Voda v krajině

Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v. v. i., (dále VÚMOP) se zabývá zákonitostmi tvorby odtoku a jakosti vody v malých zemědělsko-lesních povodích, a to i ve vazbě na odvodnění a závlahy. Změny režimu odtoku i jakosti vod se dávají do souvislosti s procesy v povodí, cílem je porozumět a zlepšit hospodaření s vodou v krajině. Výzkum probíhá na dlouhodobě monitorovaných experimentálních povodích a zároveň se používají moderní metody zpracování dat včetně modelování a využití GIS. Dosažené poznatky a technologie se uplatňují v praxi jak přímo, tak prostřednictvím pozemkových úprav a plánů oblastí povodí.

Odvodnění

Zhruba čtvrtina zemědělských půd ČR je odvodněna, zpravidla trubkovou drenáží. Většina laiků si pod slovem „meliorace“ představí trubkovou drenáž a s ní spojené zornění luk, scelení pozemků a napřímení potoků. Dnes se nové odvodňovací stavby nebudují a staré se málo udržují. Jejich spontánní nebo asistovaný zánik bývá považován za nejlepší příspěvek k revitalizaci toků i krajiny. Neplatí to však obecně. Bez ohledu na různé dotace jsou základem prosperity rostlinné výroby stabilní a vysoké výnosy kvalitních plodin, neohrožované suchem ani zamokřením. Mnozí zemědělci si neuvědomují, že pozemky, na nichž hospodaří, jsou odvodněny a že této skutečnosti nemalým dílem vděčí za úspěch svého podnikání.

Výzkum věnuje pozornost stavu, využití a způsobům adaptace odvodňovacích systémů na nové hospodářské a klimatické podmínky. Scénáře klimatických změn předpovídají pro Českou republiku snížení odtoku v řekách o 25–70 mm. Lze předpokládat i pokles objemu drenážního odtoku. Bude nutno regulovat a retardovat drenážní odtok vložením vzdouvacích prvků, zmenšením průtočného profilu drenážních trubek nebo dílčím, popř. úplným zaslepením drénů.

Zároveň je sledována hydrologická funkce odvodnění. Drenážní systémy se významně podílejí na odvádění vody z povodí, což ovlivňuje vydatnost vodních zdrojů a urychluje transport živin i dalších látek. Výzkum ve VÚMOP analyzuje režim odtoku drenážních vod za extrémních hydrologických situací (za sucha a za povodní ) i v dlouhodobém pohledu. Díky výzkumu byly doporučeny metody pro rozčlenění složek drenážního odtoku a průtoku z hlediska rychlosti odezvy na srážku nebo tání sněhu. Zákonitosti tvorby drenážního odtoku se zkoumají také na základě variace teploty drenážní vody. Průtoková vlna v drenáži bývá obvykle provázena odpovídajícím výkyvem teploty vody, v zimě ochlazením, v létě oteplením. Tyto vztahy se projevují i na pramenných vývěrech. V některých zkoumaných lokalitách zřejmě drény podchycují vzestupné puklinové pramenné vývěry, spojené rychlým preferenčním prouděním skrze zvětralé horniny s infiltračními zónami mělkých, velmi propustných půd při rozvodnici.

Sucho a závlahy

Nejúčinnějším opatřením proti zemědělskému suchu jsou závlahy. Čeští zemědělci většinou zavlažují jen podle zkušenosti a citu. Předpokladem pro účinnou závlahu neškodící životnímu prostředí je však odborné řízení závlahového režimu, zejména stanovení velikosti dávek a termínu aplikace. VÚMOP vyvinul uživatelsky jednoduchý program ZAPROG 1, založený na bilanci zásoby vody v půdě. Pro kapkovou závlahu a přihnojování byl v mezinárodním projektu ověřen software FertOrgaNic DSS. K řízení závlah jsou vyzkoušena čidla půdní vlhkosti a sacího tlaku půdní vody, některá ve spojení s automatickou řídicí jednotkou, a revidovány optimální předzávlahové sací tlaky. Dále byl vypracován a ověřen „Index meteorologicky možného sucha“, nový ukazatel zátěže území suchem. Je zpracována studie výskytu sucha v ČR v horizontech let 2025, 2050, 2075 a 2100. Byla posouzena i použitelnost městských odpadních vod pro závlahu.

Protierozní ochrana

Z výzkumu vyplývá, že v ČR je více než 50 % zemědělské půdy ohroženo vodní erozí a přibližně 10 % větrnou. Základními faktory vzniku zrychlené eroze jsou přívalový déšť a půdní poměry, které způsobují povrchový odtok. Kulminační průtok v závislosti na vegetačním pokryvu lze odhadnout pomocí metody CN křivek. Další směr výzkumu je zaměřen na zjišťování erozní účinnosti dešťů, vyjádřené faktorem R z univerzální rovnice ztráty půdy (USLE). Doposud doporučovaná průměrná hodnota R-faktoru pro území České republiky (R´= 20) by měla být zvýšena na R = 45, což se v návrhové praxi projeví zvýšenými požadavky na účinnější protierozní ochranu. Náchylnost půdy k erozi vyjadřuje faktor K, který je upravován pro poměry v ČR. Na základě vyhodnocení asi 5000 půdních sond z celého území státu bylo v geografickém informačním systému (GIS) vytvořeno mapové zobrazení K-faktorů pro území celé České republiky.

Ochrana vodních zdrojů

V ochraně vod představují plošné zdroje zemědělského znečištění zásadní problém. VÚMOP sleduje z hlediska jakosti vody zejména vztahy mezi koncentracemi dusičnanových i amonných iontů a nerozpuštěných látek (c) v malých tocích a dynamikou průtoků vody (q). Zvýšené průtoky obvykle znamenají zvýšení množství dusíku i zvýšení koncentrací všech jeho forem. Vztah mezi c a q není během průtokových vln jednoznačný. Bylo nalezeno několik typů hysterezních smyček, lišících se směrem rotace a tvarem zakřivení. Typ smyčky souvisí u dusičnanů nejtěsněji s délkou vzestupné větve hydrogramu odtoku a sklonem počáteční fáze jeho poklesové větve, se srážkami v předchozím období a se součinitelem odtoku. U nerozpuštěných látek byla potvrzena přímá a strmá závislost na průtoku během vzestupné větve.

Ve VÚMOP byla vyvinuta metoda určování zranitelnosti mělkých podzemních vod vůči znečištění dusičnany a jinými polutanty. Je založena na vícekriteriálním hodnocení půdního pokryvu z hlediska potenciální schopnosti infiltrovat nežádoucí látky. Jednotlivá kritéria vycházejí z kódu BPEJ a výstupy jsou zpracovávány v podrobnosti 1 : 5000. Tato metoda umožňuje kombinace s dalšími kritérii, např. v hydrogeologii. V současné době probíhá verifikace této metody a bylo prokázáno, že je založena na kvalitních hypotézách. Jako nejvýznamnější faktor zvyšující koncentrace dusičnanů ve vodách bylo shledáno procento zornění zranitelných půd v infiltračních zónách.

Metoda se uplatňuje při tvorbě ochranných pásem vodárenských nádrží pro Povodí Vltavy, státní podnik. Identifikují se kritické zdrojové lokality plošného zemědělského znečištění, jakými jsou mělké půdy s vysokou vsakovací schopností, dlouhé svahy a polohy v údolích podél vodních ploch a toků. Prakticky proveditelný systém ochranných opatření (zejména zatravnění ) je navrhován pro jednotlivé produkční bloky půdy nebo parcely v měřítku 1 : 5000.

Výsledky byly dosaženy při řešení řady výzkumných i jiných projektů, zejména výzkumného záměru MZE0002704901 „Zmírnění nepříznivých extrémních přírodních a antropogenních vlivů na půdu a vodu“.