Vodní režim půdního profilu zavlažovaného a nezavlažovaného vinohradu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá jednorozměrným vertikálním modelovým posouzením vodního režimu vinohradů na jižní Moravě, konkrétně v lokalitě Sedlec u Mikulova. Modelové posouzení bylo provedeno pro vinohrad bez přidané závlahy, tj. nezavlažovaný vinohrad a vinohrad s přidanou kapkovou závlahou, tj. zavlažovaný vinohrad. K modelovému posouzení byl využit matematický model S1D. Matematický model S1D pro proudění vody a transport látek v nenasyceném půdním profilu byl na základě poskytnutých a měřených dat zpracován pro vegetační období let 2020 a 2021. Proudění vody je v modelu simulováno pomocí Richardsovy rovnice, transport rozpuštěných látek probíhá dle advekčně-disperzní rovnice. Modelace proudění vody a transportu rozpuštěných látek v půdním profilu proběhla v rozmezí 0-200 cm s rozdělením půdního profilu do čtyř vrstev. Model uvažuje s evaporací srážkové vody a transpirací révy vinné během vegetačního období. K pochopení vodního režimu v dané lokalitě bylo využito měření stabilních izotopů kyslíku a vodíku, které se vyskytují přímo uvnitř molekuly vody. Jedná se zde o vodu srážkovou, závlahovou, mobilní půdní, celkovou půdní a vodu podzemní ze sledované lokality. Výsledný kalibrovaný model je optimem mezi prouděním vody a transportem látek. Výstupem modelu bylo porovnání průběhu objemové půdní vlhkosti zavlažovaného a nezavlažovaného vinohradu s půdními čidly. Dále byl proveden průběh obsahu d18O během vegetačních období let 2020 a 2021 a rozdělení průběhu evaporace a transpirace a jejich izotopové složení. Evaporace v této studii vykazuje dynamičtější průběh změn d18O půdní vody, což je způsobeno lepší dostupností srážkové vody u povrchu a kratším vodním koloběhem při návratu do atmosféry. Také byla zjištěna větší dynamika d18O nezavlažovaného vinohradu oproti zavlažovanému vinohradu. Dynamičtější průběh nezavlažovaného vinohradu je způsoben rozdělením kořenů, kde nebyly uvažovány velmi hluboké kořeny, které se u nezavlažovaného vinohradu vyskytují, ale není znám jejich dosah ani funkčnost. Modelový nástroj S1D také neuvažuje v současné verzi s frakcionací stabilních izotopů ve vodní molekule, ke které dochází během vypadlé srážky a závlahy před její infiltrací do půdního profilu. Výsledky této práce naznačují vhodnost s tímto jevem při simulaci obdobných procesů uvažovat.

This thesis deals with a one-dimensional vertical model assessment of the water regime of vineyards in South Moravia, specifically in the locality of Sedlec u Mikulova. The model assessment was carried out for a vineyard without added irrigation, i.e. a non-irrigated vineyard, and a vineyard with added drip irrigation, i.e. an irrigated vineyard. The mathematical model S1D was used for the model assessment. Based on the provided and measured data, the S1D mathematical model for water flow and solute transport in the unsaturated soil profile was developed for the growing seasons 2020 and 2021. Water flow is simulated in the model using the Richards equation, while solute transport follows the advection-dispersion equation. The modelling of water flow and solute transport in the soil profile was carried out in the range of 0-200 cm, dividing the soil profile into four layers. The model considers evaporation of rainwater and transpiration of vines during the growing season. Measurements of stable isotopes of oxygen and hydrogen, which are present directly inside the water molecule, were used to understand the water regime at the site. This includes precipitation, irrigation water, mobile soil water, total soil water and groundwater from the study site. The resulting calibrated model is an optimum between water flow and solute transport. The output of the model was a comparison of the volumetric soil moisture progression of the irrigated and non-irrigated vineyard with soil sensors. In addition, the d18O content during the 2020 and 2021 growing seasons and the distribution of evaporation and transpiration patterns and their isotopic composition were also performed. Evaporation in this study shows a more dynamic pattern of soil water d18O changes, which is due to the better availability of precipitation water near the surface and a shorter water cycle on return to the atmosphere. Also, the d18O dynamics of the non-irrigated vineyard was found to be higher than that of the irrigated vineyard. The more dynamic course of the non-irrigated vineyard can be attributed to its root distribution — very deep roots, while present in the non-irrigated vineyard, were not considered because their extent and functionality is not known. Also, the current version of the S1D modeling tool does not consider the fractionation of stable isotopes in the water molecule, which occurs during rainfall dropout and irrigation prior to its infiltration into the soil profile. The results of this work call for the consideration of this phenomenon when simulating similar processes.