Wilgotność gleby. Metodyczny aspekt badań rolniczych

Rolnicza produkcja roślinna jest bezpośrednio i pośrednio silnie zależna od warunków wodnych w środowisku przyrodniczym. Zawartość wody w glebie decyduje praktycznie o wszystkich jej właściwościach fizycznych, biochemicznych i o mikrobiologicznej aktywności, ale przede wszystkim o dostępności wody dla roślin [Skoop i in. 1990, D’Odorico i in. 2003, Turcu i in. 2005]. Woda jako niezbędny składnik wszystkich organizmów żywych bezpośrednio determinuje fizjologię roślin, a więc i efektywność całego agroekosystemu. Czynnik wodny jest tak dalece zmienny w czasie i w przestrzeni produkcyjnej, a jednocześnie ma tak znaczący wpływ na produkcję żywności, że powinien być monitorowany w skali czasu i przestrzeni [Letey 1985]. Tylko pełna wiedza o dynamicznej i przestrzennej zmienności wilgotności i zasobności w składniki pokarmowe gleby pozwala na realną optymalizację produkcji roślinnej.

Od kilku dziesięcioleci notuje się dynamiczny rozwój technik pomiarowych, a uzyskiwane wyniki mogą być rejestrowane i dostępne dla użytkownika na bieżąco [Chandler i in. 2017]. Pomimo to obecnie monitoring warunków wodnych, w skali pola uprawnego lub gospodarstwa rolnego, jest kosztowny i trudny do zastosowania, więc nie ma praktycznego znaczenia. Monitoring taki oparty jest na licznych pomiarach punktowych albo na pomiarach teledetekcyjnych obejmujących duże jednostki przestrzenne [Western i in. 2002, Robinson i in. 2008]. Zrealizowanie pomiarów punktowych opracowanych dla zastosowań w rolnictwie w celu zrozumienia dynamiki wody w glebie w skali pola [Topp i Ferre 2002], wymaga rozbudowanej sieci sond odwzorowującej zmienność glebową. W przypadku satelitarnych pomiarów telemetrycznych dane w tym zakresie dla produ-centów rolnych cechują się wciąż zbyt małą rozdzielczością i zbyt długim okresem aktualizacji oraz brakiem możliwości odniesienia do pomiarów referencyjnych [Kerr i in. 2010, Peng i in. 2017]. Metody przestrzenne pomiaru wilgotności gleby dające wyniki o właściwej dla produkcji roślinnej rozdzielczości nie mogą być stosowane w trakcie wegetacji albo są zbyt pracochłonne, aby mogły mieć powszechne zastosowanie praktyczne.

W światowej literaturze znajdują się nieliczne artykuły naukowe zawierające przegląd technik pomiaru wilgotności gleby [Robinson i in. 2008, Bittelli 2010, Vereecken i in. 2014], a w literaturze krajowej brak jest szerszych opracowań w tym zakresie. Stanowiło to inspirację do usystematyzowania wiedzy dotyczącej zarówno metod pomiaru wilgotności gleby, jak i możliwości ich zastosowania w praktyce rolniczej i w doświadczalnictwie, co jest pierwszym celem niniejszego opracowania. Potrzebę powstania takiej publikacji uzasadnia także dynamiczny rozwój metod pomiarowych i ich znaczenie dla poznania wilgotności gleby jako ważnego elementu agroekosystemów. Ważna ponadto jest znajomość poszczególnych metod pomiarowych pod względem ich aplikacji do konkretnych potrzeb. Użytkownicy urządzeń lub systemów pomiarowych powinni być zorientowani w kwestiach dokładności i selektywności wybranych przez nich metod, aby uniknąć późniejszych błędów interpretacji wyników.

W monografii wykazano także, jakie znaczenie mają części podziemne roślin dla wyników pomiaru wilgotności gleby (cel drugi). Sprawdzano hipotezę zakładającą, że woda zawarta w korzeniach żywych roślin może istotnie zmieniać wyniki pomiarów wilgotności gleby i w przypadku niektórych metod powodować nieporównywalność wyników. Gdy gleba jest pozbawiona organizmów żywych, jej wilgotność i poszczególne formy wody glebowej są precyzyjnie zdefiniowane. Gdy natomiast w glebie występują organizmy żywe, aktywnie utrzymujące właściwy dla siebie poziom uwodnienia, wynik pomiaru wilgotności takiej gleby wyraża łącznie zawartość wody glebowej i wody znajdującej się wewnątrz organizmów glebowych.

W agrofizjologicznych badaniach dotyczących gospodarki wodnej roślin uprawnych lub ich reakcji na różne czynniki środowiskowe często wykorzystuje się doświadczenia wazonowe w halach wegetacyjnych. Największe trudności w prowadzeniu takich doświadczeń to regulowanie i/lub utrzymanie zakładanej wilgotności podłoża. Uwzględniając obecny stan wiedzy i technik pomiaru wilgotności gleby oraz techniczne możliwości jej regulacji, podjęto zadanie zaprojektowania alternatywnych systemów automatycznego nawadniania wazonów cechującego się wystarczającą dla celów doświadczalnych precyzją i dokładnością. Opracowanie takich rozwiązań to trzeci cel monografii.

Spis treści

METODY POMIARU WILGOTNOŚCI GLEBY W ŚWIETLE LITERATURY

WODA W GLEBIE

METODY OZNACZANIA ZAWARTOŚCI WODY W GLEBIE

Metody punktowe

Metoda grawimetryczna

Metody oparte na właściwościach dielektrycznych gleby

Metody z wykorzystaniem promieniowania jonizującego

Metody opornościowe

Metody termiczne

Potencjał matrycowy wody w glebie

Metody przestrzenne

Kontaktowe

Metoda stop and go

Metoda pomiarów mobilnych

Teledetekcyjne

Metody georadarowe - GPR

Metody mikrofalowe - MWR

Reflektometria GNSS (GSNN-R)

Detekcja neutronów kosmogenicznych - CRN

Monitoring promieniowania gamma

Metoda organoleptyczna

SONDY I SYSTEMY POMIARU WILGOTNOŚCI GLEBY W PRAKTYCE ROLNICZEJ I W DOŚWIADCZALNICTWIE

Funkcjonalność sond

Sieciowe systemy monitoringu

Regulacja wilgotności podłoża w doświadczeniach wazonowych

PRACE EKSPERYMENTALNO-PROJEKTOWE

WODA ZAWARTA W KORZENIACH ROŚLIN A WILGOTNOŚĆ GLEBY

Metodyka pomiaru wilgotności gleby z uwzględnieniem wody zawartej w korzeniach roślin

Wilgotność gleby z korzeniami roślin vs wilgotność gleby bez korzeni roślin - omówienie i dyskusja wyników

Wilgotność gleby z korzeniami roślin vs wilgotność gleby bez korzeni roślin - wnioski

REGULACJA WILGOTNOŚCI PODŁOŻA W DOŚWIADCZENIACH WAZONOWYCH - ROZWIĄZANIA WŁASNE

Możliwość wykorzystania nawadniania kroplowego w doświadczalnictwie wazonowym

Dobór emiterów

Ocena zmienności wydatku wody przez emitery

Metodyka badań

Omówienie i dyskusja wyników

Podsumowanie

System sterowania

Studium wariantów

Założenia ogólne doświadczeń dla wariantów

Obiekty doświadczalne

Rozwiązania techniczne systemów nawadniających

Analiza zmienności aplikacji wody

Wnioski

PODSUMOWANIE

BIBLIOGRAFIA

Spis rysunków, tabel i fotografii

Streszczenie    

Summary