SLOVENSKÁ POĽNOHOSPODÁRSKA UNIVERZITA

V NITRE

TECHNICKÁ FAKULTA

SLEDOVANIE FYZIKÁLNO-MECHANICKÝCH

VLASTNOSTÍ PÔDY S PODPOROU PRESNÉHO

POĽNOHOSPODÁRSTVA Dizertačná práca

Študijný odbor: 41-15-9 Technika a mechanizácia

poľnohospodárskej a lesníckej výroby

Školiace pracovisko: Katedra strojov a výrobných systémov

Školiteľ: doc. Ing. Jan Piszczalka, PhD.

Nitra, 2010 Ing. Jozef Krajčo

Čestné vyhlásenie

Podpísaný Ing. Jozef Krajčo vyhlasujem, že som záverečnú prácu na tému

„Sledovanie fyzikálno-mechanických vlastností pôdy s podporou presného

poľnohospodárstva“ vypracoval samostatne s použitím uvedenej literatúry.

Som si vedomý zákonných dôsledkov v prípade, ak uvedené údaje nie sú

pravdivé.

V Nitre 27. mája 2010

Ing. Jozef Krajčo

Poďakovanie

Touto cestou chcem poďakovať svojmu školiteľovi doc. Ing. Janovi

Piszczalkovi, PhD. za odborné vedenie, pomoc a podporu, ktorú mi poskytoval počas

celého doktorandského štúdia a pri vypracovaní dizertačnej práce. Taktiež ďakujem

svojim školiteľom Dr. Tobymu W. Waineovi a Prof. Richardovi J. Godwinovi za ich

cenné rady, pripomienky, podporu a trpezlivosť.

Ďakujem členom Katedry strojov a výrobných systémov TF SPU v Nitre ako aj

pracovníkom NSRI Cranfield University za ich pomoc a spoluprácu. Ďakujem

poľnohospodárskemu podniku AGRO Divízia, s.r.o., Selice za vytvorenie priaznivých

podmienok pre uskutočnenie poľných experimentov.

Osobitným spôsobom ďakujem svojim kolegom a priateľom, Ing. Pavlovi

Halajovi, PhD., Ing. Jánovi Jobbágyovi, PhD., Ing. Kataríne Kollárovej, PhD., Ing.

Miroslavovi Macákovi, PhD., Ing. Radovanovi Švardovi, PhD. a Ing. Miroslavovi

Žitňákovi, PhD. a za ich neoceniteľnú pomoc pri realizácii poľných experimentov.

Abstrakt

V súčasnej poľnohospodárskej praxi je mapovanie mernej elektrickej vodivosti

pôdy používané ako veľmi praktický, jednoduchý, finančne dostupný a energeticky

nenáročný nástroj na mapovanie poľnej variability. Mapy elektrickej vodivosti pôdy

často vykazujú vysoký stupeň korelácie s takými dôležitými ukazovateľmi ako je úroda,

obsah ílovitých častíc, objemová hmotnosť pôdy alebo vlhkosť pôdy. Sériou poľných

experimentov boli overené závislosti medzi mernou elektrickou vodivosťou pôdy,

relatívnou vlhkosťou, textúrou, penetrometrickým odporom pôdy a hektárovou úrodou

pšenice ozimnej. Výsledky prvotných poľných experimentov a poľnohospodárska prax

si vyžiadali potrebu podrobnejšieho preskúmania možnosti mapovania variability

pôdneho zhutnenia pomocou merania mernej elektrickej vodivosti pôdy, čo bolo aj

hlavným cieľom riešenia dizertačnej práce. Nasadením metódy priameho kontaktu

(konduktometer) i bezkontaktnej metódy mapovania mernej elektrickej vodivosti pôdy

v spolupráci s kužeľovým penetrometrom a horizontálnym meraním mechanickej

odporovej sily pôdy boli preverené schopnosti jednotlivých prístrojov lokalizovať

pôdne zóny s rôznou objemovou hmotnosťou. Experimentálne bolo dokázané, že na

základe hodnôt EC nameraných pomocou konduktometra v hĺbke 0-0,3 m je možné

rozlíšiť pôdne zóny zhutnené v hĺbke viac ako 0,3 m od zón, ktoré sú zhutnené v celom

pôdnom profile. Hodnoty EC namerané v pôdnom profile 0-0,9 m umožňujú rozoznať

pôdne zóny zhutnené v hĺbke viac ako 0,6 m od zvyšku pozemku. Pomocou hodnôt EC

nameraných v obidvoch pôdnych profiloch je možné rozlíšiť tri rôzne kategórie pôdy:

pôdu utuženú v hĺbke viac ako 0,3 m, pôdu utuženú v hĺbke viac ako 0,6 m a pôdu

utuženú v celom pôdnom profile. Vytvorenie aplikačných máp pre cielené kyprenie

pôdy na základe merania mernej elektrickej vodivosti pôdy tvorí významný výsledok

tejto práce. Praktické používanie tejto metódy predpokladá vznik dvojice máp, ktoré

budú vzájomne porovnávané. Výsledkom riešenia predloženej práce je determinácia

plôch určených na cielené kyprenie pôdy.

Kľúčové slová: mapovanie pôdy, vlastnosti pôdy, zhutnenie pôdy, merná

elektrická vodivosť pôdy, cielené obrábanie pôdy.

Abstract

Electrical conductivity surveying is a very practical, easy for use, affordably

priced and power unpretentious agricultural tool used for a field variability mapping.

Soil electrical conductivity patterns very often highly correlate with such important

indicators as a yield, clay particles content, soil bulk density and a soil moisture.

Dependencies of a soil electrical conductivity on a soil moisture, texture, penetration

resistance and a yield of wheat were verified by the field trials. Results of the initial

field experiments and an agricultural praxis required a deeper investigation of the

possibilities of a soil compaction detection using a measurements of a soil electrical

conductivity. This task became the aim of this work. Field areas with the various levels

of a soil compaction were surveyed by a direct contact soil EC sensor (Conductometer),

contactless soil EC sensor, cone penetrometer and a soil compaction sensor. The

abilities of the individual sensors to detect the different levels of a soil compaction were

tested. It was found out that the EC readings collected by the Conductometer at depth

range of 0-0.3 m are able to distinguish the soil areas with no compaction above 0.3 m

and the soil compacted within whole profile. The EC readings obtained at depth range

of 0-0.9 m can distinguish the soil zones with no compaction above 0.6 m from the rest

of the field. Using the EC data obtained at both depth ranges it is possible to determine

three different environments within the field: one with no compaction above 0.3 m, one

with no compaction above 0.6 m and one containing the soil compacted within whole

profile. A key finding was the development of application maps for targeted soil

loosening, based on soil electrical conductivity measurements. The practical utilisation

of this method assumes the presence of two maps that would be compared. The result of

this work is a determination of the field areas for targeted soil loosening.

Key words: soil survey, soil properties, soil compaction, soil electrical

conductivity, targeted soil treatment.

Obsah

ČESTNÉ VYHLÁSENIE.......................................................................................................................... 2

POĎAKOVANIE....................................................................................................................................... 3

ABSTRAKT ............................................................................................................................................... 4

ABSTRACT................................................................................................................................................ 5

OBSAH ....................................................................................................................................................... 6

ZOZNAM SKRATIEK A ZNAČIEK.................................................................................................... 10

ÚVOD ....................................................................................................................................................... 12

1 SÚČASNÝ STAV RIEŠENEJ PROBLEMATIKY DOMA A V ZAHRANIČÍ ....................... 15

1.1 PÔDA, JEJ VLASTNOSTI A DEGRADAČNÉ JAVY.......................................................................... 15 1.1.1 Ukazovatele fyzikálneho stavu pôdy................................................................................... 15 1.1.2 Zhutnenie pôdy................................................................................................................... 16

1.1.2.1 Vplyv zhutnenia pôdy na rastliny a samotnú pôdu.................................................................. 17 1.1.2.2 Princípy vzniku zhutnenia pôdy.............................................................................................. 19 1.1.2.3 Metódy boja proti zhutneniu pôdy .......................................................................................... 19

1.2 METÓDY DETEKCIE VARIABILITY ZHUTNENIA PÔDY NA POZEMKU .......................................... 23 1.2.1 Vertikálne meracie systémy................................................................................................ 23

1.2.1.1 Kužeľový penetrometer .......................................................................................................... 23 1.2.2 Horizontálne meracie systémy ........................................................................................... 24

1.2.2.1 Mechanické snímače ............................................................................................................... 24 1.2.2.2 Akustické snímače .................................................................................................................. 26

1.2.3 Bezkontaktné snímače ........................................................................................................ 26 1.2.3.1 Optické snímače...................................................................................................................... 26 1.2.3.2 Pôdny radar ............................................................................................................................. 27 1.2.3.3 Snímače elektrickej vodivosti pôdy ........................................................................................ 27

1.3 MERANIE ELEKTRICKEJ VODIVOSTI PÔDY................................................................................ 28 1.3.1 Vymedzenie pojmu ............................................................................................................. 28 1.3.2 Teória vedenia elektrického prúdu v pôde ......................................................................... 28 1.3.3 Faktory ovplyvňujúce elektrickú vodivosť pôdy................................................................. 29 1.3.4 Prístroje a metódy na meranie elektrickej vodivosti pôdy ................................................. 30 1.3.5 Hĺbka merania ................................................................................................................... 33 1.3.6 Vzťah medzi EC a inými vlastnosťami pôdy....................................................................... 35 1.3.7 Použitie meraní EC v rôznych odvetviach priemyslu......................................................... 37

1.4 SÚHRN KAPITOLY .................................................................................................................... 38

2 CIEĽ PRÁCE ................................................................................................................................. 40

3 METODIKA PRÁCE A METÓDY SKÚMANIA....................................................................... 41

3.1 CHARAKTERISTIKA POĽNOHOSPODÁRSKEHO PODNIKU............................................................ 43

3.1.1 AGRO Divízia, s.r.o., Selice............................................................................................... 43 3.1.2 Univerzitná farma, Silsoe, Anglicko................................................................................... 45

3.2 PRÍSTROJE A ZARIADENIA........................................................................................................ 48 3.2.1 Kužeľový penetrometer ...................................................................................................... 48 3.2.2 Prístroj na snímanie zhutnenia pôdy.................................................................................. 49 3.2.3 Bezkontaktný snímač merania mernej elektrickej vodivosti pôdy EM38 ........................... 50 3.2.4 Konduktometer................................................................................................................... 51

3.3 METODIKA EXPERIMENTOV ..................................................................................................... 54 3.3.1 Metodika usporiadania a vyhodnocovania prvotného poľného experimentu .................... 54 3.3.2 Metodika hodnotenia prevádzkových charakteristík konduktometra ................................. 56

3.3.2.1 Metodika hodnotenia časovej stability merania EC ................................................................ 56 3.3.2.2 Metodika hodnotenia vzťahu medzi zahĺbením, zmenou plochy elektród a hodnotami EC.... 57

3.3.3 Metodika usporiadania a vyhodnocovania vlastného poľného experimentu ..................... 58 3.3.3.1 Metodika overovania opakovateľnosti meraní ........................................................................ 58 3.3.3.2 Metodika porovnávania hodnôt EC nameraných v oblastiach namáhaných poľnou dopravou

i zónach bez poľnej dopravy ........................................................................................................................ 59 3.3.3.3 Metodika lokalizácie koľajových riadkov mapovaním EC ..................................................... 60 3.3.3.4 Metodika plošnej determinácia pôdnych druhov..................................................................... 62 3.3.3.5 Metodika hodnotenia distribúcie pôdnych druhov v pôdnom profile...................................... 63

3.3.4 Metodika experimentu náhodne rozmiestnených blokov.................................................... 64

4 VÝSLEDKY PRÁCE..................................................................................................................... 68

4.1 VÝSLEDKY PRVOTNÉHO POĽNÉHO EXPERIMENTU.................................................................... 68 4.2 ZHODNOTENIE PREVÁDZKOVÝCH CHARAKTERISTÍK KONDUKTOMETRA.................................. 77

4.2.1 Zhodnotenie časovej stability merania EC......................................................................... 77 4.2.2 Vyhodnotenie vzťahu medzi zahĺbením diskových elektród a hodnotami EC..................... 81

4.3 VÝSLEDKY VLASTNÉHO POĽNÉHO EXPERIMENTU.................................................................... 84 4.3.1 Zhodnotenie opakovateľnosti meraní................................................................................. 84

4.3.1.1 Zhodnotenie konduktometrických meraní............................................................................... 84 4.3.1.2 Zhodnotenie meraní uskutočnených pomocou EM38 pracujúceho vo vertikálnom režime .... 86

4.3.2 Výsledky porovnania hodnôt EC nameraných v oblastiach namáhaných poľnou dopravou

i zónach bez poľnej dopravy............................................................................................................. 87 4.3.3 Lokalizácia koľajových riadkov mapovaním EC................................................................ 92

4.3.3.1 Výsledky štatistického vyhodnotenia...................................................................................... 92 4.3.3.2 Výsledky geoštatistického vyhodnotenia ................................................................................ 95

4.3.4 Výsledky plošnej determinácie pôdnych druhov ................................................................ 97 4.3.5 Vyhodnotenie posúdenia distribúcie pôdnych druhov v pôdnom profile ......................... 100 4.3.6 Výsledky analýzy pôdnych vzoriek ................................................................................... 102 4.3.7 Závery poľných experimentov .......................................................................................... 104

4.4 VÝSLEDKY EXPERIMENTU NÁHODNE ROZMIESTNENÝCH BLOKOV......................................... 106 4.4.1 Zhodnotenie konduktometrických meraní pôdneho zhutnenia (statických a dynamických) ...

......................................................................................................................................... 106

4.4.2 Tvorba aplikačných máp na odstránenie zhutnenia vytvorené na základe údajov EC

nameraných konduktometrom ........................................................................................................ 110 4.4.3 Zhodnotenie mapovania zhutnenia pôdy pomocou EM38................................................ 114 4.4.4 Výsledky penetrometrických meraní ................................................................................ 116 4.4.5 Výsledky merania ohybového momentu na snímacích elementoch snímača zhutnenia pôdy.

......................................................................................................................................... 120 4.4.6 Prehľad výsledkov analýzy rozptylu (ANOVA) pre experiment náhodne usporiadaných

blokov ......................................................................................................................................... 122 4.4.7 Zhodnotenie výsledkov regresnej analýzy ........................................................................ 124 4.4.8 Výsledky analýzy pôdnych vzoriek ................................................................................... 126 4.4.9 Závery experimentu náhodne usporiadaných blokov....................................................... 128

5 NÁVRH NA VYUŽITIE VÝSLEDKOV.................................................................................... 130

5.1.1 Vo výskume ...................................................................................................................... 130 5.1.2 V poľnohospodárskej praxi .............................................................................................. 131 5.1.3 Vo vyučovacom procese ................................................................................................... 131

6 ZÁVER.......................................................................................................................................... 132

7 ZOZNAM POUŽITEJ LITERATÚRY ..................................................................................... 133

PRÍLOHY............................................................................................................................................... 138

PRÍLOHA 1............................................................................................................................................ 139

1.1 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA KONDUKTOMETRICKÝCH MERANÍ .................................................... 140 1.1.1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,3 m............................ 140 1.1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,9 m............................ 141 1.1.3 Štatistická analýza rozdielu hodnôt EC nameraných vo vrchnom a hlbšom pôdnom profile

......................................................................................................................................... 141 1.2 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA HODNÔT EC NAMERANÝCH POMOCOU EM38 VO VERTIKÁLNOM

REŽIME .............................................................................................................................................. 142

PRÍLOHA 2............................................................................................................................................ 143

2.1 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA KONDUKTOMETRICKÝCH MERANÍ .................................................... 144 2.2 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA HODNÔT EC NAMERANÝCH POMOCOU EM38 VO VERTIKÁLNOM

REŽIME .............................................................................................................................................. 144

PRÍLOHA 3............................................................................................................................................ 145

3.1 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA KONDUKTOMETRICKÝCH MERANÍ .................................................... 146 3.1.1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,3 m............................ 146 3.1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,9 m............................ 147

3.2 ŠTATISTICKÁ ANALÝZA HODNÔT EC NAMERANÝCH POMOCOU EM38 VO VERTIKÁLNOM

REŽIME .............................................................................................................................................. 149

PRÍLOHA 4............................................................................................................................................ 151

4.1 ANALÝZA ZRNITOSTNÉHO ZLOŽENIA PÔDY ........................................................................... 152 4.1.1 Postup odstránenia organickej hmoty.............................................................................. 152 4.1.2 Postup rozptyľovania a mokrého preosievania................................................................ 152 4.1.3 Postup suchého preosievania pieskovej frakcie ............................................................... 153 4.1.4 Determinácia prachovej a ílovej frakcie pomocou pipetovacej metódy........................... 153 4.1.5 Výpočet výsledkov ............................................................................................................ 155

4.2 MERNÁ ELEKTRICKÁ VODIVOSŤ NASÝTENEJ PÔDNEJ PASTY.................................................. 156 4.2.1 Postup prípravy nasýteného extraktu a samotného merania ........................................... 156

4.3 URČENIE OBSAHU ORGANICKEJ HMOTY (METÓDA STANOVENIE STRÁT PRI HORENÍ) ............. 157 4.3.1 Postup stanovenia strát pri horení................................................................................... 157

4.4 STANOVENIE PÔDNEJ REAKCIE PH......................................................................................... 158 4.4.1 Postup prípravy suspenzie ............................................................................................... 158 4.4.2 Meranie pôdnej reakcie pH.............................................................................................. 159

PRÍLOHA 5............................................................................................................................................ 160

Zoznam skratiek a značiek a Vzájomná vzdialenosť diskových elektród m

ANOVA Analýza rozptylu

ASAE Americká spoločnosť poľnohospodárskych inžinierov (American Society of Agricultural Engineers)

b Zahĺbenie elektród m

BM Ohybový moment (Bending Moment) Nm

C Hmotnosť pipetovanej frakcie <0,002 mm (íl) g

CEC Katiónová výmenná kapacita (Cation Exchange Capacity)

d Hmotnosť v peci vysušeného dispergačného roztoku hexametafosfátu sodného g

D Faktor rozptýlenia

DGPS Diferenciálny globálny polohový systém (Differential Global Positioning System)

EC Merná elektrická vodivosť (konduktivita) S.m-1

EC150 Merná elektrická vodivosť pôdy nameraná v hĺbkovom profile 0-1,5 m S.m-1

EC30 Merná elektrická vodivosť pôdy nameraná v hĺbkovom profile 0-0,3 m S.m-1

EC75 Merná elektrická vodivosť pôdy nameraná v hĺbkovom profile 0-0,75 m S.m-1

EC90 Merná elektrická vodivosť pôdy nameraná v hĺbkovom profile 0-0,9 m S.m-1

ECa Zdanlivá merná elektrická vodivosť S.m-1

ECe Merná elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty S.m-1

EM38 Bezkontaktný prístroj určený na meranie EC pôdy pomocou elektromagnetickej indukcie

EMI Elektromagnetická indukcia (Electro-Magnetic Induction)

F Faktor

F1 Zložka horizontálnej odporovej sily pôdy spôsobujúca ohybový moment na snímacích členoch snímača zhutnenia pôdy N

FO Horizontálna odporová sila pôdy N

GIS Geografický informačný systém

GPS Globálny polohový systém (Global Positioning System)

HR Hodnoty EC namerané pomocou EM38 pracujúceho v horizontálnom režime S.m-1

I Elektrický prúd A

IDW Metóda inverzného váženia vzdialenosi (Inverse Distance Weighting)

LOI Straty pri horení (Loss On Ignition)

LSD Najmenší štatisticky významný rozdiel (Least Significant Difference)

m0 Hmotnosť prázdnej kremíkovej misky g

m1 Hmotnosť kremíkovej misky a usušenej pôdnej vzorky g

m2 Hmotnosť kremíkovej misky a pôdnej vzorky po jej vyžíhaní g

NIR Blízke infračervené spektrum (Near Infrared Radiation)

NS Štatisticky nevýznamný rozdiel (Non Significant)

NSRI Národný inštitút pôdnych zdrojov (National Soil Resource Institute)

Opak. Opakovanie

PDA Vreckový počítač (Personal Digital Assistant)

PR Penetrometrický odpor (Penetration Resistance) MPa

PR30 Priemerná hodnota penetrometrického odporu v hĺbkovom intervale 0,1-0,3 m MPa

PR50 Priemerná hodnota penetrometrického odporu v hĺbkovom intervale 0,1-0,5 m MPa

R Elektrický odpor Ω

R2 Determinačný koeficient (koeficient regresie)

RBD Forma organizácie experimentu do náhodne usporiadaných blokov (Randomized Block Design)

S Celková hmotnosť pieskovej frakcie g

SCS Prístroj na snímanie pôdneho zhutnenia (Soil Compaction Sensor)

SPU Slovenská poľnohospodárska univerzita

TDR Reflektometria v časovej oblasti (Time Domain Reflectometry)

TF Technická fakulta

V Elektrické napätie V

VEGA Vedecká grantová agentúra Ministerstva školstva Slovenskej republiky a Slovenskej akadémie vied

VR Hodnoty EC namerané pomocou EM38 pracujúceho vo vertikálnom režime S.m-1

VÚRV Výskumný ústav rastlinnej výroby

Z Hmotnosť pipetovanej frakcie 0,002 mm – 0,063 mm (prach a íl) g

γ merná elektrická vodivosť S.m-1

λ Vrcholový uhol snímacieho člena snímača pôdneho zhutnenia °

π Pi (~3,14)

ρ merný elektrický odpor Ω.m

Strana 12

Úvod

Predložená dizertačná práca na tému „Sledovanie fyzikálno-mechanických

vlastností pôdy s podporou presného poľnohospodárstva“ bola riešená v rámci vedecko-

výskumného projektu VEGA 1/0587/03 „Implementácia prvkov presného

poľnohospodárstva v manažmente vybraných systémov pestovania poľných plodín“.

Aktuálnosť témy podčiarkuje skutočnosť, že návrh na jej riešenie vyšiel priamo

na základe požiadaviek praxe – poľnohospodárskeho podniku AGRO Divízia, s.r.o.

Selice, ktorý sa rozhodol prijať a implementovať filozofiu presného poľnohospodárstva

do svojho výrobného programu v celej šírke. V našich podmienkach sa totiž ešte stále

poväčšine používa konvenčné hospodárenie, prípadne sa stretávame iba s čiastočným

zavádzaním niektorých prvkov presného poľnohospodárstva do praxe (napr. variabilné

hnojenie dusíkom pomocou N-senzora).

Prednosťou komplexného prístupu a ponímania presného poľnohospodárstva je

podstatne širšia informačná základňa, ktorá napomáha manažmentu podniku prijímať

kvalifikovanejšie rozhodnutia a adekvátnejšie reagovať na priestorové diferencie

pozemkov vytvorením tzv. produkčných zón, čo je podmienené využívaním dostatočne

presných a výkonných analytických senzorov, pracujúcich v optimálnom rozlíšení.

Úmerne k veľkosti informačnej základne sa zvyšuje perspektíva efektívnejšej aplikácie

a využívania vstupov v celom výrobnom procese.

Ak hovoríme o efektívnom využívaní vstupov v systéme rastlinnej výroby,

musíme mať na pamäti, že prvým a základným vstupom je samotná pôda i so svojimi

fyzikálnymi vlastnosťami, ktoré determinujú jednak spôsob jej základného a

predsejbového spracovania a jednak efektivitu využívania ostatných vstupov ako sú

pôdna vlaha, vzduch, živiny a pod. Pôda je zároveň nenahraditeľným prírodným

zdrojom, ktorý, žiaľ, nie je nevyčerpateľný a vzájomnou súčinnosťou prírodných

vplyvov a nevhodného spôsobu spracovania môže podliehať rôznym degradačným

procesom. Z tohto dôvodu je každý užívateľ pôdy povinný chrániť tento prírodný zdroj

a táto povinnosť je podložená i legislatívnou normou (Zákon 220/2004 Zb.z.).

Niektoré vážne degradačné procesy pôdy ako je zhutnenie, pôdna erózia, či

znižovanie obsahu pôdnej organickej hmoty je možné zmierniť, ba dokonca zvrátiť

Strana 13

vynechaním orby z technologického postupu a použitím vertikálneho spracovania pôdy

(Vertical Tillage). Tento spôsob spracovania pôdy je však mimoriadne energeticky a

finančne náročný, najmä pokiaľ máme na mysli hĺbkové melioračné kyprenie

podorničia. Nebezpečenstvo pôdneho zhutnenia spočíva najmä v obmedzení rastu

a rozvoja koreňových systémov rastlín, v zmenšení množstva a veľkosti pôdnych pórov,

v poklese infiltrácie vody, čo vedie k podmáčaniu pôd a povrchovému odtoku vody.

Vážnosť problémov spôsobených zhutnením pôdy je zdôraznený aj direktívou, ktorú

vydala Európska komisia. Keďže hĺbka, v ktorej sa nachádza zhutnená vrstva v pôdnom

profile, a aj jej hrúbka sa vyznačujú značnou variabilitou v rámci pozemku, je vhodné

túto variabilitu zmapovať a zvýšiť efektivitu hĺbkového spracovania pôdy

prispôsobením pracovnej hĺbky aktuálnym potrebám konkrétnej lokality, prípadne

spracovaním len vybraných zón v rámci pozemku. Potom už hovoríme o tzv.

variabilnom spracovaní pôdy (Variable Depth Tillage).

Priestorovo-diferencovaným riadením vstupov (Site-Specific Management) sa

zabezpečí precízne spracovanie iba tých pôdnych vrstiev a zón, ktoré potrebujú vykonať

nevyhnutné opatrenia z hľadiska ochrany pôdy, resp. sa aplikujú výživné a ochranné

látky iba v tých zónach, kde je to potrebné a v takých množstvách, ktoré je štruktúra

pôdy schopná zadržať a využiť, čím sa zároveň eliminuje výška finančných nákladov a

posilňuje celková efektivita výroby.

Konvenčné metódy mapovania pôdneho zhutnenia využívajú prístroje, ktoré

skúmajú pôdu buď vo vertikálnom alebo v horizontálnom smere. Vertikálne prístroje

(napr. penetrometer) pracujú na princípe „stop-and-go“ a umožňujú vykonávať bodové

merania. Napriek tomu, že sú schopné poskytnúť presné charakteristiky síl pôsobiacich

proti rastu koreňov v rozsahu meraného pôdneho profilu, proces merania je často veľmi

pomalý a časovo náročný. Metódy využívajúce horizontálnu rovinu merania

odzrkadľujú silu (často v niekoľkých hĺbkach) pôsobiacu proti nástroju používanému na

kultiváciu pôdy. Táto skupina prístrojov pracuje na princípe „on-the-go“ a umožňuje

vykonávať spojité merania. Ich nevýhodou sú však vyššie energetické nároky a riziko

nadmerného opotrebovania snímacieho člena a pracovných častí, ktoré je spôsobené

trením medzi pôdnymi časticami a nástrojom. Mnohí autori vo svojich prácach

uvádzajú závislosť medzi objemovou hmotnosťou pôdy a elektrickou vodivosťou pôdy.

V súčasnej poľnohospodárskej praxi je mapovanie mernej elektrickej vodivosti pôdy

Strana 14

používané ako veľmi praktický, jednoduchý, finančne dostupný a energeticky

nenáročný nástroj na mapovanie poľnej variability. Mapy elektrickej vodivosti pôdy

často dosahujú vysoký stupeň korelácie s takými dôležitými parametrami ako je úroda,

pôdna textúra, zhutnenie pôdy alebo obsah vody.

Vypracovanie tejto práce sprevádzali série poľných experimentov zameraných

na mapovanie poľnej variability pomocou merania mernej elektrickej vodivosti pôdy

metódou priameho kontaktu. Takto vytvorené mapy EC boli porovnávané s mapami

pôdnej textúry, vlhkosti, penetrometrického odporu pôdy a úrody. Tieto experimenty si

vyžiadali potrebu ešte podrobnejšieho preskúmania a zamerania sa na možnosti

mapovania variability vlastností pôdy. Nasadením oboch metód merania mernej

elektrickej vodivosti pôdy (metóda priameho kontaktu a bezkontaktná metóda)

v spolupráci s kužeľovým penetrometrom a horizontálnym meraním odporovej sily

pôdy pomocou prístroja na snímanie pôdneho zhutnenia boli preverené schopnosti

oboch prístrojov determinovať a lokalizovať zóny pôdy s rôznou objemovou

hmotnosťou.

Strana 15

1 Súčasný stav riešenej problematiky doma a v zahraničí

1.1 Pôda, jej vlastnosti a degradačné javy

Pôda ako jedna z najzákladnejších zložiek nevyhnutných pre život na Zemi

(Brady a Weil, 1999) plní nasledovné hlavné funkcie:

1. Pôda tvorí prostredie pre rast a vývoj koreňov rastlín a svojimi vlastnosťami

často určuje zloženie vegetácie.

2. Vlastnosti pôdy určujú kvalitu podzemných vôd, ale taktiež straty, využitie,

znečistenie a čistotu vody.

3. Pôda ako uzavretý systém je prostredím, v ktorom sa rozkladá odpad a odumreté

telá rastlín, živočíchov a taktiež ľudí.

4. Pôda je prostredím pre život organizmov.

5. Pôda tiež reprezentuje dôležitý stavebný materiál a podklad pre rôzne stavby

v stavebnom priemysle.

Z pohľadu poľnohospodárskej výroby je pôda považovaná za médium

a prostredie pre rast a vývoj koreňov rastlín. Pozostáva z pôdnych častíc a pórov,

naplnených vodou a vzduchom. Pôdne živiny, voda a vzduch musia byť vo vhodnej

forme, množstve a optimálnom vzájomnom pomere, podobne ako aj ďalšie vlastnosti

(teplota pôdy, mechanické vlastnosti pôdy) (Allmaras et al, 1973).

1.1.1 Ukazovatele fyzikálneho stavu pôdy

Podľa Mištinu et al (1993) medzi ukazovatele fyzikálneho stavu pôdy patria:

1. Genetický pôdny typ je určený fyzikálnou stavbou, stratigrafiou a

vlastnosťami pôdnych horizontov, jeho schopnosťami aktívne využívať pôsobenie

vonkajších síl na formovanie parametrov fyzikálneho stavu pôd a jeho udržovania v

rovnovážnom stave s vnútropôdnymi silami.

2. Pôdny druh (zrnitosť pôdy) definujú fyzikálne rozmery, tvar a rozdelenie

pôdnych častíc a ich povrchové vlastnosti, medzi ktorými je rozhodujúci obsah a kvalita

fyzikálneho ílu. Najrozšírenejšími pôdnymi druhmi na poľnohospodárskych pôdach

Strana 16

Slovenska sú: ľahké pôdy (piesočnaté a hlinito-piesočnaté), stredne ťažké pôdy

(piesočnato-hlinité a hlinité) ťažké pôdy (ílovito-hlinité, ílovité a íl).

3. Štruktúra pôdy špecifikuje celkovú stavbu, fyzikálne rozmery, tvar a

usporiadanie štruktúrnych agregátov a ich stabilitu, alebo inak povedané odolnosť voči

vonkajším deštrukčným silám. Väčšina rastlín vyžaduje štruktúru pôdy dobre

preniknuteľnú korienkami, ktorá umožňuje dostatočné prevzdušnenie a drenáž a popri

tom zabezpečuje vyhovujúcu vodnú kapacitu a upevnenie koreňov. Okrem celkového

objemu a rozložení pórov musí zabezpečovať aj ich kontinuitu, ktorá má význam pri

prenikaní korienkov pôdnym objemom. Ak je vývoj korienkov obmedzený nevhodnou

štruktúrou pôdy, dochádza k narušeniu ich funkcie a výrazne sa znižuje efektivita

využitia pôdneho objemu, vody a živín z pôdy.

4. Pórovitosť pôdy vyjadruje celkový objem a geometrický tvar a priemer

pórov, ich smerovanie, členenie a kontinuitu, a to predovšetkým z hľadiska prieniku

vody a rastu korienkov rastlín.

5. Objemová hmotnosť a objemové zmeny pôdy určujú „autoregulačnú“

schopnosť pôdy.

1.1.2 Zhutnenie pôdy

Viacerí autori označujú mechanické utlačenie alebo zhutnenie pôdy ako vážny

degradačný jav, ktorý ovplyvňuje objemové zmeny pôdy (Brady a Weil, 1999; Miština

et al, 1993; Širáň, 2005).

Podľa pôvodu je zhutnenie:

1. primárne – závislé od obsahu ílovej frakcie (trpia ním všetky ťažké pôdy a

pôdy s aluviálnymi horizontmi),

2. sekundárne (technogénne) – spôsobené činnosťou človeka a to:

a) priamo – pôsobením tlaku mechanizačných a dopravných prostriedkov

(Adamchuk et al, 2003),

b) nepriamo – znižovaním odolnosti pôd voči zhutneniu nesprávnym

hospodárením (nedostatočným organickým hnojením, nevhodným sortimentom

hnojív, nedodržiavaním osvedčených osevných postupov, prípadne spôsobov a

podmienok obhospodarovania a i.).

Strana 17

Utlačenie pôdy súvisí so zmenšením objemu pôdneho systému, poklesom

pórovitosti a zvýšením objemovej hmotnosti (Obr. 1). Keďže základná pôdna hmota ani

pôdny roztok sa takmer nedajú stlačiť, pod zmenšením pôdneho objemu treba chápať

predovšetkým zmenšenie objemu pórov, predtým zaplnených vzduchom, prípadne

zmenu ich usporiadania, kontinuity a podobne.

Pôdne častice

Voda

Vzduch Podiel pórov 48 %

Podiel pórov 26 %

Nezhutnená pôda Zhutnená pôda

Obr. 1 Vplyv zhutnenia pôdy na orientáciu a rozmiestnenie pôdnych pórov (University of

Minnesota, 2001).

1.1.2.1 Vplyv zhutnenia pôdy na rastliny a samotnú pôdu

Mechanický odpor, ktorý kladie pôda voči prenikajúcim korienkom rastlín,

nesmie byť vážnejšou prekážkou rozvoja korienkov. Ak pôda kladie korienkom väčší

odpor ako je maximálny koreňový tlak, ďalší rast korienka sa zastavuje (Eavis a Payne,

1969). Najpriamejším priamym dôsledkom zhutnenia pôdy je zvýšenie jej objemovej

hmotnosti (Brady a Weil, 1999). Pre každý pôdny druh existuje špecifické rozpätie

optimálnych objemových hmotností, ktorých prekročenie môže viesť k obmedzeniu

rastu koreňov. Je potrebné zdôrazniť, že objemová hmotnosť pôdy môže dosahovať

vyššie hodnoty pri použití bezorbových technológií (no-till) oproti klasicky obrábaným

pôdam. Napriek tomu však ich pôdna štruktúra môže byť priaznivejšia z dôvodu

vyššieho obsahu organických látok a vyššej biologickej aktivite v podpovrchovej vrstve.

Zhutnenie redukuje výmenu pôdnych plynov a znižuje obsah vody a živín (napr.

dusík, fosfor a dusík) prístupných pre rastliny (Bengough, 1991; Mašek 2005).

Dochádza k ničeniu makropórov v pôde a namiesto nich vznikajú mikropóry. Keďže

pôdne častice sa dostávajú ku sebe bližšie, mechanický odpor pôdy narastá. Ak hodnota

penetrometrického odporu pôdy presiahne 2 MPa (Taylor, Roberson a Parker, 1966),

Strana 18

prenikanie a rast koreňov do hlbších vrstiev je obmedzený. Nepriaznivý vplyv utlačenia

pôdy nemusí byť ani taký škodlivý pre rastlinu, ako pre samotnú pôdu a jej funkciu vo

vzťahu k zabezpečeniu optimálnych podmienok priebehu fyzikálnych, chemických a

biotických procesov v pôde, spojených s regeneráciou jej úrodnosti. Utlačenie pôdy

nepriaznivo ovplyvňuje hospodárenie pôdy s vodou. V dôsledku poklesu podielu

makropórov sa významne znižuje pôdna priepustnosť, klesá infiltračná a

vnútrodrenážna schopnosť pôdy. Za takéhoto stavu sa pôda na rovinatých alebo

depresných polohách v čase výdatnejších zrážok ľahko zamokruje. V oblastiach s

miernymi svahmi dochádza k zvýšeniu povrchového odtoku vody a erózii (Brady a

Weil, 1999; Duiker, 2004). Súčasne s tým sa odplavujú z pôdy aj živiny, humus a ďalšie

substancie, dôležité pre úrodnosť pôdy, čo vedie k znečisteniu povrchových vodných

zdrojov a zhoršuje sa kvalita vody. Limituje sa aj adekvátne doplňovanie zásob

podzemnej vody.

Dážďovky prevzdušňujú pôdu.

Prekyprená pôda v okolí sejbového lôžka.

Zhutnená vrstva.

A B

Obr. 2 Príprava sejbového lôžka: A – dobrá, bez prítomnosti zhutnenej vrstvy, B – nedokonalá so

zhutnenou vrstvou na dne sejbového lôžka.

Zhoršenie pórovitosti utlačených pôd poškodzuje aj vodno-vzdušný režim,

výmenu vzduchu medzi pôdou a atmosférou, čím sa brzdí metabolická aktivita koreňov,

poškodzuje ich zdravotný stav a celková vitalita (Obr. 2). Utlačenie pôdy nepriaznivo

vplýva na tvorbu hrčkotvorných baktérií na koreňoch leguminóz a obmedzuje

asimiláciu vzdušného dusíka. Vedie k rozvoju nežiaducich procesov v pôde, k

rozširovaniu chorôb a škodcov. Poškodzuje pôdu a limituje výšku a kvalitu úrody

Strana 19

(Voorhees et al, 1989; Bakken et al, 1987; Gray a Pope, 1986). Duiker (2004)

vypracoval štúdiu zaoberajúcu sa dopadmi zhutnenia pôdy a dokázal, že zhutnenie pôdy

zapríčinené dopravou po poli môže spôsobovať straty na úrode od 1 % do 37 %, pričom

jednotlivé plodiny reagujú na utlačenie pôdy rozdielne. Veľmi citlivé sú koreňové

plodiny, cukrová repa a zemiaky. Ale ani korene kukurice sa nemôžu dobre rozvinúť v

nadmerne utlačenej ornici a efektívne využiť pôdny objem vrstvy, kde sa nachádza

prevažná časť živín dodaných hnojivami. Menej citlivé na utlačenie pôdy sú obilniny.

1.1.2.2 Princípy vzniku zhutnenia pôdy

Hlavnými iniciátormi vzniku zhutnenia pôdy, ktoré vzniká buď úmyselne alebo

ako vedľajší produkt (Coder, 2001), sú rôzne aktivity ľudskej činnosti. Každý pôdny

druh má určitý rozsah pôdnej vlhkosti, pri ktorej je možné pôdu zhutniť s minimálnym

úsilím. Autor hovorí, že pôdne zhutnenie sa môže objaviť ako efekt:

• statických alebo dynamických síl vyvolaných ľuďmi, zvieratami alebo

mechanizačnými prostriedkami,

• manipulácie s pôdou,

• vibrácií a explózií ako úmyselného a systematického zhutňovania pôdy na

miestach výstavby budov a infraštruktúry,

• dynamického pôsobenia vodných kvapiek, ktoré vyvolávajú kôrnatenie

a povrchové zhutnenie pôdy.

Taktiež straty v obsahu organickej hmoty, ktorá slúži ako potrava pre pôdnu

faunu, ktorá prirodzene prevzdušňuje pôdu, vedú k vzniku zhutnenia pôdy.

1.1.2.3 Metódy boja proti zhutneniu pôdy

Prírodné podmienky ako textúra pôdy, veľkosť, tvar a vlastnosti (napr.

pórovitosť) pôdnych čiastočiek majú najvýznamnejší vplyv na zhutňovanie pôdy. Jones

et al (2003) vytvorili mapu vlastnej náchylnosti európskych pôd na zhutnenie (Obr. 3).

Strana 20

Obr. 3 Mapa vlastnej náchylnosti európskych pôd na zhutnenie (Jones et al, 2003).

Boj proti zhutneniu pôdy je najčastejšie možný iba použitím preventívnych

opatrení ako je používanie vhodnej technológie, strojov, zaťažení (náprav), pneumatík

a inflačných tlakov (Sharifi et al, 2007). Duiker (2004) špecifikoval opatrenia na

predchádzanie zhutneniu pôdy nasledovne:

a) Vyhýbať sa prejazdom po poli, keď je pôda plastická a má príliš veľkú

vlhkosť.

b) Udržiavať zaťaženie náprav pod hodnotou 10 ton alebo dokonca pod 6 ton,

pretože práve zaťaženie náprav spôsobuje najnebezpečnejšie podorničné

zhutnenie pôdy.

c) Znižovanie kontaktného tlaku medzi pôdou a pneumatikou, čo je možné

dosiahnuť použitím malých inflačných tlakov, vysokopriechodných (tzv.

flotačných) pneumatík, dvojmontážou alebo použitím strojov s pásovým

pojazdovým ústrojenstvom. Zhutnenie orničnej vrstvy je ovplyvnené iba

kontaktným tlakom. Preto autor odporúča, aby stroje používajúce pneumatiky

s vysokým inflačným tlakom (napr. pneumatiky nákladných automobilov

s tlakom 700 kPa) zostávali mimo pozemku.

Strana 21

d) Zmenšovanie ujazdenej plochy zväčšovaním pracovného záberu strojov

a šírky stôp pneumatík alebo znižovanie počtu prejazdov. Perspektívnou sa

tiež ukazuje metóda používania tzv. trvalých koľajových riadkov (Controlled

Traffic Farming). Jej najväčšou nevýhodou je potreba nastaviť rozchod

všetkých strojov na rovnakú šírku.

e) Zväčšovanie obsahu organickej hmoty a počtu pôdnych živočíchov. Toto je

možné dosiahnuť zapravovaním pozberových zvyškov (napr. slama) do pôdy,

pestovaním medziplodín a rozmetaním kompostu a maštaľného hnoja.

Neželaným stratám organickej hmoty je možné predchádzať ochranou pôdy

proti erózii a používaním bezorbových technológií (no-till).

f) Obmedzovanie orby. Autor odporúča použiť orbu len v nevyhnutných

prípadoch. Zároveň uprednostňuje používanie obrábania pôdy bez obracania,

pričom hĺbka obrábania by mala byť o 2 až 5 cm hlbšia ako je hĺbka utuženej

vrstvy. Ak utužená vrstva nejestvuje, hĺbkové obrábanie nie je potrebné.

Z hľadiska zrnitostného zloženia nemajú zhutnené piesčité pôdy takmer žiadnu

schopnosť samovoľnej regenerácie. U ťažších pôd pritom existujú faktory, ktoré

umožňujú vratné procesy, čiže regeneráciu pôdnej štruktúry (Mašek, 2005).

Voči zhutneniu pôdy možno uspieť len s odborným a komplexným prístupom, v

rámci ktorého majú svoju úlohu predovšetkým preventívne pôdoochranné opatrenia, v

prípade potreby hĺbkové mechanické kyprenie a následné opatrenia (Širáň, 2005).

1. Preventívne pôdoochranné opatrenia:

a.) Technické:

• znižovanie tlaku na pôdu (odľahčenie pojazdových mechanizmov,

používanie dvojmontáže, nízkotlakových pneumatík, pásových

mechanizmov, uprednostňovanie prívesných a návesných mechanizmov

pred nesenými),

• aplikácia bezpojazdových technológií.

b.) Organizačné:

• vstup na pole len pri vhodnej vlhkosti pôdy,

• obmedzenie dopravy po poli (oddelenie poľnej a cestnej dopravy),

Strana 22

• aplikácia technológií s riadenými prejazdmi po poli (koľajové

medziriadky),

• obmedzovanie prejazdov po poli agregáciou operácií,

• uprednostniť využívanie ľahších mechanizmov,

• optimálne využívanie sily mechanizmov (pri preťažení dochádza k

prešmykovaniu, opačne obyčajne k zbytočnému zaťaženiu pôdy),

• optimálna rýchlosť (pri nízkej rýchlosti vzniká vyšší utláčací efekt, pri

vysokej rýchlosti jeho znásobovanie vibráciami).

c.) Agrotechnické:

• vhodné osevné postupy (štruktúra osevu, dodržanie zásad striedania

plodín, dostatočné zastúpenie štruktúrotvorných plodín),

• zvyšovanie odolnosti pôdy voči zhutneniu (dostatočné organické

hnojenie, zelené hnojenie, racionálne vápnenie).

2. Hĺbkové mechanické kyprenie:

• príprava pozemku – výber vhodnej predplodiny (vysušujúca a včas

opúšťajúca pozemok),

• voľba vhodného kypriaceho náradia,

• dodržanie technologickej disciplíny (vhodná vlhkosť pôdy, dostatočná

hĺbka – len zhutnenú časť pôdneho profilu).

3. Následné zúrodňovacie opatrenia – stabilizácia nakyprenia:

• následné prejazdy oddialiť pokiaľ možno až do jari, s najmenším

odstupom 3 týždne,

• niektoré operácie spracovania pôdy je možné vďaka hĺbkovému kypreniu

vynechať,

• diferencovaná úprava osevného postupu s voľbou hlboko koreniacich

štruktúrotvorných plodín (stabilizácia nakyprenia koreňmi rastlín),

• diferencované hnojenie.

Odolnosť pôd voči zhutneniu možno zvýšiť aj úpravou ďalších faktorov, ak je

známa zrnitosť (obsah ílovej frakcie – čiastočky menšie ako 0,01 mm), obsah pôdnej

organickej hmoty, prípadne pôdnej reakcie. Medzi ďalšie veľmi vážne pôdne

degradačné procesy patrí popri zhutnení aj znižovanie obsahu organickej hmoty v pôde

a pôdna erózia.

Strana 23

1.2 Metódy detekcie variability zhutnenia pôdy na pozemku

Pôdne zhutnenie alebo sila mechanického odporu môžu byť merané rozličnými

prístrojmi, ktoré môžu byť rozdelené do troch základných skupín:

• prístroje, ktoré snímajú pôdu vo vertikálnom smere,

• prístroje, ktoré snímajú pôdu v horizontálnom smere,

• a bezkontaktné prístroje, ktoré využívajú nepriame metódy merania.

1.2.1 Vertikálne meracie systémy

1.2.1.1 Kužeľový penetrometer

Kužeľový penetrometer je jednoduchý nástroj určený na meranie mechanického

odporu pôdy proti vnikaniu meracieho hrotu špecifického tvaru a rozmerov. Hlavnými

pôdnymi vlastnosťami, ktoré ovplyvňujú hodnotu penetrometrického odporu pôdy sú

vlhkosť, objemová hmotnosť, obsah pórov a tuhosť pôdy. Taktiež priemer základne,

vrcholový uhol a povrchová drsnosť meracieho kužeľa ovplyvňujú veľkosť

penetrometrického odporu pôdy (Bajla, 1998). V priebehu rokov boli vyvinuté

penetrometre rozmanitých konštrukcií. Aby bolo možné porovnávať získané údaje,

rozmery meracieho kužeľa boli zjednotené a zadefinované normou ASAE S313.3

(2000) (Obr. 4).

Obr. 4 Kužeľový penetrometer (podľa ASAE S313.3, 2000).

Strana 24

Napriek tomu sa aj naďalej objavujú penetrometre nenormalizovaných

konštrukcií. Napríklad Veris® vyvinul automatizovaný Profiler 3000, ktorý používa inú

geometriu kužeľa pracujúceho pri vyššej rýchlosti zahlbovania. Tento prístroj je

schopný merať odporovú silu pôdy a taktiež jej elektrickú vodivosť (Sudduth et al,

2004) (Obr. 5).

Vnútorná os elektricky spojená s kužeľom

Izolácia

Dielektrický prstenec

Obr. 5 Geometria kužeľa penetrometra Veris® Profiler 3000 (podľa Sudduth et al, 2004).

Meranie odporovej sily pôdy pomocou kužeľového penetrometra umožňuje

získať krivku odporu v celom snímanom profile. Napriek tomu, že presnosť takéhoto

prístroja je pomerne vysoká vo vertikálnom smere, vyžaduje si vykonanie mnohých

diskrétnych meraní na zabezpečenie dostatočného priestorového rozlíšenia. Z vyššie

uvedeného vyplýva, že použitie tejto metódy v poľných podmienkach je časovo náročné

a prácne.

1.2.2 Horizontálne meracie systémy

1.2.2.1 Mechanické snímače

Kontinuálny (on-the-go) systém na meranie odporovej sily pôdy bol vyvinutý

Hallom a Rapperom (2005). Telo prístroja bolo vybavené snímacím hrotom

a prevodníkom sily. Počas výskumu bolo testovaných niekoľko rôznych hrotov. Autori

zistili, že hodnoty získané pomocou tohto snímača sú menej ovplyvnené vlhkosťou

pôdy v porovnaní s hodnotami získanými kužeľovým penetrometrom. Z toho dôvodu

Strana 25

bola zistená významnejšia korelácia s hodnotami objemovej hmotnosti pôdy ako

s penetrometrickým odporom pôdy.

Chung et al (2006) vyvinuli zariadenie na meranie odporovej sily, ktorá vzniká

v pôdnom profile. Tento snímač pracuje ako horizontálny penetrometer, ktorý je

schopný snímať silu v niekoľkých hĺbkach. Telo profilového snímača je tvorené

oceľovou doskou. Sila je prenášaná hranolovitými hrotmi a je snímaná prostredníctvom

silových článkov.

Podobnú konštrukciu pôdneho snímača použili aj Chukwu a Bowers, ml. (2005),

ktorí testovali snímač vybavený trojicou snímacích hrotov a silových článkov

v laboratórnych podmienkach. Ich snímač umožňoval snímanie odporovej sily v troch

rozličných hĺbkach 178, 279 a 381 mm.

Veľmi jednoduchý prístroj vo svojej práci predstavili Adamchuk a Jasa (2002).

Pracovná časť nimi navrhnutého zariadenia bola tvorená reznou hranou, ktorá bola vo

svojej podstate nosníkom namáhaným odporovou silou pôdy na ohyb. Ohybový

moment vyvolaný odporovou silou bol snímaný pomocou tenzometrov upevnených na

nosnú časť snímača (Obr. 6).

Smer pohybu prístrojaTenzometre

Smer pôsobenia odporovej sily pôdy

Rezné ostrie

Obr. 6 Schéma prístroja na meranie mechanického odporu pôdy (Adamchuk a Jasa, 2002).

Neskôr bol vyvinutý profilový snímač zhutnenia pôdy odlišnej konštrukcie

(Sharifi, 2004; Sharifi et al, 2007). Tento prístroj pozostával z vertikálneho nosníka

a niekoľkých snímacích elementov v tvare klinu, na ktorých rubovej strane boli

prilepené tenzometre. Odporová sila pôdy pôsobiaca na jednotlivé elementy vyvolávala

Strana 26

ohybový moment, ktorý bol snímaný pomocou tenzometrov a zaznamenávaný pomocou

notebooku.

Kontinuálne (on-the-go) mechanické snímače odstraňujú nevýhody kužeľových

penetrometrov a ponúkajú vyššie priestorové rozlíšenie. Na druhej strane však majú

menšie vertikálne rozlíšenie a trenie medzi pracovnou časťou prístroja a pôdnymi

časticami spôsobuje často veľké opotrebovanie snímacieho elementu.

1.2.2.2 Akustické snímače

Akustické snímače sa používajú na detekciu zmien v pôdnej štruktúre.

Akustický signál sa mení v dôsledku zmeny pôdneho prostredia a to buď vplyvom

zmien pôdnej textúry (pôdnych častíc), alebo vplyvom výskytu pôdneho zhutnenia.

Tekeste et al (2002) skonštruovali kontinuálny snímač určený na detekciu utuženého

dna brázdy (Obr. 7). Na snímacom hrote prístroja bol upevnený mikrofón, ktorý snímal

zvuky vznikajúce v pôdnom prostredí pri pohybe prístroja. Táto metóda však nie je

schopná snímať viac hĺbok a z dôvodu malého odstupu signál-šum sa javí ako

nepoužiteľná.

Obr. 7 Akustický detektor zhutneného dna brázdy (Tekeste et al, 2002).

1.2.3 Bezkontaktné snímače

1.2.3.1 Optické snímače

Tento typ snímačov najčastejšie využíva blízke infračervené (NIR), stredné

infračervené alebo polarizované svetelné spektrum (Obr. 8). Pracujú na podobnom

Strana 27

princípe ako diaľkový prieskum (najčastejšie realizovaný na satelitnej alebo leteckej

platforme) (Adamchuk a Jasa, 2002).

Svetelné zdroje

Telo prístroja s optickým vláknom sondy

Svetelný snímač Smer pohybu prístroja

Detail – vrchný a bočný pohľad

Obr. 8 Schéma hĺbkového optického snímača (podľa Adamchuk a Jasa, 2002).

1.2.3.2 Pôdny radar

Niektorí autori namiesto optických snímačov používajú pôdny radar (Obr. 9).

Tento prístroj prostredníctvom vysielacej antény vysiela rádiové vlny do pôdy

a pomocou prijímacej antény meria ich odraz od objektov pod zemou. Odrazené vlny

vytvárajú obrazce objektov nachádzajúcich sa v pôde. Pôdny radar nachádza svoje

uplatnenie v poľnohospodárstve, archeológii, ťažobnom, stavebnom i vojenskom

priemysle (GeoModel, 2007).

Obr. 9 Pôdny radar (GeoModel, 2007).

1.2.3.3 Snímače elektrickej vodivosti pôdy

Mapy elektrickej vodivosti pôdy sa často používajú na zobrazenie variability

pôdnych vlastností pozemkov. Mnohí autori (Jabro et al, 2005; Smith, 2001; Rhoades et

al, 1999; McNeil, 1980) pozorovali súvislosť medzi objemovou hmotnosťou pôdy

(alebo pôdnym zhutnením) a elektrickou vodivosťou pôdy. Vzhľadom na významnosť

a rozsah je táto problematika podrobne rozpísaná v nasledujúcich kapitolách.

Strana 28

1.3 Meranie elektrickej vodivosti pôdy

1.3.1 Vymedzenie pojmu

Schopnosť materiálu viesť elektrický prúd je označovaná ako elektrická

vodivosť, resp. merná elektrická vodivosť materiálu. Z pohľadu matematiky ide

o prevrátenú hodnotu elektrického odporu (rezistivity), resp. merného elektrického

odporu. Základnou jednotkou mernej elektrickej vodivosti je Siemens na meter (S.m-1)

(Oxford reference, 1992).

1.3.2 Teória vedenia elektrického prúdu v pôde

Z hľadiska skupenstva sa v pôdnom prostredí nachádzajú tri rozdielne materiály:

1. pevné pôdne častice,

2. vodou (obsahujúcou rozpustené soli) ako aj

3. vzduchom, naplnené pôdne póry (Corwin a Lesch, 2005a; McNeill, 1980).

Každý z týchto materiálov má inú elektrickú vodivosť. Pôdne častice majú sami

o sebe veľmi nízku hodnotu elektrickej vodivosti, ktorá však narastá spolu so

zvyšovaním obsahu ílu. Na zvyšovanie elektrickej vodivosti má pozitívny vplyv aj vyšší

obsah pôdnych pórov naplnených vodou, najmä ak voda obsahuje rozpustené soli a o to

viac v stave saturácie (nasýtenia). Vzhľadom na skutočnosť, že vzduch je veľmi dobrý

izolant, existujú v pôdnom prostredí iba tri možné cesty, ktorými môže elektrický prúd

tiecť: cez (1) pevné a kvapalné prostredie (pôdne častice a póry naplnené pôdnou

vodou), cez (2) kvapalné prostredie (pôdna voda) a cez samotné (3) pevné pôdne

častice (Obr. 10).

Tuhé častice

Kvapalina Vzduch

Obr. 10 Tri spôsoby vedenia elektrického prúdu v pôdnom prostredí (Corwin a Lesch, 2005a).

Strana 29

1.3.3 Faktory ovplyvňujúce elektrickú vodivosť pôdy

McNeil (1980) vo svojej štúdii uvádza zoznam faktorov, ktoré majú

najvýznamnejší vplyv na hodnoty elektrickej vodivosti pôdy:

Spojitosť pôdnych pórov – Pôdy s vysokým podielom vodou naplnených pórov

vedú elektrický prúd lepšie. Ílovité pôdy obsahujú veľké množstvo malých pórov, ktoré

prispievajú k zvýšeniu ich elektrickej vodivosti oproti piesočnatým pôdam, v ktorých

dosahuje elektrická vodivosť obyčajne nižšie hodnoty. Napriek tejto skutočnosti

prispieva k zvýšeniu elektrickej vodivosti aj zhutnenie pôdy, t.j. zväčšenie jej

objemovej hmotnosti.

Vlhkosť pôdy – Obsah pôdnej vody pozitívne ovplyvňuje hodnoty elektrickej

vodivosti. Voda je totiž základom elektrolytu, ktorý vzniká rozptýlením pôdnych solí.

Obsah solí – Vyššia koncentrácia pôdnych solí zvyšuje hustotu elektrolytu

v pôdnom prostredí. Napriek tomu, že obsah solí má malý vplyv na hodnoty elektrickej

vodivosti, môžu sa na pozemku vyskytnúť oblasti, v ktorých je vplyv tohto faktoru

významný (Hindický, 2007).

Katiónová výmenná kapacita – Prítomnosť kladne nabitých iónov (Ca, Mg, K,

Na, NH4 alebo H) vo vodnom roztoku nachádzajúcom sa v pôde tiež spôsobuje

zvýšenie elektrickej vodivosti pôdy. Princíp je podobný ako v prípade solí uvedených

vyššie.

Hĺbka merania – Sila signálu snímača (tak pri metóde priameho kontaktu ako aj

pri EMI) slabne so vzrastajúcou hĺbkou. Z tohto dôvodu je možné merať vrchné vrstvy

pôdy presnejšie ako nižšie pôdne vrstvy.

Teplota – Znižovanie teploty pôdy vedie k veľmi nepatrnému poklesu hodnôt

elektrickej vodivosti pôdy. Významná zmena nastáva až keď teplota pôdy poklesne pod

bod mrazu. V takom prípade zamŕza voda v pôdnych póroch, pôdne póry sú od seba

viacej izolované a elektrická vodivosť rapídne klesá. Taktiež teplota vzduchu môže

významne ovplyvniť hodnoty EC. Waine (1999) zostavil rovnicu na štandardizovanie

hodnôt nameraných pomocou EMI.

Strana 30

Veris Technologies (2003) uvádza, že hodnoty a priestorová variabilita

elektrickej vodivosti pôdy sú v rámci pozemku ovplyvnené väčšinou jedným alebo

dvomi hlavnými faktormi, ktoré však môžu byť na rôznych pozemkoch rozdielne. To

znamená, že interpretácia hodnôt elektrickej vodivosti pôdy je špecifická vždy pre

konkrétnu lokalitu.

Na väčšine pozemkov je rozhodujúcim faktorom, ktorý určuje hodnoty EC,

obsah ílu. Sudduth et al (2001) hovoria, že mapy elektrickej vodivosti pôdy, ktoré sú

primárne ovplyvnené pôdnou textúrou, sa nemenia v priebehu času. Avšak mapy EC

pôdy ovplyvnené najmä obsahom pôdnych solí vykazujú významné rozdiely v priebehu

roka, pretože reagujú na mobilitu niektorých solí v pôde. Vhodnou poľnohospodárskou

praxou je možné ovplyvniť, aby sa pozemky s elektrickou vodivosťou pôdy primárne

závislou na textúre nemenili na pozemky, na ktorých je hlavným činiteľom zmeny EC

obsah solí.

1.3.4 Prístroje a metódy na meranie elektrickej vodivosti pôdy

V zásade jestvujú tri metódy merania elektrickej vodivosti pôdy:

1. elektromagnetická indukcia (EMI),

2. meracie metódy využívajúce priamy kontakt prístroja s pôdou a

3. reflektometria v časovej oblasti (TDR).

Pre účely mapovania poľnej variability sa v praxi používajú najmä dve z vyššie

uvedených metód, a to EMI a metóda priameho kontaktu. Hoci TDR umožňuje merať

v reálnom čase súčasne elektrickú vodivosť pôdy a jej vlhkosť, táto metóda nie je príliš

vhodná na mapovanie priestorovej variability, pretože dostupné prístroje nie sú

jednoduché, dostatočne presné, robustné a rýchle (Rhoades et al, 1999).

Adamchuk a Jasa (2002) uvádzajú, že pri použití elektromagnetických snímačov

sa pôda stáva súčasťou elektromagnetického obvodu, a preto lokálne zmeny pôdnych

vlastností okamžite ovplyvnia meranie, ktoré sa zaznamenáva data loggerom

(Srinivasan, 2006). Títo autori vo svojej práci vymenúvajú tri komerčne dostupné

prístroje:

Strana 31

• Veris® 3100 (Veris Technologies, Salina, Kansas), ktorý umožňuje meranie

elektrickej vodivosti pôdy. Konduktometer použitý pri poľných

experimentoch v rámci tejto práce vychádza práve z konštrukcie prístroja

Veris® 3100, pričom ostalo zachované rozloženie elektród.

• EM38 (Geonics Limited, Mississauga, Ontario, Canada) pracuje na princípe

merania intenzity odrazu elektromagnetického poľa (EMI).

• Soil Doctor® System (Crop Technology, Inc., Bandera, Texas), ktorý na

základe elektrickej odozvy priamo optimalizuje aplikačné dávky.

Metóda EMI (napr. EM38) pracuje na princípe vysielania elektrickej energie do

pôdy pomocou prúdového zdroja, ktorým je najčastejšie vysielacia cievka. Zdroj

signálu sa pohybuje nad povrchom pôdy, pričom s ňou nemusí byť vo fyzickom

kontakte. Prúdový zdroj vysiela elektromagnetické pole, ktoré preniká pôdnym

prostredím a odozva (sila odrazeného signálu) je meraná pomocou snímača, ktorým je

prijímacia cievka (Obr. 11).

Vysielacia cievka

Prijímacia cievka

Prijímacia cievka

Vysielacia cievka

Ornica Ornica

25-30% Ílu

Hĺb

ka Podorničie

Podorničie55-65% Ílu

Obr. 11 Siločiary elektromagnetického poľa vytvoreného metódou EMI (Davis et al, 1997).

Metóda priameho kontaktu (taktiež označovaná ako metóda merania merného

elektrického odporu) je založená na vytvorení elektrického obvodu, ktorý slúži na

zavedenie elektrického prúdu do pôdy pomocou dvojice jednoduchých diskových

elektród (Obr. 12). Elektrický odpor pôdy spôsobuje úbytok napätia, ktorý je snímaný

jedným alebo dvomi pármi diskových elektród (Veris® 3100), pričom elektródy vnikajú

do pôdy len niekoľko centimetrov (Obr. 13) (Veris Technologies, 2003). Na prototype

Strana 32

prístroja slúžiaceho na meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy metódou priameho

kontaktu (Obr. 14) použil jeho autor elektródy v tvare šípových radličiek (Rhoades,

1992; Rhoades, 1993). Veris® a Soil Doctor® začali neskôr pre komerčné prístroje

používať diskové elektródy. Hlavný rozdiel medzi zariadeniami pochádzajúcimi od

týchto dvoch výrobcov spočíva v rozdielnom zapojení elektroniky (Obr. 12 a Obr. 29

B).

A B

Obr. 12 A – Siločiary elektrického poľa vytvoreného prístrojom Veris® 3100 (Veris Technologies, 2003); a B – Schéma zapojenia elektród zariadenia Soil Doctor® (Crop Technology, 2005).

A B

Obr. 13 A – Veris® 3100 (Veris Technologies, 2003); a B – Soil Doctor® (Crop Technology, 2005).

Obr. 14 Zariadenie na meranie elektrického odporu pôdy vyvinuté Rhoadesom (1992, 1993).

Strana 33

1.3.5 Hĺbka merania

Metóda priameho kontaktu umožňuje súčasné meranie elektrickej vodivosti

pôdy v dvoch hĺbkových intervaloch 0 – 0,3 m a 0 – 0,9 m. Rozsah meraných

hĺbkových intervalov závisí na vzájomnej vzdialenosti medzi jednotlivými diskovými

elektródami (Veris Technologies, 2003). Milson (2003) vo svojej práci opisuje niekoľko

možností usporiadania elektród na ráme zariadenia, pričom Veris® 3100 využíva tzv.

Wennerovo pole, pri ktorom sú vzdialenosti medzi susednými elektródami identické

(pozri Obr. 15 a Vzťah 1).

Obr. 15 Usporiadanie elektród Wennerovho poľa (podľa Milsom, 2003).

aVIπρ

γ2

1== Vzťah 1

kde: γ – (merná) elektrická vodivosť (S.m-1),

ρ – (merný) elektrický odpor (Ω.m),

I – elektrický prúd (A),

π – Pi (~3.14),

a – vzájomná vzdialenosť diskových elektród (m),

V – elektrické napätie (V).

Hĺbka merania je v prípade prístroja využívajúceho štyri elektródy rovná

polovičnej vzdialenosti medzi vonkajším párom. Nakoľko Veris® 3100 používa šesť

elektród, pracuje ako dvojica nezávislých snímačov, kde jeden z nich meria pôdny

profil do 0,3 m a druhý do 0,9 m. Wenner (1916) zistil, že zahĺbenie elektród do pôdy

tiež ovplyvňuje veľkosť nameraných hodnôt EC a pre Wennerovo pole definoval tento

vzťah matematicky (Obr. 16 a Vzťah 2).

Strana 34

aRab

ab

ECa π4

1

1

41

2122

⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

−

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

+

=

Vzťah 2

kde: ECa – zdanlivá (merná) elektrická vodivosť pôdy (S.m-1),

a - vzájomná vzdialenosť susedných elektród (m),

b – zahĺbenie elektród (m),

π – Pi (~3.14),

R – elektrický odpor (Ω).

a a a

b

1 2 3 Dážď

Obr. 16 Wennerov náčrt štvorice elektród pri meraní EC pôdy (podľa Wenner, 1916).

Hĺbka pôdy snímaná pomocou EMI závisí od zvoleného meracieho režimu

(vertikálny alebo horizontálny), výšky snímača nad povrchom pôdy a na vzájomnej

vzdialenosti vysielacej a prijímacej cievky (Johnson et al, 2003). Väčšina

bezkontaktných snímačov meria mernú elektrickú vodivosť pôdy v hornej vrstve pôdy,

a to do hĺbky 1 alebo 1,5 metra. Pre potreby geologického výskumu môže hĺbka

merania dosahovať až niekoľko desiatok metrov.

Sudduth et al (1998) a Doolittle et al (2002) na základe výsledkov svojich

pokusov vyslovujú záver, že oba prístroje – EM38 a Veris® 3100 – ponúkajú

Strana 35

užívateľovi veľmi podobné výsledky a priestorové mapy variability EC. Napriek tomu,

že títo autori zistili významnú koreláciu medzi všetkými nameranými súbormi údajov,

stredná hodnota EC nameraná pomocou Veris® 3100 vo vrchnej vrstve pôdy bola

štatisticky významne nižšia v porovnaní s priemernými hodnotami nameranými

pomocou Veris® 3100 v hlbšej vrstve pôdy a taktiež pomocou EM38. Príčinou tohto

javu je rozdielny grafický priebeh krivky relatívnej citlivosti oboch prístrojov (pozri

Obr. 17).

Obr. 17 Relatívna citlivosť prístrojov EM38 a Veris® 3100 (vrchná a hlboká vrstva pôdy) v závislosti na hĺbke pôdy (Sudduth et al, 2005).

1.3.6 Vzťah medzi EC a inými vlastnosťami pôdy

McNeill (1992) a Rhoades et al (1999) uviedli, že zdanlivá merná elektrická

vodivosť pôdy (ECa) môže poskytovať užitočné informácie o dôležitých fyzikálnych

a chemických vlastnostiach pôdy ako sú vlhkosť pôdy, obsah ílovitých častíc, obsah

minerálnych častíc v ílovej zložke, pôdna salinita (obsah pôdnych solí), veľkosť

a rozloženie pôdnych pórov a katiónová výmenná kapacita (CEC). Uvedené faktory sú

najvýznamnejšie z hľadiska ich vplyvu na veľkosť zdanlivej mernej elektrickej

vodivosti pôdy. V závislosti na danej lokalite a špecifických vlastnostiach konkrétneho

pozemku, môžu byť hodnoty ECa prioritne ovplyvnené obsahom pôdnych solí (zasolené

pôdy) (Williams a Baker, 1982) alebo pôdnou textúrou, vlhkosťou a katiónovou

výmennou kapacitou (CEC) (nezasolené pôdy) (Rhoades et al, 1976). Lund et al (1999)

Strana 36

dokonca graficky znázornili závislosť mernej elektrickej vodivosti pôdy od pôdnej

textúry (Obr. 18).

0.1

1

10

100

1000

Piesok Prach Íl

Pôdny druh

EC, m

S.m

-1

Obr. 18 Závislosť mernej elektrickej vodivosti pôdy od veľkosti pôdnych častíc a pôdnej textúry

(Lund et al, 1999).

Rhoades et al (1999) počas svojich poľných pokusov zistili určitý druh

periodicity vo výskyte vyšších hodnôt EC nameraných naprieč brázdami. Uviedli, že

tento jav môže byť spôsobený vyšším stupňom utuženia pôdy v oblasti brázd, po

ktorých dne sa pohybovali kolesá traktora pri orbe. Podobný jav pozorovali aj Corwin

a Lesch (2005b). Rhoades et al (1999) zistili menšie hodnoty EC pre pôdu, ktorá bola

obrobená nástrojom s dlátovými radličkami. Podľa ich záverov mohol byť pokles EC

spôsobený vytvorením rýh (širokých asi 25 mm) a ich následným zaplnením suchými

pôdnymi čiastočkami. Smith (2001) úspešne použil EMI na mapovanie zhutnenia pôdy,

ktoré bolo spôsobené poľnou dopravou. Clark et al (2000) vo svojej štúdii porovnávali

hodnoty EC s hodnotami penetrometrického odporu a pomocou analýz zisťovali hĺbku

utuženej vrstvy pôdy. Vďaka vysokej hustote nameraných a zozbieraných údajov sa im

podarilo identifikovať vysokú priestorovú variabilitu zhutnenia pôdy (napr. v oblasti

koľajových riadkov). Možnosť použitia mernej elektrickej vodivosti pôdy na

identifikáciu pôdneho zhutnenia je opísaná aj v práci Samouëlian et al (2003), ktorí ju

v laboratórnych podmienkach použili na detekciu pôdnych prasklín.

Snímač mernej elektrickej vodivosti pôdy EM38 bol úspešne použitý mnohými

autormi, ktorí podrobne preskúmali vplyv teploty vzduchu, pôdnej salinity, vlhkosti

a pôdnej textúry na hodnoty EC (James et al, 2000; Kollárová et al., 2007; Krajčo et al.,

2007a; Krajčo et al., 2007b; Krajčo a Jobbágy, 2006; Pires, 2004; Piszczalka et al.,

Strana 37

2006; Švarda et al., 2005; Waine, 1999; Wolharn, 2001). Získané mapy variability

mernej elektrickej vodivosti pôdy boli použité ako podklad pre spresnenie hraníc

pôdnych typov, hodnotenie využiteľného obsahu vody v pôde a prognózovanie úrod

(Waine, 1999). Wolharn (2001) sa zaoberal skúmaním pôdnych faktorov, ktoré

vplývajú na veľkosť hodnôt EC snímaných pomocou EMI. Porovnával mapy mernej

elektrickej vodivosti pôdy s úrodovými mapami daného pozemku. Nakoniec použil

mapy EC ako podklad pre podrobný prieskum pozemku, lokalizáciu výkopov a cielený

odber pôdnych vzoriek.

Malo et al (2001a, 2001b) zistili štatisticky významnú pozitívnu koreláciu medzi

hodnotami EC nameranými pomocou prístrojov Veris® a EM38 a vlhkosťou pôdy

(hmotnostnou a objemovou). Taktiež zistili koreláciu medzi hodnotami mernej

elektrickej vodivosti meranej pomocou Veris® 3100 v hlbokej vrstve, EM38 a

priemernými hodnotami objemovej hmotnosti pôdy v hĺbke do 0,3 m. Títo autori sa

pokúsili načrtnúť niekoľko matematických modelov a vyvinuli matematické rovnice na

predikciu niektorých pôdnych vlastností. Tvrdia, že na základe hodnôt EC sú schopní

odhadnúť hmotnostnú vlhkosť pôdy s chybou do 3 % a objemovú vlhkosť s chybou do

4 %. Keď svoj matematický model rozšírili o ďalšie pôdne vlastnosti, chyba odhadu

vlhkosti (hmotnostnej i objemovej) sa znížila len na 2 %.

Corwin a Lesch (2005a) vo svojej práci uvádzajú prehľadný zoznam autorov

zaoberajúcich sa skúmaním mernej elektrickej vodivosti pôdy v spojitosti s mapovaním,

modelovaním alebo porovnávaním s inými pôdnymi vlastnosťami.

1.3.7 Použitie meraní EC v rôznych odvetviach priemyslu

Spoločnosť OKM Ortungstechnik GmbH sa zaoberá produkciou rôznych typov

snímačov pracujúcich na princípe merania mernej elektrickej vodivosti pomocou

metódy EMI (Obr. 19). Tieto snímače sa používajú v inžinierskej geológii a v oblasti

archeologických výskumov pri prieskume zdrojov podzemných vôd, podzemných

otvorov a dutín, jaskýň, lomových zón a pri hľadaní rôznych kovových predmetov

(OKM Ortungstechnik GmbH, 2005). Rovnaký princíp sa používa vo vojenských

detektoroch kovov slúžiacich na vyhľadávanie zbraní a munície (Global Security,

2005).

Strana 38

Obr. 19 Detektor kovov (GeoModel, 2007).

Pôdne radary (GPR), ktoré užívateľovi poskytujú grafický obraz

podpovrchových vrstiev pôdy, pracujú tiež na princípe EMI (Davis a Annan, 1989).

GPR generuje elektromagnetické signály a sníma interakcie elektromagnetických polí

s materiálmi vo svojom okolí.

Snímače pracujúce na princípe merania mernej elektrickej vodivosti sa tiež

používajú na meranie vlhkosti rôznych materiálov (Thomson a Ross, 1996) a kvality

vody (Flores a Navar, 2002).

Meranie mernej elektrickej vodivosti sa využíva aj v medicíne. Elektrický prúd

prechádza ľudským telom a napätie sa meria cez pripevnené napäťové elektródy

(metóda priameho kontaktu) alebo sa tiež používajú aj bezkontaktné metódy na báze

elektromagnetickej indukcie (Gencer a Tek, 1999). Niektoré činnosti ľudského tela ako

napr. rýchlosť dýchania, krvný tlak, srdcový tep alebo vodivosť pokožky nie je možné

ovplyvniť ľudskou vôľou a závisia od stupňa momentálneho stresu. Tieto vlastnosti sa

používajú ako základné faktory monitorované polygrafom alebo tzv. detektorom lži

(Committee to Review the Scientific Evidence on the Polygrahp, Division of Behavioral

and Social Sciences and Education, National Researach Council, 2002).

1.4 Súhrn kapitoly

Poľnohospodárske pôdy sú často ohrozené rôznymi degradačnými procesmi.

Mnohé z týchto procesov vznikajú vplyvom zhutnenia pôdy, ktoré obmedzuje, bráni

a nakoniec až zastavuje rast a rozvoj koreňovej sústavy rastlín. Zhutnenie pôdy sa

vyznačuje zmenšením počtu pôdnych pórov a zníženou infiltračnou schopnosťou pôdy,

ktorá môže viesť až k premáčaniu pôdy.

Strana 39

Pôdna textúra obsahujúca jemné pôdne častice a vyšší obsah pôdnych

mikropórov je náchylnejšia na zhutnenie. Z toho vyplýva, že ílovité pôdy je možné

zhutniť ľahšie ako piesočnaté. Na druhej strane kým ílovité pôdy majú prirodzenú

schopnosť čiastočne zmierniť dôsledky zhutnenia, piesočnaté pôdy túto schopnosť

nemajú (Mašek, 2005). Metódy na odstraňovanie zhutnenia predpokladajú používanie

vhodnej technológie, strojovej techniky, znižovanie zaťaženia náprav strojov,

používanie kolies so širšími pneumatikami a nižšími hustiacimi tlakmi (Sharifi et al,

2007).

Pre mapovanie priestorovej variability pôdneho zhutnenia sa používajú dve

priame základné metódy. Jednou z nich je meranie penetrometrického odporu pôdy

pomocou penetrometra, ktorý vniká do pôdy vertikálne. Tým umožňuje sledovanie

nárastu vertikálnej odporovej sily pôdy. Nevýhodou tejto metódy je potreba vysokého

počtu bodových meraní, časová náročnosť a prácnosť. Ďalšie typy snímačov sa

zameriavajú na snímanie horizontálnej odporovej sily pôdy. Tieto zariadenia umožňujú

merať odporovú silu pôdy kontinuálne (často v niekoľkých hĺbkových intervaloch),

avšak nosná časť snímačov a samotné snímacie elementy prístroja sú vystavené

prílišnému opotrebeniu vplyvom trecích síl vznikajúcich medzi pôdnymi časticami

a samotným prístrojom.

Okrem priamych jestvujú aj nepriame metódy mapovania poľnej variability.

Medzi takéto metódy patrí aj meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy (metódou

priameho kontaktu, napr. pomocou konduktometra, a taktiež pomocou

elektromagnetickej indukcie, napr. EM38). Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy

sú ovplyvnené niekoľkými faktormi ako spojitosť pôdnych pórov, vlhkosť pôdy, obsah

solí, katiónová výmenná kapacita, hĺbka merania a teplota. Najväčší vplyv na merania

má pôdna textúra, vlhkosť pôdy, salinita a zhutnenie pôdy (Rhoades et al, 1999).

Niektorí autori (Rhoades et al, 1999; Corwin a Lesch, 2005b; Smith, 2001; Jabro et al,

2005; Clark et al, 2000) pozorovali určitú podobnosť medzi mapami mernej elektrickej

vodivosti pôdy a mapami pôdnej odporovej sily meranej pomocou snímača zhutnenia.

Meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy je označované ako praktická a jednoduchá

metóda zisťovania poľnej variability, pričom hodnoty EC najčastejšie popisujú

súvislosti s pôdnymi alebo úrodovými mapami.

Strana 40

2 Cieľ práce

Ciele riešenia dizertačnej práce na tému „Sledovanie fyzikálno-mechanických

vlastností pôdy s podporou presného poľnohospodárstva“ možno rozdeliť do

niekoľkých čiastkových cieľov:

• Porovnať mapu elektrickej vodivosti pôdy s pôdnou textúrou, mapou pôdnej

vlhkosti, penetrometrického odporu pôdy a mapou úrody poľnej plodiny

a pokúsiť sa vysvetliť vzniknuté súvislosti a diferencie.

• Preveriť prevádzkové charakteristiky konduktometra a vhodnosť použitia

prístroja na mapovanie pozemkov s cieľom identifikácie pôdneho zhutnenia.

• Pomocou hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy vytvoriť v prostredí GIS

mapy priestorovej variability pôdnych druhov a zistenia porovnať

s výsledkami analýz pôdnych vzoriek.

• Na základe mapovania mernej elektrickej vodivosti pôdy sa pokúsiť

identifikovať zhutnenie pôdy v oblasti koľajových riadkov pozemku.

Hlavným cieľom riešenia dizertačnej práce je:

• Na základe štatistických pravidiel navrhnúť usporiadanie experimentu pre

aplikáciu troch úrovní zhutnenia pôdy. Identifikovať zhutnenie pomocou

prístrojov na meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy, penetrometrického

odporu a vodorovnej odporovej sily pôdy. Vytvoriť mapy variability

pôdneho zhutnenia a navrhnúť metodiku budúcich meraní a prípadné

opatrenia na vylepšenie hospodárenia na pôde.

Strana 41

3 Metodika práce a metódy skúmania Rámcová metodika jednotlivých experimentov uvedených v tejto práci je stručne

zobrazená na nasledujúcej schéme (Obr. 20).

E

xper

imen

t O

bjek

t skú

man

ia

Poze

mok

Pr

ístro

je p

ouži

té p

ri poľn

ých

expe

rimen

toch

Š

peci

fické

pod

mie

nky

mer

ania

S

pôso

b vy

hodn

oten

ia

Prv

otný

poľ

ný

expe

rimen

t

Poro

vnan

ie E

C s

vl

hkosťo

u pô

dy,

pene

trom

etric

kým

od

poro

m a

text

úrou

pô

dy

Vla

stný

poľ

ný

expe

rimen

t

Poro

vnan

ie E

C a

úr

ody

Poz

emok

č. 2

61, S

elic

e,

Slo

vens

ko

Poz

emok

č. 1

23, S

elic

e,

Slo

vens

ko

Kon

dukt

omet

er

Prij

ímač

DG

PS

Pôd

ny v

rták

Pen

etro

met

er

Kon

dukt

omet

er

Prij

ímač

DG

PS

Úro

dový

sní

mač

Rov

nom

erno

sť z

beru

úd

ajov

Info

rmač

né m

apy

Geo

štat

istik

a (ID

W

a kr

igin

g)

Čas

ová

stab

ilita

ho

dnôt

EC

Vpl

yv z

ahĺb

enia

a

ploc

hy e

lekt

ród

na

hodn

oty

EC

Spo

rts g

roun

d, S

ilsoe

, A

nglic

ko

Ave

nue

field

, Sils

oe,

Ang

licko

Kon

dukt

omet

er

Sta

tické

mer

anie

N

emen

né p

odm

ienk

y

Zisť

ovan

ie

char

akte

ristík

ko

nduk

tom

etra

Kon

dukt

omet

er

Pra

vítk

o

Zmen

a zhĺb

enia

di

skov

ých

elek

tród

Gra

f P

opis

ná š

tatis

tika

Gra

f R

egre

sná

anal

ýza

Kon

dukt

omet

er

EM

38

Pri j

ímač

DG

PS

Ploš

ná

dete

rmin

ácia

pô

dnyc

h dr

uhov

In

form

ačné

map

y D

owni

ngs

field

, Si

lsoe

, Ang

licko

K

ondu

ktom

eter

E

M38

P

rijím

ač D

GPS

P

ôdny

vrtá

k D

istri

búci

a pô

dnyc

h dr

uhov

v p

ôdno

m

prof

ile

Zmap

ovan

ie

nadm

orsk

ej v

ýšky

po

zem

ku

Gra

f

Anal

ýza

pôdn

ych

vzor

iek

Tabuľk

y P

ôdny

vrtá

k

Loka

lizác

ia

koľa

jový

ch ri

adko

v

Opa

kova

teľn

osť

mer

aní E

C

Mer

anie

rovn

obež

ne i

kolm

o na

koľ

ajov

é ria

dky

Gra

f t-t

est

Geo

štat

istic

ka (k

rigin

g)

Info

rmač

ná m

a pa

Opa

kova

ný p

reja

zd v

da

nej l

ínii

Gra

f t-t

est

Obr. 20 Rámcová metodika práce.

Strana 42

E

xper

imen

t O

bjek

t skú

man

ia

Poze

mok

Pr

ístro

je p

ouži

té p

ri poľn

ých

expe

rimen

toch

Š

peci

fické

pod

mie

nky

mer

ania

S

pôso

b vy

hodn

oten

ia

Expe

rimen

t náh

odne

ro

zmie

stne

ných

bl

okov

Iden

tifik

ácia

zh

utne

nej p

ôdy

(mer

anie

ele

ktric

kej

vodi

vost

i, pe

netro

met

rické

ho

odpo

ru, o

dpor

ovej

si

ly p

ôdy)

Kon

dukt

omet

er

EM

38

Pen

etro

met

er

Sní

mač

zhu

tnen

ia

pôdy

P

rijím

ač D

GPS

Vhod

né ro

zvrh

nutie

ex

perim

entu

H

ust ý

zbe

r úda

jov

Gra

f R

egre

sná

anal

ýza

Anal

ýza

rozp

tylu

(A

NO

VA)

Geo

štat

istik

a (ID

W)

Ave

nue

field

, Sils

oe,

Ang

licko

Anal

ýza

pôdn

ych

vzor

iek

Tabuľk

y P

ôdny

vrtá

k

Obr. 20(pokračovanie) Rámcová metodika práce.

Strana 43

3.1 Charakteristika poľnohospodárskeho podniku

3.1.1 AGRO Divízia, s.r.o., Selice

Prvotné merania potrebné k vypracovaniu dizertačnej práce sa uskutočnili na

pozemkoch poľnohospodárskeho podniku AGRO Divízia, s.r.o., Selice, ktorý sa aktívne

zasadzuje za zavádzanie filozofie presného poľnohospodárstva do praxe. Spoločnosť

vznikla v roku 2002 odčlenením rastlinnej výroby od Poľnohospodárskeho družstva

PROGRES Selice, ktoré vzniklo začiatkom 90-tych rokov po transformácii bývalého

jednotného roľníckeho družstva.

Spoločnosť AGRO Divízia s.r.o., Selice je situovaná v kukuričnej výrobnej

oblasti, ktorej územie je charakteristické veľmi teplými, veľmi suchými nížinnými

podmienkami s relatívne dlhým vegetačným obdobím. Nadmorská výška je 1l3 – 115

m.

Z pôdnych typov sú zastúpené:

• čiernica kultizemná var. karbonátová (30 %),

• čiernica glejová (30 %) a

• fluvizem modálna (40 %).

Podiel jednotlivých pôdnych druhov je nasledovný:

• ľahké piesočnaté (20 %),

• stredné hlinité (35 %),

• ťažké (40 %) a

• ťažké oglejené (5 %).

Hlavnou činnosťou spoločnosti je rastlinná výroba, ktorú v roku 2005

realizovala na 2 456,02 ha ornej pôdy. Rastlinná výroba v spoločnosti je zameraná na

pestovanie pšenice (597,23 ha), jačmeňa (278,90 ha), kukurice na zrno (1 127,24 ha),

kukurica na siláž (217,90 ha), lucerny (194,57 ha) a trvalých trávnych porastov (34,56

ha). Poľným pokusom bola vyčlenená plocha 5,62 ha ornej pôdy.

Spoločnosť od roku 1993 v spolupráci s VÚRV Piešťany uplatňuje používanie

pôdoochranných (bezorbových) technológií, hlavne pri pestovaní kukurice a pšenice.

V roku 2003 začal podnik budovať a uplatňovať systém presného poľnohospodárstva

Strana 44

v spolupráci s SPU v Nitre, pričom v súčasnej dobe je už technicky dobre vybavený.

Úroveň zberu informácií prebieha s plnou podporou informačných technológií, čo

umožňuje veľmi presne sledovať výrobu a poskytuje spätné informácie

o vysledovateľnosti pôvodu výsledného potravinárskeho produktu.

Obr. 21 Mapa BPEJ pozemkov obhospodarovaných poľnohospodárskym podnikom

AGRO Divízia s.r.o., Selice.

Spoločnosť sa ďalej zaoberá spracovaním poľnohospodárskych komodít ako je

čistenie, sušenie a skladovanie, spracovaním a dodávkami osív obilnín. Ďalšou

významnou činnosťou pre spoločnosť sú služby mechanizačnými prostriedkami vrátane

dopravy a tiež dodávka a montáž technológií na skladovanie obilnín a sušenie.

V neposlednom rade je poskytovanie služieb a poradenstvo pri uplatňovaní presného

poľnohospodárstva ako je mapovanie, odoberanie pôdohospodárskych vzoriek, meranie

pôdnej vodivosti, meranie úrodnosti a pod. V súčasnosti sa podnik orientuje aj na

využívanie biomasy (najmä slamy, odpadov z čističky obilia a drevných štiepkov),

Strana 45

ktorú chce v blízkej budúcnosti použiť na vykurovanie sušičiek obilia namiesto

spaľovania zemného plynu.

Poľné merania, ktoré sa stali podkladom k vypracovaniu tejto dizertačnej práce,

boli vykonávané na pozemkoch č. 261 a 123. Tieto pozemky sú charakteristické veľkou

variabilitou pôdnych podmienok, ktoré bolo možné v procese priebehu experimentov

sledovať a porovnávať.

3.1.2 Univerzitná farma, Silsoe, Anglicko

Ďalšie pokusy boli vykonané na univerzitnej farme v Silsoe v juhovýchodnom

Anglicku počas študijnej stáže na Cranfield University. Pozemky univerzitnej farmy

obrábajú miestni súkromne hospodáriaci roľníci a vykonávanie akýchkoľvek vedeckých

experimentov sa vždy uskutočňuje na základe dohody univerzity a užívateľa

konkrétneho pozemku.

Keďže po prvotných poľných experimentoch vykonaných na

poľnohospodárskom podniku v Seliciach bola oblasť experimentálnych meraní pre

obsiahlosť témy zúžená na sledovanie vzťahu medzi mernou elektrickou vodivosťou

pôdy a utužením pôdy, boli ďalšie experimenty sústredené na pozemky Downings field,

Avenue field a Sports ground, a to pre ich špecifické vlastnosti.

Pozemok Downings field je situovaný na severozápade univerzitnej farmy

v Silsoe, Bedforshire v juhovýchodnej časti Anglicka (Obr. 22). Relatívne malá plocha

pozemku (5,5 ha) umožňujúca včasné vykonanie poľných experimentov, veľká

priestorová variabilita pôdnych vlastností, ktoré je možné zmerať snímačmi mernej

elektrickej vodivosti pôdy a široká informačná základňa vytvorená predchádzajúcimi

štúdiami (Pires, 2004; Wolharn, 2001) boli hlavnými kritériami, ktoré boli zohľadnené

pri výbere tohto pozemku a jeho predurčení na vykonanie poľných meraní.

Na pozemku je prítomných päť rozdielnych pôdnych druhov – od piesočnato-

hlinitej pôdy až po íl (Obr. 23) (Pires, 2004). V čase vykonania experimentov boli

z odberných bodov rozmiestnených na pozemku (Obr. 23) odobraté pôdne vzorky, ktoré

boli neskôr podrobené laboratórnym rozborom. Celková charakteristika skúmaných

pôdnych vlastností je uvedená v Kapitole 4.3.6. Pozemok je svahovitý, pričom sklon sa

tiahne v smere od východu na západ. Maximálny výškový rozdiel je približne 9 metrov.

Strana 46

V čase merania bol na pozemku vzídený porast pšenice ozimnej. Vzájomná vzdialenosť

susedných koľajových riadkov je asi 20 m.

Obr. 22 Letecká fotografia experimentálnych pozemkov univerzitnej farmy v Silsoe, Anglicko

(Infoterra Ltd and Bluesky©, 2007).

Hlinitá pôda s nánosom kremičitého piesku

Hlinitá pôda prechádzajúca do pieskovca

Ílovitá pôda s nánosom vápenca

Ílovitá pôda prechádzajúca do ílu alebo jemného ílovca

Ílovitá pôda s nánosom vápenca

Obr. 23 Pôdne druhy prítomné na pozemku Downings field (Soil Data© Cranfield University (NSRI) 2007). Body reprezentujú miesta odberu pôdnych vzoriek.

Strana 47

Experiment zameraný na overenie časovej stability meraní EC bol vykonaný na

univerzitnom ihrisku (Sports ground) v Silsoe, Bedfordshire v juhovýchodnom

Anglicku. Ihrisko sa nachádza na juhovýchode univerzitného areálu (Obr. 22) na

ťažkých ílovitých pôdach a jeho povrch je porastený trávou.

Pozemok Avenue field je situovaný v severnej časti univerzitnej farmy v Silsoe

(Obr. 22) a je charakteristický prítomnosťou štyroch rôznych pôdnych druhov (Obr. 24).

Väčšina plochy pozemku je pokrytá hlinitou pôdou. Obsah ílu je mierne zvýšený

v južnom rohu pozemku.

Experiment zameraný na zistenie vplyvu zahĺbenia a zmeny kontaktnej plochy

elektród ako aj experiment náhodne usporiadaných blokov boli umiestnené na tomto

pozemku, na hlinitej pôde s litoskeletálnym podložím, s rovným a vyrovnaným

povrchom, bez akejkoľvek krycej plodiny. Z plochy výskumného pozemku boli

odobraté pôdne vzorky za účelom popísania pôdnych vlastností. Podrobné výsledky

analýz monitorovaných pôdnych vlastností, ktorými boli pH, obsah organickej hmoty

(metódou stanovenia strát pri horení), merná elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty

a veľkosť pôdnych častíc sú uvedené v Kapitole 4.4.8.

Hlinitá pôda

prechádzajúca do pieskovca

Ílovitá pôda prechádzajúca do ílu alebo jemného ílovca

Jemná hlinitá naplavenina s kremičitými kameňmi

Hlinitá pôda nad litoskeletálnym pieskovcom

Experiment náhodne rozmiestnených blokov

Obr. 24 Pôdne druhy pozemku Avenue field (Soil Data© Cranfield University (NSRI) 2007).

Strana 48

3.2 Prístroje a zariadenia

3.2.1 Kužeľový penetrometer

Na meranie penetrometrického odporu pôdy bol použitý Penetrologger od

spoločnosti Eijkelkamp (Obr. 25). Tento pozostáva z vode odolného puzdra (1),

absorbéra nárazov (2), meracej tyče (3), snímacieho kužeľového hrotu (4), elektricky

izolovaných držadiel (5), komunikačného portu (6), GPS antény (7), LCD displeja (8),

ovládacieho panela (9) a vodováhy (10) (Eijkelkamp, 2007).

Tento penetrometer je vhodný na meranie penetrometrického odporu pôdy do

hĺbky 0,8 m s hĺbkovým rozlíšením 10 mm. Hĺbka merania sa sníma pomocou

ultrazvukového snímača a kovovej referenčnej dosky, ktorá reprezentuje povrch pôdy.

Maximálny rozsah prístroja pre meranie odporovej sily pôdy je 1.000 N, pričom

rozlíšenie je 1 N. Namerané údaje sa ukladajú do internej pamäte prístroja.

Komunikácia medzi Penetrologgerom a počítačom prebieha prostredníctvom sériového

komunikačného portu.

Obr. 25 Pôdny kužeľový penetrometer (Penetrologger od spoločnosti Eijkelkamp) (podľa

Eijkelkamp, 2007).

Strana 49

3.2.2 Prístroj na snímanie zhutnenia pôdy

Sharifi et al (2007) vyvinuli prístroj na snímanie zhutnenia pôdy (Obr. 27 B).

Telo tohto prístroja pozostáva z plochého nosníka, na ktorom sú upevnené snímacie

elementy v tvare klinu, ktoré sú citlivé na pôsobenie mechanickej sily (Obr. 26).

Výhodou tejto konštrukcie oproti predchádzajúcim riešeniam je vyššie vertikálne

rozlíšenie. Snímacie kliny sú v tomto prípade chápané ako snímacie elementy, na

ktorých je zo zadnej strany pripevnená dvojica tenzometrov zapojených do

Wheatstonovho mostíka. Takéto elektronické zapojenie sníma ohybový moment

pôsobiaci na klin spôsobený výslednou horizontálnou silou pri pohybe prístroja pôdnym

prostredím.

λ = 34°

FO

F1

F1

TENZOMETRE

Obr. 26 Merací element (klin) prístroja na snímanie zhutnenia pôdy a na neho pôsobiace horizontálne sily (podľa Sharifi et al, 2007).

Pred použitím prístroja na snímanie zhutnenia pôdy je potrebné jednotlivé

snímacie elementy v dôsledku ich predchádzajúceho používania a s tým súvisiaceho

opotrebenia nakalibrovať. Kalibrácia sa robí aplikáciou statickej sily na jednotlivé kliny

(Obr. 26 a Obr. 27 A), pričom tenzometre snímajú ohybový moment, ktorý statická sila

vyvoláva. Statická sila (F1) bola v podstate tiažová sila pôsobiaca na závažia zavesené

na jednotlivých klinoch pomocou špeciálneho prípravku. V tomto prípade sila F1

pôsobila kolmo na priečny rez nosníka prístroja a simulovala silu spôsobujúcu ohybový

moment vznikajúci v pôdnom prostredí počas merania. Elektrické signály v milivoltoch

boli od tenzometrov privedené a spracované v meracej ústredni Fylde data logger.

Následne z nich bol pomocou softvéru DasyLab v notebooku vypočítaný a

zaznamenaný ohybový moment v Newton metroch. Všetky kalibračné krivky mali tvar

lineárnej priamky s determinačným koeficientom (R2) na úrovni 0,99.

Strana 50

A B

Obr. 27 Prístroj na snímanie zhutnenia pôdy. A – proces kalibrácie, B – uchytenie prístroja na rám podrývača.

3.2.3 Bezkontaktný snímač merania mernej elektrickej vodivosti pôdy EM38

EM38 (Obr. 28) je komerčne dostupný bezkontaktný snímač určený na meranie

mernej elektrickej vodivosti pôdy pracujúci na princípe elektromagnetickej indukcie.

Prechodom elektrického prúdu vysielacou cievkou v nej vzniká elektromagnetické pole.

Elektromagnetické pole preniká pôdou do určitej hĺbky, kde sa odráža a je zachytené

prijímacou cievkou prístroja. Merná elektrická vodivosť pôdy je determinovaná

intenzitou prijatého signálu. Tento signál je spracovaný a hodnoty mernej elektrickej

vodivosti pôdy sú vypočítané a uložené softvérom – v našom prípade to bol Farm

Works Software® pracujúci vo vreckovom počítači PDA. Hĺbka snímania závisí od

vzájomnej vzdialenosti medzi vysielacou a prijímacou cievkou, výškou prístroja nad

povrchom pôdy a zvoleným meracím režimom (horizontálny alebo vertikálny) (Johnson

et al, 2003). Výrobca predpisuje, že kalibrácia prístroja by sa mala vykonať aspoň 3 až

4-krát za deň. Ak je však merný elektrický odpor pôdy príliš vysoký, kalibráciu je

potrebné zopakovať častejšie. Pri kalibrácii sa odporúča dodržať postup výrobcu

(Geonics limited, 2001).

Strana 51

Obr. 28 EM38 umiestnený na nekovový vozík a pripojený k vreckovému počítaču (PDA).

3.2.4 Konduktometer

~ 200 mm

Konduktometer (Obr. 29) je prístroj určený na meranie mernej elektrickej

vodivosti pôdy metódou priameho kontaktu, pričom kontakt s pôdou sa realizuje

prostredníctvom elektród v tvare diskových radličiek. Tento prístroj bol vyvinutý

Českou zemědělskou univerzitou v Prahe a skonštruovaný v spolupráci so Slovenskou

poľnohospodárskou univerzitou v Nitre. Diskové elektródy sa zarezávajú do pôdy iba

niekoľko centimetrov. Ich rozloženie na ráme vychádza z odporúčaní daných pre

Wennerovo pole (Milsom, 2003) a pre dva snímané hĺbkové intervaly 0-0,3 m a 0-0,9

m. Vzájomná vzdialenosť meracích (napäťových) elektród je rovná 0,2 m pre vrchnú

vrstvu pôdy a 1,8 m pre hlbšiu pôdnu vrstvu. Rovnaké pôdne vrstvy umožňuje merať aj

na trhu dostupné zariadenie Veris® Model 3100. Elektronické zapojenie konduktometra

dovoľuje merať EC kontinuálne v oboch pôdnych profiloch. Hodnoty striedavého

napätia snímané pomocou vonkajšieho a vnútorného páru elektród, čas a príslušné GPS

koordináty sú zaznamenávané do notebooku v intervale 5 s (0,2 Hz) alebo 1,2 s (0,833

Strana 52

Hz), ktorý je definovaný interným procesorom zariadenia. Hodnoty EC pre obidva

pôdne profily sú následne vypočítané pomocou platného matematického vzťahu (Vzťah

1). Elektronické zapojenie obvodov (Obr. 30) zabezpečuje, že hodnoty EC sú úmerné

pôdnym vlastnostiam na vzdialenosti ubehnutej počas meracieho intervalu (Šařec et al,

2005). Prístroj nepotrebuje žiadnu kalibráciu avšak na otestovanie jeho správania

v poľných podmienkach boli vykonané experimenty, ktoré sú detailnejšie popísané

v kapitolách „4.1 Prevádzkové charakteristiky konduktometra“ a „4.3 Poľný

experiment“.

0,9 m

0,3 m

A

B

Obr. 29 Konduktometer počas poľných meraní (A) a náčrt meraných profilov pôdy (B).

Strana 53

600 200 200 200

DGPS Prijímač

Komunikačný mikroprocesor

Merací mikroprocesor

GPS Anténa DGPS Anténa

12 V Batéria

EEPROM

PC RS 232

Vstup „1“Frekvencia 0 – 1 kHz

Vstup „2“Frekvencia 0 – 1 kHz

Vstup „3“Pulzný alebo

Frekvenčný čítač

0 – 1 kHz

Vstup „4“Pulzný čítač

Vstup „5“ Pulzný čítač

D/f Menič

D/f Menič

A/D Menič

A/D Menič

D/fMenič

Pásmová priepusť 750 Hz

Pásmová priepusť 750 Hz

DC Zosilňovač

AC Zosilňovač

AC Zosilňovač

A/DMenič

ACMeranie

Výkonový zosilňovač

Oscilátor 750 Hz

600

Obr. 30 Bloková schéma konduktometra (podľa Šařec et al, 2005).

Strana 54

3.3 Metodika experimentov

3.3.1 Metodika usporiadania a vyhodnocovania prvotného poľného experimentu

Prvotný poľný experiment bol zameraný na zoznámenie sa s konduktometrom,

jeho elektrickým pripojením, inštaláciou na trojbodový záves traktora, obsluhou,

absolvovanie úvodných meraní mernej elektrickej vodivosti pôdy, penetrometrického

odporu pôdy, odobratie a analýzu pôdnych vzoriek a vytvorenie máp priestorovej

variability sledovaných parametrov.

Merná elektrická vodivosť pôdy bola na pozemku č. 261 počas rokov 2004 až

2006 meraná niekoľkokrát. Samotné meranie bolo realizované kontaktným

konduktometrom popísaným v Kapitole 3.2.4. Geografická poloha meracej súpravy

tvorenej traktorom Z 7711 a konduktometrom bola zaznamenávaná pomocou prijímača

GPS signálu. Údaje o veľkosti elektrického prúdu, nameraných úbytkov elektrického

napätia a geografickej polohe meracej súpravy boli ukladané do pamäte dataloggera

v časovom intervale 5 sekúnd počas celého merania. Hodnoty mernej elektrickej

vodivosti pôdy boli vypočítané podľa platného vzťahu (Vzťah 1). Organizácia merania

spočívala v člnkovom prejazde meracej súpravy po experimentálnom pozemku pri

rýchlosti asi 2,2 m.s-1 a pri vzájomnej vzdialenosti paralelných jázd približne 36 m.

V prípade mapovania menšieho pozemku bola vzdialenosť susedných prejazdov

upravená na 18 m. Týmto spôsobom bolo možné denne zmapovať plochu až 90 ha.

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli zobrazené v prostredí ArcGIS, kde boli

ďalej geoštatisticky spracované pomocou nadstavby Geostatistical Analyst. Výsledná

mapa priestorovej variability mernej elektrickej vodivosti pôdy bola vytvorená

interpoláciou hodnôt pomocou krigingu, ktorý patrí medzi stochastické metódy

modelovania.

Plocha pozemku bola na základe výsledkov mapovania mernej elektrickej

vodivosti pôdy rozdelená do troch zón. Cieľom odberu pôdnych vzoriek v tejto fáze

bolo stanoviť granulometrické zloženie pôdy v každej zóne. Na pozemku bolo

v nepravidelnom rastri rozmiestnených celkovo 30 odberných bodov, pričom každú

zónu charakterizovalo 10 z nich. Odber vzoriek bol realizovaný pomocou pôdneho

vrtáku z profilu 0,05-0,6 m. Vzorky pôdy charakterizujúce každú zónu boli pre

Strana 55

zjednodušenie laboratórnych analýz navzájom zmiešané tak, aby pre každú zónu

vznikla jedna vzorka charakterizujúca pôdny profil 0-,05-0,3 m a jedna vzorka

charakterizujúca profil 0,05-0,6 m. Navigácia k jednotlivým odberným bodom bola

realizovaná pomocou DGPS prijímača Leica GS20 (pozri Obr. 31) pracujúceho

s presnosťou 0,3 metra. Samotné stanovenie granulometrického zloženia pôdy bolo

vykonané na základe metodiky publikovanej Fialom et al (1999).

Za účelom zmapovania relatívnej vlhkosti pôdy bolo na pozemku č. 261

vytýčených 60 meracích bodov, ktoré boli rozložené takmer v pravidelnom rastri.

Z týchto bodov boli z hĺbky 0-0,5 m pomocou pôdneho vrtáka odobraté pôdne vzorky.

Relatívna vlhkosť pôdy bola určená gravimetrickou metódou v zmysle STN 721012.

Obr. 31 GPS Leica GS20 (Leica Geosystems, 2006).

V každom meracom bode bolo vykonaných 10 vpichov penetrometra.

Penetrometrický odpor pôdy bol meraný pre pôdny profil 0-0,5 m. Priemerné hodnoty

relatívnej vlhkosti pôdy i penetrometrického odporu pre pôdny profil 0-0,3 m a 0-0,5 m

boli zobrazené do máp priestorovej variability. V tomto prípade bola kvôli menšiemu

počtu údajov pre tvorbu máp použitá geoštatistická metóda „inverzného váženia

vzdialenosti“ (IDW – inverse distance weighting) v menu Spatial Analyst, ktoré tvorí

súčasť balíka ArcGIS.

Vzniknuté informačné mapy boli vizuálne porovnávané medzi sebou a taktiež

s mapou mernej elektrickej vodivosti pôdy, pričom sa sledovala ich vzájomná

podobnosť. Na základe výsledkov pôdnych analýz a uskutočnených experimentálnych

meraní EC bol vytvorený grafický priebeh závislosti medzi pôdnym druhom

a hodnotami mernej elektrickej vodivosti pôdy.

Strana 56

Merná elektrická vodivosť pôdy bola podľa vyššie uvedenej metodiky mapovaná

aj na pozemku č. 123. Na tomto pozemku bola v roku 2005 mapovaná aj úroda pšenice

ozimnej. Prietok zrna v zrnovom dopravníku kombajnu John Deere WTS 9640 bol

zaznamenávaný vďaka úrodovému snímaču systému GreenStar, pričom systém robil

automatickú korekciu na vlhkosť zberaného produktu. Pri zbere plodiny bol kladený

dôraz na rovnomerné nasadenie kombajnov vybavených technikou mapovania úrody.

Získané hodnoty o úrode zrna boli importované do prostredia ArcGIS a spracované

pomocou krigingu do výslednej informačnej mapy. Vytvorená mapa priestorovej

variability mernej elektrickej vodivosti pôdy bola následne vizuálne porovnaná s mapou

variability úrody.

3.3.2 Metodika hodnotenia prevádzkových charakteristík konduktometra

3.3.2.1 Metodika hodnotenia časovej stability merania EC

Pôvodná vzorkovacia frekvencia konduktometra bola iba 0,2 Hz. V praxi to

znamená, že vzájomná vzdialenosť dvoch po sebe nasledujúcich meraní bude pri

pojazdovej rýchlosti 3 m.s-1 približne 15 m. Takáto vzorkovacia frekvencia je

postačujúca pre mapovanie pôdnej textúry, avšak nie pre identifikáciu zhutnených zón

v rámci pozemku. Preto bolo nevyhnutné buď merať mernú elektrickú vodivosť pôdy

v statickom režime (bodovo, čiže pri nepohybujúcom sa prístroji), alebo zvýšiť

vzorkovaciu frekvenciu konduktometra. Z uvedeného dôvodu bol z Českej zemědělskej

univerzity v Prahe objednaný nový procesor naprogramovaný na najvyššiu možnú

konštrukčnú vzorkovaciu frekvenciu, a to na úrovni 0,833 Hz a zároveň bola pri

experimente s náhodne usporiadanými blokmi (Kapitola 3.3.4) znížená pojazdová

rýchlosť meracej súpravy. Nakoľko niektoré merania boli vykonávané aj v statickom

režime, bolo potrebné overiť časovú stabilitu takto nameraných hodnôt.

Hodnoty EC boli namerané 4. mája 2007 pomocou konduktometra pracujúceho

v statickom režime, so vzorkovacou frekvenciou 0,2 Hz. Prístroj bol umiestnený na

ploche ihriska (Sports ground) v štyroch rôznych meracích stanovištiach, pričom každá

pozícia bola označená bielou farbou v bode, v ktorom sa os prístroja pretínala s osami

diskových elektród (Obr. 32). Hodnoty namerané v každom stanovišti za čas desiatich

minút boli vyhodnotené popisnou štatistikou pomocou variačného koeficientu a bola

Strana 57

posúdená časová stabilita meraní vykonaných v jednotlivých bodoch. Experiment bol

zopakovaný o šesť dní, 10. mája 2007.

Obr. 32 Meranie EC na ploche univerzitného ihriska.

3.3.2.2 Metodika hodnotenia vzťahu medzi zahĺbením, zmenou plochy elektród a hodnotami EC

Cieľom ďalšieho pokusu bolo preveriť vplyv zahĺbenia diskových elektród

konduktometra a s tým súvisiacej zmeny efektívnej kontaktnej plochy diskov na

hodnoty EC, pričom ostatné faktory merania zostanú nezmenené. Takýto pokus bol

urobený 7. júna 2007 na pozemku Avenue field. Vrchná vrstva pôdy bola skyprená

kvôli jednoduchšiemu zahlbovaniu diskových elektród a elektródy boli postupne

zahĺbené do niekoľkých zvolených hĺbok. Celé meranie bolo vykonané v štyroch

opakovaniach. Pri všetkých vykonávaných meraniach bol kladený dôraz na dostatočný

kontakt medzi pôdou a diskami. Uskutočnením merania v jeden deň bol

minimalizovaný vplyv zmeny vlhkosti vo vrchnej vrstve pôdy vplyvom odparovania

a zrážok. Situovaním experimentu na pôde bez krycej plodiny bol vylúčený aj pokles

vlhkosti v podorničí vplyvom potenciálneho odčerpávania vlahy. Jedinou premennou

preto ostala efektívna kontaktná plocha medzi pôdou a diskami.

Strana 58

3.3.3 Metodika usporiadania a vyhodnocovania vlastného poľného experimentu

Údaje namerané v tomto experimente boli získané pomocou obidvoch prístrojov

na meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy – konduktometra a EM38, ktorý pracoval

vo vertikálnom meracom režime. V záujme naplnenia špecifických cieľov tohto

experimentu, bol výskum pozemku rozdelený do niekoľkých krokov, kedy sa prístroje

pohybovali po pozemku v rôznych lokalitách, smeroch a pracovných rýchlostiach.

Merania boli vykonané zavčasu na jar, 26. marca 2007.

Za účelom popísania pôdneho prostredia boli z bodov znázornených na Obr. 23

(Kapitola 3.1.2) jeden deň po meraní mernej elektrickej vodivosti pôdy pomocou

pôdneho vrtáku odobraté pôdne vzorky. Umiestnenie jednotlivých odberných bodov

bolo stanovené na základe jestvujúcej mapy pôdnych druhov a trajektórií pohybu oboch

prístrojov merajúcich pôdnu EC. Pôdne vzorky boli odobraté z dvoch hĺbkových

intervalov (0-0,3 m a 0-0,6 m). Ostatné pôdne vzorky boli odobraté za účelom

stanovenia pH, obsahu pôdnej organickej hmoty (metódou stanovenia strát pri horení)

a mernej elektrickej vodivosti nasýtenej pôdnej pasty. Tieto vzorky boli vysušené voľne

na vzduchu, rozdrvené a preosiate cez sito s otvormi 2 mm. Laboratórne analýzy boli

vykonané podľa metodiky danej Britskými normami (Príloha 4).

3.3.3.1 Metodika overovania opakovateľnosti meraní

Overenie opakovateľnosti vykonaných meraní bolo hlavným cieľom

nasledovného experimentu. EC bola meraná pomocou kontaktného i bezkontaktného

meracieho systému vo vytýčenej línii a to pri prejazde prístroja daným úsekom

v obidvoch smeroch (Obr. 33). Tieto prejazdy boli označené číselne „1“ a „2“.

Konduktometer snímajúci dva hĺbkové profily (0-0,3 m a 0-0,9 m) sa pohyboval

po pozemku priemernou rýchlosťou 1 m.s-1, čo zodpovedá vzájomnej vzdialenosti za

sebou nasledujúcich meraní približne 5 metrov. EM38 pracoval vo vertikálnom

meracom režime, pričom snímal pôdny profil 0-1,5 m. Prístroj bol upevnený na

nekovovom vozíku, ťahanom terénnou štvorkolkou. Rýchlosť pohybu prístroja po

pozemku bola 1,6 m.s-1 až 2,0 m.s-1, čo zodpovedá vzájomnej vzdialenosti za sebou

nasledujúcich meraní 1,6 m až 2,0 m.

Strana 59

Obr. 33 Náčrt experimentu zameraného na preskúmanie opakovateľnosti merania EC.

Namerané hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli zobrazené do grafu.

Súbory meraní z jednotlivých prejazdov boli navzájom porovnávané a vyhodnotené

pomocou t-testu. T-test preveril, či sú rozdiely priemerných hodnôt jednotlivých

súborov meraní od seba štatisticky významné alebo nie.

3.3.3.2 Metodika porovnávania hodnôt EC nameraných v oblastiach namáhaných poľnou dopravou i zónach bez poľnej dopravy

V záujme porovnania potenciálnych rozdielov medzi hodnotami EC

nameranými medzi stopami traktora a v oblasti medzi dvomi susednými koľajovými

riadkami, sa meracie prístroje pohybovali v osi koľajového riadku a následne paralelne

pozdĺž koľajového riadku. Toto meranie prebehlo v dvoch opakovaniach pre dva

susedné koľajové riadky a k nim priľahlé oblasti bez prítomnosti poľnej dopravy (Obr.

34).

Pracovná rýchlosť konduktometra sa v osi koľajového riadku pohybovala medzi

1,0 m.s-1 a 1,2 m.s-1. V zónach bez prítomnosti poľnej dopravy bola rýchlosť pohybu

vyššia a dosahovala hodnoty 1,8 m.s-1 až 2,0 m.s-1. Keďže v čase uskutočnenia týchto

meraní bol konduktometer ešte vybavený starým procesorom umožňujúcim zaznamenať

hodnotu EC jedenkrát za 5 sekúnd, vzájomná vzdialenosť dvoch po sebe nasledujúcich

údajov bola 5 m až 6 m pre koľajové riadky a 9 m až 10 m pre zóny bez prítomnosti

poľnej dopravy. EM38 umožňoval merať EC každú sekundu, čím bolo možné získať

hodnotu EC každých 1,4 m až 1,7 m pre obe merané oblasti. Štatistické vyhodnotenie

experimentu bolo aj v tomto prípade uskutočnené pomocou t-testu.

Koľajové riadky

Meranie v jednej línii pri opačnom smere pohybu prístroja

Strana 60

Pohyb medzi koľajovými riadkami Pohyb medzi stopami traktora

Koľajové riadky

Obr. 34 Náčrt experimentu zameraného na preskúmanie rozdielov medzi hodnotami EC nameranými v oblasti koľajových riadkov (medzi stopami traktora) a medzi koľajovými riadkami.

3.3.3.3 Metodika lokalizácie koľajových riadkov mapovaním EC

Tento experiment vychádzal priamo zo záverov predchádzajúceho pokusu,

pričom v tomto prípade sa obidva meracie prístroje pohybovali v zmysle odporúčaní

daných Rhoadesom et al (1999), teda kolmo na smer koľajových riadkov. Za účelom

neskoršieho vyhodnocovania boli pomocou meracieho kolesa namerané vzdialenosti

jednotlivých koľajových riadkov od okraja pozemku a tieto boli následne zakreslené do

mapy pozemku v GIS.

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli namerané v štyroch rôznych

oblastiach pozemku Downings field. Skúmané oblasti prechádzali lokalitami s rôznymi

pôdnymi podmienkami a EC každej z nich bola podrobne zmapovaná štyrmi prejazdmi

oboch prístrojov (Obr. 35 a Obr. 36). Pracovná rýchlosť konduktometra bola približne 1

m.s-1 a vzájomná vzdialenosť ním nameraných údajov sa pohybovala okolo 5 m. EM38

pracoval pri rýchlosti okolo 1,3 m.s-1 a vzdialenosť za sebou nasledujúcich meraní bola

tiež približne 1,3 m.

Namerané hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli zakreslené do grafu.

Následne boli v prostredí GIS postupne vyňaté hodnoty ležiace v pásme širokom 2,2 m,

3 m, 4 m a 6 m pozdĺž osí koľajových riadkov (pozri detail Obr. 36). Tieto hodnoty boli

porovnané s hodnotami ležiacimi na zvyšnej časti plochy pozemku, t.j. medzi

koľajovými riadkami. Súbor hodnôt mernej elektrickej vodivosti nameraný v osiach

koľajových riadkov bol porovnaný s hodnotami nameranými medzi koľajovými

riadkami pomocou t-testu, čím sa preverila štatistická významnosť rozdielov medzi

oboma súbormi hodnôt.

Strana 61

Prejazdy organizované kolmo na smer koľajových riadkov v štyroch rôznych lokalitách pozemku

Koľajové riadky

Obr. 35 Náčrt experimentu zameraného na lokalizáciu koľajových riadkov pomocou merania EC.

Obr. 36 Pozície merania EC na pozemku Downings field v smere kolmom na koľajové riadky. Detail zobrazuje rôzne šírky vyhodnocovacích pásiem (v metroch) v okolí osí koľajových riadkov,

ktoré boli použité pri neskoršom vyhodnotení experimentu.

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli vyhodnotené aj geoštatisticky,

v zmysle metodiky, ktorú publikoval Carr (1982). Autor uvádza, že v údajoch

Oblasť 1

Oblasť 2

Oblasť 3

Oblasť 4

2,2

3 4

6

Strana 62

nameraných pri mapovaní pozemku sa môžu prejaviť tri zložky. Jednou z týchto zložiek

je trend, ktorý je spôsobený primárnym faktorom a v konkrétnych poľných

podmienkach môže byť podmienený vplyvom veľkosti pôdnych častíc, čiže textúrou.

Ďalším faktorom, ktorý možno v nameraných údajoch pozorovať je istá forma

periodicity, ktorá sa často na pozemku nachádza ako dôsledok aplikácie priemyselných

hnojív, orby alebo utuženia pôdy. Posledný prvok, ktorý možno odpozorovať

v nameraných údajoch, je tzv. náhodný faktor spôsobený napr. nedostatočným

kontaktom pri meraní, povrchovým šumom, rušením alebo chybou merania. Nakoľko

cieľom tohto merania bolo identifikovať vplyv periodicity spôsobenej zvýšením

objemovej hmotnosti pôdy v oblasti koľajových riadkov, bolo potrebné zo základného

súboru hodnôt odstrániť vplyv globálneho trendu. Globálny trend bol zo základného

súboru odstránený pomocou softvérového balíka Genstat. Získané výsledky (tzv.

rezíduá) boli v Genstat-e ďalej spracované, pričom sa hodnotila priestorová závislosť

hodnôt, bol namodelovaný variogram, vybraný optimálny model a bol urobený kriging

hodnôt. Z Genstat-u boli štatisticky spracované údaje EC importované do softvéru GIS,

kde boli zobrazené v podobe mapy.

3.3.3.4 Metodika plošnej determinácia pôdnych druhov

Na účely tohto experimentu bola merná elektrická vodivosť pôdy zmapovaná pre

celý pozemok Downings field, pričom sa konduktometer i EM38 pohybovali v smere

rovnobežnom s koľajovými riadkami. Namerané hodnoty boli použité na spresnenie

hraníc individuálnych pôdnych druhov (James et al, 2000). Z hľadiska geoštatistiky boli

hodnoty EC spracované postupom uvedeným v predchádzajúcej kapitole, pričom z nich

nebol odstránený globálny trend (spôsobený práve pôdnou textúrou). V procese

geoštatistického vyhodnocovania bol opätovne použitý kriging hodnôt mernej

elektrickej vodivosti a zistená variabilita bola zobrazená v podobe máp pôdnej textúry.

Veľkosti jednotlivých intervalov boli nastavené manuálne, pričom rešpektovali

výsledky laboratórnej analýzy veľkosti pôdnych častíc, ktorú pre skúmaný pozemok

podrobne spracoval Wolharn (2001).

Strana 63

3.3.3.5 Metodika hodnotenia distribúcie pôdnych druhov v pôdnom profile

Predchádzajúce merania mernej elektrickej vodivosti pôdy naznačili prítomnosť

globálneho trendu v súbore nameraných hodnôt. Je možné, že tento vplyv je zapríčinený

práve vplyvom rôznej textúry pôdnych častíc. Aby bolo možné tento fenomén posúdiť

a prípadne objasniť distribúciu pôdnych častíc v rámci pôdotvorného procesu, bola

pomocou DGPS zmapovaná nadmorská výška pozemku. Na pozemku bolo vytýčených

97 meracích bodov (Obr. 38), pričom každý z nich bol zameraný pomocou prijímača

signálu DGPS (Obr. 37 B). Referenčný prijímač GPS bol umiestnený neďaleko

pozemku Downings field a slúžil na korekciu hodnôt (Obr. 37 A). Na základe zistenej

nadmorskej výšky bol načrtnutý prierez profilu pozemku. Porovnaním mapy mernej

elektrickej vodivosti pôdy v jednotlivých pôdnych profiloch s mapou pôdnych druhov

a výsledkami analýz pôdnych vzoriek vykonaných Wolharnom (2001) boli potom do

náčrtu zakreslené pôdne druhy identifikované v jednotlivých pôdnych vrstvách.

A B

Obr. 37 Prijímače DGPS: Referenčná stanica (A) a užívateľský prijímač (B).

Strana 64

Obr. 38 Rozmiestnenie meracích bodov pri mapovaní nadmorskej výšky pozemku Downings field.

3.3.4 Metodika experimentu náhodne rozmiestnených blokov

Výsledky poľných experimentov ukazujú vysoký stupeň variability hodnôt

mernej elektrickej vodivosti pôdy. Analýza údajov zobrazuje hodnoty EC, ktoré boli

ovplyvnené nie len zmenami objemovej hmotnosti pôdy alebo utuženia pôdy, ale

zrejme aj inými faktormi z celého radu pôdnych vlastností, ktoré majú vplyv na EC

pôdy (pozri Kapitola 1.3.3). Práve táto skutočnosť bola najvážnejším dôvodom, ktorý

rozhodol o umiestnení nasledujúceho experimentu.

V záujme podrobného preskúmania závislosti medzi mernou elektrickou

vodivosťou pôdy a objemovou hmotnosťou pôdy bolo potrebné vylúčiť z merania

ostatné pôdne vlastnosti, ktoré môžu ovplyvniť EC. Preto bolo potrebné experiment

vykonať na pozemku s relatívne homogénnym pôdnym prostredím. Z týchto dôvodov

bol pokus umiestnený na časti pozemku Avenue field.

Experiment bol situovaný na hlinitej pôde, tak ako to zobrazuje Obr. 24.

Selekcia pozemku podliehala starostlivému výberu a bola ovplyvnená zásadnými

kritériami. Bolo dôležité, aby bol povrch pozemku rovný a bez akejkoľvek krycej

plodiny, ktorá by potenciálne mohla ovplyvňovať odčerpávanie vody z pôdneho profilu,

ako tomu bolo počas experimentu vykonanom na univerzitnom ihrisku (pozri Kapitola

4.2.1). Ďalšia oveľa dôležitejšia podmienka, ktorá rozhodla pri výbere Avenue field ako

experimentálneho pozemku, bola zvýšená objemová hmotnosť pôdy. Je všeobecne

Strana 65

dobre známe, že je omnoho jednoduchšie zmenšiť objemovú hmotnosť pôdy kyprením

ako sa pokúšať utužiť kyprú pôdu. Pôda na zvolenej časti pozemku Avenue field mala

už pred začatím experimentu zvýšenú objemovú hmotnosť, ktorá bola primárne

ovplyvnená poľnou dopravou.

Aby bolo možné preskúmať vzťah medzi hodnotami mernej elektrickej

vodivosti pôdy a jej zhutnením a pritom istým spôsobom „regulovať“ pôdne vlastnosti,

bol pomocou odbornej literatúry (Steel a Torrie, 1960) zvolený konkrétny štatistický

model rozvrhnutia experimentu a to model tzv. náhodne usporiadaných blokov.

Experimentálny pozemok mal rozmery 40 m x 4 m (Obr. 39). Plocha experimentálneho

pozemku bola rozdelená do troch blokov s tromi opakovaniami.

Každý blok obsahoval:

a.) päť kontrolných pásov, v ktorých nebolo aplikované žiadne obrábanie a pôda bola

zhutnená v celom profile,

b.) jeden pás, v ktorom bol povrch pôdy skyprený a zhutnenie bolo prítomné v hĺbke

viac ako 0,3 m a

c.) jeden pás, v ktorom bol povrch pôdy skyprený a zhutnenie bolo prítomné v hĺbke

viac ako 0,6 m.

V prípade b.) a c.) bola vrchná vrstva pôdy skyprená pomocou podryváka

Cousin V-form vybaveného päticou šípových radličiek umiestnených na ráme vo

vzájomnej vzdialenosti 0,5 m. Experimentálny pozemok bol skúmaný pomocou

konduktometra, EM38 a penetrometra pred i po aplikácii obrábania pôdy. Prístrojom na

snímanie zhutnenia pôdy bolo vykonané posledné meranie po skyprení pôdy. Hodnoty

sledovaných parametrov boli namerané v každom zo 63 na pozemku rovnomerne

rozmiestnených meracích bodov alebo vo veľmi úzkom pásme v okolí príslušného

bodu.

Konduktometer bol použitý na meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy, a to

v statickom i v dynamickom meracom režime. Počas práce konduktometra v statickom

režime boli hodnoty EC v každom meracom bode zaznamenávané po dobu 1 minúty.

Pri meraní EC v dynamickom režime boli použité dve plazivé rýchlosti (0,05 m.s-1 a 1

m.s-1). Pre následné vyhodnotenie údajov EC nameraných v dynamickom režime bol ku

Strana 66

každému meraciemu bodu priradený priemer hodnôt nameraných v kruhu s polomerom

0,5 m.

Pôdna EC bola meraná aj pomocou EM38, a to tak vo vertikálnom ako aj

v horizontálnom pracovnom režime. Z dôvodu nedostatku času bolo horizontálny režim

merania použitý len po aplikácii kyprenia pôdy. Namerané hodnoty boli v každom

meracom bode zaznamenávané po dobu približne 30 sekúnd pomocou PDA vybavenom

softvérom Farm Works Software®. Pre každý merací bod bol z nameraného súboru

údajov vypočítaný aritmetický priemer, ktorého hodnota bola použitá na ďalšie

vyhodnocovanie.

Údaje penetrometrického odporu pôdy boli merané Penetrologgerom od firmy

Eijkelkamp, ktorý je popísaný v Kapitole 3.2.1. V každom meracom bode boli urobené

tri merania do hĺbky 0,5 m. Z dôvodu meniacej sa plochy základne meracieho kužeľa

a s tým súvisiacej premenlivej odporovej sily pôsobiacej na hrot prístroja počas jeho

zahlbovania, údaje z intervalu 0 – 0,1 m neboli brané do úvahy. Z ostatných hodnôt

penetrometrického odporu bol pre každý merací bod vypočítaný aritmetický priemer

a to pre dva hĺbkové intervaly 0,1 – 0,3 m a 0,1 – 0,5 m. Takto spracované hodnoty

penetrometrického odporu pôdy boli použité v štatistických analýzach a porovnané

s ostatnými súbormi údajov.

Odporová sila pôdy bola meraná pomocou prístroja na snímanie zhutnenia pôdy,

ktorý bol pomocou traktora ťahaný naprieč experimentálnym pozemkom v rýchlosti

približne 0,25 m.s-1. Z konštrukčného hľadiska prístroja na meranie zhutnenia pôdy je

lepšie, ak je tento uchytený na ráme podryváka s dvomi šípovými radličkami, ktoré

napomáhajú jeho zahĺbeniu a udržiavajú priečnu stabilitu prístroja. Nakoľko šípové

radličky spôsobujú prekyprenie pôdy v celom profile, meranie týmto prístrojom bolo

urobené ako úplne posledné. Odporová sila pôdy pôsobiaca na meracie kliny prístroja

vyvoláva ohybový moment, ktorý bol v štyroch 50 milimetrových intervaloch

zaznamenávaný v hĺbkovom rozsahu od 0,2 m do 0,4 m. Priemer z celého snímaného

profilu bol použitý v analýze rozptylu (ANOVA). Priemerné hodnoty z individuálnych

hĺbok boli použité v regresných analýzach spolu s hodnotami penetrometrického odporu

pôdy nameranými v príslušných hĺbkach.

Strana 67

Blok 1 Blok 2 Blok 3

Opak. 1

4 m

85

62

35

40 m

1 3 41

42 44

83

82

123

5

46

87

7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 37 39

48 50 52 54 56 58 60 64 66 68 70 72 74 76 78 80

89 91 93 95 97 99 101 103 105 107 109 111 113 115 117 119 121

Opak. 2

Opak. 3

Obr. 39 Náčrt usporiadania experimentu náhodne usporiadaných blokov. Rôzne stupne utuženia

pôdy sú označené nasledovne: Biela – Pôda utužená v celom profile, Modrá – Pôda utužená v hĺbke väčšej ako 0,6 m a Červená – Pôda utužená v hĺbke väčšej ako 0,3 m. Body odberu pôdnych vzoriek

sú označené číslami 35, 62 a 85.

Za účelom charakteristiky pôdneho prostredia boli z plochy experimentálneho

pozemku odobraté pôdne vzorky. Tie slúžili na determináciu pôdnej reakcie (pH),

obsahu organickej hmoty (metódou stanovenia strát pri horení), mernej elektrickej

vodivosti nasýtenej pôdnej pasty a zrnitostného zloženia pôdy. Vzorky boli odobraté

pomocou pôdneho vrtáka 5. júla 2007, teda jeden deň po prvom mapovaní

experimentálneho pozemku. Trojica odberných bodov bola rozmiestnená tak, aby každý

bod reprezentoval iné obrábanie pôdy a to v rozdielnom skúmanom bloku. Pôdne

vzorky reprezentovali dva pôdne profily 0-0,3 m a 0-0,6 m. Relatívna vlhkosť pôdy sa

zisťovala zo vzoriek odobratých dvakrát, a to pred a po obrobení pozemku. Analýza

pôdnych vzoriek sa riadila metodikou uvedenou v Príloha 4.

Strana 68

4 Výsledky práce

4.1 Výsledky prvotného poľného experimentu

Merná elektrická vodivosť pôdy bola na pozemku č. 261 zmapovaná po zbere

úrody koncom septembra 2006 podľa metodiky uvedenej v Kapitole 3.3.1. Údaje EC

pre hĺbkový profil 0-0,3 m a 0-0,9 m boli zobrazené do máp, pričom boli interpolované

pomocou krigingu. Výsledné informačné mapy sú zobrazené na Obr. 40.

Miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok

A

Miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok

B

Obr. 40 Merná elektrická vodivosť pôdy v mS.m-1 na pozemku č. 261 v pôdnom profile

0-0,3 m (A) a 0-0,9 m (B).

Na informačných mapách mernej elektrickej vodivosti pôdy (Obr. 40) je jasne

viditeľná zóna tiahnuca sa centrálnou časťou pozemku, v ktorej EC dosahuje výrazne

Strana 69

nižšie hodnoty ako v západnej a čiastočne aj východnej časti pozemku. Z tohto dôvodu

bola plocha pozemku rozdelená do troch zón, pričom v každej zóne bolo vytýčených 10

bodov slúžiacich na odber vzoriek určených na laboratórnu analýzu s cieľom stanovenia

granulometrického zloženia pôdy (Obr. 41).

Obr. 41 Mapa rozloženia odberných bodov, z ktorých boli odoberané pôdne vzorky za účelom

stanovenia granulometrického zloženia pôdy.

Laboratórnymi analýzami boli identifikované pôdne druhy v jednotlivých

zónach a hĺbkových intervaloch pozemku č. 261 (Tab. 1). Zóna „A“ je charakteristická

prítomnosťou piesočnato-hlinitej pôdy v celom skúmanom profile 0,05-0,6 m. Táto

oblasť tiahnuca sa centrálnou časťou pozemku bola zároveň identifikovaná najnižšími

nameranými hodnotami EC. Pôda v zóne „B“ je v profile 0,05-0,3 m charakterizovaná

tiež ako piesočnato-hlinitá, avšak pre profil 0,05-0,6 m sa jej charakteristika mení na

hlinitú v dôsledku vyššieho obsahu ílovitých častíc. Táto zmena pôdneho druhu je

dokonale zachytená hodnotami mernej elektrickej vodivosti pôdy, ktoré sa v zóne „B“

vyznačujú evidentným rozdielom pre profil 0-0,3 m a 0-0,9 m. Ešte vyšší nárast obsahu

ílovitých častíc bol zaznamenaný v zóne „C“. Pôda v tejto oblasti bola klasifikovaná

ako ílovito-hlinitá a na hodnotách mernej elektrickej vodivosti pôdy sa prejavila

výrazným zvýšením. Uvedené skutočnosti možno pozorovať na informačných mapách

EC (Obr. 40). K podobným záverom prišli vo svojej štúdii aj Rhoades et al (1976).

Lund et al (1999) išli vo svojom výskume ešte ďalej a pokúsili sa definovať rozpätie

hodnôt EC charakterizujúcich tri základné pôdne frakcie (piesok, prach a íl).

Strana 70

Tab. 1 Granulometrické zloženie pôdy v jednotlivých zónach pozemku č. 261 a v hĺbkových intervaloch 0,05-0,3 m a 0,05-0,6 m.

Pôdny profil

Zóna 0,05-0,3 m 0,05-0,6 m

A Piesočnato-hlinitá pôda Piesočnato-hlinitá pôda

B Piesočnato-hlinitá pôda Hlinitá pôda

C Ílovito-hlinitá pôda Ílovito-hlinitá pôda

Pre zmapovanie relatívnej vlhkosti a penetrometrického odporu pôdy bola

použitá hustejšia monitorovacia sieť so 60 meracími bodmi (Obr. 42).

Obr. 42 Mapa rozloženia meracích bodov, v ktorých bol meraný penetrometrický odpor pôdy

a z ktorých boli odoberané pôdne vzorky za účelom stanovenia relatívnej vlhkosti.

Relatívna vlhkosť pôdy v pôdnom profile bola vyhodnotená pomocou

priemerných hodnôt, ktoré charakterizovali pôdny profil 0-0,3 m a 0-0,5 m. Priemerné

hodnoty boli zobrazené do informačnej mapy priestorovej variability pôdnej vlhkosti

(Obr. 43), pričom hranice jednotlivých zón boli stanovené pomocou geoštatistickej

metódy IDW. Medzi informačnými mapami EC a vlhkosti pôdy možno pozorovať

určitý stupeň podobnosti, ktorý je reprezentovaný vyššími hodnotami mernej elektrickej

vodivosti pôdy i relatívnej vlhkosti pôdy v západnej i východnej časti pozemku (zóna

„C“), pričom stredom pozemku sa tiahne oblasť s výrazne nižšími hodnotami mernej

elektrickej vodivosti i relatívnej vlhkosti pôdy (zóna „A“ a „B“). Znížený obsah

Strana 71

relatívnej vlhkosti pôdy bol zaznamenaný aj v severnom rohu pozemku, v mieste vstupu

mechanizačných prostriedkov na pole. Výsledky experimentálnych meraní podporujú aj

závery laboratórnych rozborov pôdy, ktoré preukázali nárast obsahu ílovitých častíc od

zóny „A“ až po zónu „C“. Vplyv vyššieho obsahu ílovitých častíc a s ním súvisiaca

lepšia vododržnosť a nárast kapilárnej vzlínavosti na zvyšovanie hodnôt mernej

elektrickej vodivosti pôdy vo svojich prácach uvádzajú aj Corwin a Lesch (2005a),

McNeill (1980), McNeill (1992) a Rhoades et al (1999).

Miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok

Merací bod č. 33

A

Miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok

Merací bod č. 33

B

Obr. 43 Relatívna vlhkosť pôdy v hmotnostných % na pozemku č. 261 v pôdnom profile

0-0,3 m (A) a 0-0,5 m (B).

Strana 72

Z hodnôt penetrometrického odporu pôdy boli vypočítané priemerné hodnoty,

ktoré charakterizovali hĺbkový profil pôdy 0-0,3 m a 0-0,5 m. Tieto údaje boli

zobrazené do mapy priestorovej variability. Hranice jednotlivých zón boli opäť určené

metódou IDW (Obr. 44). Vzniknuté mapy priestorovej premenlivosti priemerných

hodnôt penetrometrického odporu vykazujú pomerne malú podobnosť s mapami EC

alebo relatívnej vlhkosti pôdy. Najvyššie hodnoty penetrometrického odporu pôdy boli

namerané v severnom rohu pozemku, v mieste vstupu mechanizačnej techniky na pole,

kde je pôda najviac zaťažovaná a kde možno logicky očakávať aj vyššie hodnoty

objemovej hmotnosti pôdy. Nárast hodnôt penetrometrického odporu pôdy v oblasti

stôp traktora počas experimentálnych meraní pozorovali napríklad aj Bajla (1998) a

Clark et al (2000). Zvýšené utlačenie pôdy v toto mieste sa neprejavilo výrazným

zvýšením hodnôt EC, ktoré v danej oblasti dosahovali iba priemerné hodnoty. Nakoľko

sa však miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok nachádza v zóne „A“,

t.j. v zóne s najľahšou pôdou prítomnou na pozemku, je pravdepodobné, že

prekyprením pôdy by hodnoty mernej elektrickej vodivosti ešte poklesli a bolo by

možné odsledovať prírastok mernej elektrickej vodivosti spôsobený zhutnením.

Napríklad Smith (2001) úspešne použil mapovanie mernej elektrickej vodivosti pôdy na

lokalizáciu zón zhutnených vplyvom poľnej dopravy. Vzhľadom na skutočnosť, že

zhutnené ľahké pôdy nemajú schopnosť samovoľnej regenerácie (Mašek, 2005), bolo

by vhodné danú oblasť hĺbkovo prekypriť. Mierne zvýšené priemerné hodnoty

penetrometrického odporu pôdy charakterizujúce profil 0-0,3 m badať v zóne „C“ na

ílovito-hlinitej pôde. V oblasti meracieho bodu č. 33 bola priamo na pozemku

pozorovaná prítomnosť väčšieho obsahu piesku. Táto skutočnosť sa prejavila poklesom

mernej elektrickej vodivosti i relatívnej vlhkosti pôdy v danom bode, avšak miernym

nárastom penetrometrického odporu pôdy. Zvýšenie priemernej hodnoty

penetrometrického odporu v bode č. 33 bolo ešte výraznejšie pre pôdny profil 0-0,5 m.

Strana 73

Miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok

Merací bod č. 33

A

Miesto vstupu mechanizačných prostriedkov na pozemok

Merací bod č. 33

B

Obr. 44 Mapa priemerných hodnôt penetrometrického odporu pôdy v MPa na pozemku č. 261

v pôdnom profile 0-0,3 m (A) a 0-0,5 m (B).

Ďalšie meranie uskutočnené v rámci prvotného poľného experimentu bolo

uskutočnené na pozemku č. 123. Jeho cieľom bolo porovnanie informačných máp

mernej elektrickej vodivosti pôdy (Obr. 45) a hektárovej úrody pšenice ozimnej (Obr.

46).

Strana 74

Lokálna depresia Zamokrenie pôdy

A Miesto niekdajšieho poľného hnojiska

Podzemné koryto rieky

Miesto plnenia zásobníkov rozmetadiel priemyselných hnojív

Lokálna depresia

B

Miesto plnenia zásobníkov rozmetadiel priemyselných hnojív

Lokálna depresia

Podzemné koryto rieky

Obr. 45 Merná elektrická vodivosť pôdy v mS.m-1 na pozemku č. 123 v pôdnom profile

0-0,3 m (A) a 0-0,9 m (B).

Informačná mapa mernej elektrickej vodivosti pôdy bola konzultovaná s

agronómom poľnohospodárskeho podniku a na jej základe bola vykonaná aj detailná

fyzická obhliadka pozemku. Vďaka tomuto postupu sa podarilo vysvetliť viaceré

diferencie zobrazené na mape EC. Pomocou vzniknutej mapy boli presne identifikované

lokality lokálnych depresií pozemku, kde klesá nadmorská výška pozemku približne

Strana 75

o jeden meter a spodná voda sa dostáva bližšie k povrchu. Taktiež boli lokalizované

miesta zamokrenia pôdy, zóna podzemného koryta rieky Váh, ktorá je charakteristická

vyšším obsahom piesku, miesto dopĺňania zásobníkov rozmetadiel priemyselných

hnojív, či oblasť niekdajšieho poľného hnojiska. Týmto postupom sa na základe máp

priestorovej variability mernej elektrickej vodivosti pôdy pokúšali vysvetliť variabilitu

pozemkov mnohí autori (McNeill, 1992; Rhoades et al, 1999; Sudduth et al, 1998;

Doolittle et al, 2002). O možnostiach využitia mapovania EC za účelom identifikácie

zón zvýšenej hladiny spodnej vody, salinity či ílu hovoria vo svojej práci

Drommerhausen et al (1995).

Počas zberu úrody pšenice ozimnej boli nasadené kombajny vybavené systémom

merania a záznamu hektárovej úrody zrna. Vzniknutá mapa zobrazená na Obr. 46

vykazuje už na prvý pohľad vysokú podobnosť s mapami mernej elektrickej vodivosti

pôdy.

Úvrať

Lokálna depresia

Miesto plnenia zásobníkov rozmetadiel priemyselných hnojív

Lokálna depresia

Podzemné koryto rieky

Obr. 46 Úroda pšenice ozimnej v t.ha-1 na pozemku č. 123.

Podobne ako v prípade mernej elektrickej vodivosti pôdy mali zóny lokálnych

depresií pozitívny vplyv aj na zvýšenie hodnôt hektárovej úrody pšenice ozimnej.

Vyššia zásoba spodnej vody v dotknutých oblastiach totiž priaznivo ovplyvnila rozvoj

Strana 76

rastlín i samotných zŕn pšenice. Zvýšením úrody sa prejavila i pôda s vyšším obsahom

zásoby priemyselných hnojív v mieste dopĺňania rozmetadiel. Naproti tomu viditeľne

nižšia úroda bola zaznamenaná v oblasti, ktorou sa tiahne podzemné koryto rieky Váh.

Táto zóna obsahuje zvýšený obsah piesočnatých častíc, ktoré sú charakteristické nižšou

vododržnosťou a zhoršenou kapilaritou. Vďaka tomu pôda v danej oblasti rýchlo

vysychá, čo má nepriaznivý dopad na úrodu. Keďže pôda s vyšším obsahom

piesočnatých častíc vo všeobecnosti dosahuje nižšie hodnoty mernej elektrickej

vodivosti pôdy, vplyv tejto zóny sa prejavil aj poklesom hodnôt EC (pozri Obr. 45).

Nepriaznivý vplyv na úrodu sa prejavil i na úvratiach pozemku, kde dochádza

k otáčaniu poľnohospodárskej techniky a pôda je viac namáhaná na utlačenie.

Negatívny vplyv utlačenia pôdy v oblasti úvratí sa však na tomto pozemku výrazne

neprejavil na hodnotách mernej elektrickej vodivosti pôdy. Počas mapovania pozemku

č. 123 bol totiž použitý konduktometer nesenej konštrukcie, ktorý bol na úvratiach

pozemku vyhlbovaný z pôdy. Ďalšou skutočnosťou je nízka hustota záznamu hodnôt

EC, ktorá pri použitej pojazdovej rýchlosti súpravy 2,2 m.s-1 umožňovala zbierať po

sebe nasledujúce údaje vo vzájomnej vzdialenosti až 11 m. Z uvedeného vyplýva, že

úvrate pozemku neboli dostatočne zmapované na to, aby mohol byť posúdený vplyv

utlačenia pôdy na hodnoty EC.

Wolharn (2001) vo svojej práci porovnával mapy mernej elektrickej vodivosti

pôdy s úrodovými mapami daného pozemku. Waine (1999) použil mapy mernej

elektrickej vodivosti pôdy na spresnenie hraníc pôdnych typov, hodnotenie

využiteľného obsahu vody v pôde a prognózovanie úrod. Negatívny vplyv pôdneho

zhutnenia na výšku hektárovej úrody vo svojich prácach dokumentujú mnohí autori

(Voorhees et al, 1989; Bakken et al, 1987; Gray a Pope, 1986). Oproti vizuálnemu

porovnaniu jestvuje presnejšia analýza dvojice súborov hodnôt, ktorá je založená na

rasterizácii dát EC a dát získaných z monitoru úrody do rovnakých buniek štvorcovej

mriežky. Túto metódu vo svojej štúdii presnejšie popisuje Doerge (2001) a jej podstata

spočíva v tom, že priemerné hodnoty EC vypočítané pre jednotlivé bunky mriežky sa

porovnávajú s hodnotami úrody z príslušných buniek pomocou lineárnej regresie a

iných štatistických metód.

Strana 77

4.2 Zhodnotenie prevádzkových charakteristík konduktometra

4.2.1 Zhodnotenie časovej stability merania EC

Mapovanie mernej elektrickej vodivosti pôdy pre potreby identifikácie pôdneho

zhutnenia si vyžaduje vysokú plošnú hustotu zbieraných údajov. Nakoľko technické

možnosti konduktometra umožňovali merať EC s maximálnou vzorkovacou

frekvenciou 0,833 Hz, čo by pri pojazdovej rýchlosti 3 m.s-1 znamenalo vzájomnú

vzdialenosť dvoch po sebe nasledujúcich meraní 3,6 m, bolo potrebné otestovať

správanie prístroja pri vykonávaní bodových (statických) meraní. Experiment bol

uskutočnený podľa metodiky uvedenej v Kapitole 3.3.2.1.

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané pomocou konduktometra

v oboch hĺbkových intervaloch (0-0,3 m a 0-0,9 m) sú charakteristické vysokou časovou

stabilitou (Obr. 47 a Obr. 48). Ako vidno z grafických priebehov, hodnoty EC nepatrne

poklesli na počiatku merania a následne ostávajú stabilné. Tento mierny pokles mohol

byť spôsobený znížením adhézie medzi pôdou a elektródami. Namerané hodnoty EC

boli následne vyhodnotené popisnou štatistikou. Variačný koeficient bol menší ako

0,015 pre súbor hodnôt nameraných za čas 10 minút a nepresiahol hodnotu 0,020 pre

údaje namerané v prvej minúte (Tab. 2). Na porovnanie možno uviesť, že hodnoty EC

namerané v dynamickom režime a charakterizujúce jeden z meracích bodov

v experimente s náhodne usporiadanými blokmi (Kapitola 3.3.4) dosiahli variačný

koeficient na úrovni 0,063 pre hĺbkový interval 0-0,3 m a 0,025 pre interval 0-0,9 m

(Tab. 2). Na základe týchto zistení môžu byť údaje mernej elektrickej vodivosti pôdy

namerané v individuálnych bodoch za daný čas považované za konštantné. Je možné

vypočítať ich aritmetický priemer a použiť ho pre ďalšie analýzy.

Pozn.: Priemerné hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané v

statickom a dynamickom režime v rovnakom pôdnom profile sa od seba výrazne

odlišujú (Tab. 2). Je to z toho dôvodu, že kým statické merania boli vykonávané na

ihrisku (Sports ground), dynamické meranie bolo uskutočnené v zásadne odlišných

pôdnych podmienkach na pozemku Avenue field.

Strana 78

0

24

6

810

12

14

1618

20

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Čas, s

EC p

ôdy

(hĺb

ka 0

-0,3

m),

mS.

m-1

Obr. 47 Časový priebeh hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy nameraných v meracom bode č.

1 v hĺbkovom intervale 0-0,3 m.

0

1020

30

4050

60

70

8090

100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600

Čas, s

EC p

ôdy

(hĺb

ka 0

-0,9

m),

mS.

m-1

Obr. 48 Časový priebeh hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy nameraných v meracom bode č.

1 v hĺbkovom intervale 0-0,9 m.

Strana 79

Tab. 2 Popisná štatistika hodnôt EC. Ukazovateľ Meraný profil Režim Čas Hodnota

10 min. 17,529Statický 1 min. 17,6140-0,3 m

Dynamický - 4,85310 min. 80,486Statický 1 min. 82,936

Priemerná hodnota

0-0,9 m Dynamický - 6,239

10 min. 0,099Statický 1 min. 0,1800-0,3 m

Dynamický - 0,30610 min. 1,030Statický 1 min. 1,698

Smerodajná odchýlka

0-0,9 m Dynamický - 0,155

10 min. 0,010Statický 1 min. 0,0320-0,3 m

Dynamický - 0,09310 min. 1,060Statický 1 min. 2,882

Rozptyl

0-0,9 m Dynamický - 0,024

10 min. 0,006Statický 1 min. 0,0100-0,3 m

Dynamický - 0,06310 min. 0,013Statický 1 min. 0,020

Variačný koeficient

0-0,9 m Dynamický - 0,025

10 min. 120Statický 1 min. 120-0,3 m

Dynamický - 1410 min. 120Statický 1 min. 12

Počet meraní

0-0,9 m Dynamický - 14

10 min. 0,018Statický 1 min. 0,1140-0,3 m

Dynamický - 0,17610 min. 0,186Statický 1 min. 1,079

Hladina spoľahlivosti (95 %)

0-0,9 m Dynamický - 0,090

Priemerné hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané pred zrážkami

(4. mája 2007) a po nich (10. mája 2007) v jednotlivých bodoch na ploche

univerzitného ihriska (Sports ground) boli evidentne rozdielne (pozri Obr. 49 a Obr.

50). Kým hodnoty namerané vo vrchnej pôdnej vrstve vzrástli, hodnoty v hlbších

pôdnych vrstvách poklesli. Tieto rozdiely medzi skorším a neskorším meraním mohli

byť spôsobené iba dvomi faktormi, ktorých zmena bola zaznamenaná. Jedným z nich je

zmena vlhkosti pôdneho prostredia a druhým je väčšie zahĺbenie diskových elektród

súvisiace práve s namoknutím a zmäknutím pôdneho povrchu.

Vzhľadom na skutočnosť, že cieľom tohto experimentu bolo overiť časovú

stabilitu staticky meraných hodnôt EC a neočakával sa príchod zrážok, neboli z pôdy

odobraté vzorky na analýzu vlhkosti. V tomto prípade je to, žiaľ, škoda a príčiny zmien

hodnôt EC možno iba predpokladať na základe pozorovania. Počas dotknutého

Strana 80

časového úseku (4.-10. máj 2007) spadlo v lokalite Silsoe 38,4 mm zrážok. Na základe

tejto informácie sa možno nazdávať, že nárast hodnôt EC vo vrchnej vrstve pôdy bol

zapríčinený práve zvýšením obsahu vody v ornici. Na druhej strane pokles hodnôt EC

v hlbšom pôdnom profile by bolo možné vysvetliť potenciálnym znížením vlhkosti,

ktorá bola z tejto vrstvy pôdy odčerpaná koreňmi porastu trávy. Dokázať túto hypotézu

by bolo možné len uskutočnením opakovaného merania s dôsledným podchytením

všetkých zmien, ktoré medzi dvojicou meraní môžu nastať.

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4

Číslo meracieho bodu

EC p

ôdy

(hĺb

ka 0

-0,3

m),

mS.

m-1

4. máj 200710. máj 2007

Obr. 49 Hodnoty EC namerané v hĺbkovom intervale 0-0,3 m pred zrážkami a po nich.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

1 2 3 4

Číslo meracieho bodu

EC p

ôdy

(hĺb

ka 0

-0,9

m),

mS.

m-1

4. máj 200710. máj 2007

Obr. 50 Hodnoty EC namerané v hĺbkovom intervale 0-0,9 m pred zrážkami a po nich.

Strana 81

4.2.2 Vyhodnotenie vzťahu medzi zahĺbením diskových elektród a hodnotami EC

V predchádzajúcej kapitole bolo konštatované, že hodnoty mernej elektrickej

vodivosti pôdy zistené vyššie uvedeným experimentom mohli ovplyvniť najmä dva

faktory, ku ktorých zmene došlo medzi dvojicou uskutočnených meraní, a to vlhkosť

pôdy a zahĺbenie diskových elektród. Vzhľadom na skutočnosť, že počas merania EC

na univerzitnom ihrisku (Sports ground) neboli odobraté pôdne vzorky za účelom

stanovenia vlhkosti pôdy a opakovane nasimulovať ekvivalentnú situáciu so súčasným

prísunom vlhkosti do orničnej vrstvy a jej odčerpávaním z hlbších pôdnych vrstiev je

obtiažne, nasledujúci experiment sa zameral iba na preskúmanie vplyvu zahĺbenia

elektród.

Z hľadiska konštrukcie konduktometra sú diskové elektródy zatláčané do pôdy

mechanicky, pôsobením vinutých pružín. Veľkosť zahĺbenia diskov sa mení v závislosti

od mechanického odporu pôdy, čím však dochádza i k zmene veľkosti efektívne

využitej kontaktnej plochy medzi elektródou a pôdou. Závislosť medzi hodnotami

mernej elektrickej vodivosti pôdy a zahĺbením diskových elektród bol vyhodnotený

regresnou analýzou (Tab. 3, Tab. 4, Obr. 51 a Obr. 52). Z výsledkov analýzy vidno, že

veličina „Významnosť F“ nadobúda hodnotu menšiu ako 0,05. Táto skutočnosť

znamená, že v súbore nameraných hodnôt jestvuje významná regresia a nameranými

bodmi možno preložiť priamku. „P-hodnota“ je pre obidva hĺbkové intervaly menšia

ako 0,05. Tento faktor hovorí o tom, že sklon priamky preloženej nameranými údajmi je

významne rôzny od nuly. Z uvedeného vyplýva, že väčšie zahĺbenie diskových elektród

a s tým súvisiaci nárast efektívnej kontaktnej plochy medzi elektródami a pôdou

spôsobuje nárast nameraných hodnôt EC (Obr. 51 a Obr. 52). Skúmaniu vplyvu

zahĺbenia elektród na veľkosť hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy sa vo svojej

štúdii venoval Wenner (1916). Tento autor použil tyčové elektródy s meracím hrotom

(Obr. 16), pri zahlbovaní ktorých dochádzalo iba k zmene hĺbky merania, nie však

k zmene veľkosti kontaktnej plochy. Preto aj vzťah definovaný Wennerom pre hrotové

elektródy nie je možné jednoducho aplikovať pre elektródy diskové. Tejto téme by sa

žiadalo venovať hlbšiu pozornosť, vykonať súbor laboratórnych meraní a odvodiť

platnú rovnicu.

Strana 82

Pre účely vypracovania tejto práce však postačuje zistenie, že hodnoty mernej

elektrickej vodivosti pôdy namerané pri rozdielnom zahĺbení diskových elektród

podliehajú významnej regresii a že smer závislosti je vzhľadom na rastúce zahĺbenie

elektród rastúci. Väčšie zahĺbenie diskových elektród konduktometra a s tým súvisiaci

nárast kontaktnej plochy mal bezpochyby vplyv na hodnoty mernej elektrickej vodivosti

pôdy aj v experimente uvedenom v predchádzajúcej Kapitole 4.2.1. Zmena veľkosti

kontaktnej plochy (alebo zmena zahĺbenia diskových elektród) však vyvolá rovnaký

účinok na hodnoty EC namerané v oboch pôdnych profiloch. Čiže hodnoty v oboch

súboroch hodnôt stúpnu pri zahlbovaní elektród, prípadne poklesnú pri ich vyhlbovaní.

V predchádzajúcom experimente však došlo k zvýšeniu hodnôt EC vo vrchnej pôdnej

vrstve (0-0,3 m) a súčasne k poklesu hodnôt EC v pôdnom profile 0-0,9 m. Na základe

tejto skutočnosti možno vysloviť domnienku, že vplyv zahĺbenia elektród nebol

v pôdnom profile 0-0,9 m majoritný a pravdepodobne sa tu významnejšie prejavil vplyv

vlhkosti.

Tab. 3 Regresná analýza hodnôt EC nameraných v profile 0-0,3 m pri rôznom zahĺbení diskových elektród.

Regresná štatistika Násobné R 0,914Hodnota spoľahlivosti R 0,836Nastavená hodnota spoľahlivosti R 0,827Chyba strednej hodnoty 0,303Pozorovania 21

Rozdiel SS MS F Významnosť F Regresia 1 8,909 8,909 96,797 6,836E-09Rezíduá 19 1,749 0,092 Celkom 20 10,657

Koeficienty Chyba

strednej hodnoty

t Stat Hodnota P Dolný 95 %

Horný 95 %

Dolný 95,0 %

Horný 95,0 %

Hranice 1,564 0,272 5,754 1,520E-05 0,995 2,133 0,995 2,133Zahĺbenie 0,032 0,003 9,839 6,836E-09 0,025 0,039 0,025 0,039

Strana 83

y = 0,032.x + 1,5643R2 = 0,8359

0

1

2

3

4

5

6

7

50 60 70 80 90 100 110 120

Zahĺbenie diskov, mm

EC p

ôdy

(hĺb

ka 0

-0,3

m),

mS.

m-1

Obr. 51 Závislosť medzi zahĺbením diskových elektród a EC pôdy v hĺbkovom profile 0-0,3 m.

Tab. 4 Regresná analýza hodnôt EC nameraných v profile 0-0,9 m pri rôznom zahĺbení diskových elektród.

Regresná štatistika Násobné R 0,784Hodnota spoľahlivosti R 0,615Nastavená hodnota spoľahlivosti R 0,594Chyba strednej hodnoty 0,223Pozorovania 20

Rozdiel SS MS F Významnosť F Regresia 1 1,437 1,437 28,803 4,226E-05Rezíduá 18 0,898 0,050 Celkom 19 2,334

Koeficienty Chyba

strednej hodnoty

t Stat Hodnota P Dolný 95 %

Horný 95 %

Dolný 95,0 %

Horný 95,0 %

Hranice 4,119 0,215 19,131 2,07E-13 3,667 4,572 3,667 4,572Zahĺbenie 0,014 0,003 5,367 4,226E-05 0,008 0,019 0,008 0,019

Strana 84

y = 0,0136.x + 4,1193R2 = 0,6154

0

1

2

3

4

5

6

7

50 60 70 80 90 100 110 120

Zahĺbenie diskov, mm

EC p

ôdy

(hĺb

ka 0

-0,9

m),

mS.

m-1

Obr. 52 Závislosť medzi zahĺbením diskových elektród a EC pôdy v hĺbkovom profile 0-0,9 m.

4.3 Výsledky vlastného poľného experimentu

4.3.1 Zhodnotenie opakovateľnosti meraní

Cieľom tohto pokusu bolo overiť opakovateľnosť merania mernej elektrickej

vodivosti pôdy, teda zhodu medzi získanými hodnotami. Počas merania sa oba prístroje

(konduktometer i EM38) opakovane pohybovali po vytýčenej línii.

4.3.1.1 Zhodnotenie konduktometrických meraní

Konduktometrom bola zmeraná merná elektrická vodivosť pôdy v profiloch 0-

0,3 m a 0-0,9 m a jej hodnoty boli interpretované grafickými priebehmi (Obr. 53 a Obr.

54). Na grafoch možno pozorovať, že väčšina hodnôt nameraných počas druhého

prejazdu konduktometra je menšia v porovnaní s hodnotami nameranými pri prvom

prejazde. Štatistická analýza dokazuje štatisticky významný rozdiel na hladine

významnosti 95 % medzi hodnotami EC nameranými v hĺbke 0-0,3 m pri prvom

a druhom prejazde konduktometra (pozri Tab. 5 alebo Tab. 27 v Príloha 2). Naopak, pre

pôdny profil 0-0,9 m bol zistený štatisticky nevýznamný rozdiel hodnôt EC pri prvom

a druhom prejazde (pozri Tab. 5 alebo Tab. 28 v Príloha 2). Predpokladá sa, že hodnoty

mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané vo vrchnej vrstve (0-0,3 m) pri druhom

prejazde konduktometra boli viac ovplyvnené zhoršeným kontaktom medzi pôdou

a meracími elektródami. Zhoršenie kontaktu vzniklo v dôsledku narušenia pôdneho

Strana 85

povrchu, vytvorením rýh v stopách elektród po prvom prejazde prístroja (pozri Obr. 55)

a zväčšením objemu vzduchu v týchto miestach. Kombinácia vplyvu všetkých týchto

faktorov spôsobila pokles hodnôt EC nameraných počas druhého prejazdu, čo sa

významnejšie prejavilo v profile 0-0,3 m.

Doerge et al (2001) vo svojej štúdii zdôrazňujú dobrý kontakt medzi elektródami

a pôdou ako nevyhnutnú podmienku získania spoľahlivých údajov. Z výsledkov tohto

experimentu je zrejmé, že aj malé narušenie pôdneho povrchu môže skresliť výsledky

meraní. Počas nasledujúcich pokusov bola preto venovaná zvýšená pozornosť dobrému

kontaktu medzi meracími elektródami a pôdou. Z konštrukčného hľadiska by bolo

vhodné na konduktometri otestovať použitie vinutých pružín s väčším predpätím,

prípadne použiť závažia, ktoré by diskové elektródy udržali v spoľahlivom kontakte

s pôdou. Taktiež možno preveriť použitie diskov s rozličným tvarovým vyhotovením

(napr. vejárové disky a pod.).

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250 300 350Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

EC p

ôdy

(pro

fil 0

-0,3

m),

mS.

m-1

1. prejazd2. prejazd

Obr. 53 Hodnoty EC namerané v jednej línii pri prejazde konduktometra oboma smermi

(1. prejazd a 2. prejazd) v profile 0-0,3 m.

Strana 86

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

EC p

ôdy

(pro

fil 0

-0,9

m),

mS.

m-1 1. prejazd

2. prejazd

Obr. 54 Hodnoty EC namerané v jednej línii pri prejazde konduktometra oboma smermi

(1. prejazd a 2. prejazd) v profile 0-0,9 m.

Obr. 55 Detailný pohľad na diskovú elektródu konduktometra pohybujúcu sa v ryhe vytvorenej

v pôde pri prvom prejazde.

4.3.1.2 Zhodnotenie meraní uskutočnených pomocou EM38 pracujúceho vo vertikálnom režime

Meranie mernej elektrickej vodivosti pôdy podľa vyššie spomenutej metodiky

bolo v rovnakej línii uskutočnené aj bezkontaktným prístrojom EM38 pracujúcim vo

vertikálnom režime. Namerané údaje popisujú mernú elektrickú vodivosť v pôdnom

profile 0-1,5 m. Hodnoty EC zozbierané počas prvého a druhého prejazdu meracieho

prístroja sa javia ako identické (pozri Obr. 56), čo bolo potvrdené aj štatistickou

analýzou údajov. Súbory údajov z oboch prejazdov boli navzájom porovnané pomocou

t-testu na hladine významnosti 95 %. T-test potvrdil, že rozdiel priemerných hodnôt

Strana 87

oboch súborov (16,387 mS.m-1 a 15,714 mS.m-1) nie je štatisticky významný (pozri

Tab. 5). Tento záver potvrdzuje prednosť bezkontaktnej metódy merania mernej

elektrickej vodivosti pôdy spočívajúcu v stabilite a opakovateľnosti vykonávaných

meraní, pričom vylučuje chyby spôsobené nedostatočným kontaktom, ktoré sa vyskytli

pri použití konduktometra.

Tab. 5 Súhrnná tabuľka zobrazujúca výsledky t-testov v podobe štatistickej významnosti rozdielov hodnôt nameraných v jednej línii pri prejazde meracieho prístroja v oboch smeroch (* - štatisticky významný rozdiel na hladine významnosti 95%, ** - štatisticky veľmi významný rozdiel na hladine významnosti 99%, NS – štatisticky nevýznamný rozdiel).

Parameter, Prístroj 1. prejazd verzus 2. prejazd

EC30 (konduktometer) *

EC90 (konduktometer) NS

EC150 (EM38 vertikálny režim merania) NS

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 250 300 350Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

EC p

ôdy

(pro

fil 0

-1,5

m),

mS.

m-1

1. prejazd2. prejazd

Obr. 56 Hodnoty EC namerané v jednej línii pri prejazde konduktometra oboma smermi

(1. prejazd a 2. prejazd) v profile 0-1,5 m.

4.3.2 Výsledky porovnania hodnôt EC nameraných v oblastiach namáhaných poľnou dopravou i zónach bez poľnej dopravy

Nasledujúci experiment bolo zameraný na porovnanie potenciálnych rozdielov

medzi hodnotami EC nameranými medzi stopami traktora a v oblasti medzi dvomi

susednými koľajovými riadkami. Konduktometer i EM38 najprv zaznamenávali mernú

elektrickú vodivosť pôdy v osi koľajového riadku a neskôr paralelne pozdĺž koľajového

Strana 88

riadku. Experiment bol vykonaný v dvoch opakovaniach pre dva susedné koľajové

riadky a k nim priľahlé oblasti bez prítomnosti poľnej dopravy.

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané konduktometrom v prvej

dvojici prejazdov (v stopách traktora a medzi koľajovými riadkami) a v oboch

hĺbkových intervaloch (0-0,3 m a 0-0,9 m) zobrazuje Obr. 57 a Obr. 58. Z grafických

priebehov vidno, že v pôdnom profile 0-0,3 m dosahuje EC prevažne vyššie hodnoty pri

prejazde konduktometra v stopách traktora ako pri prejazde medzi koľajovými

riadkami. Tento rozdiel môže byť spôsobený vyššou objemovou hmotnosťou pôdy

v oblasti stôp traktora.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250 300 350Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

EC p

ôdy

(pro

fil 0

-0,3

m),

mS.

m-1 V koľajových riadkoch

Medzi koľajovými riadkami

Obr. 57 Hodnoty EC pôdy namerané v hĺbkovom intervale 0-0,3 m v oblasti stôp traktora a v zóne

medzi koľajovými riadkami.

0

50

100

150

200

250

0 50 100 150 200 250 300 350Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

EC p

ôdy

(pro

fil 0

-0,9

m),

mS.

m-1

V koľajových riadkochMedzi koľajovými riadkami

Obr. 58 Hodnoty EC pôdy namerané v hĺbkovom intervale 0-0,9 m v oblasti stôp traktora a v zóne

medzi koľajovými riadkami.

Strana 89

Napriek tomu možno pozorovať, že hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy

namerané v pôdnom profile 0-0,9 m dosahujú nižšie hodnoty pre oblasť stôp traktora

ako pre zóny medzi koľajovými riadkami. Tento neočakávaný fenomén je zrejme

ovplyvnený menšou kontaktnou plochou medzi vonkajšími diskovými elektródami

a pôdou pri pohybe konduktometra v osi koľajových riadkov. Ako možno vidieť na

Obr. 59 a Obr. 60, vnútorné elektródy vytvárali kontakt s pôdou medzi stopami kolies

traktora, kdežto vonkajšie elektródy sa dotýkali pôdy práve v tvrdších a ujazdených

stopách traktora. Chýbajúci porast v stopách traktora a zvýšená objemová hmotnosť

pôdy v oblasti stôp traktora prispeli k rýchlejšiemu vysychaniu povrchu pôdy v týchto

oblastiach. Nižšia vlhkosť pôdy spôsobila pokles adhézie pôdy, čím sa zhoršil kontakt

medzi vonkajšími diskovými elektródami a pôdou. Táto skutočnosť je jasne viditeľná

na Obr. 60. Vlhšia pôda sa lepila na disky a pri prejazde prístroja bola pôda z povrchu

vytrhávaná (B), kým suchšia pôda sa na disky nelepila a po prejazde diskovej elektródy

ostal v pôde len nepatrný rez (A).

Obr. 59 Postavenie diskových elektród pri prejazde konduktometra v smere osi koľajového riadku.

Strana 90

A B

Obr. 60 Diskové elektródy pri prejazde stopou traktora v smere osi koľajového riadku (A) a pri prejazde zónou bez prítomnosti poľnej dopravy (B).

Údaje namerané z oboch oblastí (z koľajových riadkov i z oblastí medzi

koľajovými riadkami) boli analyzované t-testom, ktorý porovnáva významnosť

rozdielov medzi priemernými hodnotami dvoch porovnávaných súborov údajov. T-test

bol vykonaný pre obidve opakovania prejazdov, no medzi hodnotami EC nameranými

v oblasti koľajových riadkov a hodnotami nameranými v zónach medzi koľajovými

riadkami bol zistený len štatisticky nevýznamný rozdiel a to v oboch hĺbkových

intervaloch (pozri Tab. 6 alebo Tab. 19 – Tab. 22 v Príloha 1). Táto skutočnosť je

najpravdepodobnejšie spôsobená malým rozdielom medzi priemernými hodnotami

a veľkým rozptylom jednotlivých súborov údajov, čo bolo spôsobené predovšetkým

nedostatočným kontaktom diskových elektród s pôdou v stopách traktora a rozdielnymi

vlhkostnými pomermi v oblasti koľajových riadkov a v zónach bez prítomnosti poľnej

dopravy.

V ďalšom kroku bol t-testom porovnaný rozdiel hodnôt mernej elektrickej

vodivosti nameraný vo vrchnom (0-0,3 m) a hlbokom (0-0,9 m) pôdnom profile pre

oblasti koľajových riadkov a zóny medzi koľajovými riadkami (Obr. 61). Vykonaná

analýza preukázala štatisticky významný a pre prvé opakovanie dokonca štatisticky

veľmi významný rozdiel hodnôt (EC30-EC90) charakterizujúcich zónu koľajových

riadkov a oblasť bez prítomnosti poľnej dopravy (pozri Tab. 6 alebo Tab. 23 a Tab. 24

v Príloha 1).

Strana 91

-80

-60

-40

-20

0

20

40

0 50 100 150 200 250 300 350

Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

Roz

diel

EC

30-E

C90

, mS.

m-1

V koľajových riadkochMedzi koľajovými riadkami

Obr. 61 Rozdiel hodnôt EC nameraných v hĺbkovom intervale 0-0,3 m a 0-0,9 m (EC30-EC90) v oblasti stôp traktora a v zóne medzi koľajovými riadkami.

Hodnoty EC namerané pomocou EM38 boli tiež analyzované pomocou t-testu

(pozri Obr. 62, Tab. 6 alebo Tab. 25 a Tab. 26 v Príloha 1). Keďže EM38 pracuje na

bezkontaktnom princípe, odstraňuje nevýhody konduktometra spojené s nedostatočným

kontaktom medzi elektródami prístroja a pôdou. Hodnoty mernej elektrickej vodivosti

pôdy zistené pomocou EM38 nadobúdali v oblastiach koľajových riadkov len nepatrne

vyššie priemerné hodnoty ako v zónach bez prítomnosti poľnej dopravy. Vzhľadom na

skutočnosť, že EM38 pracoval vo vertikálnom meracom režime, snímal pôdny profil do

väčšej hĺbky (až do 1,5 metra). Z tohto dôvodu bol aj vplyv zmeny objemovej

hmotnosti pôdy v orničnej vrstve na intenzitu elektromagnetického signálu podstatne

menší ako bol vplyv ostatných pôdnych parametrov (napr. vlhkosť pôdy, pôdna textúra

a pod.). Táto skutočnosť vysvetľuje i fakt, že medzi hodnotami EC nameranými

v oblasti koľajových riadkov a v zónach bez prítomnosti poľnej dopravy bol zistený len

štatisticky nevýznamný rozdiel. Sudduth et al (2005) porovnávali Veris® 3100 s EM38,

pričom sa dopracovali k podobným záverom. Uviedli, že diferencie medzi hodnotami

získanými oboma prístrojmi sú zapríčinené rozdielnym tvarom ich kriviek relatívnej

citlivosti (pozri Obr. 17 v Kapitole 1.3.5). Kým systém Veris® 3100 snímajúci pôdny

profil 0-0,3 m dosahuje najvyššiu citlivosť práve v hornej pôdnej vrstve, krivka EM38

je podstatne plochšia a siaha do hlbších vrstiev pôdy. Vplyv rozdielnej citlivosti

prístrojov EM38 a Veris® 3100 konštatujú vo svojich prácach aj iní autori (Sudduth et

al, 1998; Doolittle et al, 2002).

Strana 92

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200 250 300 350Vzdialenosť od severovýchodnej strany pozemku, m

EC p

ôdy

(pro

fil 0

-1,5

m),

mS.

m-1

V koľajových riadkochMedzi koľajovými riadkami

Obr. 62 Hodnoty EC pôdy namerané v hĺbkovom intervale 0-1,5 m v oblasti stôp traktora a v zóne

medzi koľajovými riadkami.

Tab. 6 Súhrnná tabuľka zobrazujúca výsledky t-testov v podobe štatistickej významnosti rozdielov hodnôt nameraných v oblasti koľajových riadkov a v zóne bez prítomnosti poľnej dopravy (* - štatisticky významný rozdiel na hladine významnosti 95%, ** - štatisticky veľmi významný rozdiel na hladine významnosti 99%, NS – štatisticky nevýznamný rozdiel).

Ujazdené verzus Neujazdené zóny Parameter, Prístroj

1. opakovanie 2. opakovanie

EC30 (konduktometer) NS NS

EC90 (konduktometer) NS NS

EC30-EC90 (konduktometer) ** *

EC150 (EM38 vertikálny režim merania) NS NS

4.3.3 Lokalizácia koľajových riadkov mapovaním EC

Zhutnenie pôdy v oblasti stôp traktora bolo podrobnejšie skúmané pri

organizácii prejazdov meracích prístrojov kolmo na koľajové riadky.

4.3.3.1 Výsledky štatistického vyhodnotenia

Údaje mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané oboma prístrojmi naprieč

koľajovými riadkami vo vybraných oblastiach boli zakreslené do grafu, v ktorom boli

vyznačené aj pozície koľajových riadkov (Obr. 63 a Obr. 64).

Strana 93

Koľajové riadky

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Vzdialenosť od severozápadnej strany pozemku, m

EC p

ôdy,

mS.

m-1

Pôdny profil 0-0,9 mPôdny profil 0-0,3 mPôdny profil 0-1,5 m

Obr. 63 Hodnoty pôdnej EC namerané pri prejazde v smere kolmom na koľajové riadky (1.

prejazd v rámci skúmanej oblasti č. 1).

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Vzdialenosť od severozápadnej strany pozemku, m

EC p

ôdy,

mS.

m-1

Pôdny profil 0-0,9 mPôdny profil 0-0,3 mPôdny profil 0-1,5 m

Obr. 64 Hodnoty pôdnej EC namerané pri prejazde v smere kolmom na koľajové riadky (1.

prejazd v rámci skúmanej oblasti č. 3).

Koľajové riadky

Okrem už spomínaného vplyvu pôdnej textúry na mernú elektrickú vodivosť

pôdy, sú jej hodnoty namerané konduktometrom ovplyvnené zrejme aj objemovou

hmotnosťou pôdy. Na grafických priebehoch (Obr. 63 a Obr. 64) je totiž možné

pozorovať, že EC nameraná konduktometrom dosahuje v blízkosti koľajových riadkov

vyššie hodnoty. Určitú periodicitu vo výskyte vyšších hodnôt mernej elektrickej

vodivosti pôdy v základnom súbore hodnôt pozorovali aj Rhoades et al (1999). Tento

jav zdôvodnili utužením dna brázdy, v ktorej sa pri orbe pohybovali kolesá traktora.

Podobnú skúsenosť pri svojich experimentoch nadobudli aj Corwin a Lesch (2005b).

Strana 94

Aby bolo možné uskutočnené merania štatisticky analyzovať, bol súbor hodnôt

EC nameraných v blízkosti koľajových riadkov vyňatý pomocou vhodného nástroja

v prostredí GIS do samostatného súboru hodnôt a štatisticky porovnaný s hodnotami

nameranými vo zvyšných častiach pozemku. Za účelom testovania štatistickej

významnosti rozdielov medzi oboma súbormi údajov a stanovenia presnosti lokalizácie

koľajových riadkov boli hodnoty EC zo základného súboru údajov vyňaté postupne

v šírkach 6 m, 4 m, 3 m a 2,2 m (čo je skutočná šírka koľajových riadkov) pozdĺž osí

jednotlivých koľajových riadkov (pozri detail na Obr. 36). Individuálne súbory meraní

boli navzájom porovnávané pomocou t-testu.

T-testom sa zistilo, že hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané

pomocou konduktometra v obidvoch pôdnych profiloch sú štatisticky významne

rozdielne na hladine významnosti 95 %. Tento záver je spoločný pre všetky vyšetrované

šírky v okolí koľajových riadkov, to znamená 6 m, 4 m, 3 m a 2,2 m (pozri Tab. 7 alebo

Tab. 30 – Tab. 37 v Príloha 3). Rozdielne výsledky však boli zistené pre hodnoty

mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané pomocou EM38 pracujúcom vo

vertikálnom režime. Priemerné hodnoty takto nameraných súborov údajov v oblastiach

koľajových riadkov a v zónach medzi koľajovými riadkami boli štatisticky nevýznamné

na hladine významnosti 95 %, a to pre všetky vyšetrované šírky pozdĺž osí koľajových

riadkov (pozri Tab. 7 alebo Tab. 38 – Tab. 41 v Príloha 3). Táto skutočnosť je zrejmá aj

z grafických priebehov (Obr. 63 a Obr. 64), na ktorých nevidno žiadnu súvislosť medzi

hodnotami EC nameranými prístrojom EM38 pracujúcom vo vertikálnom režime

a polohou koľajových riadkov. Z toho vyplýva, že hodnoty EC namerané v pôdnom

profile 0-1,5 m pomocou EM38 sú oveľa silnejšie ovplyvnené textúrou pôdy ako jej

objemovou hmotnosťou.

Strana 95

Tab. 7 Súhrnná tabuľka zobrazujúca výsledky t-testov v podobe štatistickej významnosti rozdielov hodnôt nameraných v oblastiach koľajových riadkov (s rôznou šírkou vyhodnocovania) a zónach bez prítomnosti poľnej dopravy (* - štatisticky významný rozdiel na hladine významnosti 95%, ** - štatisticky veľmi významný rozdiel na hladine významnosti 99%, NS – štatisticky nevýznamný rozdiel).

Koľajové riadky verzus Zóny medzi koľajovými riadkami (šírka vyhodnocovania) Parameter, Prístroj

2,2 m 3 m 4 m 6 m

EC30 (konduktometer) * * * *

EC90 (konduktometer) * * * *

EC150 (EM38 vertikálny režim merania) NS NS NS NS

4.3.3.2 Výsledky geoštatistického vyhodnotenia

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané v každej zo štyroch

skúmaných oblastí boli spracované podľa metodiky uvedenej v Kapitole 3.3.3.3.

Odstránením trendu zo základného súboru údajov mernej elektrickej vodivosti pôdy

boli získané tzv. rezíduá, ktoré boli interpolované pomocou vhodnej geoštatistickej

metódy (v tomto prípade bol použitý kriging) a zobrazené v podobe informačnej mapy

pozemku (Obr. 65 – Obr. 67). V každej zo skúmaných oblastí boli individuálne

nastavené intervaly jednotlivých tried, pričom bola použitá klasifikácia tzv.

„prirodzených zlomov“. Táto klasifikácia umožňuje rozdeliť údaje do intervalov

založených na rešpektovaní prirodzených vnútorných hraníc, ktoré v súbore hodnôt

existujú. Hranice jednotlivých intervalov sú teda nastavené v miestach, kde sa hodnoty

menia príliš skokovo. Na informačných mapách priestorovej variability mernej

elektrickej vodivosti pôdy vytvorených pre všetky tri skúmané hĺbkové profily v rámci

štyroch vyšetrovaných oblastí je vplyv spôsobený zvýšením objemovej hmotnosti pôdy

v oblasti koľajových riadkov čiastočne viditeľný (pozri Obr. 65 – Obr. 67). Rovnaká

metodika spracovania hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy spočívajúca

v odstránení trendu zo základného súboru hodnôt a zobrazení tzv. rezíduí za účelom

odhalenia periodicity v súbore nemeraných hodnôt bola publikovaná Carrom (1982).

Strana 96

Možné zhutnené oblasti

Legenda Koľajové riadky Triedy rezíduí EC: Veľmi nízke Nízke Stredné Vysoké Veľmi vysoké

Obr. 65 Hodnoty EC pôdy namerané pomocou konduktometra v profile 0-0,3 m a rozdelené do intervalov prirodzených zlomov.

Možné zhutnené oblasti

Legenda Koľajové riadky Triedy rezíduí EC: Veľmi nízke Nízke Stredné Vysoké Veľmi vysoké

Obr. 66 Hodnoty EC pôdy namerané pomocou konduktometra v profile 0-0,9 m a rozdelené do intervalov prirodzených zlomov.

Strana 97

Možné zhutnené oblasti

Legenda Koľajové riadky Triedy rezíduí EC: Veľmi nízke Nízke Stredné Vysoké Veľmi vysoké

Obr. 67 Hodnoty EC pôdy namerané pomocou EM38 v profile 0-1,5 m a rozdelené do intervalov

prirodzených zlomov.

Výskum tak variabilného parametra ako je zhutnenie pôdy si vyžaduje vysokú

hustotu meraní. Vzhľadom na skutočnosť, že pracovná rýchlosť konduktometra bola asi

1 m.s-1, vzájomná vzdialenosť dvoch po sebe nasledujúcich meraní bola približne 5 m,

čo pre praktické využitie tejto metódy nepostačuje. Pracovná rýchlosť EM38 sa

pohybovala okolo 1,3 m.s-1. Vďaka vyššej vzorkovacej frekvencii prístroja bola

vzdialenosť susedných meraní približne 1,3 m. Opierajúc sa o výsledky experimentu je

možné predpokladať, že zvýšením vzorkovacej frekvencie meracích prístrojov približne

na hodnotu 20 Hz až 30 Hz, by bolo možné získať dostatočné množstvo hodnôt mernej

elektrickej vodivosti pôdy a tým významne zvýšiť presnosť máp priestorovej variability

zhutnenia pôdy. Uvedená vzorkovacia frekvencia by aj pri pracovnej rýchlosti 3 m.s-1

dokázala zaznamenať meranie každých 0,1-0,15 m.

4.3.4 Výsledky plošnej determinácie pôdnych druhov

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané na ploche pozemku

Downings field boli použité na spresnenie hraníc individuálnych pôdnych druhov.

Úspešné mapovanie mernej elektrickej vodivosti pôdy za týmto účelom vo svojej práci

popisujú aj James et al (2000) a Doerge (2001). Hodnoty mernej elektrickej vodivosti

pôdy boli spracované metodikou uvedenou v Kapitole 3.3.3.4 a zobrazené do

informačných máp priestorovej variability pôdnej textúry. Veľkosti intervalov hodnôt

Strana 98

EC platných pre individuálne pôdne druhy boli nastavené manuálne, pričom

rešpektovali výsledky laboratórnej analýzy veľkosti pôdnych častíc, ktorú pre skúmaný

pozemok vypracoval Wolharn (2001). Vzniknuté mapy priestorovej variability EC

viažuce sa k individuálnym hĺbkovým profilom pôdy sa stávajú jedinečným nástrojom,

ktorý charakterizuje pôdne prostredie a vymedzuje hranice individuálnych pôdnych

typov v rôznych hĺbkach pôdneho profilu (Obr. 68 – Obr. 70). Z týchto máp je zrejmé,

že plocha ílovitej pôdy v západnej časti pozemku narastá so zväčšujúcou sa hĺbkou

merania a podobne sa s hĺbkou zväčšuje aj plocha piesočnatej pôdy vo východnej

a centrálnej časti pozemku. Tieto závery priamo dopĺňajú a potvrdzujú zistenia uvedené

v nasledujúcej Kapitole 4.3.5.

Obr. 68 Mapa mernej elektrickej vodivosti pôdy nameranej konduktometrom v hĺbkovom intervale 0-0,3 m zobrazujúca hranice jednotlivých pôdnych druhov. Čierne línie zobrazujú hranice pôdnych

typov uvedené v pôdnej mape.

Legenda Hranice pôdnych druhov 0,00-32,00 mS.m-1 32,01-59,00 mS.m-1

59,01-86,00 mS.m-1

86,01-240,00 mS.m-1

Strana 99

Legenda Hranice pôdnych druh0,00-32,00 mS.m-1 32,01-59,00 mS.m-1

59,01-86,00 mS.m-1

86,01-240,00 mS.m-1

ov

Obr. 69 Mapa mernej elektrickej vodivosti pôdy nameranej konduktometrom v hĺbkovom intervale 0-0,9 m zobrazujúca hranice jednotlivých pôdnych druhov. Čierne línie zobrazujú hranice pôdnych

typov uvedené v pôdnej mape.

Obr. 70 Mapa mernej elektrickej vodivosti pôdy nameranej pomocou EM38 v hĺbkovom intervale 0-1,5 m zobrazujúca hranice jednotlivých pôdnych druhov. Čierne línie zobrazujú hranice pôdnych

typov uvedené v pôdnej mape.

Legenda Hranice pôdnych druhov 1,64-9,30 mS.m-1 9,31-20,30 mS.m-1

20,31-36,00 mS.m-1

36,01-102,00 mS.m-1

Strana 100

4.3.5 Vyhodnotenie posúdenia distribúcie pôdnych druhov v pôdnom profile

Na grafických priebehoch uvedených na obrázkoch (Obr. 63 a Obr. 64) je jasne

čitateľný vplyv určitého dominantného faktoru, ktorý ovplyvnil základný tvar (sklon)

kriviek v danej lokalite. Vplyv tohto faktoru je najľahšie postrehnuteľný na krivke

znázorňujúcej priebeh EC nameranej pomocou EM38 v profile 0-1,5 m, ale taktiež ho

možno badať na oboch priebehoch vytvorených na základe údajov z konduktometra

(najmä Obr. 64). Z dôvodu preskúmania tohto trendu boli údaje EC porovnané

s výsledkami pôdnych analýz, ktoré na tomto pozemku urobil Wolharn (2001). Tento

autor vykopal na pozemku Downings field niekoľko jám, z ktorých odobral pôdne

vzorky a analyzoval pôdne horizonty. Vychádzajúc z jeho zistení a opierajúc sa

o hodnoty EC namerané v jednotlivých skúmaných profiloch pôdy bola vytvorená skica

prierezu pozemku Downings field prechádzajúca rovinou skúmanej oblasti č. 3 (Obr.

71). Nadmorská výška pozemku bola meraná pomocou DGPS podľa metodiky uvedenej

v Kapitole 3.3.3.5.

Obr. 71 Skica prierezu pozemku Downings field prechádzajúca rovinou skúmanej oblasti č. 3 a

zobrazujúca rozdielne vrstvenie pôdy.

Z obrázku (Obr. 64) je jasne vidieť, že hodnoty EC namerané v severozápadnej

časti oblasti č. 3 (ľavá strana skice – Obr. 71) sú vyššie z dôvodu vyššieho obsahu

ílovitých častíc v pôde. Hodnoty namerané v juhovýchodnej časti oblasti č. 3 (pravá

polovica skice) sú podstatne nižšie, pretože táto časť pozemku obsahovala vyšší podiel

Ílovitá pôda s Hlinitá pôda prechádzajúca do nánosom vápenca pieskovca

Piesočnato hlinitá pôda

Hlinito piesočnatá pôda

Piesok

Piesočnato ílovito hlinitá pôda

Ílovito hlinitá pôda

Naplaveninová ílovito hlinitá pôda

Nad

mor

ská

výšk

a, m

Vzdialenosť od severozápadného okraja pozemku, m

Strana 101

piesočnatých častíc a menej ílu. Rozloženie pôdnych častíc na ploche pozemku bolo

ovplyvnené rôznymi faktormi, ktoré pôsobili v tzv. pôdotvornom procese. V tomto

prípade je zrejmé, že jemné ílovité častice boli pôsobením vody vyplavované z oblastí

s vyššou nadmorskou výškou (juhovýchod pozemku) a boli unášané na miesta s nižšou

nadmorskou výškou (severozápad pozemku), kde sa usádzali. Pohyb pôdnych častíc

však nebol rovnaký vo všetkých skúmaných pôdnych vrstvách. Merná elektrická

vodivosť pôdneho profilu 0-0,3 m kontinuálne klesá v smere zo severozápadu až do

prostriedku pozemku, kde sa jej hodnoty stabilizujú. Hodnoty EC reprezentujúce profil

0-0,9 m sa menia v oveľa užšom pásme. Táto zmena je podmienená zmenou piesočnato-

ílovito-hlinitej pôdy a ílovito-hlinitej pôdy v oboch horných pôdnych vrstvách na

severozápade pozemku na piesočnato-hlinitú a hlinito-piesočnatú v juhovýchodnej časti.

EC meraná pomocou EM38 odráža zmeny pôdnych druhov v celom snímanom pôdnom

profile, čo sa prejavilo na veľmi ostrej zmene krivky v centrálnej oblasti pozemku.

Mapovanie mernej elektrickej vodivosti pôdy s cieľom identifikácie druhu

a hĺbky materskej horniny s úspechom použili viacerí autori (Drommerhausen et al,

1995; Doerge, 2001). Je známe, že pôdna textúra ovplyvňuje vodnú kapacitu pôdy

a určuje smer prietoku vody v pôdnych póroch. Kým piesočnaté pôdy nemajú

schopnosť zadržať vodu a táto pôsobením tiažovej sily vsakuje do hlbších pôdnych

vrstiev, ílovité pôdy majú veľké množstvo malých pórov, ktoré sú naplnené pôdnou

vodou a pôsobením kapilárnych síl umožňujú jej vzlínanie (Geonics Limited, 1980).

Napriek skutočnosti, že výskum pozemku bol vykonaný na začiatku jari, kedy bola

pôda ešte pomerne nasýtená vodou, voda zo zón s vyšším obsahom piesočnatých častíc

odtiekla do hlbších pôdnych vrstiev, resp. sa odparila (pozri Tab. 8). Vplyv pôdnej

textúry a vlhkosti je jasne viditeľný aj na vyššie popisovaných obrázkoch (Obr. 53, Obr.

54 a Obr. 56 – Obr. 62). Tieto závery podporujú zistenia viacerých autorov, ktorí

pozorovali podobné závislosti vo vzájomnom vzťahu medzi granulometrickým

zložením pôdy, vlhkosťou a mernou elektrickou vodivosťou pôdy (Kachanoski et al,

1988; Geonics Limited, 1980; Sudduth et al, 2000).

Strana 102

4.3.6 Výsledky analýzy pôdnych vzoriek

Analýza pôdnych vzoriek bola vykonaná podľa príslušných noriem a metodiky

uvedenej v Príloha 4. Relatívna vlhkosť pôdy sa v oboch skúmaných pôdnych profiloch

(0-0,3 m a 0,3-0,6 m) (Tab. 8) zvyšuje z ľahšej hlinitej pôdy smerom k ťažšej ílovitej

pôdy, ktorá má lepšiu vodnú kapacitu (Obr. 23). Keďže prieskum pozemku prebiehal

začiatkom jari, relatívna vlhkosť pôdy v profile 0-0,3 m v ílovitej zóne dosahovala

pomerne vysoké hodnoty (viac ako 32 %), kým pôdy s väčšou zrnitosťou častíc boli

podstatne suchšie (okolo 15 %). Relatívna vlhkosť pôdy klesala s narastajúcou hĺbkou

pôdneho profilu.

Tab. 8 Relatívna vlhkosť pôdy v hmotnostných %. 0-0,3 m 0,3-0,6 m

Odberný bod Relatívna vlhkosť, % Pôdny druh* Relatívna

vlhkosť, % Pôdny druh*

25 12,70 – 8,10 –

38 32,36 Íl 24,43 Íl

49 17,78 Piesočnato-hlinitá pôda 14,64 Hlinito-piesočnatá pôda

117 16,97 – 13,35 –

162 27,76 Piesočnato-ílovito-hlinitá pôda 20,10 Ílovito-hlinitá pôda

178 36,32 Íl 25,55 Íl

* Pôdny druh bol stanovený Wolharnom (2001).

Ílovité pôdy v depresných polohách pozemku boli okrem vody dobre zásobené

aj obsahom organickej hmoty, ktorej obsah bol naopak podpriemerný v hlinitej pôde

(Tab. 9). Obsah organickej hmoty v pôde (zisťovaný metódou stanovenia strát pri

horení) dosiahol veľmi nízke hodnoty v hlbšom pôdnom profile (0,3-0,6 m). Rovnakú

skúsenosť uvádza vo svojej publikácii Franzen (1999). V zmysle záverov Kobzu (2005)

a Širáňa (2005) sa odporúča zvýšiť podiel organickej hmoty v zónach pozemku, kde bol

jej obsah nízky (najmä na hlinitej pôde). Zvýšenie obsahu organickej hmoty priaznivo

pôsobí na rozvoj rastlín, stáva sa potravou a podporuje aktivitu pôdnej fauny (napr.

dážďoviek), čím prispieva k aktívnemu prekyprovaniu pôdneho prostredia a znižuje

riziko utuženia pôdy.

Strana 103

Tab. 9 Obsah organickej hmoty (metóda stanovenia strát pri horení) v %. 0-0,3 m 0,3-0,6 m

Odberný bod 0-0,3 m Pôdny druh* 0,3-0,6 m Pôdny druh*

25 4,0 – 2,1 –

38 7,0 Íl 3,9 Íl

49 4,4 Piesočnato-hlinitá pôda 2,2 Hlinito-piesočnatá pôda

117 3,4 – 2,1 –

162 6,1 Piesočnato-ílovito-hlinitá pôda 3,6 Ílovito-hlinitá pôda

178 6,3 Íl 3,4 Íl

* Pôdny druh bol stanovený Wolharnom (2001).

Merná elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty (Tab. 10) je najdôležitejším

kritériom pri hodnotení zasolenosti pôdy (Kachanoski et al, 1988; Rhoades a Corwin,

1981). Nakoľko boli meraním zistené príliš malé hodnoty mernej elektrickej vodivosti

nasýtenej pôdnej pasty (pod 200 mS.m-1), boli pôdy na pozemku Downings field

v zmysle britskej normy (BS EN 13039) posúdené ako nezasolené a z toho dôvodu

neboli vykonávané žiadne ďalšie analýzy na určenie množstva jednotlivých

minerálnych častíc.

Tab. 10 Elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty (ECe, uvedená v mS.m-1). Hĺbka Odberný bod

0-0,3 m 0,3-0,6 m 25 115,9 24,238 76,5 47,549 79,5 41,3117 45,6 35,6162 100,4 45,6178 82,3 41,7

Pôdna reakcia pH sa pohybovala v rozsahu 7,0 až 8,5 (Tab. 11), čo znamená, že

pôda bola neutrálna (platí pre rozsah 6,6 až 7,5), resp. mierne zásaditá (7,6 až 9,5).

Tab. 11 Pôdna reakcia pH. Hĺbka Odberný bod

0-0,3 m 0,3-0,6 m 25 7,4 7,538 7,9 8,449 7,7 7,3117 7,0 7,0162 8,2 8,5178 7,4 8,0

Strana 104

Textúra pôdy na pozemku Downings field bola stanovená Wolharnom (2001).

Tento autor vykopal na pozemku niekoľko otvorov, odobral z nich pôdne vzorky a určil

pôdne druhy až do hĺbky profilu 1,2 m. Výsledky týchto pôdnych analýz z otvorov

situovaných najbližšie k odberným bodom použitým v tejto práci sú uvedené v Tab. 12.

Tieto výsledky boli použité na vizuálne porovnanie s mapou pôdnych druhov

zobrazenou na Obr. 23 a s vyššie uvedenými mapami mernej elektrickej vodivosti pôdy

a grafmi.

Tab. 12 Pôdna textúra (podľa Wolharn, 2001). Odberný bod Pôdny interval Pôdny druh

0-0,3 m Íl 0,3-0,6 m Íl 38 0,6-1,2 m Íl

0-0,3 m Piesočnato-hlinitá pôda 0,3-0,8 m Hlinito-piesočnatá pôda 49 0,8-1,2 m Piesok

0-0,3 m Piesočnato-ílovito-hlinitá pôda (Sandy clay loam) 0,3-0,8 m Ílovito-hlinitá pôda 162 0,8-1,2 m Prachovito-ílovito-hlinitá pôda (Silty clay loam)

0-0,3 m Íl 0,3-0,6 m Íl 178 0,6-1,2 m Íl

4.3.7 Závery poľných experimentov

Opakovateľnosť merania mernej elektrickej vodivosti pôdy bola overená

experimentom, pri ktorom boli údaje EC zozbierané v jednej línii pri pohybe prístroja

v obidvoch smeroch. Hodnoty EC namerané pomocou EM38 v hĺbkovom rozpätí 0-1,5

m a taktiež pomocou konduktometra v profile 0-0,9 m dokazujú vysokú opakovateľnosť

vykonaných meraní. Naproti tomu boli zistené štatisticky významné rozdiely medzi

hodnotami EC nameranými pomocou konduktometra v hĺbke 0-0,3 m počas prvého

a druhého prejazdu prístroja. Zistené rozdiely vznikli v dôsledku zhoršenia kontaktu

medzi pôdou a diskovými elektródami. Elektródy konduktometra sa totiž pri druhom

prejazde pohybovali v ryhách, ktoré sami vytvorili pri prvom prejazde. Tento záver

potvrdzuje zistenia Doerge at al (2001), ktorí vo svojej práci prízvukujú potrebu

dobrého kontaktu medzi elektródami a pôdou ako nevyhnutnú podmienku pre získanie

vierohodných údajov. Žiadny autor však vo svojej práci neuvádza, že už nepatrné

rozrušenie pôdneho povrchu (aké vznikne napríklad pri predchádzajúcim meraním)

môže významne ovplyvniť namerané hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy.

Strana 105

Dostatočný kontakt medzi diskovými elektródami a pôdou je teda veľmi

dôležitou podmienkou pre získanie správnych hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy.

Zhoršenie elektrického kontaktu v dôsledku poklesu vlhkosti pôdy (napríklad v stopách

traktora) alebo vplyvom rozrušenia pôdneho povrchu opakovaným meraním spôsobili

nameranie nižších hodnôt EC. V tejto súvislosti sa na ráme konduktometra odporúča

otestovať použitie vinutých pružín s vyšším predpätím, ktoré umožnia zatlačiť elektródy

do pôdy vyššou silou. Prípadne je možné použiť závažia na ráme konduktometra

a rôzne tvary diskových elektród (napr. vejárové elektródy).

Hodnoty EC namerané pomocou oboch prístrojov (EM38 a konduktometer) vo

všetkých troch skúmaných hĺbkových profiloch boli najviac ovplyvnené pôdnou

textúrou a vlhkosťou. Práve tieto faktory najvýznamnejšie ovplyvnili hodnoty EC

namerané pomocou EM38 v profile 0-1,5 m a vplyv zvýšenej objemovej hmotnosti

pôdy v koľajových riadkoch sa ukázal ako zanedbateľný. Údaje z pôdnych profilov 0-

0,3 m a 0-0,9 m získané pomocou konduktometra boli taktiež ovplyvnené meniacou sa

textúrou a vlhkosťou pôdy, no v nameranom súbore hodnôt bolo možné pozorovať

aj vplyv pôdneho zhutnenia.

Experimentálne bolo tiež zistené, že hodnoty EC namerané pri prejazde

konduktometra kolmo na smer koľajových riadkov často dosahovali vyššie hodnoty

práve v oblasti koľajových riadkov. Táto skutočnosť bola dokázaná pomocou t-testu,

pričom štatisticky významné rozdiely boli zistené medzi hodnotami EC nameranými

v pásme širokom 2,2 m, 3 m, 4 m a 6 m pozdĺž osi koľajových riadkov v porovnaní

s hodnotami EC nameranými na zvyšnej ploche pozemku.

Hlavný trend v hodnotách EC popisuje konkrétny pôdny profil a vysvetľuje

proces vrstvenia pôdy. Na základe tohto poznatku je možné vytvoriť mapy pôdnych

druhov pre jednotlivé skúmané pôdne profily ako aj priečny rez pozemku. Podrobným

skúmaním hodnôt EC v jednotlivých profiloch možno dospieť k záveru, že kým sa

pôdny druh vo vrchnej vrstve pôdy mení pozvoľna, nezriedka na vzdialenosti

niekoľkých desiatok metrov (napríklad vplyvom vodnej erózie), pôdne druhy v hlbších

pôdnych vrstvách sa menia skokovo v pomerne úzkych pásmach.

Po odstránení hlavného trendu z prvotného súboru údajov, je možné získať súbor

tzv. rezíduí, ktoré možno zobraziť na mape. Takto získaná mapa naznačuje čiastočnú

Strana 106

podobnosť s plošným rozmiestnením koľajových riadkov. Vyšší stupeň podobnosti by

bol zrejme dosiahnutý pri vyššej vzorkovacej frekvencii konduktometra. Vzorkovacia

frekvencia konduktometra v jeho pôvodnej konfigurácii bola totiž príliš nízka (iba 0,2

Hz) a namerané hodnoty mernej elektrickej vodivosti charakterizovali pôdne prostredie

pozdĺž niekoľko metrovej trajektórie (5-6 m). Nízka vzorkovacia frekvencia zariadenia

neumožňovala dostatočne rýchlo zozbierať nevyhnutné množstvo údajov, ktoré by

podrobne popísali diferencie priestorovo tak variabilnej pôdnej vlastnosti akou je jej

objemová hmotnosť v oblasti stôp kolies v koľajových riadkoch.

4.4 Výsledky experimentu náhodne rozmiestnených blokov

4.4.1 Zhodnotenie konduktometrických meraní pôdneho zhutnenia (statických a dynamických)

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli namerané pomocou

konduktometra pracujúceho v statickom i dynamickom režime, a to tak pri utuženej

pôde ako i po jej prekyprení. Hodnoty, ktoré boli získané ešte pred obrobením pôdy, sú

charakteristické svojou rovnomernosťou a naprieč celým experimentálnym pozemkom

sa menia len nepatrne (Obr. 72 a Obr. 74). Veľmi mierny nárast hodnôt EC bol

zaznamenaný v rámci tretieho bloku, čo bolo zrejme spôsobené mierne vyšším obsahom

ílovitých častíc v hlbšej vrstve pôdy (pozri Kapitola 4.4.8).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

Číslo meracieho bodu

EC p

ôdy,

mS.

m-1

EC90 EC30

D D DS S SC C C C C C C

Obr. 72 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra

pracujúceho v statickom režime v hĺbkových intervaloch 0-0,3 m a 0-0,9 m pred skyprením pôdy.

Strana 107

C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Kyprenie pôdy, čiže zmenšenie jej objemovej hmotnosti, spôsobilo pokles

hodnôt EC. Tento vplyv je lepšie pozorovateľný v pôde s vyšším obsahom ílu v rámci

Bloku 3, kde boli počiatočné hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy vyššie a po

prekyprení poklesli zreteľnejšie (Obr. 73 a Obr. 75). Rhoades et al (1999) počas svojho

výskumu zistili, že pôda obrobená dlátovým náradím dosahuje nižšie hodnoty mernej

elektrickej vodivosti v porovnaní s neobrobenou pôdou. Taktiež Samouëlian et al

(2003) v laboratórnych podmienkach s úspechom použili mernú elektrickú vodivosť

pôdy ako indikátor pôdnych prasklín.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41

Číslo meracieho bodu

EC p

ôdy,

mS.

m-1

EC90 EC30

D D DS S SC C C C C C C

Obr. 73 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra

pracujúceho v statickom režime v hĺbkových intervaloch 0-0,3 m a 0-0,9 m po skyprení pôdy. C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia

v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Na zmeny objemovej hmotnosti pôdy reagovali najcitlivejšie údaje EC namerané

pomocou konduktometra vo vrchnej vrstve pôdy (0-0,3 m). Menšia objemová hmotnosť

orničnej vrstvy, čiže prekyprená ornica a prítomnosť zhutnenej vrstvy v hĺbke 0,3 m ako

aj 0,6 m spôsobili podobný pokles hodnôt EC (Obr. 73 a Obr. 75).

Merná elektrická vodivosť charakterizujúca pôdny profil (0 – 0,9 m) bola

výraznejšie ovplyvnená objemovou hmotnosťou pôdy iba pokiaľ došlo k jej zmene vo

väčšom hĺbkovom intervale (prekyprenie pôdy do hĺbky 0,6 m) (Obr. 73 a Obr. 75).

Pôdne zóny prekyprené do menšej hĺbky (0,3 m) a pôdne zóny, v ktorých bola pôda

Strana 108

utužená v celom profile, boli indikované podobnými hodnotami mernej elektrickej

vodivosti pôdy.

0123456789

10

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Vzdialenosť od bodu "83" k bodu "123", m

EC p

ôdy,

mS.

m-1

EC90 EC30

D D DS S SC C C C C C C

Obr. 74 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra

pracujúceho v dynamickom režime (rýchlosť 0,05 m.s-1) v hĺbkových intervaloch 0-0,3 m a 0-0,9 m pred skyprením pôdy. C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie

(prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

0123456789

10

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Vzdialenosť od bodu "1" k bodu "41", m

EC p

ôdy,

mS.

m-1

EC90 EC30

D D DS S SC C C C C C C

Obr. 75 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra

pracujúceho v dynamickom režime (rýchlosť 0,05 m.s-1) v hĺbkových intervaloch 0-0,3 m a 0-0,9 m po skyprení pôdy. C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie

(prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Grafický priebeh hodnôt EC nameraných v dynamickom režime práce

konduktometra sa veľmi podobá priebehu zobrazujúcemu hodnoty získané pri použití

statického režimu (Obr. 72 – Obr. 75). Údaje EC zozbierané v dynamickom režime sa

Strana 109

však vyznačujú vyšším stupňom variability, čo bolo spojené s neustále sa meniacimi

podmienkami merania ako je prítomnosť kameňov na povrchu pozemku, či

nevyrovnanosť povrchu a s tým súvisiaci miestami nedostatočný elektrický kontakt.

Hodnoty EC namerané konduktometrom v statickom i dynamickom pracovnom režime

(pri rýchlosti 0,05 m.s-1) boli zobrazené graficky do diagramu rozptylu a vzájomne

porovnané. Koeficient regresie (R2) nadobúdal hodnoty 0,89 pre pôdny profil 0-0,3 m

a 0,92 pre profil 0-0,9 m (Obr. 76 a Obr. 77). To zodpovedá vzájomnej zhode staticky

a dynamicky meraných údajov EC na úrovni 89 % pre hĺbkový interval 0-0,3 m a 92 %

pre pôdny profil 0-0,9 m.

y = 0.7538x + 1.0956R2 = 0.8914

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

EC30 namerané staticky, mS.m-1

EC30

nam

eran

é dy

nam

icky

, mS.

m-1

Obr. 76 Diagram rozptylu hodnôt EC nameraných konduktometrom v hĺbke 0-0,3 m v statickom a

dynamickom režime (pri rýchlosti 0,05 m.s-1).

y = 0.8803x + 0.4385R2 = 0.9191

0123456789

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

EC90 namerané staticky, mS.m-1

EC90

nam

eran

é dy

nam

icky

, mS.

m-1

Obr. 77 Diagram rozptylu hodnôt EC nameraných konduktometrom v hĺbke 0-0,9 m v statickom a

dynamickom režime (pri rýchlosti 0,05 m.s-1).

Strana 110

4.4.2 Tvorba aplikačných máp na odstránenie zhutnenia vytvorené na základe údajov EC nameraných konduktometrom

Z hodnôt EC, ktoré boli namerané staticky v jednotlivých meracích bodoch

počas jednej minúty, boli vypočítané aritmetické priemery. Keďže celkový počet

použitých meracích bodov bol príliš malý na použitie krigingu, mapy priestorovej

variability EC boli vytvorené geoštatistickou metódou IDW (Obr. 78 a Obr. 80).

Intervaly jednotlivých tried pre obidva súbory hodnôt EC nameraných v príslušných

hĺbkach pred a po obrobení experimentálneho pozemku boli nastavené manuálne,

rešpektujúc výsledky analýzy rozptylu (ANOVA). Vďaka použitiu rovnakých

intervalov sú rozdiely medzi oboma mapami EC (pred a po kyprení pozemku) jasne

viditeľné. Cielená aplikácia obrábania pôdy vychádza z predpokladov existencie

aplikačnej mapy, ktorú možno vytvoriť buď na základe vizuálneho porovnania

obidvoch máp alebo použitím jednoduchého pomeru údajov EC nameraných

v príslušnom bode pred a po obrobení pozemku.

Obr. 78 Mapa hodnôt EC nameraných na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra pracujúceho v statickom režime v hĺbkovom intervale 0-0,3 m pred (vľavo) a po obrobení pozemku

(vpravo). Hodnoty EC sú zobrazené v mS.m-1. Žlté zóny (vpravo) reprezentujú pôdu prekyprenú do 0,3 m.

Strana 111

Obr. 79 Aplikačná mapa vytvorená ako matematický podiel hodnôt EC30 nameraných pred a po pokyprení pozemku. Červenou farbou sú zobrazené zóny, v ktorých je pôda utužená v celom pôdnom profile. Na zvyšnej časti pozemku nebolo identifikované zhutnenie do hĺbky 0,3 m.

Vizuálne porovnanie máp EC vytvorených pre prekyprenú pôdu a obidve

merané hĺbky (0-0,3 m a 0-0,9 m) umožňuje užívateľovi určiť zóny s tromi rôznymi

hĺbkami výskytu pôdneho zhutnenia. Mapa zobrazujúca hodnoty EC30 viditeľne

rozlišuje medzi oblasťami bez utuženia pôdy v profile 0-0,3 m a oblasťami zhutnenými

v celom profile. Mapa hodnôt EC90 umožňuje rozlíšiť zóny, v ktorých je pôda v profile

0-0,6 m bez utuženia, od zvyšku pozemku. Použitím a porovnaním oboch máp je možné

identifikovať zóny s pôdou kyprou do hĺbky 0,3 m, oblasti prekyprené do hĺbky 0,6 m

a taktiež časti pozemku, ktoré sú zhutnené v celom pôdnom profile.

Predpokladá sa, že v poľnohospodárskej praxi bude postup vytvárania máp

opačný ako tomu bolo v prípade tohto experimentu – teda najprv bude pozemok podrytý

a pôda dôkladne prekyprená a tento stav sa zdokumentuje informačnou mapou EC ako

východiskový. V takomto prípade bude žltá farba (Obr. 78 vpravo a Obr. 80 vpravo)

znázorňovať želaný stav – žiadne zhutnenie pôdy v profile do 0,3 m (pre hodnoty

EC30), resp. žiadne zhutnenie pôdy v profile do 0,6 m (pre hodnoty EC90). Zóny,

v ktorých v priebehu času došlo k určitému stupňu utuženia pôdy v profile 0-0,3 m (pre

hodnoty EC30), resp. 0-0.9 m (pre hodnoty EC90) budú na mape zobrazené oranžovou

alebo hnedou farbou (Obr. 78 vľavo a Obr. 80 vľavo).

Strana 112

Obr. 80 Mapa hodnôt EC nameraných na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra pracujúceho v statickom režime v hĺbkovom intervale 0-0,9 m pred (vľavo) a po obrobení pozemku

(vpravo). Hodnoty EC sú zobrazené v mS.m-1. Žlté zóny (vpravo) reprezentujú pôdu prekyprenú do 0,6 m.

Obr. 81 Aplikačná mapa vytvorená ako matematický podiel hodnôt EC90 nameraných pred a po pokyprení pozemku. Červenou a žltou farbou sú zobrazené zóny, v ktorých je pôda v profile 0-0,6 m utužená. Zóny vyznačené zelenou farbou systém identifikoval ako oblasti bez zhutnenia v profile

0-0,6 m.

Strana 113

Medzi hodnotami EC nameranými v konkrétnych hĺbkových intervaloch pred

a po obrobení pôdy kyprením bol vypočítaný matematický podiel. Predpokladá sa, že

týmto postupom bude minimalizovaný vplyv ostatných faktorov ovplyvňujúcich EC

(napr. vlhkosti pôdy). Príklad aplikačných máp vytvorených matematickým podielom

zobrazuje Obr. 79 a Obr. 81. Obr. 79 bol vytvorený ako podiel hodnôt EC30

nameraných pred obrobením pozemku a po jeho obrobení. Obr. 81 zobrazuje aplikačnú

mapu vytvorenú rovnakým spôsobom na základe hodnôt EC nameraných v profile 0-0,9

m. V tejto aplikačnej mape (Obr. 81) došlo k určitej chybe v južnej časti pozemku.

Prejavil sa tu zrejme vplyv mierne vyššieho obsahu ílu na hodnoty mernej elektrickej

vodivosti pôdy, ktorý sa však nepodarilo úplne odstrániť ani použitím matematického

podielu. Matematický podiel hodnôt EC zostal stále príliš vysoký a tým pôdu, ktorá

bola prekyprená iba do hĺbky 0,3 m mylne klasifikoval ako kyprú do 0,6 m hĺbky.

Inými slovami: pri použití priestorovo variabilného obrábania s požiadavkou na

skyprenie pôdy do 0,6 m by daná zóna zostala neobrobená. V takomto prípade sa

možno javí ako vhodnejší spôsob vizuálne porovnanie obidvoch máp EC (zobrazujúcich

EC kyprej a potenciálne utuženej pôdy) a následné manuálne vyznačenie zón, ktoré

majú byť obrobené.

Mapy EC vytvorené z hodnôt nameraných v dynamickom režime pri rýchlosti

0,05 m.s-1 podávajú podobnú obrazovú informáciu ako mapy EC vytvorené v statickom

režime (pozri Obr. 105 a Obr. 107 v Príloha 5). Aplikačné mapy (Obr. 106 a Obr. 108 v

Príloha 5) vytvorené na základe matematického podielu dynamicky zbieraných hodnôt

EC však vykazujú nižší stupeň presnosti. Nižšia presnosť aplikačných máp vytvorených

z dynamicky nameraných hodnôt EC je zrejme spôsobená nepresnosťou

v georeferencovaní nameraných hodnôt. Na základe týchto poznatkov sa pre ďalšie

meranie odporúča buď použitie priemerujúceho spôsobu záznamu hodnôt GPS alebo

použitie presnejšieho GPS prijímača (napr. tzv. sub meter).

Hodnoty EC namerané v dynamickom režime pri rýchlosti 1 m.s-1 boli na ploche

pozemku roztrúsené s veľmi malou hustotou a snímanú plochu popisovali nedostatočne.

Naviac, chybné merania spôsobené napr. stratou kontaktu medzi pôdou a elektródami

vnášali do malého základného súboru hodnôt významnú chybu. Túto skutočnosť

potvrdila aj analýza rozptylu (ANOVA), ktorá vykázala štatisticky významný rozdiel

iba medzi hodnotami EC30 nameranými na kontrolných (utužených) a obrobených

Strana 114

(prekyprených) zónach, no zvyšné merania nadobúdali pri rôznych spôsoboch

obrábania pôdy štatisticky nevýznamné rozdiely. Z uvedených dôvodov neboli údaje

mernej elektrickej vodivosti pôdy namerané pri rýchlosti 1 m.s-1 použité na vytvorenie

mapy priestorovej variability.

4.4.3 Zhodnotenie mapovania zhutnenia pôdy pomocou EM38

Hodnoty EC namerané pomocou bezkontaktného prístroja EM38 pracujúceho vo

vertikálnom meracom režime (hĺbka merania 0-1,5 m) neodrážajú zmeny objemovej

hmotnosti pôdy. Túto skutočnosť možno pozorovať jednak na grafických priebehoch

(Obr. 82 a Obr. 83), a jednak na výsledkoch analýzy rozptylu (ANOVA), ktorá

preukázala štatisticky nevýznamné rozdiely medzi hodnotami EC nameranými na

pozemku s rôznymi spôsobmi obrábania (Tab. 13). Na základe tohto poznatku je možné

vysloviť záver, že hodnoty mernej elektrickej vodivosti pôdy boli v profile 0-1,5 m

dominantne ovplyvnené inými pôdnymi vlastnosťami, ktorá mali väčší vplyv na zmeny

snímaného signálu. Vzhľadom na výsledky poľného experimentu (najmä Kapitola

4.3.3) možno predpokladať, že išlo o pôdnu textúru a vlhkosť.

0

5

10

15

20

25

30

1 6 11 16 21 26 31 36 41

Measuring point number

Soil

EC m

S/m

D D DS SC C C C C C CS

EC p

ôdy,

mS.

m-1

Číslo meracieho bodu

Obr. 82 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku pred obrobením pomocou EM38 pracujúceho vo vertikálnom režime (hĺbkový interval 0-1,5 m). C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie

(prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Strana 115

0

5

10

15

20

25

30

1 6 11 16 21 26 31 36 41

Measuring point number

Soil

EC, m

S/m

D D DS SC C C C C C CS

1E

C p

ôdy,

mS

.m-

Číslo meracieho bodu

Obr. 83 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku po jeho obrobení pomocou EM38 pracujúceho vo vertikálnom režime (hĺbkový interval 0-1,5 m). C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie

(prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Meranie uskutočnené rovnakým prístrojom, avšak pracujúcim v horizontálnom

režime (hĺbka merania 0-0,75 m), preukázalo vplyv objemovej hmotnosti pôdy na

hodnoty EC. ANOVA dokonca potvrdila štatisticky veľmi významný rozdiel medzi

hodnotami EC nameranými v zónach s obrobenou a utuženou pôdou (Tab. 13). Mapu

priestorovej variability mernej elektrickej vodivosti pôdy nameranej pomocou prístroja

EM38 pracujúceho v horizontálnom režime zobrazuje Obr. 85. V tomto prípade sú

zóny, v ktorých nedošlo k žiadnemu zhutneniu minimálne do hĺbky 0,3 m označené

žltou farbou. Istá chyba merania nastala v najjužnejšom pruhu, v ktorom bola pôda

prekyprená do hĺbky 0,3 m, no prístroj väčšinu danej plochy vyhodnotil ako oblasť s

pôdou utuženou v celom profile. Žiaľ, z dôvodu nedostatku času nebolo pôdne

prostredie experimentálneho pozemku zmapované pomocou EM38 pracujúcim

v horizontálnom režime pred jeho obrobením. Toto je tiež dôvod prečo nebolo možné

vytvoriť východiskovú a následne ani aplikačnú mapu. Pozitívnu skúsenosť

s identifikáciou zón utužených poľnou dopravou použitím EM38 vo svojej práci

dokumentuje Smith (2001).

Strana 116

0

5

10

15

20

25

30

83 88 93 98 103 108 113 118 123

Measuring point number

Soil

EC, m

S/m

D D DS SC C C C C C CS

1E

C p

ôdy,

mS

.m-

Číslo meracieho bodu

Obr. 84 Hodnoty EC namerané na experimentálnom pozemku po jeho obrobení pomocou EM38 pracujúceho v horizontálnom režime (hĺbkový interval 0-0,75 m). C-kontrolná zóna (utužená pôda

– bez obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Obr. 85 Mapa hodnôt EC nameraných na experimentálnom pozemku pomocou EM38 pracujúceho v horizontálnom režime v hĺbkovom intervale 0-0,75 m po obrobení pozemku. Hodnoty EC sú

zobrazené v mS.m-1. Žlté zóny reprezentujú pôdu prekyprenú do 0,3 m.

4.4.4 Výsledky penetrometrických meraní

Penetrometrický odpor bol meraný do hĺbky 0,5 m. Charakteristické grafické

priebehy jeho hodnôt namerané na pôde s rôznym stupňom utuženia (rôzna hĺbka

prekyprenia) pomocou Penetrologgeru Eijkelkamp sú zobrazené na Obr. 86. Z dôvodu

možného výskytu chyby merania počas zahlbovania hrotu prístroja v oblasti povrchu

pôdy, boli hodnoty z hĺbkového intervalu 0 – 0,1 m vylúčené zo základného súboru

Strana 117

meraní a neboli použité v ďalších analýzach. Z ostatných hodnôt bol pre hĺbkové

intervaly 0,1-0,3 m a 0,1-0,5 m vypočítaný aritmetický priemer penetrometrického

odporu a tieto údaje boli ďalej vyhodnotené pomocou analýzy rozptylu (ANOVA).

Výsledky analýzy ukázali, že priemerné hodnoty penetrometrického odporu

reprezentujúce obidva skúmané pôdne profily sú pre obrobenú a neobrobenú pôdu

štatisticky veľmi významne rozdielne. Štatisticky významné rozdiely penetrometrického

odporu boli zistené aj medzi zónami prekyprenými do 0,3 m a 0,6 m (Tab. 13, Obr. 87 a

Obr. 88).

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6Penetration resistance, MPa

Dep

th, c

m

Shallow compactionControl (Compacted)Deep compaction

Penetrometrický odpor pôdy, MPa

Hĺb

ka, c

m

Obr. 86 Grafický priebeh penetrometrického odporu pôdy nameraného v rôzne obrobených zónach (Pôda kyprá do hĺbky 0,3 m (merací bod č. 35), Pôda zhutnená v celom profile (merací bod č. 62),

Pôda kyprá do hĺbky 0,6 m (merací bod č. 85)).

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

1 6 11 16 21 26 31 36 41Measuring point number

Ave

rage

d so

il pe

netra

tion

resi

stan

ce, M

Pa

D D DS SC C C C C C C

Prie

mer

ná h

odno

ta p

enet

rom

etric

kého

od

poru

pôd

y, M

Pa

S

Číslo meracieho bodu

Obr. 87 Priemery hodnôt penetrometrického odporu pôdy nameraných na experimentálnom pozemku po jeho obrobení reprezentujúce profil 0,1-0,3 m. C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez

obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Strana 118

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

1 6 11 16 21 26 31 36 41Measuring point number

Ave

rage

d so

i, M

Pal p

enet

ratio

n re

sist

ance

Prie

mer

ná h

odno

ta p

enet

rom

etric

kého

od

poru

pôd

y, M

Pa

D D DS S SC C C C C C C

Číslo meracieho bodu

Obr. 88 Priemery hodnôt penetrometrického odporu pôdy nameraných na experimentálnom pozemku po jeho obrobení reprezentujúce profil 0,1-0,5 m. C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez

obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Priemerné hodnoty penetrometrického odporu pôdy boli taktiež použité pre

vytvorenie máp priestorovej variability (Obr. 89 a Obr. 91). Z týchto máp je zrejmé, že

penetrometrický odpor pôdy je spomedzi všetkých meraných ukazovateľov najcitlivejší

na zmeny objemovej hmotnosti pôdy. V ďalšom kroku boli vytvorené aplikačné mapy

navrhovaného variabilného obrábania pôdy (Obr. 90 a Obr. 92), a to podľa rovnakého

postupu akým boli spracované údaje mernej elektrickej vodivosti pôdy. Vo výsledných

aplikačných mapách, ktoré vznikli zobrazením hodnôt matematického podielu hodnôt

nameraných pred a po kyprení pozemku, sa však opäť vyskytli mierne nepresnosti.

V budúcnosti bude nevyhnutné vytvoriť kvalitný systém vyhodnocovania a tvorby

aplikačných máp. Zatiaľ sa ako vhodnejší spôsob javí vizuálne porovnanie.

Strana 119

Obr. 89 Mapy priemerných hodnôt penetrometrického odporu pôdy (profil 0,1-0,3 m) nameraného na experimentálnom pozemku pred (vľavo) a po (vpravo) obrobení. Hodnoty sú v MPa. Žlté zóny

(vpravo) reprezentujú oblasti s pôdou prekyprenou do 0,6 m, oranžové zóny znázorňujú pôdu kyprú do 0,3 m a hnedé zóny reprezentujú pôdu zhutnenú v celom profile.

Obr. 90 Aplikačná mapa vytvorená ako matematický podiel hodnôt “PR30 pred obrábaním / PR30 po obrobení”. Zelené zóny – pôda kyprá do 0,6 m; Žlté zóny – pôda kyprá do 0,3 m; Červené zóny

– pôda zhutnená v celom profile.

Strana 120

Obr. 91 Mapy priemerných hodnôt penetrometrického odporu pôdy (profil 0,1-0,5 m) nameraného na experimentálnom pozemku pred (vľavo) a po (vpravo) obrobení. Hodnoty sú v MPa. Žlté zóny

(vpravo) reprezentujú oblasti s pôdou prekyprenou do 0,6 m, oranžové zóny znázorňujú pôdu kyprú do 0,3 m a hnedé zóny reprezentujú pôdu zhutnenú v celom profile.

Obr. 92 Aplikačná mapa vytvorená ako matematický podiel hodnôt “PR50 pred obrábaním / PR50 po obrobení”. Zelené zóny – pôda kyprá do 0,6 m; Žlté zóny – pôda kyprá do 0,3 m; Červené zóny

– pôda zhutnená v celom profile.

4.4.5 Výsledky merania ohybového momentu na snímacích elementoch snímača zhutnenia pôdy

Odporová sila pôdy pôsobiaca proti pohybu nástroja vyvolávala na snímacích

elementoch snímača zhutnenia pôdy ohybový moment. Príklad grafických priebehov

ohybového momentu nameraného na experimentálnom pozemku medzi meracími

Strana 121

bodmi 1 až 41 zobrazuje Obr. 93. Na tomto obrázku sú jasne rozoznateľné rozdielne

spôsoby obrábania pôdy. Pre štatistické vyhodnocovanie rozdielov medzi jednotlivými

spôsobmi obrábania pomocou analýzy rozptylu (ANOVA) boli použité priemerné

hodnoty ohybového momentu vypočítané zo súborov hodnôt nameraných vo všetkých

snímaných hĺbkach. Výsledky analýz potvrdili štatisticky veľmi významné rozdiely

medzi hodnotami ohybového momentu nameraného v neobrobených a obrobených

oblastiach a taktiež medzi hodnotami reprezentujúcimi zóny s výskytom zhutnenia v

hlbokej (0,6 m) a plytkej (0,3 m) vrstve (Tab. 13).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Vzdialenosť od bodu "1" k bodu "41", m

Ohy

bový

mom

ent,

Nm

Hĺbka 0,35-0,40 m Hĺbka 0,30-0,35 m Hĺbka 0,25-0,30 m Hĺbka 0,20-0,25 m

D D DS SC C C C C C CS

Obr. 93 Ohybový moment nameraný v rôznych hĺbkach na ploche experimentálneho pozemku

pomocou snímača pôdneho zhutnenia. C-kontrolná zóna (utužená pôda – bez obrábania), D-hlboké prekyprenie (prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,6m), S-plytké prekyprenie

(prítomnosť zhutnenia v hĺbke 0,3m).

Priemerné hodnoty ohybového momentu nameraného pomocou snímača

pôdneho zhutnenia v štyroch rôznych hĺbkach boli tiež použité pri vytváraní mapy

priestorovej variability (Obr. 94). Mapa ohybového momentu veľmi dobre identifikuje

zhutnené oblasti pôdy, avšak napriek tomu sa v najjužnejšej časti experimentálneho

pozemku v okolí oblasti s prítomnosťou plytkého zhutnenia (0,3 m) vyskytla chyba.

Absolútne hodnoty ohybového momentu získané z tejto oblasti sú ovplyvnené zmenami

v pôdnej textúre, ktorá je v tejto časti trochu ťažšia a obsahuje väčší podiel ílovitých

častíc (pozri Kapitola 4.4.8).

Strana 122

Obr. 94 Mapa variability ohybového momentu nameraného snímačom zhutnenia pôdy na ploche experimentálneho pozemku po jeho obrobení. Hodnoty sú zobrazené v Nm. Žlté zóny obsahujú

zhutnenú vrstvu v hĺbke 0,6 m, oranžové zóny sú zhutnené v hĺbke 0,3 m a hnedé oblasti sú zhutnené v celom pôdnom profile.

4.4.6 Prehľad výsledkov analýzy rozptylu (ANOVA) pre experiment náhodne usporiadaných blokov

Absolútne hodnoty ohybového momentu boli v tejto oblasti ovplyvnené zmenou pôdneho typu

Celkový prehľad výsledkov analýzy rozptylu (ANOVA), ktorou boli

vyhodnocované merania tohto experimentu, sú uvedené v Tab. 13. Tabuľka zobrazuje

štatistickú významnosť rozdielov jednotlivých meraní uskutočnených pri rôznych

spôsoboch obrobenia pôdy.

Ďalšie vyhodnocovanie meraní spočívalo v porovnaní pomerov (matematických

podielov) hodnôt EC získaných pred a po kyprení pôdy. Matematický podiel hodnôt,

ako vyjadrenie relatívnych rozdielov, bol uprednostnený pred matematickým rozdielom

vyjadrujúcim absolútne rozdiely, ktoré môžu byť väčšou mierou ovplyvnené zmenami

vlhkosti pôdy. Štatistickým vyhodnotením pomerov hodnôt mernej elektrickej vodivosti

pôdy nameraných konduktometrom pracujúcim v statickom režime bol potvrdený

štatisticky veľmi významný rozdiel medzi údajmi nameranými v zhutnených

a prekyprených zónach. Medzi pomernými hodnotami EC nameranými v zónach

s rôznou hĺbkou výskytu utuženej vrstvy (0,3 m a 0,6 m) bola však potvrdená len

štatisticky nevýznamná diferencia (Tab. 13). Celkový prehľad výsledkov analýzy

rozptylu (ANOVA) pre všetky hodnotené súbory údajov je uvedený v Tab. 13.

Strana 123

Tab. 13 Prehľad výsledkov analýzy rozptylu (ANOVA) zobrazujúci štatistickú významnosť rozdielov jednotlivých meraní pri rôznych spôsoboch obrábania (* - štatisticky významný rozdiel na hladine významnosti 95%, ** - štatisticky veľmi významný rozdiel na hladine významnosti 99%, NS – štatisticky nevýznamný rozdiel).

Parameter, Podmienky merania Merací prístroj

Neobrobená verzus Obrobená pôda

Hlboké verzus Plytké zhutnenie

EC30 (staticky) Konduktometer ** NS

EC90 (staticky) Konduktometer * NS

EC150 (staticky) EM38 vertikálny merací režim NS NS

EC75 (staticky) EM38 horizontálny merací režim ** NS

Penetrometrický odpor PR30 (staticky) Kužeľový penetrometer ** *

Penetrometrický odpor PR50 (staticky) Kužeľový penetrometer ** *

Ohybový moment (0,25 m.s-1) Snímač zhutnenia pôdy ** **

EC30 (0,05 m.s-1) Konduktometer ** NS

EC90 (0,05 m.s-1) Konduktometer * NS

EC30 (1 m.s-1) Konduktometer * NS

EC90 (1 m.s-1) Konduktometer NS NS

Matematický pomer EC90 (staticky) Konduktometer

** NS

Matematický pomer EC30 (staticky) Konduktometer ** NS

Matematický pomer EC150 (staticky) EM38 vertikálny režim NS NS

Matematický pomer penetrometrického odporu PR30 (staticky) Kužeľový penetrometer

** *

Strana 124

Tab. 13 (Pokračovanie).

Parameter, Podmienky merania Merací prístroj

Neobrobená verzus Obrobená pôda

Hlboké verzus Plytké zhutnenie

Matematický pomer penetrometrického odporu PR50 (staticky) Kužeľový penetrometer

** **

Matematický pomer EC30 (0,05 m.s-1) Konduktometer ** NS

Matematický pomer EC90 (0,05 m.s-1) Konduktometer ** **

Matematický pomer EC30 (1 m.s-1) * NS Konduktometer

Matematický pomer EC90 (1 m.s-1) Konduktometer * NS

4.4.7 Zhodnotenie výsledkov regresnej analýzy

Hodnoty mernej elektrickej vodivosti, penetrometrického odporu a ohybového

momentu namerané v rôznych hĺbkach pôdneho profilu boli vyhodnotené aj pomocou

regresnej analýzy. Najlepší vzájomný vzťah bol zistený medzi hodnotami EC30 a PR30,

resp. medzi EC30 a PR50 (Obr. 95 a Obr. 96). V grafoch znázorňujúcich vzťah EC

a SCS a taktiež PR a SCS sú jednotlivé body viac rozptýlené. Príklad takéhoto priebehu

uvádza Obr. 97. Regresnou analýzou nebol zistený žiaden vzťah (t.j. nebol zistený

štatisticky významný rozdiel od nuly) medzi PR a EC150 a rovnako aj medzi SCS

a EC150. Nižšie uvedené grafické priebehy môžu v budúcnosti slúžiť ako kalibračné

priamky, avšak len v prípade, že podmienky merania budú blízke podmienkam

uvedeným v Kapitole 4.4.8.

Strana 125

PR30

, MPa

EC30, mS.m-1

Obr. 95 Diagram rozptylu EC30 nameranej v statickom režime a PR30.

Obr. 96 Diagram rozptylu EC30 nameranej v statickom režime a PR50.

PR50

, MPa

EC30, mS.m-1

Strana 126

PR30

, MPa

SCS, Nm

Obr. 97 Diagram rozptylu priemerných hodnôt ohybového momentu v profile 0,2-0,4 m nameraných prístrojom na snímanie zhutnenia pôdy a PR30.

4.4.8 Výsledky analýzy pôdnych vzoriek

Pôdne prostredie experimentálneho pozemku bolo pomerne homogénne.

Relatívna vlhkosť pôdy dosahovala hodnotu približne 15 % (hmotnostných) a okolo

tejto hodnoty kolísala len mierne. Väčšie odchýlky boli zistené v hlbších pôdnych

vrstvách, kde sa menila od 13 % do 17 % (Tab. 14).

Tab. 14 Relatívna vlhkosť pôdy (v hmotnostných %) pred obrábaním pozemku a po obrábaní. Hĺbka

0-0,3 m 0,3-0,6 m Odberný bod Obrábanie

pred po pred po 35 Plytké zhutnenie v hĺbke 0,3 m 14,91 15,91 16,59 16,92 62 Kontrolné (utužená pôda) 14,12 14,45 13,15 13,96 85 Hlboké zhutnenie v hĺbke 0,6 m 15,30 15,82 15,03 15,45

Obsah organickej hmoty bol veľmi nízky a v orničnej vrstve dosahoval hodnoty

v rozmedzí od 3,1 % do 3,6 %. V hlbších pôdnych vrstvách (0,3-0,6 m) bol obsah

organickej hmoty len 1,7 % až 2,8 % (Tab. 15). Kobza (2005) a Širáň (2005)

odporúčajú zvýšiť obsah organickej hmoty zapracovaním pozberových zvyškov do

pôdy alebo aplikáciou maštaľného hnoja. Zvýšením podielu organickej hmoty sa obnoví

prirodzená aktivita a život pôdnej fauny a zníži sa náchylnosť pôdy na vznik utlačenia.

Strana 127

Tab. 15 Obsah organickej hmoty (metódou stanovenia strát pri horení) (%). Hĺbka Odberný

bod Obrábanie 0-0,3 m 0,3-0,6 m

35 Plytké zhutnenie v hĺbke 0,3 m 3,6 2,862 Kontrolné (utužená pôda) 3,1 1,785 Hlboké zhutnenie v hĺbke 0,6 m 3,3 2,2

Nízke hodnoty boli zistené aj pre mernú elektrickú vodivosť nasýtenej pôdnej

pasty. Na základe týchto výsledkov bola pôda v zmysle britskej normy (BS EN 13039)

na celej ploche experimentálneho pozemku posúdená ako nezasolená (ECe dosahovala

hodnoty pod 200 mS.m-1). Medzi hodnotami nameranými naprieč experimentálnym

pozemkom vidno istý stupeň variability, kedy sa hodnoty ECe v bodoch 62 a 85

pohybovali v rozsahu 47,6 mS.m-1 až 55,1 mS.m-1, no v odbernom bode 35 (blok č. 3)

stúpli na viac ako 60 mS.m-1 (Tab. 16). Tento jav je zrejme spôsobený mierne vyšším

obsahom pôdnych solí v bloku č. 3. Ak sa vyšší obsah pôdnych solí spojí s vyššou

relatívnou vlhkosťou pôdy ako tomu bolo práve v tomto prípade v oblasti odberného

bodu č. 35, pôdne soli rozpustené vo vodnom roztoku vytvárajú elektrolyt, ktorý

spôsobí nárast hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy.

Tab. 16 Merná elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty (ECe, hodnoty sú v mS.m-1). Hĺbka Odberný

bod Obrábanie 0-0,3 m 0,3-0,6 m

35 Plytké zhutnenie v hĺbke 0,3 m 67,3 60,862 Kontrolné (utužená pôda) 55,1 48,785 Hlboké zhutnenie v hĺbke 0,6 m 47,6 49,1

Hodnoty pH boli vyrovnané a menili sa v úzkom intervale 7,5 až 7,9 (Tab. 17),

čo znamená neutrálnu (6,6 – 7,5) až mierne zásaditú (7,6 – 9,5) pôdnu reakciu.

Tab. 17 Pôdna reakcia pH. Hĺbka Odberný

bod Obrábanie 0-0,3 m 0,3-0,6 m

35 Plytké zhutnenie v hĺbke 0,3 m 7,6 7,562 Kontrolné (utužená pôda) 7,9 7,985 Hlboké zhutnenie v hĺbke 0,6 m 7,6 7,5

Granulometrické zloženie pôdy bolo analyzované pomocou pipetovacej metódy.

Na základe získaných výsledkov bol pôdny druh experimentálneho pozemku určený

ako piesočnato-hlinitý. Len v hlbšej vrstve (0,3-0,6 m) bloku 3 bol mierne zvýšený

obsah ílu, čo ovplyvnilo klasifikáciu pôdneho druhu v tejto lokalite, ktorý bol určený

ako piesočnato-ílovito-hlinitý (Tab. 18).

Strana 128

Tab. 18 Pôdne druhy experimentálneho pozemku stanovené na základe výsledkov analýzy zrnitostného zloženia pôdy.

Hĺbka Odberný bod Obrábanie

0-0,3 m 0,3-0,6 m 35 Plytké zhutnenie v hĺbke 0,3 m Piesočnato-hlinitá Piesočnato-ílovito-hlinitá62 Kontrolné (utužená pôda) Piesočnato-hlinitá Piesočnato-hlinitá85 Hlboké zhutnenie v hĺbke 0,6 m Piesočnato-hlinitá Piesočnato-hlinitá

Vyššie uvedené rozdiely, ktoré boli identifikované na experimentálnom

pozemku v rámci bloku č. 3, predovšetkým vyššia merná elektrická vodivosť nasýtenej

pôdnej pasty, vyšší obsah ílovitých častíc a vyššia relatívna vlhkosť pôdy vniesli do

základného súboru nameraných hodnôt mernej elektrickej vodivosti pôdy trend, ktorý

zreteľne rastie smerom k bloku č. 3 a spôsobil nárast hodnôt mernej elektrickej

vodivosti pôdy základného súboru (pozri Obr. 72 – Obr. 75).

4.4.9 Závery experimentu náhodne usporiadaných blokov

Hodnoty EC namerané v statickom a dynamickom režime (pri rýchlosti 0,05

m.s-1) na ploche experimentálneho pozemku sa vyznačujú vzájomnou zhodou, pričom

koeficient ich vzájomnej regresie (R2) nadobúda hodnoty 0,89 pre pôdny profil 0-0,3 m,

resp. 0,92 pre profil 0-0,9 m.

Pomocou uskutočnených experimentov bolo zistené, že pôdna EC nameraná

v hĺbkovom intervale 0-0,3 m dokáže spoľahlivo rozlíšiť zóny, v ktorých je pôda

prekyprená do hĺbky 0,3 m a zóny, v ktorých je pôda utužená v celom profile. Podobne

hodnoty EC namerané v hĺbkovom intervale 0-0,9 m dokážu rozlíšiť lokality, v ktorých

je pôda prekyprená do hĺbky 0,6 m od zvyšku pozemku. Z uvedeného vyplýva, že

pomocou oboch súborov údajov je možné identifikovať zóny, v ktorých je pôda kyprá

do hĺbky 0,3 m, do 0,6 m a v ktorých je utužená v celom profile. Následne je možné

v jednotlivo identifikovaných zónach aplikovať cielené variabilné obrábanie pôdy.

Najspoľahlivejšie podklady pre určenie rôznych stupňov pôdneho zhutnenia

poskytol snímač pôdneho zhutnenia a penetrometer. Veľmi presné hodnoty namerané

pomocou snímača pôdneho zhutnenia však boli mierne ovplyvnené zmenami v pôdnej

textúre. Najväčšími nedostatkami penetrometrických meraní sú veľká prácnosť a časová

náročnosť. Konštrukcia použitého snímača pôdneho zhutnenia vyžaduje, aby bol

uchytený na ráme podryváku, ktorý zaručuje jeho lepšie zahĺbenie do pôdy a priečnu

stabilitu pri meraní. Použitie podryváku však zvyšuje energetickú náročnosť tohto

Strana 129

merania. Druhé najlepšie výsledky pre identifikáciu rôznych hĺbok pôdneho zhutnenia

boli dosiahnuté pomocou konduktometra, ktorý umožňuje merať kontinuálne, avšak

s podstatne nižšími energetickými nárokmi. Hodnoty EC namerané v hĺbke 0-0,75 m

pomocou bezkontaktného prístroja EM38 pracujúceho v horizontálnom režime umožnili

s menšou presnosťou rozlíšiť jedine zóny, v ktorých bola pôda skyprená do hĺbky 0,3

m, od zón obsahujúcich pôdu utuženú v celom profile.

Aplikačná mapa, ktorá bude zobrazovať zóny cieleného variabilného obrábania

pôdy, môže byť vytvorená buď manuálne na základe vizuálneho porovnania máp

zobrazujúcich želaný a aktuálny stav pozemku, alebo použitím matematického podielu

týchto dvoch máp. Nakoľko vplyv vlhkosti sa na rôznych pôdnych druhoch neprejaví

rovnako, bolo by žiaduce, aby boli obidve mapy (zobrazujúce želaný a skutočný stav)

vytvorené pri približne rovnakých podmienkach.

Nevyhnutnosťou pre praktické využitie konduktometra na mapovanie variability

pôdneho zhutnenia je zvýšenie jeho vzorkovacej frekvencie na 20 Hz až 30 Hz, ktorá by

umožňovala získať potrebné množstvo údajov o pozemku, a to vo vhodnom rozsahu

pojazdových rýchlostí.

Možno vysloviť predpoklad, že bezkontaktný snímač mernej elektrickej

vodivosti pôdy určený na snímanie plytšieho pôdneho profilu (napr. 0-0,3 m) by

dokázal odstrániť nedostatky kontaktného snímača spočívajúce v nedokonalom kontakte

elektród s pôdou, pričom by zároveň dokázal zaznamenať zmeny v objemovej

hmotnosti pôdy.

Strana 130

5 Návrh na využitie výsledkov

5.1.1 Vo výskume

Navrhovanú metodiku merania a vyhodnocovania výsledkov meraní EC za

účelom identifikácie priestorovej variability zhutnenia pôdy sa odporúča

experimentálne preveriť v rôznych pôdnych podmienkach, a to najskôr v experimentoch

menšieho rozsahu a následne uskutočnením poľných pokusov. Ďalej je potrebné hlbšie

preskúmať možnosti geoštatistického spracovania údajov a otestovať viaceré

geoanalytické nástroje vyhodnocovania informačných máp. Ideálnym riešením je vývoj

automatizovaného systém vytvárania aplikačných máp.

Vzorkovacia frekvencia konduktometra sa ukázala ako nepostačujúca.

Konduktometer je pri použití staršej verzie procesora schopný merať s frekvenciou 0,2

Hz a pri procesore novšej generácie umožňuje získavať údaje pri frekvencii 0,833 Hz.

Takáto vzorkovacia frekvencia zodpovedá vzájomnej vzdialenosti dvoch za sebou

nasledujúcich meraní 5 metrov, resp. 1,2 metra, pri rýchlosti pohybu prístroja 1 m.s-1. Je

potrebné vykonávať merania v rozlíšení aspoň 0,5 m, aby bolo možné identifikovať aj

zhutnenie spôsobené pneumatikami poľnohospodárskych strojov. Keďže pracovná

rýchlosť kontaktných a bezkontaktných snímačov môže byť – a z pohľadu produktivity

práce je žiaduce, aby bola – vyššia, vhodná vzorkovacia frekvencia musí byť vyššia ako

2 Hz. Odporúčaná hodnota frekvencie zberu údajov pri vyšších pracovných rýchlostiach

a pre získanie dostatočného množstva nameraných hodnôt je 20 Hz až 30 Hz.

Z pohľadu poznania závislostí medzi kontaktnou plochou diskových elektród

meniacou sa pri ich zahĺbení do pôdy a hodnotami mernej elektrickej vodivosti pôdy sa

odporúča v rámci riešenia diplomovej práce uskutočniť sériu laboratórnych meraní

a definovať platný vzťah.

V rámci budúceho výskumu by bolo vhodné preskúmať možnosti konštrukcie

bezkontaktného prístroja pracujúceho na princípe EMI do hĺbky pôdneho profilu

približne 0,3 metra. Takéto riešenie by vylúčilo chyby spôsobené nedostatočným

kontaktom a je predpoklad, že by umožnilo jednoduché, rýchle a spoľahlivé

zmapovanie poľnohospodárskych pozemkov s cieľom identifikácie variabilného

utlačenia pôdy.

Strana 131

5.1.2 V poľnohospodárskej praxi

Pre praktické použitie mapovania EC za účelom identifikácie priestorovej

variability zhutnenia pôdy sa odporúča zmapovať EC prekypreného pozemku a vytvoriť

východiskovú mapu. Takáto mapa bude slúžiť ako základ pre budúce porovnávanie

s mapami vytvorenými pre rovnaký pozemok, avšak s potenciálne zhutnenou pôdou.

Z hľadiska minimalizácie nežiaduceho efektu vlhkosti pôdy sa odporúča vytvoriť

obidve mapy pri približne rovnakých podmienkach merania. Následné porovnanie

východiskovej mapy s mapou vytvorenou pre potenciálne utuženú pôdu sa môže

uskutočniť buď vizuálne alebo vypočítaním a zobrazením matematického podielu oboch

máp. Je možné, že iné techniky porovnávania priestorových dát prinesú lepšie výsledky

ako matematický podiel použitý v tejto práci.

Ak jestvuje predpoklad, že pôda pozemku je utužená periodicky (napr. skryté, či

neviditeľné koľajové riadky), odporúča sa vykonávať mapovanie mernej elektrickej

vodivosti pôdy kolmo na smer predpokladanej periodicity.

Z hľadiska získania spoľahlivých údajov je pri použití metódy priameho

kontaktu nevyhnutné zabezpečiť dobrý kontakt medzi pôdou a diskovými elektródami.

Z toho dôvodu sa odporúča závesy elektród vybaviť vinutými pružinami s väčším

predpätím alebo použiť sústavu závaží, ktoré by elektródy spoľahlivo zatláčali do pôdy.

Taktiež možno preveriť použitie diskov s rozličným tvarovým vyhotovením (napr.

vejárové disky a pod.).

5.1.3 Vo vyučovacom procese

Nové poznatky z oblasti mapovania priestorovej variability objemovej hmotnosti

pôdy s využitím prístroja na snímanie zhutnenia pôdy, kužeľového penetrometra, a tiež

merania mernej elektrickej vodivosti pôdy obsiahnuté v tejto práci odporúčam

zapracovať do učebných osnov odborného predmetu „Mechanizácia rastlinnej výroby“.

Odporúčam oboznámiť študentov o možnostiach štatistického a geoštatistického

spracovania, analyzovania a modelovania priestorových údajov. Na tento účel

odporúčam vytvoriť samostatný odborný predmet „Geografické informačné systémy“,

v rámci ktorého študenti získajú potrebné zručnosti pri spracovávaní a vyhodnocovaní

priestorových dát.

Strana 132

6 Záver

V rámci riešenia dizertačnej práce bolo experimentálne dokázané, že hodnoty

EC namerané pomocou konduktometra v hĺbkovom rozsahu 0-0,3 m sú schopné

identifikovať zóny pozemku, na ktorých je pôda prekyprená do hĺbky 0,3 m a taktiež

oblasti, na ktorých je pôda utužená v celom pôdnom profile. Údaje mernej elektrickej

vodivosti pôdy popisujúce hĺbkový profil 0-0,9 m umožňujú rozlíšiť zóny prekyprené

do hĺbky 0,6 m od zvyšku pozemku. Z uvedeného vyplýva, že pomocou obidvoch

súborov údajov je možné identifikovať tri rozličné stupne pôdneho utuženia – pôda

zhutnená v celom profile, pôda kyprá do hĺbky 0,3 m a pôda kyprá do 0,6 m.

Kľúčovým výsledkom experimentov bolo vytvorenie aplikačných máp určených

ako podklad pre cielené variabilné hĺbkové obrábanie pôdy, založené na mapovaní

mernej elektrickej vodivosti pôdy. Praktické využitie tejto metódy sa vo svojej podstate

opiera o porovnávanie dvoch máp: Mapy, ktorá bude použitá ako štandard pre budúce

porovnávania, a ktorá musí byť vytvorená v stave želaného prekyprenia pôdy; a mapy,

ktorá bude charakterizovať EC zhutneného pozemku. Odporúča sa, aby boli obidve

mapy vytvorené pri podobných vlhkostných podmienkach, aby sa tak minimalizoval

vplyv vlhkosti pôdy. Aplikačná mapa cieleného variabilného obrábania pôdy môže byť

vytvorená buď manuálne pomocou vizuálneho porovnania východiskovej mapy

(prekyprená pôda) a neskoršej mapy (zhutnené zóny), alebo pomocou vhodných

matematických operácií, ako napríklad matematický podiel, ktorý bol použitý v tejto

práci. Každoročným porovnávaním týchto máp je možné stanoviť určité stratégie

kyprenia pôdy v ohrozených zhutnených oblastiach.

Strana 133

7 Zoznam použitej literatúry 1. ADAMCHUK, V.I. et al. 2003. Instrumentation system for variable depth tillage. Paper No. 03-1078.

St. Joseph, Michigan: ASAE, 2003

2. ADAMCHUK, V.I., JASA, P.J. 2002. On-the-go vehicle-based soil sensors. In University of Nebraska Cooperative Extension EC 02-178.

3. ALLMARAS, R.R., BLACK A.L., RICKMAN, R.W. 1973. Tillage, soil environment and root growth, In Proc. Natl. Conserv. Til. Conf. Des Moines, Iowa, 1973, s. 62–86

4. ASAE S313.3: 2000, Soil cone penetrometer.

5. BAJLA, J., 1998. Penetrometrické merania pôdnych vlastností. Nitra : VES SPU v Nitre, 1998. 112 s. ISBN 80-7137-543-8

6. BAKKEN, L.R., BORRESEN, T., NJOS, A. 1987. Effect of soil compaction by tractor traffic on soil structure, denitrification, and yield of wheat. In Journal of Soil Science, roč. 38, 1987, č. 3, s. 541 – 552.

7. BENGOUGH, A.G. 1991. The penetrometer in relation to mechanical resistance to root growth. In Soil analysis: Physical methods. New York: Marcel Dekker, Inc., 1991, s. 431 – 445.

8. BRADY, N.C., WEIL, R.R. 1999. The nature and properties of soils, 12th edition edition. Prentice Hall, Upper Saddle River, N.J.

9. BRITISH STANDARD BS 7755 Section 5.4: 1998, Determination of particle size distribution in mineral soil material – Method by sieving and sedimentation.

10. BRITISH STANDARD BS EN 13039: 2000, Determination of the organic matter content and ash.

11. BRITISH STANDARD BS ISO 10390: 2005, Determination of pH.

12. CARR, C. 1982. Handbook on Soil Resistivity Surveying : Interpretation of Data from Earthen Archeological Sites. Evaston : Center for American Archeology Press, Evanston, Illinois, 1982. 676 s.

13. CLARK, R.L., KISSEL, D.E., CHEN, F. et al. 2000. Mapping soil hardpans with the penetrometer and soil electrical conductivity. ASAE Paper No. 001042, ASAE, St. Joseph, MI, 2000.

14. CODER, K.D. 2000. Causes of Soil Compaction. University of Georgia School of Forest Resources, Athens, GA

15. COMMITTEE TO REVIEW THE SCIENTIFIC EVIDENCE ON THE POLYGRAPH, DIVISION OF BEHAVIORAL AND SOCIAL SCIENCES AND EDUCATION, NATIONAL RESEARCH COUNCIL. 2002. The Polygraph and Lie Detection. Washington, DC : The National Academies Press, 2002. 416 s. ISBN 0-309-08436-9.

16. CORWIN, D.L., LESCH, S.M. 2005a. Apparent soil electrical conductivity measurements in agriculture. In Computers and Electronics in Agriculture, roč. 46, 2005, s. 11-43. ISSN 0168-1699.

17. CORWIN, D.L., LESCH, S.M. 2005b. Characterizing soil spatial variability with apparent soil electrical conductivity: I. Survey Protocols. In Computers and Electronics in Agriculture. roč. 46, 2005, s. 103-133. ISSN 0168-1699.

18. CROP TECHNOLOGY. 2005. Soil Doctor® System… (ca 2005) [online] Bandera : Crop Technology, aktualizované 2006. [cit. 2006-10-27]. Dostupné na: <http://www.soildoctor.com>.

19. DAVIS, G., KITCHEN, N.R., SUDDUTH, K.A. et al. 1997. Using electromagnetic induction to characterize soils. In Better Crops, roč. 81, 1997, č. 4, s. 6-8.

20. DAVIS, J. L., ANNAN, A. P. 1989 Ground-penetrating radar for high-resolution mapping of soil and rock stratigraphy. In Geophysical Prospecting, roč. 37, 1989, s. 531-551.

21. DOERGE, T., KITCHEN, N.R., LUND, E.D. 2001. Soil Electrical Conductivity Mapping. SSMG-30. Site-Specific Management Guidelines. Potash & Phosphate Institute (PPI), 2001.

22. DOOLITTLE, J.A., INDORANTE, S.J., POTTER, D.K. et al. 2002. Comparing three geophysical tools for locating sand blows in alluvial soils of southeast Missouri. In J. Soil Water Conserv., roč. 57, 2002, s. 175–182. ISSN 0022-4561.

Strana 134

23. DROMMERHAUSEN, D.J. et al. 1995. Electromagnetic conductivity surveys of dairies for groundwater nitrate. In Journal of Environmental Quality, roč. 24, 1995, s. 1083-1091. ISSN 1537-2537.

24. DUIKER, S.W. 2004. Effects of soil compaction. The Pennsylvania State Univ., University Park.

25. EAVIS, B.W., PAYNE, D. 1969. Soil physical condition and root growth. In Root growth. Butterwolh. London, 1969, s. 316 – 338.

26. EIJKELKAMP. 2007. Operating instructions. 06.15.SA Penetrologger set . 2007 [online] B. m. : Eijkelkamp, aktualizované 2007. [cit. 2007-05-28]. Dostupné na: <http://www.eijkelkamp.com/files/M1-0615SAe%20Penetrologger.pdf>.

27. EUROPEAN COMMISSION. 2006. Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council establishing a framework for the protection of soil and amending Directive 2004/35/EC. ( COM(2006) 232 ), Brusel.

28. FIALA, K., et al. 1999. Záväzné metódy rozborov pôd : Čiastkový monitorovací systém – pôda. Bratislava : VÚPOP, 1999. 142 s. ISBN 80-85361-55-8.

29. FLORES, J., NAVAR, J. 2002 An Assessment of Stream Water Quality of the Rio San Juan, Nuevo Leon, México, 1995-1996. In J. Environ. Qual., roč.31, 2002, s. 1256-1265. ISSN 0047-2425.

30. FRANZEN, D. 1999. Site-specific farming — number 2 : Soil sampling and variable-rate fertilizer application. 1999 [online] Fargo : NDSU, aktualizované 1999. [cit. 2005-05-10]. Dostupné na: <http://www.ext.nodak.edu/extpubs/plantsci/soilfert/sf1176-2.htm>.

31. GENCER, N.G., TEK, M.N. 1999 Electrical Conductivity Imaging via Contactless Measurements. In IEEE Transactions on Medical Imaging, roč. 18, 1999, s.617-627. ISSN 0278-0062.

32. GEOMODEL. 2007. Ground penetrating radar. Basic operating principles. 2007 [online] B. m. : Geomodel, aktualizované 2007. [cit. 2007-05-15]. Dostupné na: <http://www.geomodel.com/gprtext.htm>.

33. GEONICS LIMITED. 1980. Electrical conductivity of soils and rocks. Technical Note 5. 1980 [online] Mississauga : Geonics Limited, aktualizované 2004, [cit. 2005-05-10]. Dostupné na: <http://www.geonics.com/lit.html>.

34. GEONICS LIMITED. 2001. EM38-DD Ground Conductivity Meter - Dual Dipole Version : Operating manual. Ontario, 2001. 34 s.

35. GLOBAL SECURITY. (2005) AN/PSS-12 Mine Detector. (ca 2005) [online] Alexandria : Global Security, aktualizované 2005. [cit. 2006-12-16]. Dostupné na: <http://www.globalsecurity.org/military/systems/ground/an-pss-12.htm>.

36. GRAY, L.E., POPE, R.A. 1986. Influence of soil compaction on soybean stand, and yield and phytophthora root rot incidence. In Agronomy Journal, roč. 78, 1986, č. 1, s. 189 – 191.

37. HALL, E., RAPER, R.L. 2005. Development and concept evaluation of an on-the-go soil strength measurement system. In Transactions of the ASAE, roč. 48, 2005, č. 2, s. 469-477.

38. HINDICKÝ, M. 2007. Elektrická vodivosť ako faktor produkčnej schopnosti pôdy : diplomová práca. Nitra : SPU, 2007. 82 s.

39. CHUKWU, E., BOWERS, C.G., ml. 2005. Instantaneous multiple-depth soil mechanical impedance sensing from a moving vehicle. In Transactions of the ASAE, roč. 48, 2005, s. 885–894.

40. CHUNG, S.O., SUDDUTH, K.A., HUMMEL, J.W. 2006. Design and validation of an on-the-go soil strength profile sensor. In Transactions of the ASABE, roč. 49, 2006, č. 1, s. 5-14.

41. INFOTERRA Ltd AND BLUESKY©. 2007.

42. ISO 11277: 1998.

43. JABRO, J.D., EVANS, R.G., KIM, Y. et al. 2005. Spatial variability of the apparent electrical conductivity and cone index as measured with sensing technologies: assessment and comparison. In ASABE Pacific Northwest Section Meeting. Lethbridge, Alberta, Canada, September 22-24, 2005. Paper PNW05-1017.

Strana 135

44. JAMES, I. T., WAINE, T. W., GODWIN, R. J. 2000. A Comparison between traditional methods and EMI scanning for determining soil textural boundaries. In EurAgEng. Paper No. 00-PA-013, AgEng2000 Warwick, UK, 2000.

45. JOHNSON, C.K., DORAN, J.W., EGHBALL, B. et al. 2003. Status of soil electrical conductivity studies by central state researchers. In Trans. ASAE, roč. 48, 2003, č. 3, s. 979–989.

46. JONES, R., SPOOR, G., THOMASSON, A.J. 2003. Vulnerability of Subsoils in Europe to Compaction. A Preliminary Analysis. In Soil & Tillage Research, roč. 73, 2003, s. 131-143.

47. KACHANOSKI, R.G. et al. 1988. Estimating spatial variations of soil water content using noncontacting electromagnetic inductive methods. In Can. J. Soil Sci., roč. 68, 1988, s. 715 – 722.

48. KOBZA, J. 2005. Súčasný vývoj a ochrana poľnohospodárskych pôd Slovenska. In Naše pole, roč. 9, 2005, č. 7, s. 28. ISSN 1336-2666.

49. KOLLÁROVÁ, K., KRAJČO, J., PLAČKO, M. 2007a. Ocena zmienności przestrzennej wilgotności gleby na podstawie map konduktywności elektrycznej. In Inżynieria Rolnicza, roč. 12, 2007, č. 6, s. 73-80. ISSN 1429-7264.

50. KRAJČO, J. 2007 Detection of soil compaction using soil electrical conductivity. [S.l. : s.n.], 2007. 144 s. The degree of Master of Science - Cranfiel University, Schol of applied scienc, 2007.

51. KRAJČO, J., JOBBÁGY, J. 2006. Elektrická konduktivita a vlhkosť pôdy. In VIII. medzinárodná vedecká konferencia mladých 2006. Zvolen : Technická univerzita Zvolen, 2006, s. 102-108. ISBN 80-228-1596-9.

52. KRAJČO, J., PISZCZALKA, J., KOLLÁROVÁ, K. 2009. Application of soil electrical conductivity and granulometric composition assessment to provide site-specific variability of soil conditions. In Annals of Warsaw University of Life Sciences - SGGW : agriculture, 2009, č. 53, s. 23-32. ISSN 1898-6730.

53. KRAJČO, J., WAINE, T.W., GODWIN, R. J. 2007b. Relathioship between electrical conductivity and soil compaction. In Advances in labour and machinery management for a profitable agriculture and forestry. Nitra : Slovak University of Agriculture, 2007, s. 409-416. ISBN 80-8069-924-6.

54. LEICA GEOSYSTEMS. 2006 [online] Heerbrugg : Leica Geosystems, aktualizované 2006. [cit. 2006-05-10]. Dostupné na: <http://www.leica-geosystems.com/en/Leica-GS20-Professional-Data-Mapper_4502.htm>.

55. LUND, E.D., CHRISTY, C.D., DRUMMOND, P.E.. 1999. Practical applications of soil electrical conductivity mapping. In Precision Agriculture ’99, Proc. of the 2nd European Conf. on Precision Agriculture [online]. B. m. : B. v., 1999 [cit. 2005-05-10]. s. 771-779. Dostupné na: <http://www.veristech.com/research.htm>.

56. MALO, D.D., LEE, D.K., LEE, J.H. et al. 2001a. Soil Moisture, Bulk Density, Soil Temperature, and Soil Sensor (Veris 3100® and Geonics EM38®) Relationships: Part 1 – Moody County Site : Progress report, South Dakota State University, Brookings, 2001.

57. MALO, D.D., LEE, D.K., LEE, J.H. et al. 2001b. Soil Moisture, Bulk Density, Soil Temperature, and Soil Sensor (Veris 3100® and Geonics EM38®) Relationships: Part 2- Brookings County Site : Progress report, South Dakota State University, Brookings, 2001.

58. MAŠEK, J. 2005. Technologie zpracování půdy. In Mechanizace zemědělství, roč. 54, 2005, č. 8, s. 50-55. ISSN 0373-6776.

59. McNEILL, J. D. 1992. Rapid, accurate mapping of soil salinity by electromagnetic ground conductivity meters.In: TOPP, G.C., REYNOLDS, W.D., GREEN, R.E. [s.a] Advances in measurement of soil physical properties: Bringing theory into practice. In SSSA Spec. Publ. 30. ASA, CSSA and SSSA, Madison, WI., [s.a], s. 209-229.

60. McNEILL, J.D. 1980. Electrical Conductivity of soils and rocks. Technical Note TN-5. Geonics Ltd., Mississauga, ON, Canada, 22 s.

61. MILSOM, J. 2003. Field geophysics. Third edition. Chichester : John Wiley & Sons Ltd, Chichester, England, 2003, 232 s., ISBN 0-470-84347-0

62. MIŠTINA, T. et al. 1993. Ochranné obrábanie pôdy. VÚRV Piešťany, 1993, 167 s. ISBN : 80-7137-125-4.

Strana 136

63. OKM ORTUNGSTECHNIK GmbH. 2005. Manufacturer of metal detector, Magnetometer, Ground Penetrating Radar and geophysical instrument. (ca 2005) [online] Windischlueba : OKM Ortungstechnik GmbH, aktualizované 2005. [cit. 2006-10-21]. Dostupné na: <http://www.futuretreasure.com>.

64. OXFORD REFERENCE. 1992. A concise dictionary of physics. Oxford : Oxford University Press, 1992. 320 s.

65. PIRES, S.M.G.M. 2004. Proximal remote sensing of soil physical conditions and water availability for precision farming : dizertačná práca. Cranfield : Cranfield University, 2004.

66. PISZCZALKA, J., KRAJČO, J., HALAJ, P. 2006 Elektrická konduktivita a produkčné zóny pôdy. In Aktuální problémy využívání zemědělské techniky : mezinárodní vědecká konference, Český Krumlov 1.6.-2.6.2006. České Budějovice : Jihočeská univerzita, 2006, s. 98-103. ISBN 80-7040-861-8.

67. RHOADES, J. D., CHANDUVI, F., LESCH, S. 1999. Soil salinity assessment: methods and interpretation of electrical conductivity measurements. In FAO irrigation and drainage paper 57. Rome, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 150 s. ISSN 0254-5284

68. RHOADES, J.D., 1992. Instrumental field methods of salinity appraisal. In TOPP, G.C., REYNOLDS, W.D., GREEN, R.E. [s.a], Advances in Measurement of Soil Physical Properties: Bring Theory into Practice. In SSSA Special Publication No. 30. Soil Science Society of America, Madison, WI, USA, [s.a], s. 231– 248.

69. RHOADES, J.D., 1993. Electrical conductivity methods for measuring and mapping soil salinity. In SPARKS, D.L. [s.a], In Advances in Agronomy, 49. Academic Press, San Diego, CA, USA, [s.a], s. 201–251.

70. RHOADES, J.D., CORWIN, D.L. 1981. Determining soil electrical conductivity-depth relations using an inductive electromagnetic soil conductivity meter. In Soil Sci. Soc. Amer. J., roč. 45, 1981, s. 255 – 260. ISSN 0361-5995.

71. RHOADES, J.D., RAATS, P.A.C., PRATHER, R.J. 1976. Effects of liquid-phase electrical conductivity, water content, and surface conductivity on bulk soil electrical conductivity. In Soil Sci. Soc. Am. J., roč. 40, 1976, s. 651-655. ISSN 0361-5995.

72. SAMOUËLIAN, A., COUSIN, I., RICHARD, G., et al. 2003. Electrical resistivity imaging for detecting soil cracking at the centimetric scale. In Soil Science Society of America Journal, roč. 67, 2003, s. 1319–1326. ISSN 0361-5995.

73. Science). Binghamton, NY : CRC press, 2006. 683 s. ISBN 978-1-56022-955-1.

74. SHARIFI, A. 2004. Development of a soil compaction profile sensor : dizertačná práca. Cranfield : Cranfield University, 2004.

75. SHARIFI, A. et al. 2007. Evaluating the performance of a soil compaction profile sensor under laboratory and field conditions. In Soil Use and Management, roč. 23, 2007, č. 2, s. 171-177.

76. SMITH, J. 2001. Soil electrical conductivity mapping and interpretations. In In-field mapping of soil and crop factors. 23rd January, SCI London, 2001.

77. SOIL DATA© CRANFIELD UNIVERSITY (NSRI). 2007.

78. SRINIVASAN, A., 2006. Handbook of Precision Agriculture : Principles and Applications. (Crop

79. STEEL, R.G.D., TORRIE J.H. 1960. Principles and procedures of statistics with special reference to the biological sciences. New York : McGraw-Hill Book Co. Inc., 1960. 481 s.

80. STN 721012: 1980, Laboratórne stanovenie vlhkosti zemín.

81. SUDDUTH K.A, KITCHEN N.R, WIEBOLD W.J, et al. 2005. Relating Apparent Electrical Conductivity to Soil Properties across the North-Central USA. In Computers and Electronics in Agriculture, roč. 46, 2005, č. 1-3, s. 263-283. ISSN 0168-1699.

82. SUDDUTH, K.A., HUMMEL, J.W., DRUMMOND, S.T. 2004. Comparison of the Veris Profiler 3000 to an ASAE-standard penetrometer. In Applied Engineering in Agriculture, roč.20, 2004, č. 5, s. 535-541.

Strana 137

83. SUDDUTH, K.A., KITCHEN, N.R., DRUMMOND, S.T. 1998. Soil conductivity sensing on claypan soils: Comparison of electromagnetic induction and direct methods. In Proc. of the 4th International Conference on Precision Agriculture. St. Paul, Minnesota, 19-22 July 1998, s. 979-990.

84. SUDDUTH, K.A., KITCHEN, N.R., DRUMMOND, S.T. 2000. Measuring and interpreting soil electrical conductivity for precision agriculture. In Proc. Int. Conf. Geospatial Information in Agriculture and Forestry, 2nd. Lake Buena Vista, FL, ERIM International, Inc., Ann Arbor, MI, 10-12 June 2000, s. 1444-1451.

85. SUDDUTH, K.A., KITCHEN, N.R., DRUMMOND, S.T. 2001. Accuracy issues in electromagnetic induction sensing of soil electrical conductivity for precision agriculture. In Computer and Electronics in Agriculture, roč. 31, 2001, s. 239-264. ISSN 0168-1699.

86. ŠAŘEC, P., PROŠEK, V., DIGRÍN, P. 2005. Univerzální měřící systém a jeho aplikace. In Trendy vo výskume a vývoji poľnohospodárskych strojov a technológií v ekosystéme kultúrnej krajiny, Dudince, 2.-3. Jún 2005. [CD-ROM]. Nitra : SPU v Nitre, s. 378-383. ISBN 80-8069-523-7.

87. ŠIRÁŇ, M. 2005. Odolnosť pôd a opatrenia proti utláčaniu. In Naše pole, roč. 9, 2005, č. 5, s. 32 – 33. ISSN 1336-2666.

88. ŠVARDA, R., KRAJČO, J., HALAJ, P. 2005 Estimating of soil heterogeneity by measuring of soil electrical conductivity. In VII. International Conference of Young Scientists 2005 : conference proceedings, 5.-7. 9. 2005, Praha, Česká republika. Praha : Česká zemědělská univerzita, 2005, s. 201-205. ISBN 80-213-1368-4.

89. TAYLOR, H.M., ROBERSON, G.M., PARKER Jr., J.J. 1966. Soil strength-root penetration relations for medium- to coarse-textured soil materials. In Soil Sci, 1966, č.102, s. 18-22.

90. TEKESTE, M.Z., GRIFT, T.E., RAPER, R.L. 2002. Acoustic Compaction Layer Detection. In ASAE Paper 02-1089, St. Joseph, MI.

91. THOMSON, S.J., ROSS, B.B. 1996. Using Soil Moisture Sensors for Making Irrigation Management Decisions in Virginia. Virginia Cooperative Extension, Publication Number 442-024. Virginia State University.

92. UNIVERSITY OF MINNESOTA. 2001. Soil Compaction: Causes, Effects, and Control [online]. 2001, [cit. 2006-11-12] Dostupné na: <http://www.extension.umn.edu/distribution/cropsystems/components/3115s01.html.>.

93. USDA Soil Survey Investigations Report. 1996. Soil Survey Laboratory Methods Manual. 1996.

94. VERIS TECHNOLOGIES. 2003. Frequently Asked Questions about Soil Electrical Conductivity (EC)… . 2003 [online] Salina : Veristechnologies, aktualizované 2004. [cit. 2006-10-14]. Dostupné na: <http://www.veristech.com/faqs/about_soil_ec.htm>.

95. VOORHEES, W.B. et al. 1989. Corn growth and yield as affected by surface and subsoil compaction. In Agronomy Journal, (A.S.A.), roč. 81, 1989, č. 2, s. 294-303.

96. WAINE, T.W. 1999. Non-invasive soil property measurement for precision farming : dizertačná práca. Cranfield : Cranfield University. 1999.

97. WENNER, F. 1916. A method of measuring earth resistivity. In U.S. Dept. Com. Cur. Of Stand. Sci., Paper 258. 1916.

98. WILLIAMS, B.G., BAKER, G.C. 1982. An electromagnetic induction technique for reconnaissance surveys of soil salinity hazards. In Aust. J. Soil Research, roč. 20, 1982, s. 107-118.

99. WOLHARN, S. 2001. The practical application of precision farming techniques : dizertačná práca. Cranfield : Cranfield University, 2001.

100. Zákon č. 220/2004 Zb. z. o ochrane a využívaní poľnohospodárskej pôdy a o zmene zákona č. 245/2003 Z. z. o integrovanej prevencii a kontrole znečisťovania životného prostredia a o zmene a doplnení niektorých zákonov.

Strana 138

Prílohy

Príloha 1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v koľajových riadkoch a medzi

koľajovými riadkami

Príloha 2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v jednej línii pri pohybe prístroja

v obidvoch smeroch

Príloha 3 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných medzi stopami traktora a medzi

koľajovými riadkami

Príloha 4 Metodika laboratórnych rozborov pôdnych vzoriek

Príloha 5 Mapy hodnôt EC nameraných konduktometrom pri rýchlosti 0,05 m.s-1

Strana 139

Príloha 1

Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v koľajových riadkoch a medzi koľajovými riadkami

1.1 Štatistická analýza konduktometrických meraní

1.1.1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,3 m

1.1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,9 m

1.1.3 Štatistická analýza rozdielu hodnôt EC nameraných vo vrchnom

a hlbšom pôdnom profile

1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných pomocou EM38 vo

vertikálnom režime

Strana 140

Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v koľajových riadkoch a medzi koľajovými riadkami

1.1 Štatistická analýza konduktometrických meraní

1.1.1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,3 m

Tab. 19 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-0,3 m (1. pár prejazdov).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 52,618 51,734Rozptyl 516,424 637,886Pozorovania 60 34Spoločný rozptyl 559,992Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 92t Stat 0,174P(T<=t) (1) 0,431t krit (1) 1,662P(T<=t) (2) 0,862t krit (2) 1,986

Tab. 20 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-0,3 m (2. pár prejazdov).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 55,739 49,762Rozptyl 756,939 601,952Pozorovania 110 66Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 149t Stat 1,494P(T<=t) (1) 0,069t krit (1) 1,655P(T<=t) (2) 0,137t krit (2) 1,976

Strana 141

1.1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,9 m

Tab. 21 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-0,9 m (1. pár prejazdov).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 41,687 52,299Rozptyl 996,146 1554,098Pozorovania 60 34Spoločný rozptyl 1196,281Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 92t Stat -1,429P(T<=t) (1) 0,078t krit (1) 1,662P(T<=t) (2) 0,156t krit (2) 1,986

Tab. 22 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-0,9 m (2. pár prejazdov).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 48,524 52,807Rozptyl 1661,150 2382,228Pozorovania 50 32Spoločný rozptyl 1940,568Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 80t Stat -0,429P(T<=t) (1) 0,334t krit (1) 1,664P(T<=t) (2) 0,669t krit (2) 1,990

1.1.3 Štatistická analýza rozdielu hodnôt EC nameraných vo vrchnom a hlbšom pôdnom profile

Tab. 23 t-test matematických rozdielov hodnôt EC nameraných vo vrchnej a hlbšej pôdnej vrstve (EC30-EC90) (1. pár prejazdov).

Medzi stopami

traktora Medzi koľajovými

riadkami Stredná hodnota 10,931 -0,565Rozptyl 184,649 319,383Pozorovania 60 34Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 55t Stat 3,255P(T<=t) (1) 0,001t krit (1) 1,673P(T<=t) (2) 0,002t krit (2) 2,004

Strana 142

Tab. 24 t-test matematických rozdielov hodnôt EC nameraných vo vrchnej a hlbšej pôdnej vrstve (EC30-EC90) (2. pár prejazdov).

Medzi stopami

traktora Medzi koľajovými

riadkami Stredná hodnota 10,961 -5,140Rozptyl 372,023 689,787Pozorovania 50 32Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 52t Stat 2,990P(T<=t) (1) 0,002t krit (1) 1,675P(T<=t) (2) 0,004t krit (2) 2,007

1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných pomocou

EM38 vo vertikálnom režime

Tab. 25 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-1,5 m (1. pár prejazdov).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 17,217 15,454Rozptyl 203,280 186,948Pozorovania 203 207Spoločný rozptyl 195,034Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 408t Stat 1,278P(T<=t) (1) 0,101t krit (1) 1,649P(T<=t) (2) 0,202t krit (2) 1,966

Tab. 26 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-1,5 m (2. pár prejazdov).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 17,239 16,575Rozptyl 212,217 207,088Pozorovania 176 179Spoločný rozptyl 209,631Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 353t Stat 0,432P(T<=t) (1) 0,333t krit (1) 1,649P(T<=t) (2) 0,666t krit (2) 1,967

Strana 143

Príloha 2

Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v jednej línii pri pohybe prístroja v obidvoch smeroch

2.1 Štatistická analýza konduktometrických meraní

2.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných pomocou EM38 vo

vertikálnom režime

Strana 144

Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v jednej línii pri pohybe prístroja v obidvoch smeroch

2.1 Štatistická analýza konduktometrických meraní

Tab. 27 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-0,3 m. Jeden smer Druhý smer Stredná hodnota 62,411 48,735Rozptyl 1193,512 1138,643Pozorovania 55 63Spoločný rozptyl 1164,185Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 116t Stat 2,172P(T<=t) (1) 0,016t krit (1) 1,658P(T<=t) (2) 0,032t krit (2) 1,981

Tab. 28 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-0,9 m. Jeden smer Druhý smer Stredná hodnota 56,483 48,517Rozptyl 2805,535 2845,792Pozorovania 55 63Spoločný rozptyl 2827,052Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 116t Stat 0,812P(T<=t) (1) 0,209t krit (1) 1,658P(T<=t) (2) 0,419t krit (2) 1,981

2.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných pomocou

EM38 vo vertikálnom režime

Tab. 29 t-test hodnôt EC nameraných v profile 0-1,5 m. Jeden smer Druhý smer Stredná hodnota 16,387 15,714Rozptyl 199,742 184,597Pozorovania 150 185Spoločný rozptyl 191,374Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 333t Stat 0,443P(T<=t) (1) 0,329t krit (1) 1,649P(T<=t) (2) 0,658t krit (2) 1,967

Strana 145

Príloha 3

Štatistická analýza hodnôt EC nameraných medzi stopami traktora a medzi koľajovými riadkami

3.1 Štatistická analýza konduktometrických meraní

3.1.1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,3 m

3.1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,9 m

3.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných pomocou EM38 vo

vertikálnom režime

Strana 146

Štatistická analýza hodnôt EC nameraných medzi stopami traktora a medzi koľajovými riadkami

3.1 Štatistická analýza konduktometrických meraní

3.1.1 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,3 m

Tab. 30 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 6 m (profil 0-0,3 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 66,548 59,177Rozptyl 703,357 681,397Pozorovania 193 461Spoločný rozptyl 687,863Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 652t Stat -3,278P(T<=t) (1) 0,001t krit (1) 1,647P(T<=t) (2) 0,001t krit (2) 1,964

Tab. 31 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 4 m (profil 0-0,3 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 66,764 59,905Rozptyl 591,588 717,881Pozorovania 138 516Spoločný rozptyl 691,344Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 652t Stat -2,722P(T<=t) (1) 0,003t krit (1) 1,647P(T<=t) (2) 0,007t krit (2) 1,964

Strana 147

Tab. 32 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 3 m (profil 0-0,3 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 68,016 59,976Rozptyl 570,890 714,433Pozorovania 112 542Spoločný rozptyl 689,996Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 652t Stat -2,949P(T<=t) (1) 0,002t krit (1) 1,647P(T<=t) (2) 0,003t krit (2) 1,964

Tab. 33 t-test hodnôt EC nameraných v koľajových riadkoch širokých 2,2 m (profil 0-0,3 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 68,800 60,164Rozptyl 533,211 715,158Pozorovania 90 564Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 130t Stat -3,220P(T<=t) (1) 0,001t krit (1) 1,657P(T<=t) (2) 0,002t krit (2) 1,978

3.1.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných v pôdnom profile 0-0,9 m

Tab. 34 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 6 m (profil 0-0,9 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 72,809 62,586Rozptyl 1579,742 1400,595Pozorovania 193 461Spoločný rozptyl 1453,350Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 652t Stat -3,128P(T<=t) (1) 0,001t krit (1) 1,647P(T<=t) (2) 0,002t krit (2) 1,964

Strana 148

Tab. 35 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 4 m (profil 0-0,9 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 71,241 64,095Rozptyl 1149,241 1551,061Pozorovania 138 516Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 245t Stat -2,122P(T<=t) (1) 0,017t krit (1) 1,651P(T<=t) (2) 0,035t krit (2) 1,970

Tab. 36 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 3 m (profil 0-0,9 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 72,358 64,207Rozptyl 1089,122 1542,964Pozorovania 112 542Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 182t Stat -2,299P(T<=t) (1) 0,011t krit (1) 1,653P(T<=t) (2) 0,023t krit (2) 1,973

Tab. 37 t-test hodnôt EC nameraných v koľajových riadkoch širokých 2,2 m (profil 0-0,9 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 72,771 64,459Rozptyl 1000,932 1540,598Pozorovania 90 564Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 137t Stat -2,233P(T<=t) (1) 0,014t krit (1) 1,656P(T<=t) (2) 0,027t krit (2) 1,977

Strana 149

3.2 Štatistická analýza hodnôt EC nameraných pomocou

EM38 vo vertikálnom režime

Tab. 38 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 6 m (profil 0-1,5 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 34,837 33,722Rozptyl 702,126 472,879Pozorovania 552 1511Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 837t Stat -0,886P(T<=t) (1) 0,188t krit (1) 1,647P(T<=t) (2) 0,376t krit (2) 1,963

Tab. 39 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 4 m (profil 0-1,5 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 34,639 33,881Rozptyl 779,988 479,149Pozorovania 379 1684Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 488t Stat 0,495P(T<=t) (1) 0,310t krit (1) 1,648P(T<=t) (2) 0,621t krit (2) 1,965

Tab. 40 t-test hodnôt EC nameraných pozdĺž osi stôp traktora v pásme širokom 3 m (profil 0-1,5 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 34,763 33,898Rozptyl 846,119 483,264Pozorovania 291 1772Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 346t Stat 0,485P(T<=t) (1) 0,314t krit (1) 1,649P(T<=t) (2) 0,628t krit (2) 1,967

Strana 150

Tab. 41 t-test hodnôt EC nameraných v koľajových riadkoch širokých 2,2 m (profil 0-1,5 m).

Medzi stopami traktora

Medzi koľajovými riadkami

Stredná hodnota 34,568 33,960Rozptyl 827,769 501,972Pozorovania 206 1857Hypotetický rozdiel stredných hodnôt 0Rozdiel 233t Stat -0,294P(T<=t) (1) 0,385t krit (1) 1,651P(T<=t) (2) 0,769t krit (2) 1,970

Strana 151

Príloha 4

Metodika laboratórnych rozborov pôdnych vzoriek

4.1 Analýza zrnitostného zloženia pôdy

4.1.1 Postup odstránenia organickej hmoty

4.1.2 Postup rozptyľovania a mokrého preosievania

4.1.3 Postup suchého preosievania pieskovej frakcie

4.1.4 Determinácia prachovej a ílovej frakcie pomocou pipetovacej metódy

4.1.5 Výpočet výsledkov

4.2 Merná elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty

4.2.1 Postup prípravy nasýteného extraktu a samotného merania

4.3 Určenie obsahu organickej hmoty (metóda stanovenie strát pri horení)

4.3.1 Postup stanovenia strát pri horení

4.4 Stanovenie pôdnej reakcie pH

4.4.1 Postup prípravy suspenzie

4.4.2 Meranie pôdnej reakcie pH

Strana 152

Metodika laboratórnych rozborov pôdnych vzoriek

4.1 Analýza zrnitostného zloženia pôdy

Metodika vychádza z Britskej normy (British Standard) BS 7755, Sekcia

5.4.1998 Určenie zrnitostného zloženia minerálnych pôdnych materiálov – Metóda

presievania a sedimentácie. Uvedená norma sa zhoduje s normou ISO 11277:1998.

4.1.1 Postup odstránenia organickej hmoty

1. Pomocou mosadznej lyžičky sa do označenej polykarbonátovej fľaštičky odmeria

približne 10 ml voľne usušenej pôdnej vzorky so zrnami menšími ako 2 mm.

2. Pomocou odmerného valca sa do každej fľaštičky s pôdnou vzorkou pridá 30 ml (±

1 ml) vody a pomocou dávkovača sa primieša 25 ml (± 2,5 ml) 100 %-ného roztoku

peroxidu vodíka.

3. Obsah fľaštičiek sa miernym rozvírením premieša, fľaštičky sa poukladajú na

studenú dosku ohrievača vo výparníku a nechajú sa cez noc stáť (Obr. 98).

4. Ohrievač sa zapne a jeho teplota sa nastaví na 100°C (± 2°C). Fľaštičky sa na

ohrievači ponechajú 2 hodiny.

Obr. 98 Pôdne vzorky umiestnené na ohrievači.

4.1.2 Postup rozptyľovania a mokrého preosievania

1. Obsah každej fľaštičky sa pomocou demineralizovanej vody doplní na 200 g (± 1 g)

a poriadne sa pretrepe. Následne sa fľaštičky vložia do odstredivky a po dobu 20

min. sa odstredia pri otáčkach 2000 min-1 (± 100 min-1). Vzniknutý kal sa vyhodí.

Strana 153

2. Do každej fľaštičky sa pomocou dávkovača pridá 20 ml (± 2 ml) tlmeného roztoku

hexametafosfátu sodného. Rovnako sa do každej fľaštičky pomocou odmerného

valca pridá 150 ml (± 2ml) vody a obsah sa dôkladne pretrepe.

3. Následne sa fľaštičky umiestnia na noc do trepačky na 18 hodín.

4. Do sklených fľaštičiek odvážených s presnosťou na 4 desatinné čísla sa pridá 20 ml

(± 2 ml) tlmeného dispergačného roztoku hexametafosfátu sodného. Fľaštičky aj

s obsahom sa vložia do pece nastavenej na teplotu 105°C a nechajú sa cez noc

vysušiť. Potom sa fľaštičky nechajú vychladnúť v desikátore a opäť sa prevážia.

5. Do 500 ml odmerného valca sa vloží veľký plastový lievik. Celý obsah fľaštičky

obsahujúcej pôdnu vzorku sa vypláchne do sitka s otvormi 0,063 mm, ktoré sa vloží

do lievika. Tento proces sa zopakuje so všetkými fľaštičkami.

6. Zvyšky, ktoré zostali na sitku sa opatrne vypláchnu do označenej kovovej misky

nechajú sa vysušiť v peci pri teplote 105°C (± 2°C).

4.1.3 Postup suchého preosievania pieskovej frakcie

1. Obsah každej kadičky sa pomocou sitovej trepačky za čas 15 minút preoseje cez

súpravu sít zoradených v obrátenom poradí.

2. Každé sitko obsahujúce príslušnú frakciu pôdnej vzorky sa odváži a hmotnosť sa

zaznamená s presnosťou na 4 desatinné miesta. Rovnakým spôsobom sa potom

odvážia samotné sitká.

3. Zvyšok, ktorý prepadne aj cez najjemnejšie sitko a ostane zachytený v nádobke, sa

vráti späť do objemného valca obsahujúceho konkrétnu vzorku, pričom sa doplní

demineralizovaná voda, a to na objem 500 ml.

4.1.4 Determinácia prachovej a ílovej frakcie pomocou pipetovacej metódy

1. Objemné valce sa na noc vložia do vodného kúpeľa, aby sa vyrovnali teploty

vzoriek na 25°C (Obr. 99).

Strana 154

2. S presnosťou na 4 desatinné miesta s odvážia dve skupiny sklených fľaštičiek.

Jedna skupina fľaštičiek sa použije na vzorky obsahujúce pôdne častice s veľkosťou

0,002 mm – 0,063 mm. Druhá skupina fľaštičiek bude obsahovať pôdne častice

s veľkosťou menej ako 0,002 mm.

3. Obsah každého odmerného valca sa dôkladne premieša po dobu približne 30

sekúnd. Na konci miešania sa spustí časomiera. Z hĺbky 10 cm pod hladinou sa

pomocou pipety odoberie 25 ml vzorky a táto sa vloží do fľaštičky určenej pre

frakciu 0,002 – 0,063 mm, ktorá bude obsahovať prach a íl. Potom sa vzorka nechá

usadiť po dobu 6 hodín a 23 minút. Po uplynutí tohto času sa pomocou pipety

odoberie z hĺbky 9 cm pod novou hladinou druhá vzorka, ktorá bude obsahovať

častice do 0,002 mm (ílová frakcia). Tieto vzorky sa uložia do druhej skupiny

sklených fľaštičiek.

4. Následne sa obidve skupiny sklených fľaštičiek nechajú vysušiť v peci pri teplote

105°C (± 2°C) po dobu 24 hodín.

5. Fľaštičky s vysušenými vzorkami sa nechajú vychladiť v desikátore a prevážia sa.

Obr. 99 Odmerné valce umiestnené vo vodnom kúpeli.

Strana 155

4.1.5 Výpočet výsledkov

Jednotlivé frakcie pôdnych častíc sa vypočítajú pomocou nasledovných vzťahov:

20dD = Vzťah 3

)20).(( DZSF −+= Vzťah 4

% Piesok = Hmotnosť príslušnej pieskovej frakcie . 100 F

Vzťah 5

% 0,002 mm – 0,063 mm 10020).(⋅

−=

FCZ Vzťah 6

% <0,002 mm 10020).(⋅

−=

FDC Vzťah 7

Faktor rozptýlenia (D) a faktor (F) sa počítajú na 4 desatinné miesta. Jednotlivé

frakcie pôdnych častíc sa vypočítavajú a uvádzajú s presnosťou na 2 desatinné miesta,

tak ako aj konečné výsledky. Pôdne druhy, čiže pôdna textúra, sa potom určí pomocou

trojuholníka zobrazeného na Obr. 100.

Obr. 100 Trojuholník určujúci pôdne druhy.

Strana 156

4.2 Merná elektrická vodivosť nasýtenej pôdnej pasty

Stanovenie mernej elektrickej vodivosti nasýtenej pasty vychádza z USDA Soil

Survey Investigations Report (1996) Soil Survey Laboratory Methods Manual.

4.2.1 Postup prípravy nasýteného extraktu a samotného merania

1. Asi 250 g pripravenej voľne usušenej pôdnej vzorky sa nasype do kadičky

a zmiešava sa s demineralizovanou vodou, až pokým sa nedosiahne bod nasýtenia.

2. Vytvorená pasta sa potom nechá 1 hodinu postáť a opätovne sa skontroluje stav

nasýtenia. Ak je potrebné, môže sa pridať trocha vody a obsah kadičky sa poriadne

premieša.

3. Následne sa nasýtená pôdna pasta za pomoci podtlaku prefiltruje cez filtračný

papier umiestnený v Buchnerovom lieviku a vzniknutý filtrát sa použije na analýzu

(Obr. 101 A).

4. Merná elektrická vodivosť pripraveného nasýteného extraktu sa meria celkovým

ponorením 1 cm sondy do extraktu. Hodnota mernej elektrickej vodivosti sa

zobrazí na LCD displeji meracieho prístroja (Obr. 101 C).

5. Po skončení merania je potrebné sondu dôkladne opláchnuť demineralizovanou

vodou.

A B

Strana 157

C

Obr. 101 Postup prípravy nasýteného extraktu a vlastné meranie: A-získanie nasýteného extraktu, B-vzorky obsahujúce nasýtený extrakt, C-meranie.

4.3 Určenie obsahu organickej hmoty (metóda stanovenie

strát pri horení)

Určenie obsahu organickej hmoty metódou stanovenia strát pri horení vychádza

z Britskej normy (British Standard) BS EN 13039:2000 Stanovenie obsahu organickej

hmoty a popola. Na túto analýzu sa použije predpripravená voľne vysušená pôdna

vzorka.

4.3.1 Postup stanovenia strát pri horení

1. Kremíkové misky sa odvážia s presnosťou na 4 desatinné miesta (m0) a do nich sa

naváži približne 5 g pôdnej vzorky.

2. Misky s pôdou sa potom umiestnia do pece nastavenej na 105°C (± 5°C) a nechajú

sa cez noc vysušiť.

3. Kremíkové misky s obsahom pôdnych vzoriek sa nechajú vychladiť v desikátore.

Po vychladení sa odvážia s presnosťou na 4 desatinné miesta (m1).

4. Následne sa misky vložia do vychladenej muflovej pece, v ktorej sa nastaví teplota

na 450°C (± 10°C). Misky zostanú v peci po dobu 4 hodín (± 15 min.).

5. Po uplynutí stanoveného času sa misky vyberú a nechajú vychladiť v desikátore.

Opäť sa odvážia s presnosťou na 4 desatinné miesta (m2) (Obr. 102).

Strana 158

6. Straty pri horení sa vypočítajú podľa vzťahu:

10001

21 ⋅−−

=mmmmLOI Vzťah 8

Obr. 102 Kremíkové misky s obsahom pôdnych vzoriek umiestnené v desikátore.

4.4 Stanovenie pôdnej reakcie pH

Stanovenie pôdnej reakcie pH vychádza z Britskej normy (British Standard) BS

ISO 10390:2005 Stanovenie pH.

4.4.1 Postup prípravy suspenzie

1. Pomocou mosadznej lyžičky sa do 100 ml sklenej fľaštičky odmeria 10 ml

pripravenej voľne usušenej pôdnej vzorky.

2. Pomocou dávkovača sa do každej fľaštičky pridá 50 ml demineralizovanej vody

(Obr. 103 A).

3. Fľaštičky sa poukladajú do priamočiarej vratnej trepačky nastavenej na 300 min-1,

kde zostanú po dobu 60 minút (Obr. 103 B).

4. Fľaštičky sa potom ponechajú odstáť po dobu 1 hodiny, nie však dlhšie ako 3

hodiny a podľa nižšie uvedených krokov sa urobí meranie pH.

Strana 159

A B

Obr. 103 Postu prípravy suspenzie: A-fľaštičky so vzorkami, B-fľaštičky uložené do priamočiarej vratnej trepačky.

4.4.2 Meranie pôdnej reakcie pH

1. Pred začiatkom vlastného merania je potrebné pH meter skalibrovať pomocou

kalibračných roztokov s pH = 4,0; pH = 7,0 a pH = 10,0 (Obr. 104 A).

2. Každú vzorku je potrebné pred meraním dôkladne pretrepať, okamžite vložiť pH

sondu do suspenzie a odmerať pH (Obr. 104 B).

3. Po odmeraní reakcie každej vzorky sa musí pH sonda opláchnuť

demineralizovanou vodou a osušiť, čím sa prístroj pripraví na ďalšie meranie.

A B

Obr. 104 Postup merania pH: A-kalibračné roztoky, B-meranie pH pôdy.

Strana 160

Príloha 5

Mapy hodnôt EC nameraných konduktometrom pri rýchlosti 0,05 m.s-1

Strana 161

Mapy hodnôt EC nameraných konduktometrom pri rýchlosti 0,05 m.s-1

Obr. 105 Mapa hodnôt EC nameraných na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra pracujúceho v dynamickom režime (rýchlosť 0,05 m.s-1) v hĺbkovom intervale 0-0,3 m pred (vľavo)

a po obrobení pozemku (vpravo). Hodnoty EC sú zobrazené v mS.m-1. Žlté zóny (vpravo) reprezentujú pôdu prekyprenú do 0,3 m.

Obr. 106 Aplikačná mapa vytvorená ako matematický podiel hodnôt EC30 nameraných pred a po pokyprení pozemku. Červenou a žltou farbou sú zobrazené zóny, v ktorých je pôda utužená

v celom pôdnom profile.

Strana 162

Obr. 107 Mapa hodnôt EC nameraných na experimentálnom pozemku pomocou konduktometra pracujúceho v dynamickom režime (rýchlosť 0,05 m.s-1) v hĺbkovom intervale 0-0,9 m pred (vľavo)

a po obrobení pozemku (vpravo). Hodnoty EC sú zobrazené v mS.m-1. Žlté zóny (vpravo) reprezentujú pôdu prekyprenú do 0,6 m.

Obr. 108 Aplikačná mapa vytvorená ako matematický podiel hodnôt EC90 nameraných pred a po pokyprení pozemku. Červenou a žltou farbou sú zobrazené zóny, v ktorých je pôda

utužená do hĺbky 0,6 m.