Dlouhodobý vliv eroze půdy na hydraulické vlastnosti půd v černozemní oblasti

Bc. Kristýna Bahenská

Master's thesis

Long-term soil erosion impact on soil hydraulic properties in the Chernozem area

Abstract:

Diplomová práce „Dlouhodobý vliv eroze půdy na hydraulické vlastnosti půd v černozemní oblasti“ se zabývá zhodnocením vlivu vodní eroze na hydrofyzikální a hydraulické půdní vlastnosti. Rešeršní část práce se zabývá problematikou vody v půdním prostředí, erozní činností a popisuje hydraulické vlastnosti půdy. V experimentální části práce byla popsána lokalita Brumovice (Česká republika), na které probíhal odběr porušených a neporušených půdních vzorků ze čtyř odběrových sond S2, S3, S5 a S6. Byla sledována transformace původních černozemí, které v dané oblasti dominují, na různé půdní typy podle stupně erodovatelnosti. Ve sledované oblasti se nacházejí erodované černozemě, regozemě (na nejstrmějších a silně erodovaných částech území) a koluvizemě. Na porušených půdních vzorcích byly určeny základní půdní vlastnosti podle standartních laboratorních metod. Byly stanoveny obsahy organického uhlíku, zdánlivá hustota pevných částic a zrnitostní složení. Na neporušených vzorcích byly stanoveny hydrofyzikální a hydraulické vlastnosti pomocí přetlakového aparátu a Tempských cel. Měřené body retenčních čar z přetlakového aparátu byly využity k proložení retenčních čar půdních vlhkostí pomocí programu RETC, který využívá rovnice van Genuchtena. Měřená data z Tempských cel byla použita při matematické inverzní optimalizaci v programu HYDRUS-1D. Byly zobrazeny křivky hydraulických vodivostí pro jednotlivé půdní sondy. V této práci byly následně stanoveny charakteristiky zaměřující se na popis systému půdních pórů a fyzikální kvality půdy. Veškeré měřené půdní vlastnosti byly statisticky vyhodnoceny a byly porovnány jednotlivé vlastnosti mezi sledovanými sondami. Výsledky získané z přetlakového aparátu a Tempských cel ukazují, že dochází ke změnám hydrofyzikálních i hydraulických vlastností půd, které byly ovlivněny erozní činností. Průběhy retenčních čar půdní vlhkosti a křivky hydraulických vodivostí se v jednotlivých sledovaných půdních profilech výrazně odlišují. Vodní eroze ovlivnila také další půdní vlastnosti, především obsah organického uhlíku (Cox) a zrnitostní složení půdy. Nejnižší obsah Cox byl naměřen u půdního typu regozemě (sonda S6) a nejvyšší u černozemě (sonda S5). Nejrozdílnější zrnitostní složení vykazovala sonda S2 (koluvizem), u které byl naměřen nejvyšší obsah písčité frakce. I přesto, že z výsledků vyplývá, že se půdní vlastností vlivem eroze mění, rozdíly některých zkoumaných veličin sondy S3 (nasycená hydraulická vodivost), S5 (jíl, prach, písek, reziduální vlhkost, nasycená hydraulická vodivost, pórovitost, objemová vlhkost θ70-θs, polní vodní kapacita a gravitační voda) a sondy S6 (jíl, prach, písek, nasycená vlhkost, reziduální vlhkost, parametr α, parametr n, objemová vlhkost θ70, objemová vlhkost θ70-θs a gravitační voda) nejsou statisticky průkazné.

Abstract:

The thesis "Long-term soil erosion impact on soil hydraulic properties in the chernozem area" is concerned with assessing the effect of water erosion on hydrophysical and hydraulic soil properties. The literature research part of the work deals with water issues in the soil environment, erosion activities and describes the hydraulic properties of the soil. The experimental part of the work described the locality of Brumovice (Czech Republic) on which the collection of damaged and intact soil samples from the four sampling probes S2, S3, S5 and S6 took place. The transformation of the original chernozems, which dominate the area, into different soil types according to the degree of erodability was monitored. In the area of interest there are eroded chernozems, regosols (on the steepest and most strongly eroded parts of the locality) and colluvial soils. On damaged soil samples, the basic soil properties were determined according to standard laboratory methods. Organic carbon levels, apparent particle density and granular composition have been determined. Hydrophysical and hydraulic properties were determined on intact samples using pressure plate apparatus and Tempe cells. The measured retention curves points from the pressurized apparatus were used to intersperse the retention curves of soil moisture with the RETC program, which uses the van Genuchtena equation. Measured data from Tempe cells were used in mathematical inverse optimization in the HYDRUS-1D program. Hydraulic conductivity curves for individual soil probes were displayed. This work subsequently set out characteristics focusing on the description of the soil pore system and the physical quality of the soil. All soil characteristics measured were statistically evaluated. By using this statistical method, the individual properties between the probes were compared. The results obtained from the pressure plate apparatus and Tempe cells show that changes in the hydrophysical and hydraulic properties of soils that have been affected by erosion activities are occurring. The retention curves of soil moisture and hydraulic conductivity curves differ significantly in the individual soil profiles observed. Water erosion also affected other soil properties, most notably the organic carbon (Cox) and the granular composition of the soil. The lowest Cox content was measured for soil type regosol (probe S6) and the highest for chernozem (probe S5). The S2 probe (colluvial soil) had the most different granular composition, with the highest sand particle fraction measured. Even though the results indicate that the soil properties change due to erosion, the differences of some of the S3 probe's variables studied (saturated hydraulic conductivity), S5 probe's (clay, dust, sand, residual moisture, saturated hydraulic conductivity, porosity, moisture by volume θ70-θs, and field water capacity and gravitational water) and the S6 probe's (clay, dust, sand, saturated moisture, residual moisture, parameter α, parameter n, moisture by volume θ70, moisture by volume θ70-θs, and gravitational water) are not statistically conclusive.

Keywords

půda, eroze, hydraulické vlastnosti, fyzikální kvalita půdy

Keywords

physical quality of soil, erosion, hydraulic properties, soil

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 15. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Antonín Nikodem, DiS. Ph.D.
• Reader: Josef Kratina, Ing., externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Soil Assessment and Protection