoku v každé buňce (flow accumulation) vytvoříme pomocí modulu r.terraflow, dále je vytvořena mapa směru odtoku do sousední buňky s největším sklonem (flow direction), vyhlazený DMT (filled elevation). Vstupem je DMT.

  

  Dialogové okno modulu r.terraflow

  

  Akumulace odtoku

  

  Akumulace odtoku - detail

  → Potřebné vrstvy pro výpočet LS faktoru máme hotové. LS faktor se vypočte podle vzorce:

  LS = (accu \times \frac{10.0}{22.13})^{0.6} \times (\frac{sin(slope \times \frac{pi}{180})}{0.09})^{1.3}
  

  “accu” - rastrová mapa znázorňující akumulaci toku v každé buňce, přiděluje každé buňce rastru počet buněk, ze kterých voda odtéká do dané buňky.

  “slope” - rastrová mapa znázorňující sklonové poměry, ve stupních

  Použijeme Rastrový kalkulátor (menu Rastr­Rastrový kalkulátor). Zadaný výraz je vidět na obrázku vypocet_LS. A vypočtená rastrová mapa LS faktoru je vidět na obrázeku LS faktor.

  

  Výpočet LS pomocí rastrového kalkulátoru

  

  LS faktor

• P faktor účinnosti protierozních opatření - protierozní opatření nejsou na pozemcích uplatněna.

  P = 1

Nyní známe všechny hodnoty vstupující do výpočtu výsledné ztráty půdy - G. K výpočtu použijeme Rastrový kalkulátor, kde mezisebou pronásobíme jednotlivé faktory dle vzorce:

G = R \times K \times L \times S \times C \times P

Zdroje

• [1] Metodika ochrany zemědělské půdy
• [2] PEO
• [3] USLE
• [4] Fotografie eroze
• [5] Informace o QGISu