Pobierz opis

Ocena wilgotności powierzchniowej warstwy gleby z pomiarów naziemnych
i satelitarnych
Mateusz Iwo Łukowski
[email protected]
Instytut Agrofizyki im. B. Dobrzańskiego Polskiej Akademii Nauk,
Zakład Metrologii i Modelowania Procesów Agrofizycznych
Woda znajdująca się w glebie jest bardzo istotnym elementem środowiska, mającym duże
znaczenie zarówno w skali globalnej jak i lokalnej. Wilgotność powierzchniowej warstwy gleby jest
kluczowym czynnikiem wpływającym na obieg wody i energii w przyrodzie oraz klimat. Wiedza na
ten temat ma rosnące znaczenie, zwłaszcza w kontekście wzrostu intensywności niekorzystnych
i niebezpiecznych zjawisk pogodowych. Badania ilości wody zawartej w glebie pozwalają na
przewidywanie i przeciwdziałanie niekorzystnym zjawiskom, takim jak powodzie, susze czy erozja
gleby. Odpowiednie uwilgotnienie pól uprawnych jest jednym z najważniejszych czynników
zapewniających prawidłowy wzrost i rozwój roślin, co przekłada się na lepszą efektywność upraw
rolniczych i wzrost jakości żywności. Dla województwa lubelskiego monitorowanie zawartości wody
w glebie jest szczególnie ważne ze względu na stosunkowo niskie zasoby regionu w wody
powierzchniowe i bardzo dużą podatność gleb Lubelszczyzny na erozję. Te niesprzyjające
uwarunkowania mogą prowadzić do występowania szkodliwych zjawisk takich jak pożary, powodzie,
susze czy spływy powierzchniowe gleby. Duże ryzyko występowania tych i innych niekorzystnych
zjawisk rodzi potrzebę stałego monitorowania wilgotności gleby na terenie całego województwa.
Mimo to, wilgotność gleby jest jak do tej pory słabo poznana, a wiedza na temat jej przestrzennego
rozkładu – ograniczona. Dzieje się tak dlatego, że wilgotność gleby charakteryzuje się znaczną
zmiennością przestrzenną, co wymaga dużego zagęszczenia punktów pomiarowych. Z tego powodu
pomiary polowe tej wielkości są bardzo czasochłonne. Badania dla dużych terenów, prowadzone w ten
sposób, stają się nieekonomiczne lub wręcz niemożliwe. Odpowiedzią na deficyt danych o wilgotności
gleby mogą być odpowiednie pomiary prowadzone z wysokości orbity okołoziemskiej przez satelity.
Obejmują one duże obszary i są ciągłe przestrzennie, ale wymagają porównania z danymi naziemnymi
w celu uszczegółowienia i sprawdzenia poprawności. Opracowanie metod wydajnego uzyskiwania
informacji na temat wilgotności gleby ma bardzo duże znaczenie dla gospodarki regionu lubelskiego,
zwłaszcza w dziedzinie rolnictwa, ochrony środowiska, poprawy bezpieczeństwa, rozwoju współpracy
i wzrostu konkurencyjności województwa.
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie metodyki określania wilgotności powierzchniowej
warstwy gleby przy pomocy pomiarów naziemnych i satelitarnych. Praca doktorska opiera się na
użyciu nowoczesnych technik pomiarowych z użyciem satelitów oraz nowatorskich w skali Polski
badaniach wilgotności gleby. W ramach pracy doktorskiej wykorzystywane są zdjęcia satelitarne
pochodzące z satelity ENVISAT (z przyrządów pomiarowych ASAR i MERIS), obejmujące obszar
Lubelszczyzny, oraz dane dla całej Polski z satelity SMOS. Dane z ASAR służą do szacowania
wilgotności powierzchniowej warstwy gleby oraz do klasyfikacji typu pokrycia terenu. Dane z MERIS
wykorzystywane są do scharakteryzowania warstwy roślinnej porastającej badany obszar. Satelita
SMOS zapewnia natomiast wielkoobszarowe dane na temat wilgotności gleby gromadzone co ok. 3
dni, z dokładnością co najmniej 4% wilgotności objętościowej. Równocześnie na bieżąco (pomiar co
10 minut) gromadzone są dane naziemne o wilgotności gleby zbierane przez sieć automatycznych
stacji agrometeorologicznych, znajdujących się Trzebieszowie, Białej Podlaskiej, Lublinie, Janowie
Lubelskim, Urszulinie (otulina Poleskiego Parku Narodowego) i Tomaszowie Lubelskim. Jest to jedna
z pierwszych sieci tego typu w Polsce i obejmuje ona całą Ścianę Wschodnią. Ponadto, kilka razy do
roku prowadzone są także średnio-obszarowe, ręczne polowe pomiary wilgotności gleb
Lubelszczyzny. W ramach doktoratu, dzięki połączeniu tych wszystkich informacji, przy użyciu
metod statystycznych i geostatystycznych, powstają mapy wilgotności gleby. Zostaną też opracowane
metody efektywnego pozyskiwania bieżących danych wilgotnościowych. Opracowane procedury
i dane, uzyskane z pomiarów naziemnych i satelitarnych, prowadzonych w ramach pracy doktorskiej
z pewnością znajdą zastosowanie w realizacji wielu strategicznych dla rozwoju województwa celów.
Lubelszczyzna jest terenem głównie rolniczym. Odpowiednie uwilgotnienie pól uprawnych
jest jednym z najważniejszych czynników zapewniających prawidłowy wzrost i rozwój roślin.
Niestety, województwo lubelskie posiada stosunkowo niskie zasoby wód powierzchniowych. Ponadto,
gleby występujące na tym terenie są bardzo podatne na erozję. Rodzi to wiele zagrożeń dla upraw
rolniczych, takich jak np. susze, podtopienia czy spływy powierzchniowe. Z pomocą danych na temat
wilgotności gleby, uzyskanych dzięki pracy doktorskiej, te niekorzystne zjawiska będą mogły zostać
wykryte i ograniczone przez odpowiednie zabiegi agrotechniczne proponowane rolnikom np.
w punktach doradztwa rolniczego. Wpłynie to korzystnie na jakość i ilość płodów rolnych. Dzięki
wykorzystaniu bieżących danych pochodzących z satelitów i nowoczesnego systemu stacji
naziemnych, połączonemu ze specjalistycznym doradztwem, lubelskie rolnictwo ma szansę stać się
dziedziną konkurencyjną na poziomie całego kraju.
Dane na temat wilgotności gleby są ważne nie tylko dla rolnictwa, ale również dla ochrony
środowiska. Optymalizacja wykorzystania zasobów wodnych, prowadzenie zintegrowanej
i efektywnej gospodarki wodnej oraz planowanie poprawy słabego bilansu wodnego Lubelszczyzny
będzie o wiele łatwiejsze, jeżeli użyte zostaną mapy i bieżące dane dotyczące wilgotności gleb,
pochodzące z doktoratu. Wiedza ta sprzyjać będzie też wdrażaniu zrównoważonej gospodarki
zarządzania gruntami oraz przeciwdziałaniu procesom erozyjnym gleb. Dzięki stałemu monitorowaniu
wilgotności gleby chronione będą obszary, których wysuszenie prowadziłoby do trwałej degradacji,
takich jak np. bagna Poleskiego Parku Narodowego. Oparta na nowoczesnych metodach ochrona
zasobów wodnych sprzyjać będzie postrzeganiu Lubelszczyzny jako regionu ekologicznego.
Woda znajdująca się w glebie jest bardzo istotnym elementem środowiska, mającym duże
znaczenie zarówno w skali globalnej jak i lokalnej. Wilgotność powierzchniowej warstwy gleby jest
kluczowym czynnikiem wpływającym na obieg wody w przyrodzie oraz klimat. Wiedza na ten temat
ma rosnące znaczenie, zwłaszcza w kontekście wzrostu intensywności niebezpiecznych zjawisk
pogodowych i hydrologicznych. W związku ze zmianami klimatu, występowanie niekorzystnych
procesów jak spływy powierzchniowe gleby, powodzie czy susze może wkrótce coraz dotkliwiej
zacząć dotyczyć Lubelszczyzny. Już zeszłoroczna powódź pokazała, jak ważne jest stałe
monitorowanie wilgotności gleby na terenie całego województwa. Mapy wilgotności i szybka, bieżąca
informacja na temat ilości wody w glebie może okazać się nieocenioną pomocą do stworzenia systemu
ostrzegania przeciwpowodziowego. W razie wystąpienia powodzi zdjęcia satelitarne mogą być
używane do szybkiej oceny strat i podjęcia odpowiednich działań, jak to ma miejsce np. we Francji
czy Niemczech.
Znaczącą korzyścią z podejmowanej w pracy doktorskiej tematyce satelitarnej jest jej
ponadregionalny, a wręcz ogólnoświatowy charakter. Owocuje to zainteresowaniem innych państw
badaniami gleby prowadzonymi na terenie Lubelszczyzny. Od wschodu jest to Białoruś i Ukraina, od
zachodu zaś państwa należące do Europejskiej Agencji Kosmicznej. Podejmowana w doktoracie
tematyka znalazła zainteresowanie nawet w Australii i USA. Już teraz Lubelszczyzna jest promowana
podczas przedstawiania wyników badań na konferencjach w kraju i za granicą. Dzięki rozwojowi
kontaktów międzynarodowych zwiększa się konkurencyjność województwa w skali krajowej
i europejskiej.