Využití GIS v precizním zemědělství

Mgr. Jitka Kumhálová, Ph.D.

Doctoral thesis

GIS Utilization in Precision Agriculture

Abstract:

Jednou z nejdůležitějších informací v rámci precizního zemědělství je kvantitativní znalost faktorů ovlivňujících výnosy pěstovaných plodin. Jedním z častých faktorů, které výnos výrazně ovlivňují,je topografie pozemku. Z těchto důvodů je námětem předložené doktorské disertační práce porovnat topografická data získaná z výnosového monitoru sklízecí mlátičky s daty získanými z přijímače RTK-GPS a dále vyhodnotit vztahy mezi místními rozdíly ve výnosu pěstovaných obilovin ve vazbě na obsah vybraných živin v půdě a topografických parametrech pozemku odvozených z těchto dvou zdrojů. Ze získaných topografických dat byly odvozeny jednoduché modely nadmořské výšky, svažitosti a akumulace odtoku vody a pomocí nich byla studována závislost vybraných půdních vlastností (obsah dusíku a organického uhlíku) na topografii experimentálního pozemku za čtyřleté hospodářské období. Pokus byl uskutečněn na pozemku Výzkumného ústavu rostlinné výroby v Praze-Ruzyni o rozloze 11,5 ha, na kterém byl aplikován klasický osevní postup s rotací čtyř po sobě následujících plodin. Během let 2004, 2005, 2006 a 2007 byly modely nadmořské výšky, svažitosti a akumulace odtoku vody porovnávány s výnosem a obsahem dusíku a organického uhlíku v půdě v závislosti na celkových srážkách a teplotě během pěstování sledovaných plodin. Porovnání závislostí mezi výnosem a sledovanými topografickými parametry bylo prováděno za pomocí geostatistických metod. Významnost závislostí všech výše uvedených faktorů byla hodnocena pomocí korelační analýzy. Dosažené výsledky byly potvrzeny statistickým vyhodnocením pomocí krokové dopředné lineární regrese. Byla zjištěna významná závislost výnosu a obsahu sledovaných živin v půdě na sledovaných topografických parametrech. Nízké korelační koeficienty mezi akumulací odtoku vody a výnosem byly přitom zjištěny pro vlhčí sledované hospodářské roky a naopak relativně vysoké korelační koeficienty byly vypočítány pro roky sušší. Porovnání modelů získaných na základě topografických parametrů z obou jejich zdrojů přitom vykazovalo velmi podobné výsledky a trendy.

Abstract:

Quantitative knowledge of the factors and interactions affecting the yield is essential for site-specific yield management. One of the factors frequently affecting the yield is topography. The aims of this Ph.D. thesis was therefore to compare topography data obtained from a combine harvester yield monitor and a hand RTK-GPS and to evaluate the relationships between spatial variability of grown cereals yield, selected soil nutrition content and topography attributes derived from those two sources. Simple models of elevation, slope and flow accumulation were created from the obtained data and the dependence of yield and selected soil properties (nitrogen and organic carbon content) on experimental field topography was determined using topographical data in a four-year period. Experiments were conducted in the Czech Republic on a field with crop rotation and an area of 11.5 ha. The models of elevation, slope and flow accumulation were compared with the yield and nitrogen and organic carbon content in soil in the years 2004, 2005, 2006 and 2007 in relation to total precipitation and temperature during crop growing seasons in these years. Evaluation of the relationship between yield and topographical attributes was made by the help of geostatistical methods. A correlation analysis was calculated for all the above mentioned elements. The results were confirmed by statistical evaluation by the help of forward stepwise linear regression procedure. Significant dependence of yield and soil nutrition content on topography was proved. Low correlation coefficients between flow accumulation and yield were calculated for wetter evaluated years and high for drier years. Both evaluations of topography information from two sources and yield showed relatively similar results and trends.

Keywords

precizní zemědělství, GIS, GPS, vzorkování, modelování, akumulace odtoku vody, výnos, Precision agriculture, sampling, modeling, flow accumulation, yield

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 1. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 18. 2. 2010
• Supervisor: prof. RNDr. Milan Konečný, CSc.
• Reader: prof. RNDr. Petr Dobrovolný, CSc., doc. Ing. Josef Weigel, CSc.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Geography (4-years) / Cartography, Geoinformatics and Remote Sensing