Janusz Ostrowski GLEBOWO-WODNE UWARUNKOWANIA I BILANSOWANIE PRZESTRZENNYCH POTRZEB MELIORACJI GRUNTÓW ORNYCH Z ZASTOSOWANIEM TECHNIKI KOMPUTEROWEJ

Transkrypt

1 Janusz Ostrowski GLEBOWO-WODNE UWARUNKOWANIA I BILANSOWANIE PRZESTRZENNYCH POTRZEB MELIORACJI GRUNTÓW ORNYCH Z ZASTOSOWANIEM TECHNIKI KOMPUTEROWEJ SOIL AND WATER DETERMINANTS AND BALANCING SPATIAL REQUIREMENTS FOR ARABLE LAND RECLAMATION WITH THE USE OF COMPUTER TECHNIQUE Do cytowania: Ostrowski J Glebowo-wodne uwarunkowania i bilansowanie przestrzennych potrzeb melioracji gruntów ornych z zastosowaniem techniki komputerowej. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. Rozprawy naukowe i monografie. Nr 42. Falenty. Wydaw. ITP. ISBN ss SPIS TREŚCI Wprowadzenie I. Glebowo-wodne kryteria i metody oceny potrzeb melioracji nawadniających i odwadniających na gruntach ornych I.1. Założenia i metodyka opracowania I.2. Przegląd glebowo-wodnych kryteriów i metod oceny potrzeb melioracyjnego odwodnienia i nawodnienia gruntów ornych I.3. Propozycja kryteriów i metodyki oceny potrzeb odwodnienia i nawodnienia gleb ornych w skali kraju I.4. Koncepcyjny schemat optymalizacji tlenowych i wodnych warunków w glebie z udziałem melioracji II. Ocena i hierarchizacja potrzeb melioracyjnego nawodnienia i odwodnienia gruntów ornych według kryteriów glebowo-wodnych w skali kraju II.1. Merytoryczne podstawy modelowania oceny potrzeb melioracyjnego nawodnienia i odwodnienia gruntów ornych w skali kraju II.2. Kartograficzne uwarunkowania budowy modeli diagnostycznych i ogólna koncepcja rozwiązań modelowych II.3. Model oceny potrzeb nawodnienia gleb ornych według kryteriów glebowowodnych II.4. Model oceny potrzeb odwodnienia gleb ornych według kryteriów glebowowodnych II.5. Algorytm hierarchizacji powiatów w województwach według wyników oceny II.6. Koncepcja kartograficznej prezentacji wyników oceny i generowania map oraz tabel wynikowych II.7. Informacja o zastosowanej procedurze przetwarzania danych II.8. Omówienie wyników hierarchizacji powiatów według oceny potrzeb melioracji gruntów ornych uwarunkowanej kryteriami glebowo-wodnymi III. Modelowanie, kartograficzna prezentacja i bilansowanie potrzeb melioracyjnego odwodnienia (natlenienia) gruntów ornych w skali kraju... 54

2 III.1. Metodyczne podstawy rozwiązania problemu z uwzględnieniem charakterystyki danych przestrzennych III.2. Model oceny potencjalnych potrzeb odwodnienia (natlenienia) gleb ornych i jego weryfikacja III.3. Kartograficzna koncepcja mapy potencjalnych potrzeb odwodnienia (natleniania) gleb ornych Polski III.4. Komputerowe przetworzenie danych przestrzennych i generowanie mapy III.5. Zasady bilansowania potrzeb melioracyjnego odwodnienia (natlenienia) gruntów ornych III.6. Wyniki szacunkowego bilansowania potrzeb melioracyjnego odwodnienia (natlenienia) gleb ornych Bibliografia Streszczenie Załącznik. Mapa potencjalnych potrzeb odwodnienia(nawodnienia) gleb ornych Polski (skala 1: ) CONTENT Introduction I. Soil and water criteria and the methods of assessment of the needs for irrigation and drainage in arable lands I.1. Assumptions and methods I.2. A review of soil and water criteria and the methods of assessment of the needs for irrigation and drainage in arable lands I.3. Proposals of criteria and methods of assessment of the needs for irrigation and drainage in arable lands in the country scale I.4. A conceptual scheme of optimizing aeration and water relations in soil through reclamation II. Assessment and ranking of the needs for irrigation and drainage of arable lands according to soil and water criteria in the country scale II.1. Merit backgrounds of modelling the assessment of irrigation and drainage needs of arable lands in the country scale II.2. Cartographic determinants of constructing diagnostic models and general concept of model solutions II.3. Model of the assessment of irrigation needs of arable soils according to soil and water criteria II.4. Model of the assessment of drainage needs of arable soils according to soil and water criteria II.5. Algorithm of ranking the counties in provinces according to the results of assessment II.6. Concept of cartographic presentation of results of the assessment and of generating maps and tables II.7. Information on applied procedure of data processing II.8. Description of results of county ranking according to the assessment of requirements of arable land reclamation determined by soil and water criteria... 38

3 III. Modelling, cartographic presentation and balancing the needs for drainage (aeration) of arable soils in the country scale III.1. Methodical bases for solving the problem with the consideration of spatial data characteristics III.2. Model of the assessment of potential needs for drainage (aeration) of arable soils and its verification III.3. Cartographic concept of the map of potential needs for drainage (aeration) of arable soils of Poland III.4. Computer processing of spatial data and generating the map III.5. Principles of balancing the needs for drainage (aeration) of arable soils III.6. Results of approximate balancing the needs for drainage (aeration) of arable soils References Summary Appendix. Map of potential needs for drainage (irrigation) of arable soils of Poland (scale 1: ) STRESZCZENIE Intensywny rozwój melioracji w II połowie XX wieku w naszym kraju ukierunkowany był na budowę nowych systemów melioracji niezbędnych dla rozszerzenia areałów upraw polowych i produkcji pasz objętościowych na użytkach zielonych, co doprowadziło do zmeliorowania około 4,6 mln ha gruntów ornych i 1,8 mln ha użytków zielonych. Prowadzone równolegle badania nad uzasadnieniem potrzeb i lokalizacji zabiegów melioracyjnych znacznie rozszerzyły i zmodernizowały wiedzę na temat przyrodniczych podstaw melioracji oraz stworzyły podstawę nowego spojrzenia na paradygmat melioracji, w którym obok regulacji warunków wodnych określono drugi, istotny cel, jaki powinny spełniać: zapewnienie właściwych stosunków tlenowych w środowisku glebowym w warunkach niezbędnej podaży wody potrzebnej roślinom do podtrzymania ich funkcji produkcyjnych i umożliwiającej sprawne prowadzenie zabiegów uprawowych. Przedkładana czytelnikowi monografia składa się z trzech części, w których omówiono problemy metodyczne oraz zaproponowano sposoby modelowania rozwiązań przestrzennych z zastosowaniem techniki komputerowej, poparte wynikami badań, z uwzględnieniem zobrazowania kartograficznego. W części pierwszej omówiono metody szczegółowego rozpoznania potrzeb melioracji gruntów ornych na tle ewolucji poglądów popartych badaniami nad korelacją między właściwościami powietrzno-wodnymi a cechami morfologicznymi gleb, których kwintesencją jest stosowana w praktyce tabela ocen potrzeb odwodnienia gleb ornych (tab. 1). Przedstawiono też nową sferę powiązania melioracji z niewłaściwą gospodarką tlenową jako najistotniejszą wadliwością gleb, wynikającą z dynamiki ich uwilgotnienia. Holistyczne, kompleksowe ujęcie tego problemu odzwierciedla załączony model optymalizacji tlenowych i wodnych warunków w glebie z udziałem melioracji (rys. 2). Część druga zawiera podstawy modelowania umożliwiającego kartograficzną prezentację i hierarchizację potrzeb nawodnienia i odwodnienia gleb ornych w skali kraju, z uwzględnieniem podziału administracyjnego na województwa i powiaty. Jako jednostkę podstawową przyjęto powiat, w którym rozpatrywane są te potrzeby. Modelowanie służy do bilansowania potrzeb nawodnienia i odwodnienia, a do hierarchizacji wykorzystano metodę wskaźnikową, opartą na przestrzennych relacjach między potrzebami melioracji a potencjałem produkcyj-

4 nym gleb, zróżnicowanym względem rozpatrywanego rodzaju melioracji (nawadniające, odwadniające). Wyniki hierarchizacji odzwierciedlają załączone mapy kartogramy oraz zestawienia tabelaryczne. Uwzględnione w ocenie potrzeby określono jako potencjalne, ponieważ nie odzwierciedlają przestrzennego stanu zmeliorowania gruntów ornych i nie lokalizują potrzeb w przestrzeni rolniczej. Część trzecia zawęża problem potrzeb melioracji do odwodnienia (natlenienia) gruntów ornych. Do ustalenia i oszacowania tych potrzeb użyto model relacyjny (tab. 9), w którym ocena jest wypadkową układu powiązań potencjału produkcyjnego gleb ornych z ich przydatnością rolniczą, właściwościami, położeniem w terenie, decydującym o cyrkulacji wody oraz odpornością na niedotlenienie przez stagnowanie wody w glebie, stąd określenie potrzeb odwodnienia (natlenienia) gleb. Jest to spożytkowanie nowej wiedzy w tym zakresie ujętej schematycznie w modelu zamieszczonym w części pierwszej (rys. 2). W celu bilansowania potrzeb odwodnienia (natlenienia) gleb ornych w ich kategoryzacji uwzględniono podejście przestrzenno-wskaźnikowe, odzwierciedlone w nazwach (potrzeby: dominujące, przeważające, ograniczone, sporadyczne) oraz definicjach ocen. Oprócz tabelarycznych zestawień wynikowych, nierozłączną częścią jest załącznik, zawierający mapę potencjalnych potrzeb odwodnienia (natlenienia) gleb ornych w skali 1: W zestawieniach bilansowych oszacowano aktualne potrzeby melioracji odwadniających (natleniających) gleby orne na poziomie powiatów jako różnicę obszarową miedzy potencjalnymi potrzebami a zaewidencjonowanymi systemami drenarskimi. SUMMARY Intensive development of land reclamation in our country in the second half of the 20th century was directed to the construction of new reclamation systems in order to enlarge the area of crop fields and bulk fodder production on grasslands, which ended up in the reclamation of 4.6 million ha of arable lands and 1.8 million ha of grasslands. Studies on the needs and localization of reclamation measures carried out concurrently expanded and updated our knowledge on biological fundamentals of reclamation. They also formed a basis for new reclamation paradigm, in which reclamation, apart from the regulation of water relations, should provide proper aeration of soil habitat together with the supply of water needed to support plant production and efficient cultivation. Monograph presented to the reader is composed of three parts, where methodical problems were discussed and the ways of modelling the spatial solutions were proposed with the use of computer technique supported by results of studies and with consideration of cartographic imaging. Part one presents methods of detailed recognition of reclamation needs with respect to arable soils in view of the evolution of views based on studies on the correlation between air and water properties and morphological features of soils. The essence of these studies is the practically used table of assessments of the drainage needs of arable soils (tab. 1). New relations between reclamation and improper oxygen balance are presented there as the most important soil defectiveness resulting from the dynamics of its moisture. Holistic, complex approach to that problem is reflected by the attached model of optimization of oxygen and water relations in soils with the use of reclamation (fig. 2). Part two contains the bases of modelling that enables cartographic presentation and ranking of the needs for irrigation and drainage of arable soils in the country scale considering administration division into provinces and counties. County was adopted as a base unit, where such needs are considered. Modelling is a tool for balancing the needs for irrigation and drainage. Indicator method based on spatial relations between the reclamation needs and productive potential of soils differentiated with respect to the type of reclamation (irrigation,

5 drainage) was used for ranking. Results of ranking are reflected in attached maps and tables. The needs considered in the assessment were estimated as potential once since they do not reflect spatial status of reclaimed arable soils and do not localize the needs in the agricultural space. In part three the problem of reclamation needs is narrowed to drainage (aeration) of arable soils. To establish and estimate the needs, the relational model was used (tab. 9), in which the assessment is an output of relationships between productive potential of arable soils and agricultural usefulness, soil properties, location in the area (decisive of water circulation) and resistance to oxygen deficit caused by water stagnation in the soil hence the estimation of the needs for soil drainage (aeration). This is the use of a new knowledge schematically expressed in the model presented in part one (fig. 2). To balance the needs for drainage (aeration) of arable soils, the spatial-indicator approach was adopted in their ranking reflected in the names (needs: dominating, prevailing, limited, sporadic) and in the definitions of assessments. Apart from tabular presentation of results, an inseparable part of the report is the appendix containing the map of potential needs for irrigation (aeration) of soils in the scale 1: In balance set up, the present needs for drainage (aeration) of arable soils in counties are estimated as a spatial difference between potential needs and evidenced drainage systems.