Erózia pôdy, ako dôsledok poľnohospodárskeho využívania krajiny, sa podieľa na degradácii pôdneho fondu, čím ohrozuje základy poľnohospodárskej výroby a následne aj výživu obyvateľstva.
Tendencia neustáleho zvyšovania poľnohospodárskej produkcie vyvoláva potrebu zachovania pôdneho fondu a ochranu pôdy pred škodlivými vplyvmi – eróziu nevynímajúc. Medzi relevantné faktory ovplyvňujúce procesy erózie pôdy patria v prvom rade geomorfologické a morfometrické vlastnosti reliéfu (napr. sklon, dĺžka svahov, susedné plochy) i klimatické faktory (predovšetkým množstvo a intenzita zrážok). V neposlednom rade najmä vodnú eróziu podmieňujú a limitujú aj antropogénne faktory. Tieto sú výsledkom využívania krajiny, prostredníctvom ktorého vstupuje do tohto procesu svojou činnosťou človek. Vodná erózia na poľnohospodárskej pôde má negatívny vplyv primárne na produkčný potenciál poľnohospodárskych pôd, kvantitu i kvalitu dopestovanej produkcie, kvalitu (znečistenie) vodných zdrojov, okolitú infraštruktúru a stav životného prostredia ako celku. Z uvedených dôvodov bola a je problematika účinkov a vplyvu vodnej erózie v centre pozornosti nielen ochrancov prírody, ale aj samotných poľnohospodárov.
Monitoring erózie inak
V minulosti sa rozsah prejavov a účinkov vodnej erózie vyhodnocoval predovšetkým náročným fyzickým prieskumom, priamym meraním odnosov i terénnym mapovaním rozsahu poškodenia pôd. Ohrozenosť pôd eróziou bolo neskôr možné odvodiť aj z fyzikálnych modelov vyvinutých pre tento účel. Do takýchto modelov vstupovali údaje o intenzite dažďa, o pôdnom type, dĺžke a sklone svahu, pôdnej pokrývke i realizovaných protieróznych opatreniach. Potrebné teda boli databázy špecifických údajov o tej-ktorej lokalite.
S rozvojom moderných informačných technológií v kombinácii s údajmi diaľkového prieskumu Zeme máme dnes k dispozícii robustné nástroje, ktoré v relatívne krátkom čase umožňujú zmapovať postihnuté lokality a poskytnúť priestorovo ukotvený informačný podklad pre návrh cielených a konkrétnych opatrení vedúcich k zabráneniu, resp. minimalizácii negatívnych dopadov vodnej erózie pôdy. Klasický pozemný prieskum tak nachádza alternatívu v sofistikovaných metódach diaľkového prieskumu Zeme. Čím ďalej, tým viac sa pri prieskume krajiny využívajú výhody leteckej fotometrie, družíc, či dronov. Výhody takýchto postupov diaľkového prieskumu Zeme sú nesporné aj pri analýze a hodnotení procesov vodnej erózie. Moderné metódy diaľkového prieskumu Zeme sa v súčasnosti pomerne slušne aplikujú aj v aktivitách poľnohospodársky orientovanej vedecko-výskumnej základne. Vo Výskumnom ústave pôdoznalectva a ochrany pôdy je experimentálne overovaná možnosť mapovania prejavov a dopadov vodnej erózie na poľnohospodársku pôdu. Ukážku takéhoto postupu demonštrujeme na príklade konkrétneho pôdneho celku.
Lokalizácia a pedogeografická charakteristika výskumného areálu
Pre analýzu narušenia pôdy v dôsledku vodnej erózie s využitím leteckého snímkovania bola vybratá lokalita o výmere 0,70 ha, ktorá sa nachádza na ornej pôde kultúrneho dielu Šariš 8202/1 evidovaného v registri poľnohospodárskej pôdy LPIS. Tvar areálu má podobu obdĺžnika s orientáciou dlhšej strany v smere severovýchod – juhozápad. Centrálna časť lokality je vymedzená geografickými súradnicami 49°03´05.88“ N a 21°09´20.17“ E (obr. 1). Orientácia lokality je prispôsobená predispozícii erózneho terénu, kde dlhšia strana kopíruje priebeh svahu, na ktorom sa lokalita nachádza. Priemerný sklon svahu presahuje 18°. Lokalita zaberá všetky časti svahu, od hornej konvexnej zdrojovej časti na severovýchode, až po dolnú konkávnu akumulačnú časť. Lokalizácia výskumného areálu bola určená na základe terénnych pozorovaní, pričom ide o miesto s periodicky sa vyskytujúcimi prejavmi erózno-akumulačných procesov, ktoré sú pri najbližšej operácii orby zarovnané. Určené miesto už pri prvom pohľade vykazuje známky erózneho pôsobenia dažďa, kde je viditeľný odnos časti humusového horizontu a jeho transport do akumulačných častí lokality. Pôdny kryt je tvorený kambizemami modálnymi, druhovo zaradenými medzi stredne ťažké zrnitostné pôdy.
Množstvo zrážok zohráva výraznú úlohu v intenzite eróznych procesov. V počiatočnej fáze pokusu priemerný úhrn zrážok za mesiace marec a apríl dosiahol 36 mm. V mesiacoch máj až august to bolo už takmer 82 mm (ak nevezmeme do úvahy extrémne suchý mesiac jún, potom mesačný priemer zrážok dosahuje až 124 mm), čo sa významne prejavilo na zvýšenej intenzite vodnej erózie na pokusnej lokalite.
Pohľad na eróziu zhora
Výskumná lokalita bola monitorovaná prostredníctvom leteckého snímkovania so začiatkom v marci 2021. Monitorovacia plocha bola súčasťou parcely, na ktorej sa v aktuálnom roku pestoval jačmeň jarný. Samotná plocha predstavovala neosiatu časť, na ktorej sa v celom vegetačnom aj monitorovacom období nenachádzala žiadna plodina taka aby bolo možné stanoviť zmeny v nadmorskej výške pôdy, ku ktorým došlo pôsobením eróznych procesov. Mapovanie lokality prebehlo v štyroch cykloch v období od 25. 3. 2021 do 28. 7. 2021 (ďalšie mapovanie prebehlo 11. 5. 2021 a 17. 6. 2021). Prvé snímkovanie prebehlo bezprostredne po operácii úpravy a sejby jačmeňa. V čase operácie bol povrch pôdy zahladený (zrovnaný), pričom od tohto momentu na monitorovaciu plochu nevstúpil žiaden poľnohospodársky stroj, ktorý by tak spôsobil jeho deštrukciu. Posledné snímkovanie 28. 7. 2021 bolo vykonané krátko pred procesom zberu okolitého jačmeňa, počas ktorého následne došlo aj k znehodnoteniu monitorovacej lokality. Absencia vstupu poľnohospodárskej techniky na monitorovaciu lokalitu bola nevyhnutnou podmienkou, aby všetky detegované zmeny v nadmorskej výške boli výlučne produktom erózno-akumulačných procesov a nie pôsobenia kolies poľnohospodárskej techniky. Snímkovanie monitorovacej lokality bolo realizované prostredníctvom bezpilotného dronu DJI Phantom 4 Pro s integrovanou 4K kamerou snímajúcou vo viditeľnom spektre. Letecké snímkovanie prebehlo podľa naplánovaného snímkového letu v autonómnom móde. Let prebiehal stále vo výške 35 m nad povrchom, čo v kombinácii s rozlíšením kamery umožnilo snímkovanie s priestorovým rozlíšením 20 mm (obr. 2).
Vizualizácia a chronológia prejavov vodnej erózie
Mapovanie prejavov vodnej erózie prebehlo použitím nástrojov mapovej algebry v prostredí geografických informačných systémov, ktoré umožňuje použiť digitálne modely reliéfu ako členy matematických výrazov. Odpočítaním hodnôt nadmorských výšok medzi modelmi reliéfu v jednotlivých časových úsekoch boli získané údaje o poklese (erózia) a raste (akumulácia) nameranej nadmorskej výšky na začiatku a konci pozorovania. Zároveň, vychádzajúc z priestorového rozlíšenia modelov (presnosť 20 x 20 mm) sme odvodili objem odnesenej/akumulovanej pôdnej hmoty, ktorý je farebne vizualizovaný na obrázku č. 3.
Porovnaním prvých dvoch časových úsekov (25.3.2021 – 11.5.2021) môžeme vidieť, že na monitorovacej lokalite dochádza k pomerne rovnomerne rozloženej plošnej erózii s nižšími hodnotami erózneho odnosu (obr. 3a). V nasledujúcom období (11. 5. 2021 – 28. 7. 2021) došlo postupne k vymieľaniu menších stružiek v dôsledku líniovo koncentrovaného povrchového toku vody (obr. 3b). Toto druhé obdobie sa v konečnom dôsledku podpísalo aj na celkovom prejave erózno-akumulačných procesov celého monitorovacieho obdobia (25. 3. 2021 – 28. 7. 2021; obr. 3c).
Kalkulácia odnosu pôd vodnou eróziou
S využitím zonálnej štatistiky sme mohli spočítať výslednú bilanciu erózno-akumulačných procesov na danej lokalite. Celková bilancia je v tomto prípade nepriaznivá, keďže lokalita v danom období stratila 9 m3 pôdy, čo v prepočte na jeden hektár predstavuje 14,5 m3 pôdy. Pri objemovej hmotnosti pôdy 1,25 t.m3 sa takto z jedného hektára „stratila“ pôda o hmotnosti 18,1 ton, čo je mimoriadne nepriaznivý výsledok. Pri stredne hlbokých pôdach je podľa Vyhlášky MPSR č. 59/2013 Z.z. limitná hodnota odnosu pôdy 10 t.ha-1.rok-1. V našom prípade je táto hodnota takmer 2x vyššia pri sledovaní erózie v priebehu len štyroch mesiacov. Na výslednú bilanciu má značný vplyv aj celková poloha lokality, ktorá je kolmá na prevládajúci sklon širšieho okolitého územia, čo znamená, že jej spodná, akumulačná časť je zároveň súčasťou akumulačnej oblasti širšieho poľnohospodárskeho areálu.
Získané výsledky o hmotnosti vodnou eróziou odnesenej pôdy boli porovnané s potenciálnymi hodnotami vypočítanými pomocou univerzálnej rovnice straty pôdy (USLE). Vstupné údaje rovnice akceptovali konkrétne špecifické parametre, platné pre hodnotenú monitorovaciu plochu. Podľa rovnice USLE je predpoklad, že za rovnakých pôdno-klimatických podmienkach a realizácii obdobnej agrotechniky by hmotnosť potenciálne erodovatelnej pôdy predstavovala hodnotu 15,5 t.ha-1.rok-1. Reálny odnos v našom prípade meraný nebol. Napriek tomu však konštatujeme, že verifikácia erózneho odnosu metódou diaľkového prieskumu čiastočne koreluje s výpočtom podľa modelu USLE. V oboch prípadoch bola výrazne prekročená vyhláškou MPSR stanovená limitná hodnota prípustného odnosu.
Záver
Výsledky monitoringu vykonaného vo vegetačnom období roku 2021 ukazujú, že územie orných pôd, ktoré nie je aspoň čiastočné chránené vplyvom pestovanej vegetácie, bude vždy výrazne ohrozené vodnou eróziou. Pre naše účely sme vybrali monitorovaciu lokalitu, ktorá už z umiestnenia v priestore, ako aj celkovej delimitácie, predstavuje výrazne erózne územie. Nami prezentovaný metodický postup demonštruje možnosť, ako s využitím moderných technológií môžeme exaktne stanovovať reálne objemy odnosu a straty poľnohospodárskej pôdy v dôsledku pôsobenia vodnej erózie. Poľnohospodár tak môže získať relevantné údaje, ktoré mu umožňujú lepšie stanovovať priority v oblasti protieróznej ochrany ním obhospodarovaného územia. Na druhej strane, prezentovaný postup je v súčasnosti ešte stále nákladná záležitosť hlavne z pohľadu použitých meracích aparatúr. Z hľadiska použitej technológie je jej nedostatkom aj obmedzenie v zachytení zemského povrchu, ak sa na ňom nachádza vegetácia. Z tohto pohľadu by bolo vhodnejšie používať skenery, ktoré disponujú viacnásobným návratom laserového lúča, čo umožní efektívne implementovať túto metodiku aj na plochách, ktoré sú pokryté akoukoľvek vegetáciou.
Poďakovanie:
Táto publikácia vznikla vďaka podpore v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Údajová a vedomostná podpora pre systémy rozhodovania a strategického plánovania v oblasti adaptácie poľnohospodárskej krajiny na klimatické zmeny a minimalizáciu degradácie poľnohospodárskych pôd č. 313011W580, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja, ako aj podpore v rámci riešenia projektu APVV-15-0406 a VEGA 1/0100/22.
Autori: RNDr. Štefan Koco, PhD. 1,2, prof. Ing. Jozef Vilček, PhD.1,2, Ing. Stanislav Torma, PhD.1, 1Výskumný ústav pôdoznalectva a ochrany pôdy, pracovisko Prešov 2Fakulta humanitných a prírodných vied, Prešovská univerzita v Prešove
