Using remote sensing for monitoring of soil degradation by erosion and erosion evidence

Code:	QJ1330118
Principal Investigator:	Mgr. Daniel Žížala (VÚMOP, v.v.i.)
Department's Principal Investigator:	doc. Ing. Josef Krása, Ph.D.
Co-operation:	Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i. (Mgr. Daniel Žížala)
Start:	2013-01-01
End:	2016-12-31
Research focus:	The main goal of project is deal with degree of soil degradation by influence soil erosion by analysis of current status of soils and develops methodology for definition of direct damage to the real status of soils. By this will be provided as well support with current model method of erosion vulnerability assessment in the Czech Republic. The key to solution is check of using progress method of proving and observing long time soil erosion affected (mainly remote sensing methods) to ensure documentation of the extent of the problem with erosion of agricultural land and about causes of this situation. The intention is find out methods how observe long time erosion effect and develop methodology for rating and observing actual erosion events with goal quantitatively and qualitatively describe the effects of water or wind erosion. The target solution of the project is development and verification procedures for the identification of evaluation of degradation of agricultural land by influence water erosion in current observing wide coverage area and with the using available resources.

Research team members at the departement:

Další řešitelé:

Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v.v.i.

Mgr. Daniel Žížala (odpovědný řešitel projektu)
Ing. Vladimír Papaj, Ph.D.
Ing. Ivan Novotný
Mgr. Jiří Brázda
Mgr. Eliška Skokanová
Ing. Jiří Kapička

Popis projektu

Hodnoty erozní ohroženosti, ztráty půdy, transportu splavenin apod. jsou v současnosti určovány na základě metod většinou zastaralých, prakticky vždy ale bez dostatečných kalibračních dat. Vypočítané hodnoty určují většinou pouze potenciál území k výskytu eroze, nicméně informace o skutečné degradaci půdy nejsou v širším měřítku známy.

Hlavním cílem řešení projektu bylo ověření využití nejmodernějších metod dálkového průzkumu Země (DPZ) při výzkumu erozního poškození půd. Záměrem bylo najít způsob, jak sledovat (vymezit a kvantifikovat) dlouhodobé působení eroze, a zároveň vyvinout metodiku pro hodnocení a sledování aktuálních erozních událostí, s cílem kvantitativně i kvalitativně popsat následky eroze půdy (zejména vodní, případně zpracováním půdy či větrné eroze).

V prvním roce řešení se práce na projektu soustředily na konkrétní upřesnění metodických postupů jednotlivých naplánovaných experimentů. Na základě hloubkové rešerše dostupných zdrojů dat DPZ, nástrojů pro jejich zpracování, jejich dostupnosti nejen pro experimenty v rámci projektu, ale i následné široké použití a testování jejich aplikability byly formulovány konkrétní kroky následných experimentů. Pro tyto účely byly následně vybrány testovací lokality, na nichž experimenty probíhaly. Ty zahrnovaly lokality s evidentním erozním poškozením a vlastnostmi půdy a reliéfu, které lokality předurčují k eroznímu poškození. Mezi vybrané lokality patřily jednotlivé pozemky dlouhodobých experimentálních ploch příjemců (Býkovice, Nučice), a dále lokality, na nichž v minulosti probíhal pedologický průzkum a bylo zde shledáno erozní poškození. Další lokality byly v průběhu projektu vybírány operativně tak, aby byly zajištěny vhodné podmínky pro testování navržených metodických postupů. Takovými oblastmi byla místa postižená erozními událostmi (pro testování fotogrammetrických přístupů - např. lokalita Postupice) a lokality s upravenou holou půdou v době leteckého snímkování (pro testování spektrálních metod - lokality Přestavlky, Klučov, Šardice, Otnice, Jičín, Nová Ves nad Popelkou).

Z hlediska testovaných metod byla využita celá škála metod DPZ, zahrnující: testování využití hyperspektrálních leteckých dat pro vymezení erodovaných půd, využití superspektrálních a multispektrálních dat pro stejné účely, využití družicových dat s velmi vysokým rozlišením a leteckých obrazových dat pro detekci erozních forem, využití fotogrammetrických metod pro určení kvantitativních parametrů erozních tvarů (s využitím bezpilotních i pozemních prostředků). Vzhledem k objemu dat, nedostupnému softwarovému pozadí a nedostatečné kapacitě při již takto široce nastaveném tematickém řešení projektu bylo z plánovaných metod upozaděno pouze testování radarových dat, jejichž využití při výzkumu eroze je však spíše okrajové, na rozdíl od výzkumu např. vlhkosti půdy v regionálním měřítku.

Konkrétní metodické postupy pro získání informací pomocí jednotlivých metod byly společně s příklady využití zevrubně popsány v certifikované metodice, která byla vydána v rámci řešení projektu. V metodice jsou také uvedeny výhody a nevýhody jednotlivých postupů a zdrojů dat a může tak sloužit jako ucelený podklad pro využití poznatků získaných v rámci řešení projektu.

Proběhnuvší výzkumný projekt tak přinesl nové poznatky, které definují postupy pro klasifikaci a kvantifikaci erozního poškození půd pomocí metod DPZ. Využití jednotlivých metod je možné i přes řadu omezení při jednotlivých aplikacích. V budoucím nasazení těchto metod při velkoplošném mapování a monitoringu erodovaných ploch či konkrétních erozních událostí je tak třeba brát v potaz zjištění dosažená v projektu a mít na zřeteli možné komplikace či snížení vypovídací schopnosti při aplikaci konkrétních metod pro konkrétní účely v konkrétních podmínkách.

Výsledky projektu

Certifikovaná metodika

Žížala, D., Krása, J., Báčová, M., Zelenková, K., Laburda, T., Novotný, I., 2016. Monitoring erozního poškození půd v ČR nástroji dálkového průzkumu Země. Certifikovaná metodika. ISBN 978-80-87361-63-4.

Specializované mapy s odborným obsahem

Krása, J., Vláčilová, M., 2015. QJ1330118 201501 Mapa erozního smyvu a drah soustředěného odtoku v povodí Býkovického potoka. Specializovaná mapa s odborným obsahem.

Krása, J., Vláčilová, M., 2015. QJ1330118 201502 Mapa rizika rozvoje erozních rýh na zemědělských pozemcích v povodí Býkovického potoka. Specializovaná mapa s odborným obsahem.

Krása, J., Vláčilová, M., 2015. QJ1330118 201503 Mapa modelovaných i monitorovaných rýh na zemědělských pozemcích v povodí Býkovického potoka. Specializovaná mapa s odborným obsahem.

Krása, J., Vláčilová, M., 2015. QJ1330118 201504 Mapa významu jednotlivých forem vodní eroze pro degradaci zemědělské půdy v povodí Býkovického potoka. Specializovaná mapa s odborným obsahem.

Žížala, D., Novotný, I., Papaj, V., Kapička, J., Petrus, D., 2015. Mapy nově vyvinutých, erozně ovlivněných půd – identifikace projevů vodní eroze půdy z archivních leteckých ortofotosnímků – pilotní území Kyjovská pahorkatina. Specializovaná mapa s odborným obsahem.

Žížala, D., Petrus, D., Beitlerová, H., Novotný, I., Papaj, V., 2015. Mapy nově vyvinutých, erozně ovlivněných půd – vymezení potenciálně erozně nebezpečných drah soustředěného odtoku - pilotní území okresu Hodonín a Břeclav. Specializovaná mapa s odborným obsahem.

Žížala, D., Hrabalíková, M., Juřicová, A., Holubík, O., Huislová, P., Novotný, I.,Vopravil, J., 2016. Mapy prostorového rozložení vybraných půdních charakteristik na erozně ovlivněných půdách –modelová lokalita Padělky, k.ú. Šardice.

Žížala, D., Hrabalíková, M., Juřicová, A., Holubík, O., Huislová, P., Novotný, I.,Vopravil, J., 2016. Mapa erozně-akumulačních forem v rámci základních plošných charakteristik reliéfu–modelová lokalita Padělky, k.ú. Šardice.

Žížala, D., Hrabalíková, M., Juřicová, A., Holubík, O., Huislová, P., Novotný, I.,Vopravil, J., 2016. Mapa potenciální a celkové ztráty půdy erozí na základě využití simulačních modelů – modelová lokalita Padělky, k.ú. Šardice.

Žížala, D., Zelenková, K., 2016. Mapa erozního poškození půd - černozemní oblast JV Moravy.

Nejvýznamnější odborné publikace

Báčová, M., Krása, J., 2016. Application of Historical and Recent Aerial Imagery in Monitoring Water Erosion Occurrences in Czech Highlands. Soil and Water Research, 11(4), pp.267-276. ISSN 1801-5395.

Kavka, P., Vláčilová, M., Devátý, J., Dostál, T., Krása, J., 2014. Comparison of Soil Erosion Rills Identification by Mathematical Models and Aerial Photographs. In: 14th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2014, Conference Proceedings vol. II. Sofia: STEF92 Technology Ltd., pp. 521-528. ISSN 1314-2704. ISBN 978-619-7105-18-6.

Krása, J., Stredova, H., Dostál, T., Novotny, I., 2016. Rainfall erosivity research on the territory of the Czech Republic. In: Mendel and Bioclimatology – Conference proceedings. Brno: Mendel University in Brno, 2016, pp. 182-196. ISBN 978-80-7509-397-4.

Neugirg, F., Stark, M., Kaiser, A., Vlacilova, M., Della Seta, M., Vergari, F., Schmidt, J., Becht, M., Haas, F., 2016. Erosion processes in calanchi in the Upper Orcia Valley, Southern Tuscany, Italy based on multitemporal high-resolution terrestrial LiDAR and UAV surveys. Geomorphology, 269, pp. 8-22. ISSN 0169-555X.

Žížala, D., Kapička, J., Novotný, I., 2015. Monitoring Soil Erosion of Agricultural Land in Czech Republic and Data Assessment of Erosion Events from Spatial Database. In: International Conference on „Soil - the non-renewable environmental resource“, Mendelova univerzita v Brně, 7. 9. - 9. 9, 2015. Book of Abstracts. ISBN 978-80-7509-322-6.

Žížala, D., Zádorová, T., Kapička, J., 2017. Assessment of Soil Degradation by Erosion Based on Analysis of Soil Properties Using Aerial Hyperspectral Images and Ancillary Data, Czech Republic. Remote Sensing [online]. 1.1., 9 (1). 28. doi: 10.3390/rs9010028.