UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA AGRONOMIJO Vesna ZUPANC DOLOČITEV POTREB PO NAMAKANJU BRESKEV IN NEKTARIN V VIPAVSKI DOLINI OB SPREMENJENI VODNI BILANCI TAL DOKTORSKA DISERTACIJA Ljubljana, 2003 UNIVERZA V LJUBLJANI BIOTEHNIŠKA FAKULTETA ODDELEK ZA AGRONOMIJO Vesna ZUPANC DOLOČEVANJE POTREB PO NAMAKANJU V VIPAVSKI DOLINI ZA BRESKVE IN NEKTARINE OB SPREMENJENI VODNI BILANCI TAL DOKTORSKA DISERTACIJA IRRIGATION DEMAND ASSESMENT IN VIPAVA VALLY FOR PEACHES AND NECTARINES CONSIDERING CHANGED SOIL WATER BALANCE DOCTORAL DISSERTATION Ljubljana, 2003 II Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Doktorska disertacija je zaključek podiplomskega študija agronomije. V celoti je bila opravljena je bila na Centru za urejanje kmetijskega prostora in agrohidrologijo Oddelka za agronomijo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani. Po sklepu Senata Biotehniške fakultete in po sklepu Komisije za podiplomski študij univerze z dne 14.01.2003 (po pooblastilu Senata Univerze v Ljubljani z dne 07.01.2003) sta bili imenovani za mentorico doktorske disertacije z naslovom 'Določitev potreb po namakanju breskev in nektarin v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal' doc. dr. Marina Pintar in somentorico prof. dr. Lučka Kajfež – Bogataj. Komisija za oceno in zagovor: Predsednik: prof. dr. Franc Lobnik Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo Članica: doc. dr. Marina Pintar Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo Članica: prof. dr. Lučka Kajfež – Bogataj Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo Član: prof. dr. Miran Veselič Univerza v Ljubljani, Fakulteta za naravoslovje in tehnologijo, Oddelek za montanistiko in geologijo Datum zagovora: 22.5.2003 Doktorska disertacija je rezultat lastnega raziskovalnega dela. Doktorandka Vesna Zupanc III Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ŠD Dd DK UDK 631.671:556.1:551.586:631.432:634.25/.26(043.3) KG Vodna bilanca /tla /namakanje /modeliranje /SWAP /GLEAMS /potrebe po namakanju /breskve/ nektarine KK AGRIS P12/P40/P33 AV ZUPANC, Vesna, univ. dipl. inž. agr. SA PINTAR, Marina (mentor)/KAJFEŽ – BOGATAJ, Lučka (somentor) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101 ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo LI 2003 IN DOLOČITEV POTREB PO NAMAKANJU BRESKEV IN NEKTARIN V VIPAVSKI DOLINI OB SPREMENJENI VODNI BILANCI TAL TD Doktorska disertacija OP XXIII, 121 str., 22 pregl., 80 sl., 11 pril., 106 vir. IJ sl JI sl/en AI Za oceno vpliva spremenjenih členov vodne bilance tal na potrebe po namakanju breskev in nektarin v Vipavski dolini so za meteorološko postajo Bilje v obdobju 1961 – 1990 na 15 talnih profilih za 7 pedokartografskih enot uporabili računalniška modela SWAP in GLEAMS. Za šest scenarijev klimatskih sprememb (kombinacija povečanja temperature zraka za 1,5oC, 3oC in 4,5o ter zmanjšanih dnevnih količin padavin za 10% preko celega leta oz. zmanjšanih padavin v obdobju april – september za 10 % s povečanjem padavin v obdobju oktober – marec za 10%) so primerjali potrebe po namakanju. Računalniški model SWAP se je pokazal kot precizno in močno orodje za oceno elementov vodne bilance tal na nivoju prereza opazovanega oz. proučevanega profila od površine tal do stika s podtalnico. Računalniški model GLEAMS je pri izračunu absolutnih vrednosti manj natančen, vendar je enostaven za uporabo, kar je njegova glavna prednost. V obravnavanem obdobju 1961 – 1990 so rezultati izračuna primanjkljaja vode v tleh v Vipavskih dolini za breskve in nektarine z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da je primanjkljaj na hidromorfnih tleh v povprečju nižji pri modelu SWAP (108 – 240 mm/leto) in pri modelu GLEAMS (0 – 293 mm/leto) kot na avtomorfnih tleh, kjer je pri modelu SWAP primanjkljaj 147 – 300 mm/leto in pri modelu GLEAMS 284 – 331 mm/leto. Primanjkljaj vode je ob uporabljenih scenarijih klimatskih sprememb na avtomorfnih tleh višji (do 620 mm) kot na hidromorfnih tleh (do 530 mm). Vendar je relativna razlika med višino primanjkljaja vode v opazovanem obdobju (1961 – 1990) in višino primanjkljaja pri uporabljenih klimatskih scenarijih za breskve in nektarine v Vipavski dolini na hidromorfnih tleh večja (0 – 77%) kot na avtomorfnih tleh (15 – 45%). IV Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 KEY WORD DOCUMENTATION ŠD Dd DK UDC 631.671:556.1:551.586:631.432:634.25/.26(043.3) KG Soil water balance/ irrigation/ modelling/ SWAP/ GLEAMS/ irrigation demand/ peaches/ nectarines KK AGRIS P12/P40/P33 AV ZUPANC, Vesna SA PINTAR, Marina (supervisor)/KAJFEŽ – BOGATAJ, Lučka (co-supervisor) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101 ZA University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department for Agronomy LI 2003 IN IRRIGATION DEMAND ESTIMATION FOR PEACHES AND NECTARINES IN VIPAVA VALLEY CONSIDERING CHANGED SOIL WATER BALANCE TD Doctoral dissertation OP XXIII, 121 p., 22 tab., 80 fig., 11 app., 106 ref. IJ sl JI sl/en AI For estimation of changed soil water balance parameters impact on irrigation demand for peaches and nectarines in Vipava valley for meteorological station Bilje in period 1961 – 1990 for 15 soil profiles for 7 soil cartographic units computer models SWAP and GLEAMS have been used. For six climate change scenarios (combination of increased air temperature for 1.5oC, 3oC and 4.5oC and decreased precipitation amount for 10% throughout the year or decreased precipitation amount in April – September for 10% and increase precipitation amount in October – March for 10%) irrigation demand has been compared. Computer model SWAP has shown to be precise and powerful tool for soil water balance estimation on the scale of studied soil profile cross section between surface and groundwater level. Computer model GLEAMS has shown to be less exact when calculating absolute values but simple to use which is its main advantage. In studied period 1961 – 1990 the water shortage calculations with models SWAP and GLEAMS for Vipava valley for peaches and nectarines have shown lower water shortage on fluvisols with model SWAP (108 – 240 mm/year) and model GLEAMS (0 – 293 mm/year) compared to the cambisols where water shortage reaches 147 – 300 mm/year with model SWAP and 284 – 331 mm/year with model GLEAMS. Water shortage with applied climate change scenarios is higher for cambisols (up to 620 mm) than for fluvisols (up to 530 mm). Relative difference between water shortage in studied period 1961 – 1990 and water shortage of applied climate change scenarios for peaches and nectarines in Vipava valley is higher on fluvisols (0 – 77%) compared to the cambisols (15 – 45%). V Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 KAZALO VSEBINE Str. Ključna dokumentacijska informacija (KDI) III Key Word Documentation (KWD) IV Kazalo vsebine V Kazalo preglednic VIII Kazalo slik X Kazalo prilog XVI Seznam okrajšav in simbolov XVII VI Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 VII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 VIII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 KAZALO PREGLEDNIC IX Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 X Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 KAZALO SLIK XI Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 XII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 XIII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 XIV Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 XV Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 XVI Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 XVII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 KAZALO PRILOG Priloga A: Izhodna datoteka modela SWAP (Bilje.bal) in izris izhodne datoteke za meteorološko postajo Bilje za leto validacije, 2002. Priloga B: Izhodna datoteka modela GLEAMS (hidrologija) za meteorološko postajo Bilje za leto validacije, 2002. Priloga C: Uporabljeni podatki pedoloških profilov iz oddelka avtomorfnih tal pedološke karte CPVO za vhodne podatke v Mualem – Van Genuchten PTF modelu ter izračunani izhodni parametri, uporabljeni kot vhodni podatki v modelih SWAP in GLEAMS. Priloga D: Uporabljeni podatki pedoloških profilov iz oddelka hidromorfnih tal pedološke karte CPVO za vhodne podatke v Mualem – Van Genuchten PTF modelu ter izračunani izhodni parametri, uporabljeni kot vhodni podatki v modelih SWAP in GLEAMS. Priloga E: Legenda pedoloških profilov glede na tip tal in pedokartografsko enoto. Priloga F: Legenda oznak horizontov, ki se pojavljajo v uporabljenih pedoloških profilih. Priloga G: Globina tal [cm] glede na pedokartografsko enoto in pedološki profil ter teksturni razred. Priloga H: Primanjkljaj vode v tleh [mm] v vegetacijskem obdobju, dobljen z modelom SWAP (Van Dam in sod., 1997) za referenčni niz podatkov (1961 – 1990) za meteorološko postajo Bilje za pedološke profile iz oddelka avtomorfnih tal. Priloga I: Primanjkljaj vode v tleh [mm] v vegetacijskem obdobju, dobljen z modelom SWAP (Van Dam in sod., 1997) za referenčni niz podatkov (1961 – 1990) za meteorološko postajo Bilje za pedološke profile iz oddelka hidromorfnih tal. Priloga J: Primanjkljaj vode v tleh [mm] v vegetacijskem obdobju, dobljen z modelom GLEAMS (Knisel in sod., 1993) za referenčni niz podatkov (1961 – 1990) za meteorološko postajo Bilje za pedološke profile iz oddelka avtomorfnih tal. Priloga K: Primanjkljaj vode v tleh [mm] v vegetacijskem obdobju, dobljen z modelom GLEAMS (Knisel in sod., 1993) za referenčni niz podatkov (1961 – 1990) za meteorološko postajo Bilje za pedološke profile iz oddelka hidromorfnih tal. XVIII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 SEZNAM OKRAJŠAV IN SIMBOLOV KRATICE Razlaga CN Curve Number GLEAMS Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems HYPRES HYdraulic PRoperties of European Soils Database FDR Frequency Domain Reflectometry LAI Indeks listne površine (Leaf Area Index) MAD Največji dovoljeni primanjkljaj (Maximum Allowable Depletion) MSC Modeli splošne cirkulacije (Global Circulation Model) MRC Modeli regionalne cirkulacije (Regional Circulation Model) PK Poljska kapaciteta (Field Capacity) SCS Soil Conservation Service SP Stopnje prostosti SWAP Soil – Water – Atmosphere – Plant TV Točka venenja (Wilting Point) VS cm oz. m Vodnega Stolpa WOFOST WOrld FOod STudies WUEph Fotosintetska učinkovitost izrabe vode (Water Use Efficiency) SIMBOLI Velike črke A C Cws Cs CU Enote Razlaga cm2 Površina preseka J g-1 °C-1 Toplotna kapaciteta vlažnega zraka cm3 cm-3 Specifična kapaciteta tal za vodo - Koeficient za izračun toka vode v modelu GLEAMS mm Konzumpcijska poraba vode XIX Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 D mm dan-1 Ds cm E mm dan-1 Ea mm dan-1 Eo mm dan-1 Emax mm dan-1 Ep mm dan-1 Epo mm dan-1 ETavg mm dan-1 ETbreskev mm dan-1 ET0 mm dan-1 ETP mm dan-1 ET mm dan-1 Fm kg m s-2 G J m-2 d-1 H m Ho.i I mm dan-1 J - K cm dan-1 Ka mm Ket - Klai - Ko mm Ks cm dan-1 Li MJ kg1 P mm R mm Pronicanje v nasičeno cono Globina površinske cone Evaporacija tal Dejanska evaporacija tal Evaporacija mokrih tal Maksimalen tok vode iz zgornje plasti tal Potencialna evaporacija tal Potencialna evaporacija golih tal povprečna evapotranspiracija Evapotranspiracija breskev Referenčna evapotranspiracija Potencialna evapotranspiracija Evapotranspiracija Sile matriksa Toplotni tok tal Celokupni potencial pritiska vode Ničelna in alternativna domneva Stopnja infiltracije Hidravlični gradient Koeficient hidravlične prevodnosti Kapilarna voda Karmanova brezdimenzijska konstanta Koefficient slabitve kratkovalovnega sevanja Kondenzirana voda Koeficient nasičene hidravlične prevodnosti Izparilna toplota za vodo Padavine Odtok XX Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Rn MJ m-2dan-1 Neto sevanje Rv J kg K-1 Specifična plinska konstanta za vodno paro S dan-1 Ponor s strani korenin SC - Koeficient pokritosti tal, ki je funkcija prestrežene svetlobe smax mm dan-1 Največji odvzem s strani korenin sm N Matrična tenzija vode sp cm3 cm-3 Vsebnost vode pri nasičenju v RZ Ss cm3 Vsebnost vode pri nasičenju v modelu GLEAMS ST cm3 Volumen zadržane vode v modelu GLEAMS sw cm3 cm-3 Stopnja nasičenosti T mm dan-1 Transpiracija rastlin Ta mm dan-1 Dejanska transpiracija Ti mm dan-1 Transpiracija rastlin znižana zaradi sušnega stresa Th mm dan-1 Transpiracija ob zadostni količini vode v tleh Tp mm dan-1 Potencialna transpiracija Tpo mm dan-1 Potencialna transpiracija suhe rastline U mm dan-1 Stopnja kapilarnega dviga iz nasičene cone V cm3 Volumen vode, ki se vgradi v vegetativne dele Va cm3 Volumen plinaste faze tal Vb cm3 Celokupni volumen tal VB mm Vodna bilanca Vs cm3 Volumen trdne faze tal vv cm3 Volumen praznega prostora tal (Vv)e cm3 Volumen povezanih (efektivnih) por (Vv)„e cm3 Volumen slepih – nepovezanih por vw cm3 Volumen tekoče faze tal w mm Založenost tal z vodo Win mm Količina dodane vode XXI Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 wout Wt wg mm Količina odvzete vode mm Količina vode dodane z namakanjem mm Gravitacijska voda Majhne črke Enote d m d es mm Hg e mm Hg f cm3 cm-3 fe cm3 cm-3 /2 cm3 cm-3 g m s-2 h m hatm m, Pa he m he m hg m hi,m m hm m h{ - ho m hp m K m k cm2 kc - kj - Razlaga Višinski odmik od osnovne ravnine Povprečna razlika dveh vzorcev Nasičeni parni pritisk Delni parni pritisk Poroznost Efektivna poroznost Frakcija rastlini dostopne vode, pri kateri se prične namakanje v modelu SWAP Gravitacijski pospešek Hidravlični potencial pritiska Atmosferski pritisk Višina kapilarnega dviga Matrični potencial, ko se osušijo največje pore Gravitacijski potencial Potencial na površini tal, ki je lahko omejujoč pri infiltraciji Matrični potencial Iterativni korak Ozmotski potencial pritiska Hidravlični potencial pritiska Višina vegetacije Specifična prepustnost Koeficient rastlin Komponenta normale v smereh i in j XXII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 m - Van Genuchtenov parameter 1 ms g Masa suhih tal mw g Masa vode n - Van Genuchtenov parameter 2 np - Število parov q cm dan-1 Gostota toka vode, tudi Darcyev tok qr mm dan-1 Intenziteta dežja qs mm dan-1 Tok vode v enem dnevu r m Radij por rc s m-1 Upornost rastlinskega pokrova rs s m-1 Stomatalna upornost ra s m-1 Aerodinamična upornost s Pa K-1 Nagib krivulje nasičenega parnega tlaka pri temperaturi T Sd - Standardni odklon razlik t dan Časovni korak uz m s-1 Hitrost vetra z m Referenčna ravnina Zf, m Višina merske točke vlažnosti in temperature Zl m Globina korenin, do katere namakamo zm m Višina merske točke vetra Zom m Parameter hrapavosti, ki vpliva na prenos zaradi vetra Zoh m Parameter hrapavosti, ki vpliva na prenos toplote in vlage Zr m Globina korenin, ki jo model SWAP upošteva pri izračunu Ztal m Globina horizonta v talnem profilu Velike grške črke Enote Razlaga Wm N m-2 Matrični potencial Wp N m-2 Potencial pritiska XXIII Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Majhne grške črke Enote Razlaga a - Van Genuchtenov parameter 3 p - Rastlini specifična funkcija odvzema vode 7 Pa K-1 Psihrometrična konstanta 8 ° Kot omočenosti e - Parameter evaporacije tal Oa cm3 cm-3 Vsebnost zraka 0FC cm3 cm-3 Vsebnost vode pri poljski kapaciteti 0h3 cm3 cm-3 Zaloga vode v tleh pri zmanjšanem odvzemu vode er cm3 cm-3 Rezidualna vsebnost vode os cm3 cm-3 Nasičena vsebnost vode 0SWRC cm3 cm-3 Specifična zadrževalna sposobnost tal 0WP cm3 cm-3 Vsebnost vode pri točki venenja Orel cm3 cm-3 Relativna vsebnost vode ow cm3 cm-3 Vsebnost vode jU kg m-1dan-1 Koeficient dinamične viskoznosti Ml,2 - Povprečje letne vsote padavin Pa g cm-3 Gostota zraka Pb g cm-3 Gostota tal Ps g cm-3 Gostota talnih delcev Pw g cm-3 Gostota vode a kg s-2 Površinska napetost 1 - Koeficient skladiščenja pri modelu GLEAMS 1 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 1 UVOD Voda je osnovni dejavnik v kmetijstvu in igra poleg lastnosti tal odločilno vlogo v rasti in razvoju rastlin. Trenda temperature zraka in padavin za Slovenijo kažeta na povečanje temperature zraka in zmanjšanje padavin v vegetacijskem obdobju, kar bo pri nas najbolj prizadelo kmetijstvo (Kajfež-Bogataj, 2000). S kmetijskega vidika bodo posledice klimatskih sprememb opazne na vodni bilanci tal. Izrazita sušna obdobja v zadnjih letih so najbolj občutile kmetijske rastline na lahkih propustnih tleh. Ob klimatskih spremembah pa lahko pričakujemo sušo tudi na tleh, ki sicer rastlinam nudijo optimalno oskrbo z vodo (Bergant in Kajfež-Bogataj, 1998). Kmetijska suša se pojavi takrat, ko v vegetacijskem obdobju rastlinam primanjkuje talne vlage za normalen razvoj, padavin je premalo, ali pa nastopijo ob nepravem času, zaradi česar pride do poškodb rastlin in v skrajni fazi do trajne uvelosti. Pričakovati je, da bo voda v prihodnje eden izmed glavnih omejenih naravnih virov. Za določitev možnih ukrepov varčevanja z vodo je potrebno poglobljeno poznavanje vseh členov vodne bilance (Ma in sod., 1999). Za kmetijsko pridelavo je pomembna vodna bilanca v prerezu globine koreninskega spleta. Kmetijska suša je pomanjkanje vode, ki nastopi v času intenzivne rasti in razvoja kmetijskih rastlin v kritičnih fenoloških obdobjih, pridelek je zmanjšan ali pa celo popolnoma uničen. Količinsko in kakovostno primeren pridelek v času suše lahko zagotovimo z namakanjem rastlin (Pintar, 2003), vendar je lahko pri nestrokovnem določanju namakalnih parametrov povečana nevarnost spiranja hranil in sredstev za varstvo rastlin v podtalnico ter povečana nevarnost količinske preobremenitve vodnih virov (Pintar in Knapič, 2001). Za simuliranje medsebojne povezave med rastlinami in okoljem ter za napovedovanje toka vode in prenosa snovi v talni raztopini se uporabljajo računalniški modeli, ki temeljijo na kemičnih, fizikalnih in bioloških zakonih, saj lahko zelo hitro generirajo veliko napovedi in različne situacije za določen problem. Tehnike modeliranja so omogočile doseči pomembne rezultate pri povezovanju znanj o sistemu rastlina – okolje. Številni računalniški modeli nam omogočajo analizo razmerij med fizikalnimi parametri tal in vremenskimi parametri, biotskimi in abiotskimi dejavniki, boljše razumevanje zapletenih sistemov ter predstavljajo primerno orodje ciljnemu uporabniku za vodenje in organizacijo pridelave (Bergant in Kajfež-Bogataj, 1999; Čenčur – Curk, 2002). Modeli za simulacijo vodne bilance se uporabljajo za določanje optimalnih parametrov namakanja. Splošen cilj pri načrtovanju namakanja je povečanje neto izkoristka rastlinske pridelave, optimalna porazdelitev omejene količine razpoložljive vode, zmanjšanje onesnaženja podtalnice in površinskih voda oz. doseganje optimalne pridelave pri namakalnem sistemu z omejenimi kapacitetami (Batchelor, 1999; Martin de Santa Olalla Manas, 1999). Za račun vodne bilance in vpliva obdobij s primanjkljajem vode v tleh na kmetijsko pridelavo in potrebe po namakanju smo uporabili 2D numerični model SWAP (Soil – Water – Atmosphere – Plant), ki omogoča večletno simulacijo medsebojnih vplivov 2 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 znotraj sistema tla – voda – rastlina – atmosfera (Van Dam in sod., 1997) ter model GLEAMS (Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems), ki omogoča vrednotenje zapletenih medsebojnih vplivov med talnimi horizonti, podnebnimi dejavniki in hranili (Knisel in sod., 1993). Namen raziskave je določiti potrebe po namakanju breskev in nektarin v Vipavski dolini ter oceniti vpliv spremembe vodne bilance tal. Namen dela je tudi primerjalno preveriti primernost teh dveh računalniških modelov za oceno potreb po namakanju na primeru breskev in nektarin v Vipavski dolini. Določitev potreb po namakanju je slonela na uporabi meteoroloških podatkov, meritvah vsebnosti vode v tleh ter podatkov o nekaterih fizikalnih lastnostih talnih profilov. Modela hkrati omogočata preučevanje spremenjenih potreb po namakanju na različnih talnih tipih glede na klimatske spremembe. Primerjava dveh modelov lahko poda dodatna znanja o fizikalnih procesih, ki so pomembni za izračun vodne bilance. Uporabnost modelov je mnogokrat omejena na pogoje, ki so podobni tistim, za katere je bil določen model razvit. Pri razvoju vsestranskih in kompleksnih modelov se za testiranje veljavnosti konceptov modela uporabljajo lokalne zbirke podatkov. Procesi so enaki, vendar je stopnja povezanosti procesov lahko zelo različna. Na osnovi dolgoletnih meteoroloških podatkov (1961 – 1990) smo z računalniško simulacijo toka vode v vadozni coni opredelili dejanske potrebe po namakanju breskev in nektarin v Vipavski dolini. Namen dela je bilo tudi testiranje modelov SWAP in GLEAMS za pogoje v Sloveniji. Izhodišče za pristop k delu je bilo, da sta računalniška modela SWAP in GLEAMS dobri orodji za določevanje vodne bilance tal ter da je zaradi predvidenih klimatskih sprememb (povečane temperature zraka in drugačne razporedite padavin) v Vipavski dolini pričakovati povečane potrebe po namakanju breskev in nektarin. Na tej osnovi smo postavili hipotezo, da poznavanje in spremljanje členov vodne bilance tal omogoča časovno in prostorsko določitev pomanjkanja vode v tleh ter optimalno oceno potreb po namakanju. Predpostavili smo, da bo zaradi različnih vodnoretenzijskih lastnosti pomanjkanje vode zaradi predvidenih klimatskih sprememb na določenih talnih tipih bolj izraženo kot na drugih. Predvidevali smo, da bo primerjava modelov GLEAMS in SWAP slednjega potrdila kot boljšo metodo za oceno, kako in do kakšne mere se bodo klimatske spremembe odražale na vodni bilanci tal. To smo predpostavili zaradi strukture modela ter numeričnih metod opisov toka vode, na katerih je model zgrajen in možnosti interakcije med posameznimi opisnimi segmenti, ki opisujejo vodo v sistemu tla – rastlina – atmosfera. 3 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 2 PREGLED OBJAV 2.1 VODA V SISTEMU TLA– RASTLINA – ATMOSFERA Trenutni pristop k problemu odvzem vode iz tal ter porabe s strani rastlin sloni na spoznanju, da polje z vsemi komponentami – tlemi, rastlino in obdajajočo atmosfero – skupaj tvori fizikalno/fizično združen dinamičen sistem, v katerem potekajo različni procesi soodvisno kot členi v verigi (Kroes in sod., 1999). Ta nedefiniran sistem se imenuje t.i. kontiuum tla – rastlina – atmosfera. Univerzalni princip, privzet za ta sistem je, da pride spontano do toka vode z mesta z višjo potencialno energijo vode na mesto z nižjo potencialno energijo (Slika 1; Hillel, 1998). Uporabljeni različni izrazi za opis stanja vode v različnih delih sistema tal – rastlina – atmosfera so zgolj alternativni izrazi energijskega nivoja oziroma potenciala vode. Pravzaprav ravno navzočnost teh razlik ali gradientov potencialov med pripadnimi lokacijami v sistemu predstavljajo gonilno silo, ki povzroča tok znotraj tal ter med tlemi, rastlino in atmosfero (Boyer, 1995). Slika 1: Voda v sistemu tla – rastlina – atmosfera (Hillel, 1998). Figure 1: Water in the soil– plant–atmosphere system (Hillel, 1998). 2.2 ATMOSFERA Zemljino ozračje, tanek sloj plinov okoli oble, ščiti in vzdržuje življenje na Zemlji. Ozračje je nenehno v gibanju zaradi sončnega sevanja, razlik v ogrevanju površine zemlje med poloma in ekvatorjem ter zaradi rotacije zemlje. Stanje atmosfere – temperaturo zraka, vsebnost vlage, pritisk in tokove zraka – navadno opišemo z vremenom in podnebjem (Parry in Carter, 1998). Vreme opredeljujejo vrednosti številnih meteoroloških elementov (temperatura zraka, zračna vlaga, oblačnost, padavine, smer in hitrost vetra, sončno 4 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 obsevanje in drugi) v določenem časovnem trenutku oziroma v krajšem časovnem intervalu – dnevu, tednu, mesecu v določenem manjšem ali večjem delu ozračja. Podnebje po definiciji predstavlja povprečno vreme v daljšem časovnem obdobju, ki naj bi bilo dolgo vsaj 30 let. V atmosferi je največ do 4 volumske odstotke vodne pare. Kljub temu, da je je tako malo, je vsestransko pomembna, saj je večina pojavov, ki karakterizirajo vsakdanje vreme, povezanih z njo. Pomembna je tudi za živi svet na kopnem, ki je neposredno odvisen od sladke vode in torej od padavin (Hočevar in Petkovšek, 1984). 2.3 RASTLINA Pomanjkanje vode lahko v rastlinah povzroči stres, omejena razpoložljivost vode za rastline je lahko posledica fizikalnih in podnebnih lastnosti okolja, interakcij tla – padavine, tla – rastlina, ozračje – rastlina, povečanih potreb rastlin ali kombinacije neštetih faktorjev. Jakost sušnega stresa v rastlinah v naravi in v kmetijstvu pogosto ocenjujejo kar preko ocene razpoložljivosti vode za rastline v nekem okolju. Kot merilo za razpoložljivost vode se največkrat uporablja količina padavin na leto ali vegetacijsko dobo (ne upošteva vpliva tal na dostopnost vode), vsebnost vode v tleh (ne upošteva razporeditve korenin in hidravlične prevodnosti tal), koeficiente, ki temeljijo na razlikah med padavinami in evapotranspiracijo ter vodni potencial rastlin ali delov rastlin, merjen pred zoro, ki je neposredno merilo za razpoložljivost vode za rastline (Boyer, 1995; van der Berg in Driessen, 2002). V nasprotju z mnogimi drugimi tipi stresa, se sušni stres ne pojavi nenadoma, temveč se razvije postopno. Njegova jakost narašča s trajanjem suše. Učinkovitost izrabe vode (angl. water use efficiency, WUEph) je definirana kot razmerje med količino vode, ki jo rastlina transpirira in količino fotosintetsko asimiliranega CO2. Zaradi velike površine listov, njihove visoke absorbcije energije sevanja ter potrebe po odprtju poti za vstop CO2 pride do nasprotja med potrebo po varčevanju z vodo ter potrebo po asimilaciji CO2. Fotosinteza in stomatalna transpiracija sta neizogibno povezani preko difuzijske poti CO2 in vode skozi listne reže. Najboljši kompromis med porabo vode in sprejemom CO2 je dosežen, ko so reže delno zaprte. Stomatalna upornost rs (s m-1) je pomemben dejavnik, ki nadzoruje izgube vode iz listov. Zapiranje rež oz. povečanje stomatalne upornosti uporabljajo kot kazalec odziva rastline na sušo (Teiz in Zeiger, 1998). Na stomatalno upornost poleg relativne zračne vlage vplivajo tudi drugi okoljski dejavniki: osvetlitev, temperatura in koncentracija CO2 v zraku. Stomatalna upornost se poveča, ko se povečuje koncentracija CO2 v zraku. Indeks listne površine (LAI, angl. Leaf Area Index) je definiran kot skupna enostranska površina zelenih listov na enoto površine tal (m2 m–2). Pri procesih, kot so prestrezanje padavin, izhlapevanje, transpiracija, evapotranspiracija in kroženje energije, je indeks listne površine eden pomembnejših parametrov vegetacije (Faust, 1989; Raghavendra, 1991). LAI je uniformna in splošno uporabljena mera za oceno listne površine. To je razmerje listne površine na površino tal ter se uporablja v kombinaciji s študijami prestrezanja svetlobe ter meritvami transpiracije kot osnova za učinkovitost rastlinskega pokrova. Točnost določitve LAI je lahko kritična pri razumevanju in modeliranju obnašanja posameznega ekosistema. 5 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Voda v tleh je za korenine rastlin dostopna le delno. Določen del (različno velik del, kar je odvisno od tipa tal) je preko hidratacijskih sil higroskopsko vezan na talne koloide. Sesalna sila korenin ne zadošča, da bi iz tal odvzela tudi tako vezano vodo, to bi zahtevalo sesalno moč večjo kot 5MPa (50000 cm VS). Fine korenine lahko odvzemajo vodo iz tal tako dolgo, kot lahko sesalna sila korenin konkurira sili, s katero je voda vezana v tleh. V kapilarah in v talnih porah je voda vezana z nizkimi silami vezave ter je koreninam v glavnem dostopna. Pri tem zadošča sesalna sila korenin med 0,5 in 1,0 MPa (med 5000 in 10000 cm VS). V tleh počasi premikajoča se voda, ki je vezana s silo 0,005 – 0,033 MPa (50 – 330 cm VS) je za korenine prav tako uporabna (Friedrich in Fischer, 2000). 2.4 LASTNOSTI TAL V tleh se razvija koreninski sistem preko katerega se rastlina oskrbuje z vodo in hranili. Tla so zelo kompleksen sistem, sestavljen iz heterogene mešanice trdnih tekočih in plinastih materialov. Trda faza je sestavljena iz mineralnih delcev, ki vsebujejo delce različnih velikosti, oblik in kemijske sestave ter organske frakcije. Lastnosti tal lahko razdelimo na fizikalne, kemijske in biološke lastnosti. Na fizikalne in kemijske lastnosti tal vplivajo interakcije med osnovnimi lastnostmi tal, ki so tekstura, mineralna sestava, fizikalno – kemijske lastnosti glinenih mineralov in organska snov (Riztema, 1994). Osnovne lastnosti tal so posledica medsebojnega vplivanja tlotvornih dejavnikov, kot so klima, matična podlaga, topografija, delovanje živih organizmov, človeška aktivnost (Ritzema, 1994) ter fizikalnih, kemijskih in bioloških procesov. Na tok vode v tleh imajo največji vpliv fizikalne in kemijske lastnosti tal (Jury in sod., 1991). Proces zadrževanja vode v tleh opredeljujejo hidravlične lastnosti tal, ki so predvsem odvisne od osnovnih fizikalnih lastnosti tal, to je teksture in strukture (Hillel, 1998). 2.4.1 Tekstura Tla sestojijo iz primarnih mineralnih delcev zelo različnih velikosti. Porazdelitev velikosti teh delcev definira teksturo tal. Imena talnih velikosti so glina, fini in grobi melj, pesek, skelet, ostrorobo kamenje in prodniki (Ritzema, 1994). Klasifikacij velikostnih razredov talnih delcev je več, razlikujejo se v razmejitvi med posameznimi velikostnimi razredi. V Sloveniji uporabljamo ameriško klasifikacijo tal. Tekstura tal je sestava finega dela (t.j. < 2 mm) tal glede na delež (masni odstotek) mineralnih delcev različnih velikostnih skupin. Po velikosti delce razdelimo v dve glavni skupini mineralnih delcev – peščeno in meljasto ter glineno frakcijo (pesek, melj, glina). Mineralna sestava peščene in meljaste frakcije je določena glede na matično podlago in stopnjo preperevanja tal. Glinena frakcija vpliva na pomembne kemične in fizikalne lastnosti tal, kot so gibanje vode v tleh, zračnost, kationska izmenjalna kapaciteta tal. Izrazita vloga glinene frakcije v fizikalno kemijskih lastnostih je zaradi velike specifične površine ter električnega naboja. Pesek in melj lahko označimo kot pasivni entiteti talnega 6 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 matriksa, katerih vpliv na gibanje vode v tleh se izrazi predvsem z geometrično ureditvijo delcev (Jury in sod., 1991). Tla so opredeljena tudi glede na primernost za obdelavo. Grobo teksturna tla, kjer prevladuje peščena frakcija so označena kot lahka in peščena tla. Fino teksturna tla, kjer prevladujeta melj in glina, pa kot težka ali glinena tla. Tekstura tal je pomembna zato, ker so druge lastnosti (npr. konsistenca, primernost za obdelavo, vodno retenzijske lastnosti, prepustnost in rodovitnost) pogosto povezane z njo. Znana tekstura talnih horizontov omogoča dobro oceno fizikalnih lastnosti in ostalih kmetijsko pomembnih lastnosti. Porazdelitev velikosti talnih delcev se uporablja v skoraj vsakem modelu za izračun hidravličnih lastnosti tal (Woesten in sod., 2001). 2.4.2 Organska snov Organska snov v tleh sestoji iz organskega ogljika, to so živi organizmi ter odmrli rastlinski in živalski ostanki. Sveža organska snov v tleh delno hitro razpadne pod vplivom mikroorganizmov, ostanek se imenuje humus, ki razpada počasi in je sestavljen iz mešanice rjavih do črnih amorfnih substanc (Ritzema, 1994). Organska snov ima velik vpliv na fizikalne in kemične lastnosti tal, četudi je prisotna v relativno majhnih količinah. Povečuje stabilnost talnih agregatov ter s tem izboljšuje strukturo tal. Organska snov ima pomembno vlogo pri črpanju rastlinskih hranil iz mineralov. Humusna komponenta organske snovi poveča kationsko izmenjalno kapaciteto tal ter s tem poveča vodno retenzijske sposobnosti tal (Jury in sod., 1991). Iz razpadajočih rastlinskih ostankov lahko mikroorganizmi črpajo energijo za fiksacijo dušika iz zraka. V nekaterih primerih lahko manjša količina organske snovi (reda velikosti 1%) značilno vpliva na rodovitnost tal, vendar je potrebno poudariti, da velika količina organske snovi ni njuno znak dobrih tal. Veliki odstotki organske snovi so največkrat povezani z določenim specifičnim načinom nastanka tal. Ko je organska snov akumulirana v pogojih slabe odcednosti, lahko pri osuševanju takih tal pride do posedanja tal in s tem povezane slabe rodovitnosti tal (Ritzema, 1994). 2.4.3 Struktura Struktura tal je način razporeditve ali zlepljanja talnih delcev (peska, melja, gline in organske snovi) v agregate različnih oblik in velikosti. Struktura tal in obstojnost strukturnih agregatov igrata odločilno vlogo pri večih procesih v tleh, kot so erozija, infiltracija, globina prodiranja korenin, zračnost. Struktura tal in parametri konsistence tal so pomemben dejavnik pri hidravličnih lastnostih tal, ki poda majhno a pomembno izboljšavo rezultatov pri določanju vodno retenzijskih lastnosti tal. Meritve in štetje praznega prostora podajo parametre strukture tal, ki pomagajo pri oceni hidravličnih lastnosti tal (Rawls in Pachepsky, 2002). V tleh lahko po velikosti ločimo makro in mikro pore. Makropore so največkrat inter-agregatne praznine, ki primarno služijo kot infiltracijski in odcedni kanali za vodo in zračnost. Mikropore so intra-agregatne kapilare, odgovorne za zadrževanje vode in snovi. 7 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Diferenciacija med makro in mikroporami je zaradi težke ločljivosti največkrat privzeta (Hillel, 1998). 2.4.4 Poroznost Tla so porozen medij, ki ga sestavljajo tekoča (Vw), trdna (Vs) in plinasta (Va) faza. Pore predstavljajo prazen prostor (Vv), katerega lahko zapolnjuje plinasta (Va) ali tekoča (Vw) faza. Če je prostor popolnoma nasičen, je volumen por (Vv) enak volumnu vode (Vw) v nekem opazovanem volumnu (Vb) (Bear, 1988). Poroznost tal je kvantitativna lastnost, ki opisuje del snovi, ki je prazen. Poroznost n oziroma volumetrična poroznost je lastnost makroskopske porozne snovi. Definirana je kot razmerje med obsegom praznega prostora Vv in skupnim obsegom Vb porozne snovi (En. 2). Izrazimo jo lahko tudi kot razmerje med gostoto tal pb in gostoto talnih delcev ps. Gostota tal pb je razmerje med maso trdne faze s celotnim volumnom (En. 1): r K Vb~K , Pb = — =---------- b b Ps kjer je ms masa suhega vzorca tal. Poroznost je brezdimenzijska kvantiteta in jo ponavadi izrazimo v odstotkih (%). Efektivno poroznost/, (fe < f) predstavljajo med seboj povezane pore. Zgodi se, da je del homogene tekočine v porah mirujoč. V tem primeru efektivno poroznost predstavlja tisti del poroznega medija, ki prispeva k toku (Bear, 1988). Če Vv pomeni celoten prazni prostor, ne glede na to ali so pore med seboj povezane ali ne, potem govorimo o absolutni ali celotni poroznosti. Efektivna poroznost je razmerje med povezanim (efektivnim) volumnom por (Vv)e in celotnim volumnom snovi /, = (Vv)jVb , kjer velja, da je Vv = (Vv\ + (Vv)ne. Vv je volumen vseh por [cm3 cm-3], (Vv)ne volumen slepih - nepovezanih por (mrtvih con) [cm3 cm-3] in (Vv)e volumen povezanih - efektivnih por [cm3 cm-3]. 8 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 2.5 VODNA BILANCA TAL Vodna bilanca je zasnovana na temeljnem zakonu mehanike o ohranitvi mase na določenem območju (Brilly in Šraj, 2000). V najbolj preprosti obliki vodna bilanca zgolj izrazi katerokoli spremembo, ki se zgodi v vsebnosti vode AW [mm] v danem volumnu tal v določenem časovnem intervalu kot razliko med količino vode, ki je bila v ta volumen dodana Win [mm] ter količino vode, ki je bila v istem času odvzeta Wout [mm] (Ritzema, 1994; Hillel, 1998): AW = Wm- Wout ... (3) Vodna bilanca je torej ocena vseh vtokov, odtokov ter komponent skladiščenja vode v mejah območja, katerega definiramo (Ritzema, 1994). Primeren volumen oz. globina tal, za katero izračunamo vodno bilanco, je določena poljubno. Vodna bilanco lahko izračunamo za katerikoli podsistem hidrološkega kroga (reprezentativni volumen tal ali celotno povodje, kjer upoštevamo hidrološki cikel), za katerokoli velikost območja ter za katerikoli izbran časovni interval. Z izračunom vodne bilance je moč preveriti, ali so bile količinsko upoštevane vse vključene komponente toka in zaloge vode. Izračun služi lahko za oceno enega izmed neznanih členov enačbe vodne bilance, pod pogojem, da so druge komponente znane z zadostno natančnostjo. Vodna bilanca je lahko model za hidrološki proces, katerega raziskujemo ter je uporabno orodje za preveritev, kakšen učinek bodo imele spremembe, ki jih naredimo na določen člen, na druge člene sistema oz. podsistema. Ritzema in sod. (1994) razdeli vodno bilanco na podsistem površinske vodne bilance, na bilanco podsistema nenasičene cone, bilanco podsistema podtalnice ter na integrirano vodno bilanco. Z agronomskega vidika je pomembna vodna bilanca nenasičene cone v prerezu od površine tal do globine korenin. Cona nenasičenja ali vadozna cona je definirana kot območje med površino tal in gladino pripadne podtalnice. Vodna bilanca v območju korenin je ponavadi izražena v integralni obliki (Hillel, 1998): Sprememba v založenosti tal z vodo = pritoki - izgube (AW + AV) = (P + Wt+ U) - (R + D+E+T) ... (4) kjer so AW sprememba v založenosti tal z vodo v območju korenin, AV razlika v količini vode, ki je bila vgrajena v vegetativno biomaso, P padavine, W, namakanje, C/kapilarni tok usmerjen v območje korenin, R odtok, D pronicanje, E neposredna evaporacija iz površine tal, T transpiracija rastlin. Vse količine so izražene v obliki volumna vode na enoto površine (ekvivalent enotam globine) v izbranem času. Izraz za vodno bilanco cone nenasičenja (Stephens, 1995), kamor štejemo kot prihodek le tisti del vode, ki se infiltrira v tla, je: I - E - T - D =AW ...(5) 9 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 kjer je AW sprememba v založenosti tal z vodo, / infiltracija, E evaporacija tal, T transpiracija rastlin, D globoko pronicanje. Ritzema in sod., 1994 vodno bilanco nenasičene cone zapiše v obliki: I-ET + U-D = — ... (6) At kjer je / stopnja infitracije v nenasičeno cono [mm dan-1], ET stopnja evapotranspiracije iz nenasičene cone [mm dan-1], U stopnja kapilarnega dviga iz nasičene cone [mm dan-1] ter D stopnja perkolacije v nasičeno cono [mm dan-1]. AW je sprememba v zalogi vode nenasičene cone z vodo v času računanja, izražena v debelini vodne plasti [mm] ter At čas računanja [dan]. Matičič in sod. (1995) v študijah evapotranspiracije za potrebe namakanja kmetijskih zemljišč obravnava vodno bilanco tal z upoštevanjem vseh dejavnikov, ki nanjo vplivajo, katere razdeli v tri skupine. V prvi skupini so klimatski dejavniki, ki opredeljujejo porabo vode preko evapotranspiracije. V drugo skupino spadajo lastnosti tal, ki določajo količino zadržane vode (desobcijske karakteristike tal). V tretjo skupino pa spadajo fenološki dejavniki, ki določajo porabo vode posameznih kultur znotraj danega območja, ki hkrati s kolobarjem določajo skupno porabo vode na tem področju. Vodno bilanco zapiše v obliki: 6A VB = (P + Ka + K0) - (ET + R + Wg) ... (7) kjer so 6A VB sprememba vodne bilance, P padavine, Ka kapilarno dvignjena voda, K0 kondenzirana voda, R višina površinskega odtoka, ET evapotranspiracija rastlin ter Wg gravitacijsko odcedna voda. Nekatere parametre zaradi njihove nepomembnosti pri velikih površinah ali pa zaradi težke izvedljivost meritev zanemari in vodno bilanco obravnava v poenostavljeni obliki: 6AV= CU + P - ETP ... (8) kjer je CU celotna količina vode v tleh pri tenzijah večjih od 0,33 bara. V tem delu zavoljo jasnosti diskusije hidrologije tal ločimo od globalnega hidrološkega cikla tiste osnovne elementarne procese, ki se dogajajo v tleh. Elementarni procesi, ki so obravnavani, so opisani v vertikalni smeri in definirani s preprostimi robnimi pogoji. 10 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 2.5.1 Voda v tleh /založenost tal z vodo Volumska vsebnost vode 0W je definirana kot razmerje med volumnom vode in celotnim volumnom poroznega prostora. V zasičenem poroznem prostoru je 0W enak poroznosti, medtem ko je v nenasičenem prostoru manjši od poroznosti (f=9w+9a, kjer je 9a vsebnost zraka). Zasičenost Sw podaja razmerje med volumsko vsebnostjo vode in poroznostjo (Bear, 1988; Stephens, 1995). Vsebnost vode se lahko izrazi kot volumski odstotek 9W [cm3cm-3], imenovan tudi volumska vsebnost vode, ki je ponavadi podan v odstotkih celotnega volumna tal. Pri nasičenosti je enak poroznosti (Hillel, 1998). Vsebnost vode v tleh je lahko podana tudi v masnih odstotkih 9g [g g-1]. Zaradi neposrednega podajanja informacije, kolikšen delež por je zaseden z vodo, se pogosteje uporablja 9W [mm m-1]. Založenost tal z vodo AW izrazimo tudi kot količino vode [mm] med plastema /, in l2 (Kutilek in Nielsen, 1994): h w = \eai ... (9) h 2.5.1.1 Porazdelitev vode v talnem profilu V tleh med površino tal in podtalnico je v območju vadozne cone - cone nenasičenja pritisk vode največkrat manjši od atmosferskega, v nekaterih predelih se pojavi tudi nasičeno območje. Lastnosti toka so odvisne od stopnje nasičenja talnega matriksa (Stephens, 1995). V nenasičeni coni (vadozna cona) določajo smer premika talne vode prostorske razlike vodnega potenciala. Potencialna energija talne vode je definirana kot delo, ki je potrebno za prenos masne enote vode iz danega referenčnega položaja na določeno točko v tleh. Referenčni položaj je navadno nivo talne vode. V primeru, ko želimo določiti smer gonilne sile, ki povzroča premik vode v nenasičeni coni, je potrebno ovrednotiti celotni potencial (Stephens, 1995). Vodni potencial je definiran kot razlika v potencialni energiji na enoto količine vode med vodo v tleh in referenčno vodo. Predstavlja mehansko delo, ki ga voda v tleh porabi za reverzibilni in izotermalni premik enote količine vode iz točke v tleh na referenčno točko. Gradient celotnega potenciala talne vode (sprememba v potencialni energiji, ki ima smer v prostoru) določi velikost gonilne sile, ki vpliva na tekočino. Celotni potencial je vsota vseh važnejših delov potenciala. Hidrostatični vodni potencial tal hp je pomemben, kadar so tla nasičena in poplavljena, ali kadar preučujemo gibanje podtalnice. Gravitacijski potencial hg pripišemo vodi zaradi gravitacijskega polja Zemlje. Matrični potencial tal hm je glavna komponenta vodnega potenciala tal za gibanje vode v nenasičeni coni in nam pove, kako talni delci s svojo teksturo in strukturo zadržujejo vodo 11 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 v porah, da ne odteče pod vplivom gravitacije v podtalnico. Matrični potencial je odvisen od velikosti in oblike talnih por in od adsorbcijskih lastnosti trdnega dela tal. Odnos med vsebnostjo vode v tleh ter tenzijo vode Sm v tleh je do določene mere odvisen od velikosti in geometrijske razporeditve por v trdni frakciji tal Vs. V peščenih tleh je tenzija vode v tleh sestavljena predvsem iz kapilarnih sil, medtem ko v glinenih tleh še posebej pri nizki vsebnosti vode v tleh igrajo pomembno vlogo adsorbirani ioni (Stephens, 1992). V nasičenih tleh, kjer ni stika med zrakom in vodno površino, je matrični potencial enak 0. V relativno vlažnem območju, kjer je matrični potencial absolutno večji kot -0,1 MPa (1000 cm VS), matrično komponento lahko izrazimo z enačbo za kapilarnost: r kjer je a površinska napetost tekočine [kg s-2] ter r radij krivine meniska med zrakom in vodno površino. Če je menisk konkaven proti zraku, je r po dogovoru negativen. Torej je matrični potencial negativen glede na nivo proste vode pri potencialu 0. Sil matriksa Fm ne moremo kvantitativno opredeliti, njihov skupni učinek dobimo iz matrične tenzije Sm, t.j. iz kapilarnega potenciala in adsorbcijskih sil. Matrični potencial yrm je produkt matrične tenzije Sm in recipročne vrednosti gostote vode/?w y/ =- — S =-gh ... (11) Py> Nad gladino talne vode imajo matrične sile negativen predznak -hm (voda ima tenzijo) pod gladino talne vode pa je hidrostatični pritisk pozitiven hp. WP= — WP=ghp ... (12) Ozmotski potencial h0 opredeli razlike kemičnih koncentracij v vodi raztopljenih snovi, ki bi lahko vplivale na energijsko stanje vode (Stephens, 1995). V primeru, ko obravnavamo gibanje vode v tleh, ki niso zaslajena, ga lahko v primerjavi z matričnim potencialom zanemarimo. Za vsak tip tal posebej lahko določimo t.i. desorbcijsko oz. retenzijsko krivuljo (h(6w)), ki pove, kakšna je zveza med matričnim potencialom in vsebnostjo vode, kadar je voda v tleh v ravnovesju. Potek ali oblika desorbcijske krivulje je odvisen od teksture, strukture tal in od tega ali se tla vlažijo ali se sušijo (histereza). Odnos med silo, s katero je voda vezana na talne delce - tenzijo, in vsebnostjo vlage v tleh namreč ni vedno enak. Na dani vmesni vrednosti tenzije bodo tla vsebovala manj vode, če tenzijo dobimo pri vlaženju suhih tal, kot pa, če jo dobimo pri sušenju istih tal, začenši z mokrim stanjem. Desorbcijske karakteristike tal za vodo uporabljamo za določitev dostopne vode v tleh (del vode, ki je koreninam rastlin dostopen t.j. fiziološko aktivne vode) za npr. namene namakanja, za določitev deleža odcednih por (efektivna poroznost) ter za določitev odnosa 12 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 med silo vezave talne vode in drugimi fizikalnimi lastnostmi tal npr. kapilarne prevodnosti, termične prevodnosti, vsebnosti gline in organske snovi. Desorbcijske karakteristike tal za vodo so lahko indikator spremenjenih lastnosti tal, nastalih zaradi npr. spremenjenega načina obdelave tal. V praksi določamo desorbcijsko krivuljo za določen tip tal na osnovi laboratorijskih meritev vsebnosti vode pri izbranih vrednostih matričnega potenciala tal, tako da tla počasi izsušujemo z izcejanjem vode iz njih pod vplivom različno velikih nadpritiskov. Glavni vzrok, da ne moremo določiti univerzalne zveze med matričnim vodnim potencialom tal in vsebnostjo vode v tleh je v tem, da je ta zveza v večji meri odvisna od velikosti in oblike talnih por, se pravi bolj od strukture tal kot pa od velikosti in oblike talnih delcev – teksture tal. To velja pri absolutno manjših tenzijah, pri večjih se vpliv teksture poveča. Rastlinam razpoložljiva voda (Poglavje 2.3) je med poljsko kapaciteto (PK) in točko venenja (TV). Preprosta definicija poljske kapacitete je tista vsebnost vode, ki se v tleh zadrži potem, ko so bila tla nasičena in je gravitacijska voda odtekla. Vodni potencial pri PK je za »nezaslajena« tla blizu 0 (od –0,01 MPa do –0,03 MPa oz. –100 do –300 cm VS). Točka venenja TV je najnižji vodni potencial pri katerem rastlina še lahko črpa vodo iz tal. Čeprav se vrste razlikujejo v obsegu, v katerem lahko črpajo vodo (od –1,0 do –8,0 MPa oz. – 10000 do – 80000 cm VS), je na splošno sprejeta vrednost TV –1,5 MPa (15000 cm VS). Vodno retenzijo lahko opišemo s specifično kapaciteto tal za vodo Cws(h) [m-1], ki je nagib vodno-retenzijske krivulje (Stephens, 1995): Specifična kapaciteta je definirana kot volumen vode, ki je sprejet ali sproščen iz zaloge tal na volumen vadozne cone na enoto spremembe v vodnem potencialu [m]. Izraz se imenuje tudi funkcija poljske kapacitete (Jury in sod., 1991) ter izraža porast matričnega potenciala na enoto porasta v vsebnosti vode. Funkcija PK ima vrednost 0 pri nasičenju pred začetkom desaturacije ob vstopu zraka. Vrednosti 0 se ponovno približa v zelo suhem območju. Ta definicija je v osnovi identična definiciji za koeficient specifične zaloge. 2.5.1.2 Tok vode Darcyjev zakon (1856) izraža tok vode skozi zasičeni porozni prostor q [m s-1], ki je premosorazmeren hidravličnemu gradientu J [-] in hidravlični prepustnosti K [cm dan-1] (Bear, 1988): v v q = KJ = -K ? gradH oz. v komponentni obliki: qi = KijJj ... (14) kjer je H celotna mehanska energija vode, ki je sestavljena iz tlačne, potencialne in kinetične energije (Rajar,1997): 13 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 H P v2 + h + Pw ' § 2-g (15) kjer je p [kg m-1s-2] tlak, p, [kg m-3] gostota vode, h, [m] potencialna višina in g [m s-2] gravitacijski pospešek. V splošnem so spremembe v potencialni višini veliko večje od sprememb v kinetični energiji vzdolž tokovne poti, zato slednjo ponavadi zanemarimo in je mehanska energija enaka piezometrični višini H=p/pg+h, ki jo imenujemo tudi hidravlični potencial. Gladina podzemne vode (piezometrična višina H) predstavlja mejo med zasičeno in nenasičeno cono v poroznem prostoru in je definirana s površino, pri kateri je tlak enak atmosferskemu (prosta površina). Za tok skozi nenasičeni prostor Darcyjev zakon še vedno velja (Buckingham, 1907), vendar je treba upoštevati hidravlično prepustnost K v nenasičeni coni kot funkcijo vsebnosti vode (K(0W)) in hm matrični potencial (H = h + hm). Z upoštevanjem Slika 2: Pronicanje vode skozi porozni prostor (Bear, 1988). Figure 2: Water percolation through porous media (Bear, 1988). kontinuitetne enačbe (dpGja + div(pv) Richardsovo (1931) enačbo v smeri /: 0) ter Darcyjevega zakona (En. 14) dobimo 1-D (16) so M a d a K(0j ch(ew) a SK{ew) a (17) so M a d ~a K(eM ch(ew) a + i (18) kjer so 6>w [cm3cm-3] volumska vsebnost vlage, / [cm] razdalja od površja, h [cm VS] potencial pritiska in K(6W) [cm dan-1] nenasičena hidravlična prepustnost, za katero velja K(6W) = kpwg/Je 6 =^100% ... (33) ms kjer je mw masa vode (razlika v masi skodelic z vzorcem prvega in drugega tehtanja po sušenju na 105°C) ter ms masa suhega vzorca po sušenju na 105°C. Izračun za volumski odstotek vode je e = K = ™w w K pw-K Povezava med masnim 6g in volumskim 0W odstotkom vode: 0y,=0g-Pb ... (35) Pri gravimetrični metodi so mogoče meritve v celem spektru vlažnosti tal. Na rezultate meritev vsebnost soli in temperatura tal nimata vpliva. Meritve so zanesljive (uporablja se kot kalibrirni standard), slaba lastnost pa je, da niso ponovljive, izvajamo jih v laboratoriju in ne in-situ in lahko pride do napake pri vzorčenju. Za izračun volumskih odstotkov tal je potrebno poznati gostoto tal. 3.1.4.2 Diviner® 2000 Sentek (FDR) Dielektrični senzor je sestavljen iz para elektrod (vzporedne žice ali krožni kovinski obroči), ki so povezane z oscilatorjem. Ko je sonda vstavljena v tla ali v PVC merilno cev, nameščeno na polju, jo aktiviramo s pomočjo radio frekvenc. Sistem tla-voda-zrak okoli PVC cevi ustvarja dielektričnost kondenzatorja, le-ta pa zaključi oscilacijski krog. Spremembe v vsebnosti vode v tleh povzročijo premik - spremembo frekvence. Pri metodi s kondenzatorjem je potrebno za zanesljivo oceno vsebnosti vode v tleh omogočiti dober stik med cevjo za sondo in poroznim sistemom. 3.1.5 Pridelovanje breskev in nektarin Pri intenzivni pridelavi breskev in nektarin je nujno zagotoviti optimalen vodni režim tal. Voda ima velik vpliv na rast sadnih dreves preko več procesov. Vpliva na rast drevesa pri delitvi in razvoju celic, na tvorbo plodov pri diferenciaciji cvetnih brstov ter na kakovost plodov, saj vpliva na zniževanje tvorbe ogljikovih hidratov zaradi spremenjene stomatalne in encimske aktivnosti pri fotosintezi in respiraciji (Faust, 1989). 43 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Suša znižuje rodnost sadnih dreves, raba vode pa je neposredno povezana z rodnostjo tudi pod pogoji, ko drevesa niso vidno pod sušnim stresom. Povečanje suhe mase pri jablanah in breskvah so proporcionalne vodi, ki transpirira. Pri povezavi akumulacije suhe snovi in transpiracije v času, se je pokazalo, da je prirast suhe snovi neposredno proporcionalen dejanski transpiraciji. Pri breskvah se to razmerje ohrani ne glede na velikost drevesa ali obdelavi (Richards in Rowe, 1976). Raba vode posredno in neposredno vpliva na pridelek, kar pomeni, da je vodni režim osrednjega pomena pri pridelavi sadja in fiziologiji sadnih dreves. Sorta 'Redheaven' je najbolj razširjena sorta breskev pri nas, predvsem zaradi dobre rodnosti, kakovostnih plodov in dobre prilagodljivosti na različne ekološke razmere pridelovanja (Godec, 1998). Med najbolj razširjenimi sortami nektarin v Sloveniji sta sorti 'Venus' in 'Maria Laura', ki imata podobne lastnosti kot sorta breskev 'Redheaven'. Breskve in nektarine lahko gojimo v različnih vzgojnih oblikah (vreteno, kotlasta krošnja ali tudi palmeta). Pri nas se največkrat odločamo za vreteno zaradi boljše osvetlitve (Štampar, 2002). Gojitvena oblika, ki jo najpogosteje najdemo v proizvodnji, je vreteno, katerega lastnosti smo tudi uporabili za vhodne parametre za model. Razpored dreves v vrsti pri vretenu je 2 x 2 m, višina drevesa pa doseže od 3, 5 – 4 m, medvrstna razdalja je 4 m. Rastna doba breskev in nektarin je od sredine marca do konca oktobra, ko pride do odpadanja listov. Dolžino rastne dobe smo za vhodni podatek v model ocenili na 228 julijanskih dni. Listna površina dreves se v spomladanskem času hitro razvije na maksimalno vrednost. Preko sezone se ne spreminja ter se končno zmanjša, ko začnejo listi v jeseni odpadati. Ta shema razvoja listne površine je pri sadnem drevju zaradi rezi nekoliko spremenjena. Za rast breskev je značilno, da ne razvijejo kratkega lesa. Zaradi boljše diferenciacije cvetnih brstov, razvoja plodov ter za doseganje enakomerne osvetlitve krošnje, je potrebna poletna rez (junij – julij). Razvoj listne površine se prične z nizkimi vrednostmi ter narašča v 90 dneh, dokler se ne ustavi rast poganjkov. Vrednost indeksa listne površine (LAI) breskev je med 4 in 10, odvisno od razvojne faze in vzgojne oblike. V preglednici 19 je naveden LAI zmanjšan zaradi rezi. Vrednosti koeficienta slabitve kratkovalovnega sevanja KLAI sadnega drevja, ki je funkcija naklona lista, optičnih lastnosti listov, zenitnega kota (Hočevar in Kajfež-Bogataj, 1996), se gibljejo med 0,43 ter 0,60. Na splošno sprejeta vrednost KLAI za breskve je 0,60 (Faust, 1989). Minimalna upornost krošnje rc v sadovnjaku je 20 s m-1 (Allen in sod., 1998). Rast korenin je najbolj bujna v prvem letu razvoja. Na rast in razvoj najbolj vplivajo podlaga, tip tal ter metoda namakanja. Gostoto korenin smo opisali s koeficienti gostote v odvisnosti od relativne globine za vegetativno razmnožene podlage. Največja gostota korenin je na globini od 0 – 30 cm, korenine pa lahko segajo do nekaj metrov globine, odvisno od podlage in tipa tal. Razporeditev korenin po globini je naslednja: od 0 – 20 cm 27%, od 20 – 40 cm je 34% od 40 – 60 je 18% od 60 – 80 je 7% ter od 80 – 120 cm je 3% korenin (Natalie in sod., 1984; Romo in Diaz, 1985). Odvzem vode s strani korenin predstavlja ponor člen S v Richardovi enačbi za opis toka vode (En. 38). 44 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Zbrani opisni parametri rasti in razvoja za breskve in nektarine, kot smo jih povzeli po literaturi (Faust, 1989; Allen in sod., 1998; Natalie in sod., 1984, 1985; Romo in Diaz, 1985) in uporabili kot vhodne podatke v model, so v preglednici 19. Preglednica 19: Parametri rasti in razvoja za breskve in nektarine (Faust, 1989; Allen in sod., 1998; Natalie in sod., 1984, 1985; Romo in Diaz, 1985). Table 19: Parameters for growth and development for peaches and nectarines (Faust, 1989; Allen et al., 1998; Natalie et al., 1984, 1985; Romo and Diaz, 1985). Mesec j Koeficient | Razvojna | Faktor | LAI j Globina | j Relativna | Relativna I breskev kc I faza | pokritosti tal SC | | korenin | | globina tal | gostota breskev [cm] korenin Apr 0,66 0 0,60 4 50 50 0 0,3 Maj 0,74 1 0,69 7 0,1 0,6 Jun 0,98 2 1 6 50 0,2 0,9 Jul 1,07 3 1,26 6 50 0,3 1,0 Avg 1,26 4 1,24 6 50 0,6 0,8 0,8 0,5 1 0,1 3.2 STATISTIČNE METODE Za prikaz podatkov smo večkrat uporabili okvir z ročaji. Okvir z ročaji določa pet točk, pogojni minimum, prvi kvartil, drugi kvartil, tretji kvartil, pogojni maksimum. Spodnji ročaj določata vrednosti pogojnega minimuma in prvega kvartila, zgornji ročaj vrednosti tretjega kvartila in pogojnega maksimuma. Okvir določata prvi in tretji kvartil, njegovo razdelitev pa mediana. Dolžina okvira je enaka kvartilnemu razmiku, širina okvira nima pomena. Na sliki dodamo zgornje in podnje osamelce ter zgornje in spodnje ekstremne osamelce) (Košmelj, 2001). Za primerjavo povprečne letne količine padavin na dveh lokacijah smo uporabili preizkus za dva odvisna vzorca. Pri tem smo predpostavili, da je količina padavin v posameznem letu na eni lokaciji odvisna od količine padavin na drugi lokaciji. Preizkus domneve o razliki povprečij pri dveh odvisnih vzorcih prevedemo na preizkus domneve o povprečni vrednosti, le da gre tu za povprečje razlik in ne za povprečje podatkov. V tem primeru je analizirana spremenljivka razlika vrednosti na parih. Ta preizkus velikokrat imenujemo tudi preizkus parov (Košmelj, 2001). Postavili smo ničelno domnevo H0 : ju, = transpiracija suhe rastline, ki popolnoma pokriva tla [mm dan-1]. Zmanjšanje Ep na dejansko stopnjo evaporacije tal (Ea) je odvisno od maksimalnega toka vode Emax v zgornji plasti tal v skladu z Darcyjevim zakonom oz. je izračunana empirično po metodi Black in sod. (1969) oz. Boesten in Stroonsnijder (1986). Emax=~2KI/ i ... (39) Ktm-M-h h kjer je K hidravlična prevodnost [cm dan-1], hatm [cm] je vodni potencial v ravnotežju z obstoječo relativno vlago zraka, h1j je iterativni korak v izračunu v navpični l koordinatni smeri, ki je pozitivna v višino in ima na površini tal vrednost 0. SWAP je osnovan na rešitvi impliciranih končnih razlik nelinearne parcialne diferencialne enačbe za tok vode (Richards, 1931; Feddes, 1978; Van Dam in sod., 1997): dh d dt =dl K^w\di+J S{h) ... (40) 47 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 kjer je h vodni potencial [cm], Cws(h) je diferencialna kapaciteta za vodo, K(0J je hidravlična prevodnost [cm dan-1] kot funkcija volumetrične vsebnosti vode 0W, l je vertikalna koordinata, ki nakazuje globino pod površino tal [m], S(h) pa je ponor za odvzem vode s strani korenin [dan-1]. Feddes in sod. (1988) predpostavijo homogeno porazdelitev korenin v talnem profilu ter odvzem vode s strani korenin definira kot Tv Smccc=—, ... (41) Zr kjer je Smax največji odvzem vode s strani korenin [dan-1], Tp je potencialna transpiracija [mm dan-1] ter zr globina korenin [cm]. Integracija dejanske stopnje odvzema vode v območju korenin izrazi dejansko stopnjo transpiracije (Ta). Ko razmere za odvzem vode niso optimalne, je Smax odvisen od celokupnega potenciala h in velja S (h) = j3(h)Sma:c ... (42) kjer je p(h) brezdimenzijska rastlini specifična funkcija, odvisna od glavne komponente celokupnega potenciala pritiska t.j. matričnega potenciala (Feddes in sod., 1988). Pri točki hi (tla so nasičena z vodo) ter h4 (pri TV) je S(h) enak 0. Med točkama h2 in h3 je S(h) največji. Vrednost točke h3 je odvisna od hatm in se spreminja s Tp (slika 10). Slika 10: Brezdimenzijska spremenljivka odvzema vode /? odvisna od potenciala pritiska h (Feddes in sod., 1988). Figure 10: Dimensionless sing-term variable p as a function of the absolute value of the pressure head h (Feddes et al., 1988). Model ima tri možnosti za simulacijo rasti rastline: detajlni model (WOFOST, Dieten in sod., 1989), detajlni model za rast trave ter enostaven model. WOFOST izračuna energijo osončenja, ki jo rastlinska površina absorbira kot funkcijo prihajajočega osončenja ter LAI. V modelu je začetek namakanja lahko določen v naprej (vhodna datoteka z določenimi datumi) ali pa se namakanje začne, ko je izpolnjen kriterij za začetek namakanja. Kriterij začetka namakanja je dinamična funkcija razvoja rastline. 48 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 V modelu smo uporabili nastavitev dovoljen primanjkljaj lahko dostopne vode v območju korenin. Namakanje se aktivira kadarkoli je primanjkljaj vode v območju korenin večji kot frakcija f2 lahko dostopne količine vode v tleh: 9W -9h3 efc ... (43) kjer je x koeficient skladiščenja - zadrževanja, / infiltracija [cm dan-1], ST volumen zadrževanja ter At interval kroženja [dan]. Če vtok ter shranjena vsebnost vode ne presežeta 0fc, do pronicanja ne pride. Voda se premika iz zgornje cone tal v RZ kot funkcija pozitivnih razlik v nasičeno medpovršinsko cono in RZ kot q s = C s S 3s -(S s -S p )-JD s, ter velja S s > S p, ... (44) kjer qs je dnevni premik vode v RZ, Cs je koeficient (navadno 0,1), Ss je vsebnost vode pri nasičenju [cm3 cm-3] v površinski coni, Sp je vsebnost vode pri nasičenju v celotni RZ [cm3 cm-3],/poroznost ter Ds globina površinske cone [cm]. Enačba je analogija Darcyjevem zakonu, kjer je CSS/ približek med prevodnostjo in nasičenostjo. Do pronicanja iz RZ pride, kot se preseže 0fc in je ocenjen kot dnevni presežek 6fc. Odvzem s strani korenin, ki se vrši je v površinski coni, je proporcionalen relativni globini korenin RD, ki se spreminja z,L4/do maksimalne globine (Knisel, 1980). Efektivna globina koreninjenja (RDeff) določi zalogo dostopne vode v RZ in velja za celo simulacijsko obdobje. S povečanjem RDeff povečamo v simulaciji z modelom potencialno zalogo vode v tleh in višjo ET brez namakanja. Ocena mora upoštevali potencialno perkolacijo (pod RDeff) kot tudi površinski odtok. Pri tleh z enakimi vodnoretenzijskimi lastnostmi bo izračun s plitvo RDeff dal večji površinski odtok in manjšo globinsko pronicanje. Pri večjih RDeff bo rezultat manjši odtok in manj perkolacije, odvisno od 50 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 količine in porazdelitve padavin. Za najboljšo oceno pronicanja, je potrebno več simulacij z modelom za najboljši približek RDeff (Knisel, 1980). Opis tal zahteva opis profila -teksturno sestavo posameznega horizonta, vsebnost vode pri poljski kapaciteti in točki venenja, poroznost. Za oceno vodne bilance sta občutljiva parametra vsebnost vode pri poljski kapaciteti in poroznost. GLEAMS evapotranspiracijo izračuna s Preistley Taylorjevim modelom oz. z modificirano Penman - Monteith enačbo. Penman - Monteithova metoda za oceno potencialne evapotranspiracije zahteva podatek o hitrosti vetra [km dan-1], minimalni in maksimalni temperaturi zraka [o], temperaturi rosišča [o] in padavinah [cm] (Jensen in sod., 1990). Temperaturo rosišča izračunamo na podlagi podatkov o relativni vlagi in povprečni temperaturi zraka. S pomočjo Claussious-Clapeyronove enačbe izračunamo nasičeni parni tlak pri določeni temperaturi zraka (Hočevar in Petkovšek, 1984: if 1 E ( T ) = e0-eksp^T° T> ... (45) kjer je T temperatura zraka, E (T) nasičen parni tlak pri temperaturi T, T0 273,2 K, e0 6,1 mb - nasičen parni tlak pri temperaturi 273,2 K, L, izparilna toplota za vodo 2,5 MJ kg1, ter Rv specifična plinska konstanta za vodno paro - 461 J kg-1K-1. Po izračunu ETP je dejanska evaporacija tal Es in T izračunana posebej. Evaporacija tal je izračunana z modificiranim modelom, ki ga je predstavil Ritchie (1972). V prvi stopnji evaporacije je dejanska evaporacija enaka potencialni evaporaciji, kar se izračuna po enačbi: Ea=ETp-e-°-4LAI ... (46) V drugi stopnji evaporacije, je dejanska evaporacija izračunana po enačbi: Ea=s\°-5-{t-lf5\ ... (47) kjer je t število dni od druge stopnje začetka evaporacije ter e parameter evaporacije tal, odvisen od vodno transmisivnih karakteristik tal. Vrednosti so med 3,3 do 5,5 mm dan-05. Ritchie (1972) je zbral e vrednosti za različna tla. Transpiracija poljščin je izračunana na osnovi LAI ter v primeru omejene količine vode prilagojena na vsebnost dostopne vode v območju korenin. Ko je vrednost LA < 3, je T izračunana po enačbi: T = ETp-Ea ... (48) sicer pa po enačbi ET -LAI T =p------- ... (49) 3 Ko voda v tleh postane omejujoč dejavnik za rast rastlin, se T izračunana po zgornji enačbi zmanjša za vsebnost rastlinam dostopne vode v območju korenin (ST). Za koliko se T 51 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 zmanjša, je odvisno od ST. Ko je ST ? 0.256fc, kjer je 6 vsebnost vode v območju korenin pri poljski kapaciteti, se ET izračuna T T-ST 0250/0, kjer se ST izračuna po ST = (0-eJ.RD, kjer je RD globina korenin. 0/c izračunamo po enačbi: 0pk=(0m33-0wp)-RD, . (50) (51) ... (52) kjer je 633 vsebnost vode pri pritisku 33 kPa. Pri modelu lahko simuliramo že izvajano namakanje tako, da v vhodno datoteko z dnevnimi padavinami dodamo količino vode, dodane z namakanjem. Če želimo simulirati potrebe po namakanju, potem moramo opredeliti efektivno globino korenin in kateri je največji dovoljeni primanjkljaj dostopne vode v tleh, ki je razlika med poljsko kapaciteto in točko venenja. Primanjkljaj je torej določen kot frakcija rastlinam dostopne vode. 3.4.2.1 Vhodni podatki Povzetek vseh vhodnih datotek je v tabeli. Nekatere datoteke so obvezne, druge izbirne. Minimalna kombinacija za pogon programa sestoji iz 3 datotek (izpisano poudarjeno, preglednica 22). Model zahteva mesečne meteorološke podatke, dnevne vrednosti padavin in temperature zraka za simulacijo snega, opis profila tal, opis topografije. Preglednica 22: Opis in seznam vhodnih datotek za model GLEAMS (Knisel in sod., 1993). Table 22: List and description of input files for GLEAMS model (Knisel et al., 1993). Tip parametrov Opis vsebine datoteke (kateri parametri) Ime datoteke Obvezen Izbiren Hidrološki parametri Začetek in konec simulacije, mesečni meteorološki podatki, opis talnega profila, rastline, izbira izhodnih podatkov Bilje.par + Erozijski parametri Opis topografije BiljeE.par + Parametri hranil Čas, način, količina aplikacije dušika in/ali fosforja BiljeN.par + Parametri pesticidov Čas, način, količina aplikacije BiljeP.par + Pomožne datoteke za izračun snega Dnevni podatki za padavine Pad.dat + Meteorologija Dnevni podatki temperature zraka Tmp.dat + 52 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 3.4.2.2 Izhodni podatki Izhodni podatki modela GLEAMS so lahko dnevne, mesečne ali letne vrednosti, parametrov vodne bilance – potencialne in dejanske ET; E ter T, površinskega odtoka, pronicanja, erozije (kg spranih tal), količina spranih hranil oz. pesticidov. Primer izhodne datoteke je v Prilogi B. 3.4.2.3 Kalibracija modela GLEAMS Model GLEAMS je že bil kalibriran in preverjen za spiranje nitratov na slovenska tla (Turk, 1995; Gale, 1999). Zato smo pri kalibraciji modela GLEAMS preverili občutljivost modela na parametre, ki opisujejo rast rastlin v vhodni datoteki za hidrološke parametre (Bilje.par). Preverili smo možnost uporabe modela za simulacijo rasti breskev (možnost simulacije rasti na gozdni površini) s spreminjanjem vrednosti LAI, na globino korenin in efektivno globino korenin. 53 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4 REZULTATI 4.1 IZBIRA MODELA ZA IZRAČUN HIDRAVLIČNIH LASTNOSTI TAL Za izračun hidravličnih lastnosti tal smo pri modelu SWAP izbirali med tabeliranimi Star in Hypres vrstami (Woesten in sod., 1999) ter analitičnimi pedotransfer funkcijami (Mualem in Van Genuchten, 1991). Rezultati simulacije za meljasto glinasta tla so pokazali, da je za opis hidravličnih lastnosti tal najbolj primerna uporaba analitičnih pedotransfer funkcij. Izračune hidravličnih lastnosti tal, narejene z modeli, ki so vgrajeni v model SWAP, smo preverili za cel talni profil v poskusnem polju Bilje, ki je opisan v preglednici 18. Izračun smo primerjali z izmerjenimi vsebnostmi vode pri pF 2,3, pF 2,6, pF 3,5 ter pF 4,2 (Štampar in sod., 1995). Primerjava izmerjenih točk ter izračunanih funkcij h – ? je pokazala ustreznost analitične pedotransfer funkcije po Mualem – Van Genuchtenu (Slike 9 – 12). Izmerjena točka Bilje Ap1 pF Mualem -van Genuchten pF Star ------pF Hypres 0 10 20 30 40 Volumski % vode Slika 11: Rezultati primerjave simuliranih krivulj h – ? s funkcijami Mualem – Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont Ap1 v poskusnem nasadu Bilje. 25 20 -15 - 10 5 - pF 4,2 "pF 3",5" pF 2,6 pF 2,3 Figure 11: Result comparsion for simulated h – ? curves obtained with Mualem – Van Genuchten functions, Star and Hypres series with measured pF values for Ap1 layer in experimental site Bilje. 54 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 25 20 - 15 - 10 -5 -0 - -•-Izmerjena točka Bilje Ap2 ------pF Mualem -van Genuchten ......pF Star -------pF Hypres L \ \ ^Ss^ pF 3,5 ^~~-*=»>~-^ pF 2,6 y\. X. --------------------------1------------"------------M---------^---------------- 20 40 Volumski % vode 60 Slika 12: Rezultati primerjave simuliranih krivulj h – ? s funkcijami Mualem – Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont Ap2 v poskusnem nasadu Bilje. Figure 12: Result comparsion for simulated h – ? curves obtained with Mualem – Van Genuchten functions, Star and Hypres series with measured pF values for Ap2 layer in experimental site Bilje. 25 - 20 -l 15 - 10 4 5 - 20 40 Volumski % vode 60 Izmerjena točka Bilje P2 pF Mualem -van Genuchten pF Star pF Hypres Slika 13: Rezultati primerjave simuliranih krivulj h – ? s funkcijami Mualem – Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont P2 v poskusnem nasadu Bilje. 0 0 Figure 13: Result comparsion for simulated h – ? curves obtained with Mualem – Van Genuchten functions, Star and Hypres series with measured pF values for P2 layer in experimental site Bilje. 55 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Izmerjena točka Bilje Bv pF Mualem -van Genuchten pF Star ------pF Hypres 0 20 40 Volumski % vode Slika 14: Primerjava simuliranih krivulj h -0 s funkcijami Mualem - Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont Bv v poskusnem nasadu Bilje. Figure 14: Comparsion for simulated h -0 curves obtained with Mualem - Van Genuchten functions, Star and Hypres series with measured pF values for Bv layer in experimental site Bilje. 4.2 KALIBRACIJA IN VALIDACIJA MODELA Umerjanje in preveritev modelov GLEAMS in SWAP smo naredili za vsebnost vode v tleh. Modela smo kalibrirali z meritvami vsebnosti vode v tleh za nasad jablan v Ljubljani, Kmetijski inštitut Slovenije, za leti 1995 in 1996, za preveritev ali validacijo pa smo uporabili niz meritev vsebnosti vode v tleh v nasadu breskev za leto 2002 v Biljah. 4.2.1 Kalibracija Pri kalibraciji modela GLEAMS smo preverili uporabe modela za simulacijo rasti breskev (možnost simulacije rasti na gozdni površini) s spreminjanjem vrednosti LAI, na globino korenin in efektivno globino korenin. Ob uporabi v literaturi navedenih vrednosti LAI (Faust, 1989) je bila dobljena ET breskev izrazito višja (+600 mm) kot pa so izračunane vrednosti Lrbreskev z v literaturi najdene vrednosti letne kc breskev (Faust, 1989; Girona in sod., 2002). Vhodno vrednost LAI smo zato prilagodili in pri simulaciji uporabili za polovico zmanjšano vrednosti/2/3,5/3/3/3 (ETavg 650 mm) (slika 14). 25 -s 20 15 10 V 5 56 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 15: Primerjava izračuna ET (mm) z modelom GLEAMS v odvisnosti od LAI za leti 1995 in 1996 za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana. Figure 15: Comparison of ET (mm) results calculated with GLEAMS model with respect to LAI for year 1995 and 1996 for silty loam soil on experimental site of apple orchard of Agricultural institute of Slovenia, Ljubljana. Pri kalibraciji SWAP smo spreminjali parametre vhodne datoteke za opis talnega profila, da bi določili občutljivost na posamezne spremenljivke. Spreminjali smo globino profila, število razdelkov znotraj horizonta v talnem profilu ter maksimalno dovoljeno globino korenin. Število razdelkov znotraj horizonta je imelo vpliv na čas računanja, ne pa tudi na rezultat kalibracije izračunanih in merjenih vsebnosti vode v tleh (?±0,02 vol. % vode). Na slikah so prikazani rezultati vsebnosti vode v tleh. Za model GLEAMS je značilna nihajoča slika poteka vsebnosti vode v talnem profilu (Sliki 16 in 17), kar je posledica enodnevnega cikla za izračun vodne bilance tal znotraj modela (En. 41). 57 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Swap 20cm------Glms 20cm * Meritve 60 50 40 30 20 10 0 120 160 200 Julijanski dan 240 Slika 16: Rezultati vsebnosti vode na 20 cm globine kalibriranih modelov GLEAMS in SWAP ter primerjava z meritvami vode v tleh na 20 cm globine za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana, KIS, 1995. Figure 16: Soil moisture content on 20 cm depth as computed with calibrated SWAP and GLEAMS model and comparison with soil moisture measurements at 20 cm depth for silty loam soil on experimental site of apple orchard of Agricultural institute of Slovenia, Ljubljana, 1995. 60 50 40 30 20 10 - 70 Swap 20cm ------Glms 20cm •> Meritve TUUIVTUSL 110 150 Julijanski dan 190 230 Slika 17: Rezultati vsebnosti vode na 20 cm globine kalibriranih modelov GLEAMS in SWAP ter primerjava z meritvami vode v tleh na 20 cm globine za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana, 1996. Figure 17: Soil moisture content on 20 cm depth as computed with calibrated SWAP and GLEAMS model and comparison with soil moisture measurements at 20 cm depth for silty loam soil on experimental site of apple orchard of Agricultural institute of Slovenia, Ljubljana,1996. 0 58 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Linearna korelacija gravimetričnih meritev in rezultatov modela SWAP (Slika 18) za vsebnost vode v meljasto ilovnatih tleh v nasadu jablan je dala dobre rezultate za kalibrirni leti 1995 (r2 0,73) ter 1996 (r2 0, 66). SWAP 95 50 40 20 10 0 y = 1.4101x - 5.8064 R2 = 0.7312 SWAP 96 10 20 30 40 Meritve vol. % vode 50 50 40 -30 20 10 0 y = 1.0057x + 6.6916 R2 = 0.6597 10 20 30 40 Meritve vol. % vode 50 Slika 18: Primerjava rezultatov umerjenega modela SWAP in meritev vsebnosti vode v tleh za leti 1995 in 1996 za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana. Figure 18: Results of calibrated SWAP model and soil water measurement comparison for years 1995 and 1996 for silty loam soil on experimental site of apple orchard of Agricultural institute of Slovenia, Ljubljana. Linearna korelacija meritev in simuliranih vrednosti pri modelu GLEAMS pokaže zelo slabe rezultate za kalibrirni leti 1995 in 1996 (r2 0,28 in 0,42) (Slika 19). Rezultat lahko razložimo s tem, da je model namenjen oceni relativnih in ne absolutnih razlik. GLEAMS 95 50 40 20 10 30 - y = 0.8201x + 12.174 R2 = 0.2782 0 10 20 30 40 50 Meritve vol. % vode 50 GLEAMS 96 y = 1.656x - 13.814 R2 = 0.4211 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 Meritve vol. % vode Slika 19: Primerjava rezultatov umerjenega modela GLEAMS in meritev vsebnosti vode za leti 1995 in 1996 za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana. 0 0 0 0 Figure 19: Results of calibrated GLEAMS model and soil water measurement comparison for years 1995 and 1996 for silty loam soil on experimental site of apple orchard of Agricultural institute of Slovenia, Ljubljana. 59 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4.2.2 Validacija Pri validaciji modelov smo uporabili meritve vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® v poskusnem nasadu breskev in nektarin v Biljah v poletnem obdobju (4.7. 2002 – 18.9.2002 oz. 185 – 261 JD). Meritve so potekale v profilu na razmaku 10 cm do globine 60 cm. Vsebnost vode v opazovanem obdobju je model SWAP prikazal zadovoljivo v vseh merjenih plasteh profila znotraj nasada breskev. V globljih plasteh profila (20, 30, 40, 50 in 60 cm) je prišlo do manjšega odstopanja – prenapovedi vrednosti vsebnosti vode v tleh v suhem obdobju (prva polovica opazovanega obdobja) ter do pod napovedi vrednosti vode v tleh v mokrem obdobju (druga polovica opazovanega obdobja). Odstopanja posameznih meritev od napovedi so bila v razponu ± 3 volumskih % vlage (Slika 20 – 25). 50 SWAP 10 cm Meritve na 10cm 40 30 - 20 10 170 220 Julijanski dan 270 Slika 20: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 10 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. Figure 20: Results of SWAP model and soil water measurements comparison for 10 cm depth for Bilje years in observed period 19.6.2002 – 17.10.2002. 0 Zaradi slabih rezultatov modela GLEAMS pri kalibraciji smo validacijo na dnevne meritve vsebnosti vode naredili samo za model SWAP. 60 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 SWAP 20 cm a Meritve na 20cm 50 40 30 20 10 170 220 Julijanski dan 270 Slika 21: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 20 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. Figure 21: Results of SWAP model and soil water measurements comparison for 20 cm depth for Bilje years in observed period 19.6.2002 – 17.10.2002. SWAP 30 cm Meritev Diviner na 30 cm 50 40 30 20 10 170 220 Julijanski dan 270 Slika 22: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 30 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. 0 0 Figure 22: Results of SWAP model and soil water measurements comparison for 30 cm depth for Bilje years in observed period 19.6.2002 – 17.10.2002. 61 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 SWAP 40 cm Meritve na 40cm 50 40 30 20 10 170 220 Julijanski dan 270 Slika 23: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 40 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. Figure 23: Results of SWAP model and soil water measurements comparison for 40 cm depth for Bilje years in observed period 19.6.2002 – 17.10.2002. 50 SWAP 50 cm Meritve na 50cm 40 30 20 10 170 220 Julijanski dan 270 Slika 24: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 50 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. 0 0 Figure 24: Results of SWAP model and soil water measurements comparison for 50 cm depth for Bilje years in observed period 19.6.2002 – 17.10.2002. 62 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 50 SWAP 60 cm * Meritve na 60cm 40 - 30 20 10 170 220 Julijanski dan 270 Slika 25: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 60 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. 0 Figure 25: Results of SWAP model and soil water measurements comparison for 60 cm depth for Bilje years in observed period 19.6.2002 – 17.10.2002. 63 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4.3 ČLENI VODNE BILANCE V OBDOBJU 1961 – 1990 Legenda za interpretacijo oznak pedoloških profilov (PP) in pedokartografskih enot (PKE) je v prilogi C, grafični prikaz globine po posameznih PP/PKE, uporabljenih v izračunu oz. po teksturnih razredih uporabljenih talnih profilov, je v prilogi E. Na slikah, kjer smo za prikaz podatkov v opazovanem obdobju 1961 – 1990 uporabili okvir z ročaji (npr. primanjkljaj, ET, itd.) v odvisnosti od globine tal [cm], x os ni v skali, temveč so navedene oznake globin uporabljeni talnih profilov. 4.3.1 Primanjkljaj vode v tleh glede na padavine Primanjkljaj vode v tleh je bil definiran kot tista količina vode, ki smo jo dodali do poljske kapacitete, kadarkoli je količina vode v tleh padla pod 50% poljske kapacitete v vegetacijskem obdobju. Zaradi obsežnosti rezultatov smo izračune letnega primanjkljaja v mm za izbrane profile oddelka avtomorfnih in hidromorfnih tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 prikazali v prilogah F in G (model SWAP) in prilogah H in I (model GLEAMS). Model SWAP izračuna nižje količine dodane vode Wi v talni profil v posameznem namakalnem dogodku kot model GLEAMS (slika 25). Pri modelu SWAP se vrednosti Wi med avtomorfnimi in hidromorfnimi tlemi ne razlikujejo zelo (36 mm – 40 mm). Nižja WI (mm) je v primeru distričnih rjavih tal PP 85/ PKE 1237 (25 mm, slika 25), nekoliko višja pa pri hidromorfnih obrečnih rjavih tleh 45 – 47 mm (PP117, 141 in 146/ PKE 1241, slika 26). Pri modelu GLEAMS je Wi (mm) višja pri vseh opazovanih profilih, izrazito višja pri avtomorfnih v primeru PP 163/ PKE 1282 (108 mm) ter PP 198/ PKE 66 (67 mm). 64 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 SWAP Wi (mm) GLEAMS Wi (mm) —n PP/PKE Slika 26: Količina dodane vode Wi (mm) v posameznem namakalnem dogodku za model SWAP in GLEAMS v obdobju 1961 –1990. Figure 26: Applied water ration Wi (mm) for irrigation event calculated with model SWAP and model GLEAMS for period 1961 –1990. Primerjali smo skupni primanjkljaj v vegetacijskem obdobju na posameznih pedoloških profilih s padavinami v vegetacijskem obdobju v letih 1961 – 1990. Padavine v vegetacijskem obdobju imajo v letih 1961 – 1990 dva vrhova in to prvega v letih 1965 – 1968 ter malo manjšega v letih 1974 – 1978. V zadnji dekadi obravnavanega osnovnega niza podatkov izstopa sušno obdobje v letih 1986 ter 1988 (Slike 27 – 41). V obravnavanem obdobju 1961 – 1990 so rezultati izračuna primanjkljaja vode v tleh z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da bil primanjkljaj na hidromorfnih tleh v povprečju nižji kot na avtomorfnih tleh (Slike 27 – 41). Model SWAP oceni nižji primanjkljaj pri PP 198/ PKE 66 v primerjavi z modelom GLEAMS, v letu 1975 pa primanjkljaja ne izračuna (Slika 27). Pri PP 201/ PKE 66 pa je izračun primanjkljaja skladen (Slika 28). Povprečni primanjkljaj za evtrična rjava tla na ledenodobnem produ in pesku v obdobju 1961 – 1990 je 162 mm (0 – 343 mm) za PP 198/ PKE 66 oz. 263 mm (79 mm – 450 mm) za PP 201/ PKE 66 (Prilogi F in H). 65 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Padavine 1700 1400 Primanjkljaj SWAP ^Primanjkljaj GLEAMS 1100 800 500 r 600 400 200 Leto Slika 27: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 198 znotraj pedokartografske enote 66 (evtrična rjava tla na ledenodobnem karbonatnem produ in peskih, na nasutinah rek in rečnem vršaju, tip 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. Figure 27: Water shortage (mm) for soil profile 198 eutric cambisol on glacial sand and gravel 66) and precipitation for period 1961 – 1990. Padavine Primanjkljaj SWAP ^Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 n 500 600 400 200 Leto Slika 28: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 201 znotraj pedokartografske enote 66 (evtrična rjava tla na ledenodobnem karbonatnem produ in peskih, na nasutinah rek in rečnem vršaju, tip 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 0 Figure 28: Water shortage (mm) for soil profile 201 (eutric cambisol on glacial sand and gravel 66) and precipitation forperiod 1961 – 1990. 66 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečni primanjkljaj v obdobju 1961 – 1990 za evtrična rjava tla na flišu, antropogena, je bil 244 mm (73 mm – 447 mm) za PP 108/ PKE 430 ter 276 mm (107 mm – 454 mm) za PP 88/ PKE 1279 (Prilogi F in H). Rezultati izračuna z modelom SWAP so v primerjavi z rezultati modela GLEAMS nekoliko nižji, kažejo podoben odziv na padavine v vegetacijskem obdobju (Sliki 29 in 30). Padavine Primanjkljaj SWAP k Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 i 500 600 400 200 Leto Slika 29: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 108 znotraj pedokartografske enote 430 (rigolana tla, vitisol) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. Figure 29: Water shortage (mm) for soil profile 108 (vitisol 430) and precipitation for period 1961 – 1990. Padavine Primanjkljaj SWAP x Primanjkljaj GLEAMS 1700 T 1400 1100 4 800 i 500 T 600 400 200 Leto Slika 30: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 88 znotraj pedokartografske enote 1279 (evtrična rjava tla na eocenskem flišu, tip 60%, evtrična rjava na eocenskem flišu, antropogena 40%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. Figure 30: Water shortage (mm) for soil profile 88 (Eutric Cambisol on flysh 1297) and precipitation for period 1961 – 1990. 0 0 67 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Primanjkljaj vode za evtrična rjava tla na eocenskem flišu v obdobju 1961 – 1990 je bil 300 mm (106 mm – 503 mm) izračunan z modelom SWAP oz. 295 mm (184 mm – 402 mm) izračunan z modelom GLEAMS za PP 121/ PKE 1282 oz. 147 mm (0 – 335 mm) izračunan z modelom SWAP oz. 284 mm (0 – 464 mm) izračunan z modelom GLEAMS za PP 163/ PKE 1282 (Sliki 31 in 32, prilogi F in H). Izračun primanjkljaja modelov je bil pri PP 121/ PKE 1282 skladen. Pri PP 163/ PKE 1282 pa so bili rezultati izračuna z modelom GLEAMS izrazito višji, medtem ko model SWAP dveh letih primanjkljaja ne napove (1965 in 1975). Model GLEAMS primanjkljaja ne napove za leto 1984 (Sliki 31 in 32). Padavine Primanjkljaj SWAP * Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 n 500 600 400 200 Leto Slika 31: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 121 (znotraj pedokartografske enote 1282 (evtrična rjava tla na eocenskem flišu, psevdooglejena 70%, evtrična rjava tla na eocenskem flišu, koluvialna 30%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 31: Water shortage (mm) for soil profile 121 (eutric cambisols on eocen flysh 1282) and precipitation for period 1961 – 1990 68 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Padavine Primanjkljaj SWAP * Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 32: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 163 znotraj pedokartografske enote 1282 (evtrična rjava tla na eocenskem flišu, psevdooglejena 70%, evtrična rjava tla na eocenskem flišu, koluvialna 30%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 32: Water shortage (mm) for soil profile 163 (eutric cambisols on eocen flysh 1282) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 69 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečen primanjkljaj na evtričnih rjavih tleh na aluviju z apnenim gruščem PP 128/ PKE 68 je bil v letih 1961 – 1990 287 mm (111 mm – 465 mm), izračunan z modelom SWAP, oz. 290 mm (124 mm – 452 mm), izračunan z modelom GLEAMS (Slika 33, prilogi F in H). Padavine Primanjkljaj SWAP ^Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 33: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 128 znotraj pedološke kartografske enote 68 (evtrična rjava tla na ledenodobnem produ in peskih, na nasutinah rek in rečnem vršaju, srednje globoka 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 33: Water shortage (mm) for soil profile 128 (eutric cambisols on glacial sand and gravel 68) for observed period 1961 – 1990. 70 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečen primanjkljaj za evtrična rjava tla na flišu z apnenim gruščem PP 136/ PKE 149 v letih 1961 – 1990 je bil izračunan z modelom SWAP 200 mm (0 – 378 mm), in 321 mm (111 mm – 514 mm), izračunan z modelom GLEAMS (Slika 33, prilogi F in H). Rezultati izračuna primanjkljaja so pri modelu GLEAMS višji od rezultatov modela SWAP (Slika 34), kateri v letu 1975 primanjkljaja ne izračuna. Padavine Primanjkljaj SWAP Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 L 400 200 Leto Slika 34: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 136 znotraj pedokartografske enote 149 (evtrična rjava na flišu in laporju s primesjo apnenih breč, tip 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 34: Water shortage (mm) for soil profile 136 (eutric cambisols on flysh and marl 149) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 71 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečen primanjkljaj za distrična tla PP 85/ PKE 1237 v letih 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 276 mm (75 mm – 450 mm) oz. 321 mm (107 mm – 500 mm), izračunan z modelom GLEAMS (Slika 35, prilogi F in H). Padavine Primanjkljaj SWAP ^Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 i 500 600 400 200 Leto Slika 35: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 85 znotraj pedokartografske enote 1237 (distrična rjava tla na nekarbonatem flišu - dekalcificiranem laporju izprana 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 35: Water shortage (mm) for soil profile 85 (Distric Cambisols on non-calcareous flysch 1237) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 72 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečni primanjkljaj vode za hipoglejena tla (PP 140/ PKE 1242) izračunan z modelom SWAP je bil v obdobju 1961 – 1990 108 mm (0 – 232 mm) oz. 293 mm (72 mm – 443 mm), izračunan z modelom GLEAMS. Primerjava rezultatov izračuna primanjkljaja za obravnavano obdobje 1961 – 1990 med modeloma SWAP in GLEAMS pokaže, da so rezultati pri modelu GLEAMS višji (Slika 36, prilogi G in I). Padavine Primanjkljaj SWAP x Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 36: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 140 znotraj pedokartografske enote 1242 (hipoglej, evtričen mineralen, zmerno močan 60%, hipoglej evtričen mineralen srednje močan 40%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. Figure 36: Water shortage (mm) for soil profile 140 (gleyed soil 1242) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 73 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečen primanjkljaj vode za obrečna rjava tla PP 129/ PKE 139, izračunan z modelom SWAP je bil 118 mm (0 – 278 mm), medtem ko model GLEAMS primanjkljaja ne izračuna (Slika 37, prilogi G in I). Padavine Primanjkljaj SWAP * Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 37: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 129 znotraj pedokartografske enote 139 (rjava obrečna tla, globoko oglejena, tip 100%, obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 37: Water shortage (mm) for soil profile 129 (139 cambic fluvisol) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 74 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečni primanjkljaj za obrečna rjava tla PP 117/ PKE 1241 v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 240 mm (95 mm – 395 mm) oz. 220 mm (0 – 422mm), izračunan z modelom GLEAMS. Model GLEAMS ni izračunal primanjkljaja v letih 1961, 1965, 1975, 1980 in 1984 (Slika 38, prilogi G in I). Padavine Primanjkljaj SWAP *Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 38: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 117 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 38: Water shortage (mm) for soil profile 117 (cambic fluvisols 1241) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 75 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečen primanjkljaj vode za obrečna rjava tla PP 141/ PKE 1241 izračunan z modelom SWAP, je bil 225 mm (75 mm – 382 mm), medtem ko model GLEAMS primanjkljaja ne izračuna (Slika 39, prilogi G in I). Padavine Padavine SWAP * Padavine GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 39: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 141 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 39: Water shortage (mm) for soil profile 141 (cambic fluvisols 1241) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 76 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečen primanjkljaj vode za obrečna rjava tla PP 144/ PKE 1241, izračunan z modelom SWAP, je bil 143 mm (0 – 269 mm) oz. 266 mm (85 mm – 436 mm), izračunan z modelom GLEAMS (slika 40, prilogi G in I). Padavine Primanjkljaj SWAP x Padavine GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 40: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 144 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 40: Water shortage (mm) for soil profile 144 (cambic fluvisols 1241) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 77 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Povprečni primanjkljaj za obrečna rjava tla PP 146/ PKE 1241 v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 229 mm (88 mm – 396 mm) oz. 195 mm (0 – 391 mm), izračunan z modelom GLEAMS. Model GLEAMS ni izračunal primanjkljaja v letih 1961, 1965, 1975, 1980 in 1984 (Slika 41, prilogi G in I). Padavine Primanjkljaj SWAP ^Primanjkljaj GLEAMS 1700 1400 1100 800 500 600 400 200 Leto Slika 41: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 146 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. 0 Figure 41: Water shortage (mm) for soil profile 146 (cambic fluvisols 1241) and precipitation for observed period 1961 – 1990. 78 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4.3.2 Primanjkljaj vode glede na globino in PP/PKE Primerjali smo vpliv globine obravnavanih talnih profilov na izračun pomanjkanja vode v obravnavanem obdobju 1961 – 1990. Pri izračunu z modelom SWAP je primanjkljaj na opazovanih profilih z globinami ? 70 cm višji (220 mm – 300 mm) kot na opazovanih profilih z globinami > 70 cm, kjer je povprečen primanjkljaj od 120 – 210 mm (Slika 41a). Rezultati modela GLEAMS so med globinami opazovanih profilov zelo različni, v primeru treh globin (70 cm, 110 ter 120 cm) pa primanjkljaj ne nastopi (Slika 42b). 600 F 500 7 - 400 r T 300 r -t— r^ __i_ p1-! nn 200 ^ n~~^ \ ~^~ \\ —•— -^~ 100 r ^ ^ { r'—p' ^p1 n-^ pp 0E____________________11111 58 60 65 68 70 73 90 100 110 120 Globina tal (cm) (a) (b) Slika 42: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) v obravnavanem obdobju 1961 - 1990 glede na globino tal za model SWAP in model GLEAMS. Figure 42: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 - 1990 with respect to profile depth calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). Primerjava izračuna primanjkljaja pri modelu SWAP glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto pokaže, da sta imela pri avtomorfnih tleh PP 198/ PKE 66 ter PP 163/ PKE 1282 nižji primanjkljaj, pri hidromorfnih pa je bil najnižji primanjkljaj pri PP 140/ PKE 1242, PP 129/ PKE 139 in PP 146/ PKE 1241 (Slika 43a). Rezultati izračuna primanjkljaja pri modelu GLEAMS glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto pokaže, da je interval pomanjkanja med PP izenačen. Zelo ozek interval med minimalno in maksimalno vrednostjo primanjkljaja ima PP 121/ PKE 1282 (Slika 41b). Pri hidromorfnih tleh se pri modelu GLEAMS primanjkljaj dvakrat ne pojavi in sicer pri PP 129/ PKE 139 in PP 141/ PKE 1241 (Slika 43b). 600 500 400 300 200 100 0 :+ 58 60 65 68 70 73 90 100 110 120 Globina tal (cm) 79 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 F 600 500 400 300 200 100 0 700 r 600 ZT 500 - ' 400 ^ 300 -rl 200 r 100 r - 0 - PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 43: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) v obravnavanem obdobju 1961 – 1990 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto, izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). Figure 43: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 – 1990 with respect to soil profile and soil cartographic unit calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). Primanjkljaj vode v tleh se pri izračunu z modelom SWAP na avtomorfnih tleh pojavi v povprečju 5 do 11 dni na leto, največkrat na PP 85/ PKE 1237. Na hidromorfnih tleh se pojavi v povprečju od 3 do5 dni na leto (od 0 do največ 9 dni na leto, slika 44 a). Primanjkljaj vode v tleh se pri izračunu z modelom GLEAMS na avtomorfnih tleh pojavi v povprečju 2 do 9 dni na leto, največkrat na PP 85/ PKE 1237. Na hidromorfnih tleh se pojavi v povprečju od 0 do 4 dni na leto (od 0 do največ 6 dni na leto, slika 44 b). (a) 20 16 12 8 4 0 ; Y E + Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 44: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem vode v tleh v obdobju 1961 – 1990 glede na globino tal, izračunan z modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 20 8 4 0 Figure 44: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 – 1990 with respect to soil profile calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 80 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4.3.3 Evapotranspiracija Pri izračunu ET se pokaže vpliv različne računske strukture, še posebej pri izračunu transpiracije (Slike 47 – 48). Model SWAP izračuna ET v dveh korakih, najprej ET evaporacijo tal in transpiracijo posebej. Model SWAP izračuna dejansko Ea glede na razvoj rastline (En. 36). Vrednosti E tal pri modelu SWAP med različnimi globinami tal ne odstopajo veliko, izjema je globina 58 cm pripadajočega PP 121/ PKE 1282 (Slika 45a). Višje vrednosti pokažejo tudi globine 100, 110 in 120 cm (Slika 45a). Model GLEAMS dobljeno ET glede na funkcijo razvoja LAI razdeli na Ea tal in Ta (En. 43), vrednosti z GLEAMSom izračunane Ea tal se med globinami talnih profilov ne razlikujejo (Slika 45b). 350 250 - 200 100 - 58 60 65 68 70 73 90 100 110 120 Globina tal (cm) 58 60 65 68 70 73 90 100 110 120 Globina tal (cm) (a) (b) Slika 45: Evaporacija tal (mm) glede na globino talnega profila (cm) v obdobju 1961 modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. 1990 izračunana z (a) Figure 45: Soil evaporation (mm) with respect to soil profile depth (cm) for period 1961 with (a) model SWAP and (b) model GLEAMS. 1990 obtained Primerjava izračuna Ea pri modelu SWAP pokaže, da višji rezultat pri PP 121/ PKE 1282 avtomorfnih tal (280 mm), pri hidromorfnih pa pri PP 140/ PKE 1242, PP 129/ PKE 139 in PP 146/ PKE 1241 (190 mm) (Slika 46a). 350 300 200 150 150 100 Izračun Ea pri modelu GLEAMS je enak pri vseh izbranih pedoloških profilih pedokartografskih enot, s povprečno vrednostjo 130 mm (Slika 46b) 81 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 350 T - 300 250 \ 9 200 150 100 50 't ž 0 - - 300 250 200 150 100 50 PP/PKE (a) (b) Slika 46: Evaporacija (mm) glede na PKE v obdobju 1961 modelom GLEAMS. PP/PKE 1990 izračunana z (a) modelom SWAP in (b) Figure 46: Soil evaporation (mm) with respect to soil pedocartographic unit for period 1961 with (a) model SWAP and (b) model GLEAMS. 1990 obtained Izračuni transpiracije pri modelu SWAP so različni tako pri globinah talnih profilov kot tudi med PKE. Velike razlike med rezultati pri izračunu T pri modelu SWAP izražajo povezanost parametra T s hidravličnimi lastnostmi tal, kar so uporabili pri inverznem določanju hidravličnih lastnosti s pomočjo znanih členov vodne bilance tal (Jhorar in sod, 2002). Vrednosti T, izračunane z modelom GLEAMS, med globinami talnih profilov oz. PKE ne pokažejo razlik, nekoliko nižje so pri globjih talnih profilih (110 in 120 cm), t.j. pripadnim rjavim obrečnim tlem (PKE 139 in PKE 1241) (Sliki 47 – 48). 400 200 - 800 600 400- 200 58 60 65 68 70 73 90 100 110 120 Globina tal (cm) Globina tal (cm) (a) (b) Slika 47: Transpiracija (mm) glede na globino talnega profila (cm) v obdobju 1961 – 1990 izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. Figure 47: Transpiration (mm) with respect to soil profile depth (cm) for period 1961 – 1990 obtained with (a) model SWAP and (b) model GLEAMS. 350 800 0 0 82 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 800 - 400 - 200 - 200 - \Z________________________________________________________________________________ PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 48: Transpiracija (mm) glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. 1990, Figure 48: Transpiration (mm) with respect to soil profile and soil pedocartographic unit for period 1961 – 1990 obtained with (a) model SWAP and (b) model GLEAMS. Vrednosti ET so seštevek prej opisanih členov E in T. Primerjava rezultatov ET modela GLEAMS pokaže nižjo stopnjo ET pri talnih profilih globokih 110 in 120 cm. Primerjava rezultatov ET modela SWAP glede na globino talnih profilov pokaže, da imajo globja tla nekoliko nižjo stopnjo ET (Slika 49a). Pri modelu GLEAMS so izračune vrednosti ET za rjava obrečna tla PP 129/ PKE 139 in PP 141/ PKE 1241 nižje kot pri modelu SWAP(Slika 49b). 1000 - 800 600 -<^A± T 1 T - M * ' rV 400 - T 9^ 200 1 1000 - 800 - Globina tal (cm) 600 - 200 - Globina tal (cm) (a) (b) Slika 49: Evapotranspiracija (mm) glede na globino talnega profila v obdobju 1961 – 1990, izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. Figure 49: Evapotranspiration (mm) with respect to soil profile depth (cm) for period 1961 – 1990 obtained with (a) model SWAP and (b) model GLEAMS. 600 400 0 83 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Evapotranspiracija, izračunana z modelom SWAP, je bila najnižja pri uporabljenih PP 163/ PKE 1282 in PP 198/ PKE 66 avtomorfnih tal, pri hidromorfnih pa pri PP 140/ PKE 1242 in PP 129/ PKE 139 avtomorfnih tal (Slika 50a). Izračuni evapotranspiracije pri modelu GLEAMS so bili med uporabljenimi pedološkimi profili izenačeni (620 mm), nižja ET (430 mm) je bila v primeru PP 129/ PKE 139 in PP 141/ PKE 1241 (Slika 50b). 1000 - 800 600 ^F 400 : T 1 200 - - 0 - (a) 1000 - 800 600 400 [^^^ ^ : 200 7 ^ 0 _ PP/PKE PP/PKE (b) Slika 50: Evapotranspiracija (mm) v obdobju 1961 – 1990 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto, izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. Figure 50: Evapotranspiration (mm) with respect to soil profile and soil pedocartographic unit for period 1961 – 1990 obtained with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 84 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4.3.4 Pronicanje Pronicanje predstavlja tisti del vode, katerega tla niso sposobna zadržati ter odteče v podtalnico. Rezultati med modeloma so tu izenačeni, pri modelu SWAP in GLEAMS se v letu 1965 pojavi zelo veliko pronicanja, vendar pri modelu SWAP nekoliko več kot pri modelu GLEAMS (Sliki 51 – 52). Povprečna vrednost pronicanja je bila pri modelu SWAP 800 – 900 mm, pri modelu GLEAMS pa 700 – 800 mm. (X 1000) 2 (X 1000) 2 Globina tal (cm) 1.2 - 0.4 - Globina tal (cm) (a) (b) Slika 51: Pronicanje (mm) glede na globino talnega profila v obdobju 1961 modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. 1990, izračunano z (a) Figure 51: Deep percolation (mm) with respect to soil depth for 1961 model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 1990 period calculated with with Primerjava količine pronicanja glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto prav tako ne pokaže večjih odstopanj tako med posameznimi talnih profilov kot med izračuni obeh modelov (Slika 52). 0.8 0 85 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 (X 1000) 2 1.2 0.8 (X 1000) 2 1.6 - 1.2 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 52: Pronicanje (mm) glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunano z modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). Figure 52: Deep percolation (mm) with respect to soil profile and soil pedocartographic unit for 1961 – 1990 period obtained with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 4.3.5 Odtok Izračun površinskega odtoka se med modeloma SWAP in GLEAMS od vseh členov vodne bilance obravnavanih v tem delu najbolj razlikujejo. Pri modelu SWAP se odtok pojavi vsako leto pri pedoloških profilih globine 100 cm, posamezni dogodki pa tudi pri pedoloških profilih globin 60 cm, 68 cm, 90 cm ter 110. Pri modelu GLEAMS je povprečen odtok 200 mm, nekoliko nižji je odtok pri talnem profilu globin 70 cm in 120 cm (slika 53). Medtem, ko se pri modelu SWAP odtok pojavi zelo redko – v primeru hidromorfnih– hipooglejenih tal PP 140/ PKE 1242 in rjavih obrečnih PP 144/ PKE 1241, model GLEAMS izračuna odtok pri vseh opazovanih PP (Sliki 53 – 54). Posamezni dogodki odtoka, kot izračunano z modelom SWAP, se pojavijo tudi pri evtričnih rjavih tleh na ledenodobnem produ in peskih PP 198, 201/ PKE 66, evtričnih rjavih tleh na aluviju z gruščem PP 128/ PKE 68, evtričnih rjavih tleh na flišu in antropogenih PP 88 PKE 1279, PP 108/ PKE 430 (Sliki 53 – 54). Vzrok v razliki rezultatov med modeloma je računska struktura samih modelov. Model SWAP izračuna odtok, ko potencialni tok v tla preseže maksimalno stopnjo infiltracije in nasičeno hidravlično prevodnost. Model GLEAMS izračuna odtok, če je presežena skladiščna sposobnost profila, katerega globino določa efektivna globina korenin. 1.6 0.8 0.4 0 86 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 600 500 400 300 200 100 0 , x^xi . _*_ : (a) 58 60 65 68 70 73 90 100 110 120 Globina tal (cm) 600 7 Z 500 7 + + r j ~ 400 7 - 300 200 7 + 1 F ^ 100 '- "t1 1 "^ 0 I_ _I Globina tal (cm) (b) Slika 53: Odtok (mm) v obdobju 1961 – 1990 glede na globino talnega profila, izračunan z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. Figure 53: Runoff (mm) with respect to soil depth for 1961 – 1990 period obtained with model SWAP and model GLEAMS. 600 500 400 300 200 100 600 500 400 300 200 100 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 54: Odtok (mm) glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. 0 0 Figure 54: Runoff (mm) with respect to soil pedocartographic unit for 1961 – 1990 period calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 87 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4.4 SIMULACIJA SCENARIJEV KLIMATSKIH SPREMEMB Občutljivost izbranih pedoloških profilov v Vipavski dolini na spremembe temperatur zraka ter količine in variabilnosti padavin smo preverili s scenariji klimatskih sprememb, ki so opisani v poglavju 3.3. Preverili smo za koliko sta se glede na uporabljen scenarij povečala primanjkljaj vode v tleh [mm] ter pogostost pojava primanjkljaja v tleh (število dni, ko se je pojavil primanjkljaj 50% PK). 4.4.1 Scenarij 1 Izračun z modeloma SWAP in GLEAMS je pokazal, da bo povečanje temperature zraka za 1,5oC ter 10% zmanjšanje padavin vplivalo na povečan primanjkljaj v tleh. Povprečen primanjkljaj pri opazovanih PP avtomorfnih tal je bil 297 – 329 mm, kar je za 0 – 79 mm več kot pri osnovnem nizu podatkov (model SWAP) oz. 0– 292 mm, kar je več za 8 – 23 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 1 povečal za 21 – 123 mm (model SWAP) oz. 0 – 31 mm (model GLEAMS) (Sliki 55 in 56). Primerjava rezultatov modela GLEAMS pri obdobju 1961 – 1990 ter scenarija 1 pokaže, da se je pri scenariju dvignila vrednost najmanjšega primanjkljaja (Slika b in b). (a) 700 600 500 400 300 200 100 0 V \ Globina tal (cm) 700 600 500 400 300 200 100 0 :^tf^ (b) Globina tal (cm) Slika 55: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode v tleh glede na globino tal pri scenariju 1 glede na globino tal v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 55: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 – 1990 with respect to soil profile calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 88 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 600 500 400 300 200 100 0 700 600 500 400 300 200 100 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 56: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 1 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 56: Box and whisker plot for water shortage with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). Povečanje temperature zraka za 1,5°C in zmanjšanje količine padavin za 10% je imelo majhen vpliv na pogostost pojava pomanjkanja vode v tleh. Pri modelu SWAP se je primanjkljaj pojavil od nič do dva dni bolj pogosto tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa od nič do en dan bolj pogosto (Sliki 57 in 58). 16 - 12 20 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 57: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 1 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). 0 12 8 8 4 4 0 0 Figure 57: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for Scenario 1 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). 89 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 (a) Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 58: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 1 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). Figure 58: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for scenario 1 in period 1961 – 1990 with respect to soil depth calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 4.4.2 Scenarij 2 Izračuni z modeloma SWAP in GLEAMS pri scenariju 2, kjer smo temperaturo zraka povečali za 1,5oC, padavine v obdobju april – september zmanjšali za 10 % in v obdobju oktober – marec povečali za 10%, so pokazali, da se bo primanjkljaj v tleh pri opazovanih PP avtomorfnih tal povečal za 24 – 77 mm (model SWAP) oz. 8 – 23 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 2 povečal za 28 – 122 mm (model SWAP) oz. 0 – 31 mm (model GLEAMS) (Sliki 59 in 60). 700 600 500 400 300 (a) Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 59: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode v tleh glede na globino tal pri scenariju 2 glede na pedokartografsko enoto izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 20 8 8 4 4 0 0 700 600 200 200 100 100 0 0 Figure 59: Box and whisker plot for water shortage with respect to soil depth in observed period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 90 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 600 500 400 300 200 100 700 600 500 400 300 200 100 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 60: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 2 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 60: Box and whisker plot for water shortage with scenario 2 in observed period 1961 – 1990 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). Pri scenariju 2 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil od nič do dva dni bolj pogosto kot pri baznem nizu tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa od nič do en dan bolj pogosto (Sliki 61 in 62). 20 16 12 8 4 0 : ^ f ?¦ f (a) Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 61: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 2 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 0 16 12 8 4 0 Figure 61: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for scenario 2 in period 1961 – 1990 with respect to soil depth with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 91 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 20 12 - PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 62: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 2 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 62: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for Scenario 2 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). 4.4.3 Scenarij 3 Izračuni za scenarij 3 z modeloma SWAP in GLEAMS so pokazali, da bo napovedano povečanje temperature zraka za 3oC ter 10% zmanjšanje padavin vplivalo na povečan primanjkljaj v tleh, in sicer pri opazovanih PP avtomorfnih tal za 15 – 105 mm (model SWAP) oz. 47 – 77 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 3 povečal za 44 – 124 mm (model SWAP) oz. 0 – 73 mm (model GLEAMS) (Sliki 63 in 64). 700 600 500 400 300 200 100 0 ~r T ^ L h L ^ Globina tal (cm) 700 600 500 400 300 200 100 Globina tal (cm) (a) (b) Slika 63: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 3 glede na globino v obdobju 1961 izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). 1990, 16 12 8 8 4 4 0 0 0 Figure 63: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 – 1990 with respect to soil depth calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 92 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 600 500 400 300 200 100 0 0 C____________________________________________________________________________________________________________—<—__________________________________—<— PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 64: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 3 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 64: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 profile calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 1990 with respect to soil Pri scenariju 3 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil od en do dva dni bolj pogosto kot pri baznem nizu tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa do en dan bolj pogosto (Sliki 65 in 66). (a) Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 65: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 3 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 0 20 16 12 12 8 8 4 0 Figure 65: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for scenario 3 in period 1961 – 1990 with respect to soil depth with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 93 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 20 - 16 16 - 12 - PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 66: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 3 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 66: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for Scenario 3 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). 4.4.4 Scenarij 4 Izračuni z modeloma SWAP in GLEAMS pri scenariju 4, kjer smo temperaturo zraka povečali 3oC, padavine v obdobju april – september zmanjšali za 10 % in v obdobju oktober – marec povečali za 10%, so pokazali, da se bo primanjkljaj v tleh pri opazovanih PP avtomorfnih tal povečal za 12 – 65 (105) mm (model SWAP) oz. 49 – 77 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 4 povečal za 43 – 149 mm (model SWAP) oz. 53 – 74 mm (model GLEAMS) (Sliki 67 in 68). (a) 700 600 500 400 300 200 100 0 ~T A ^ f if Globina tal (cm) (b) 700 600 500 400 300 200 100 0 b i f ± ^ ^++ Globina tal (cm) Slika 67: Okvir z ročaji za število dni, ko se je pojavil primanjkljaj vode v tleh pri scenariju 4 glede na pedokartografsko enoto. Figure 67: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 profile calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 1990 with respect to soil 2 8 4 0 94 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 - 600 500 400 300 200 100 700 600 500 400 300 200 100 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 68: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 4 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 68: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 – 1990 with respect to soil profile calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). Pri scenariju 4 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil od en do dva dni bolj pogosto kot pri baznem nizu, tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa do en dan bolj pogosto (Sliki 69 in 71). (a) Globina tal (cm) 20 - 16 - 1 12 - T ; - ........... .yni- — m Globina tal (cm) (b) Slika 69: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 4 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 0 20 6 2 8 4 0 Figure 69: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for scenario 4 in period 1961 – 1990 with respect to soil depth calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 95 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 20 - 16 - 12 - 20 - 16 - 12 - PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 70: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 4 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 70: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for Scenario 4 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). 4.4.5 Scenarij 5 Pri scenariju 5 so izračuni z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da bo povečanje temperature zraka za 4,5oC ter 10% zmanjšanje padavin vplivalo na povečan primanjkljaj v tleh in sicer pri opazovanih PP avtomorfnih tal za 38 – 96 mm (model SWAP) oz. 89 – 145 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 5 povečal za 54 – 175 mm (model SWAP) oz. 0 – 130 mm (model GLEAMS) (Sliki 71 in 72). (a) Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 71: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 5 glede na pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). 8 4 0 Figure 71: Box and whisker plot for water shortage (mm) in observed period 1961 – 1990 with respect to soil depth with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 96 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 600 500 400 300 200 100 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 72: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 5 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 72 Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 1990 with respect to soil profile Pri scenariju 5 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil od en do dva dni bolj pogosto kot pri baznem nizu pri avtomorfnih, pri hidromorfnih tleh pa od en do štiri dni bolj pogosto. Pri modelu GLEAMS se je primanjkljaj pojavil pri avtomorfnih tleh do en dan bolj pogosto, pri hidromorfnih pa od en do dva dni bolj pogosto (Sliki 73 in 74). (a) 20 16 12 8 4 0 : f T ^ h f[ : Globina tal (cm) (b) 20 - 16 : t 1 12 :i^ii - 8 4 0 i^-T^ ^ Globina tal (cm) Slika 73: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 5 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 0 0 Figure 73: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for scenario 5 in period 1961 – 1990 with respect to soil depth with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 97 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 20 - 16 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 74: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 5 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 74: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for Scenario 5 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). 4.4.6 Scenarij 6 Pri scenariju 6, kjer smo temperaturo zraka povečali za 4,5oC, padavine v obdobju april – september zmanjšali za 10 % in v obdobju oktober – marec povečali za 10%, so izračuni z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da se bo primanjkljaj v tleh pri opazovanih PP avtomorfnih tal povečal za 31– 87 mm (model SWAP) oz. 88 – 144 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 1 povečal za 55 – 168 mm (model SWAP) oz. 0 – 130 mm (model GLEAMS) (Sliki 75 in 76). (a) Globina tal (cm) (b) Globina tal (cm) Slika 75: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 6 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 20 16 8 8 4 4 0 0 Figure 75: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for scenario 6 in period 1961 – 1990 with respect to soil depth with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 98 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 700 600 500 400 300 200 100 PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 76. Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 6 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 76: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 pedocartographic unit with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 1990 with respect to soil Pri scenariju 6 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil v povprečju od en do dva dni bolj pogosto kot pri baznem nizu pri avtomorfnih, pri hidromorfnih tleh pa od nič do tri dni bolj pogosto. Pri modelu GLEAMS se je primanjkljaj pojavil pri avtomorfnih tleh do en dan bolj pogosto, pri hidromorfnih od en do dva dni bolj pogosto (Sliki 76 in 77). 700 600 500 400 300 200 100 0 (a) Globina tal (cm) (b) 700 600 500 400 300 200 100 0 r t i V i ^ t Globina tal (cm) Slika 77: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode v tleh pri scenariju 6 glede na globino tal v obdobju 1961 1990, izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). 700 - 0 0 Figure 77: Box and whisker plot for water shortage in observed period 1961 – 1990 with respect to soil pedocartographic unit calculated with model SWAP (a) and model GLEAMS (b). 99 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 12 20 - 16 7 f ^ 12 :fi, T r l i 8 4 !* '^ V 0 - -H- -|------- PP/PKE PP/PKE (a) (b) Slika 78: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 6 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). Figure 78: Box and whisker plot for no. of days with water shortage for Scenario 6 with respect to soil profile and soil pedocartographic unit in period 1961 – 1990 calculated with model SWAP (a) and GLEAMS (b). 4.4.7 Odziv na scenarije klimatskih sprememb med izbranimi profili Na opazovanih profilih iz oddelka avtomorfnih tal se je pri modelu SWAP primanjkljaj vode pri scenariju 1 in 2 (1,5°C) pri evtričnih rjavih tleh na aluviju z apnenim gruščem povečal za 20 %, pri evtričnih rjavih tleh na flišu od 15 – 20 % ter pri evtričnih rjavih tleh na produ in pesku za 20 %. Sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode povečal za 40 – 45 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode povečal za 50 – 70 %. Pri tej spremembi temperature zraka je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). Izbrani PP iz oddelka hidromorfnih tal so se v primerjavi s tistimi iz oddelka avtomorfnih tal izkazali za bolj občutljive na napovedano povečanje temperature zraka. Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je pri modelu SWAP primanjkljaj vode povečal pri scenariju 1 in 2 (1,5°C) za 25 – 35 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 40 – 45 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). 8 4 0 100 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 50 – 70 %. Pri tej spremembi temperature je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). Scenarij 1 Scenarij 2 Scenarij 3 Scenarij 4 Scenarij 5 Scenarij 6 80 70 j 60 50 - 40 30 20 H 10 0 Slika 79: Povečanje primanjkljaja vode izbranih profilov tal za model SWAP. Figure 79: Water shortage for the soil profiles for model SWAP. Na opazovanih profilih iz oddelka avtomorfnih tal se je pri modelu GLEAMS primanjkljaj vode pri scenariju 1 in 2 (povečanje temperature zraka za 1,5°C) pri evtričnih rjavih tleh na aluviju z apnenim gruščem povečal za 10 – 16 %. Med posameznimi PKE ni bilo velikih razlik. Sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode povečal za 30 – 45 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode povečal za 50 – 70 %. Pri tej spremembi temperature zraka je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). Izbrani PP iz oddelka hidromorfnih tal so se v primerjavi s tistimi iz oddelka avtomorfnih tal izkazali za bolj razgibano občutljive na napovedano povečanje temperature zraka. Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je pri modelu GLEAMS primanjkljaj vode povečal pri scenariju 1 in 2 (povečanje temperature zraka za 1,5°C) za 0 – 18 %. Kjer model ni napovedal primanjkljaja pri referenčnem nizu podatkov (PP 129/ PKE 139 ter PP 141/ PKE 1241), se situacija tudi ob uporabljenih scenarijih ni spremenila. Največjo odzivnost na scenarija 1 in 2 (povečanje temperature zraka za 1,5°C) je pokazal profil 117. 101 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 31 % (PP 144) oz. 42 % (PP 117, 146, 140), sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 57 – 77 %. Pri tej spremembi temperature je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). 90 80 70 -60 50 -40 30 + 20 Scenarij 1 Scenarij 2 Scenarij 3 Scenarij 4 Scenarij 5 Scenarij 6 Slika 80: Povečanje primanjkljaja vode izbranih profilov tal za model GLEAMS. Figure 80: Water shortage for the soil profiles for model GLEAMS. 0 102 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 5 RAZPRAVA IN SKLEPI 5.1 RAZPRAVA Pri reševanju naravnih procesov se poslužujemo fizičnih in analognih modelov, meritev na terenu ter matematičnih modelov. Slabost fizičnih modelov so dolgotrajnost in težava pri pridobivanju intaktnega vzorca ter kot posledica tega veliki stroški. Enako je z analognimi modeli, kjer poskušamo naravne procese nadomestiti s procesi, ki imajo enake učinke kot naravni (Čenčur - Curk, 2002). Numerični simulacijski modeli toka vode in prenosa snovi v nenasičenih tleh so pomembna orodja za okoljske raziskave. Mnoga nerešena vprašanja, ki zadevajo prenos snovi in tok vode blizu površine tal, so zaradi heterogenosti tal, nelinearnosti fizikalnih lastnosti tal ter neizenačenega odvzema vode s strani korenin in hitrega spreminjanja robnih pogojev lahko rešena zgolj numerično (Li in sod., 2001). Za račun vodne bilance in vpliva obdobij s primanjkljajem vode v tleh na kmetijsko pridelavo in potrebe po namakanju smo uporabili 2D numerični model SWAP (Soil -Water - Atmosphere - Plant), ki omogoča večletno simulacijo medsebojnih vplivov znotraj sistema tla - voda - rastlina - atmosfera (Van Dam in sod., 1997) ter model GLEAMS (Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems), ki omogoča vrednotenje zapletenih medsebojnih vplivov med talnimi horizonti, podnebnimi dejavniki in hranili (Knisel in sod., 1993). Potrebe po namakanju breskev in nektarin v Vipavski dolini smo določili ob uporabi meteoroloških podatkov, meritvah vsebnosti vode v tleh in podatkov o nekaterih fizikalnih lastnostih talnih profilov ter primerjalno preverili primernost izbranih računalniških modelov za oceno. Za oblikovanje vhodnih datotek in opis hidravličnih lastnosti tal je bila potrebna uporaba modelov za izračun gostote tal in hidravličnih lastnosti tal. Atributni podatki pedološke karte imajo podatke o globini in teksturni klasifikaciji posameznih horizontov ter vsebnosti organske snovi (CPVO, 2002). Za izračun gostote tal je bilo potrebno uporabiti Saxtonov model (Saxton in sod., 1986), ki je bil preizkušen za slovenska tla (Rupreht, 1999). Za izračun hidravličnih lastnosti tal ter značilnih točk na desorbcijski krivulji, katere smo potrebovali kot vhodne podatke v modela pa Mualem - Van Genuchtenov analitični model za izračun krivulje h - 0 - K. Meritve hidravličnih lastnosti tal so zamudne in drage, zato so bili razviti številni modeli za izračun le-teh na osnovi nekaterih ostalih pedoloških podatkov (Van Genuchten in sod., 1991; Woesten in sod., 2001). Model SWAP nudi izbiro med tabeliranimi Star in Hypres vrstami (Woesten in sod., 1999) ter analitičnimi pedotransfer funkcijami (Mualem in Van Genuchten, 1994). Primerjava rezultatov meritev pF vrednosti za izbrane točke (pF 2,3, pF 2,6, pF 3,5 in pF 4,2) za tla v Sadjarskem poskusnem nasadu Bilje z izračunom PTF oz. tabeliranih Hypres in Star vrst za meljasto glinasta tla (Preglednica 18) je pokazala, da je za opis hidravličnih lastnosti izbranih tal najbolj primerna uporaba analitičnih pedotransfer funkcij (Slike 11 -14). 103 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Z matematičnimi modeli lahko zmanjšamo število meritev na nekem območju tako, da opravimo meritve le v značilnih točkah, ki služijo za verifikacijo in umerjanje modela. Šele ko je model umerjen in verificiran, ga lahko uporabljamo za napovedovanje procesov (Rajar, 1997). Pri kalibraciji modela GLEAMS se je izkazalo, da model ob upoštevanju vrednosti LAI (4/7/6/6/6) po posameznih fazah razvoja, kot jih najdemo v literaturi (Faust, 1989), izračuna izrazito višje vrednosti ET (20 mm/dan), kot jih je najti v literaturi (do 5 mm/dan) (Natalie in sod., 1984; Faust, 1989; Girona in sod., 2002). Zato smo vrednost LAI umerili na ETbreskev, katero smo izračunali s koeficientom rastline kc za obdobje april – avgust (Natalie in sod., 1984) in ET0. Ustrezno vrednost ETbreskev za obdobje april – avgust smo dobili ob polovični vrednosti LAI iz literature: 2/3,5/3/3/3 (Slika 25). Za preveritev, kako model izračuna vsebnost vode v tleh, smo za primerjavo uporabili gravimetrične meritve vsebnosti vode v tleh poskusnega nasada jablan v Ljubljani (ARSO, 2002). Kalibracija modelov SWAP in GLEAMS je pokazala, da je SWAP občutljiv na globino korenin in globino talnega profila. Kljub temu, da SWAP omogoča dober in na prvi pogled fleksibilen opis porazdelitve korenin v profilu s pomočjo funkcije gostote korenin, so rezultati kalibracije pokazali, da je najvplivnejši dejavnik pri odvzemu vode globina korenin. Linearna korelacija gravimetričnih meritev in rezultatov modela SWAP za vsebnost vode v meljasto ilovnatih tleh v nasadu jablan je dala dobre rezultate za leti kalibracije 1995 (r2 0,73) ter 1996 (r2 0,66) (Slika 18). Linearna korelacija meritev in simuliranih vrednosti pri modelu GLEAMS da zelo slabe rezultate za leti kalibracije (r2 0,28 in 0,42, slika 19). Rezultat lahko razložimo s tem, da je model GLEAMS namenjen oceni relativnih razlik in ne absolutnih vrednosti. Uporabnost modela GLEAMS kot orodja za oceno relativnih razlik različne obdelave tal sta potrdil tudi Knisel in Turtuola, 2000. Spreminjali smo parametre vhodne datoteke za opis talnega profila, da bi določili občutljivost na posamezne spremenljivke. Spreminjali smo globino profila tal, število razdelkov znotraj horizonta v talnem profilu ter maksimalno dovoljeno globino korenin. Število razdelkov znotraj horizonta je imelo vpliv na čas računanja, ni pa značilno vplivalo na rezultat vsebnosti vode v tleh (?±0,02 vol. % vode). Najbolj občutljiv dejavnik pri modelu SWAP so parametri za opis fizikalnih lastnosti tal (Van Dam in Feddes, 2000), na izračun vsebnosti vode v tleh pa sta najbolj vplivali globina tal in globina korenin. Z že umerjenim modelom SWAP smo simulirali vodno bilanco za tla v nasadu breskev in nektarin v sadjarskem poskusnem centru Bilje v Vipavski dolini za leto 2002. Validacija modelov na neodvisnem nizu podatkov, ki so bili izmerjeni za potrebe naloge v Vipavski dolini, je pokazala, da je SWAP zelo natančno prikazal variabilnost vsebnosti vode v talnem profilu nasada breskev v Biljah, v Vipavski dolini v poletnem obdobju (4.7.2002 – 18.9.2002). Meritve so potekale v profilu na razmaku 10 cm do globine 60 cm. Ujemanje variabilnosti vsebnosti vode v opazovanem obdobju je model SWAP prikazal zadovoljivo v vseh merjenih plasteh profila znotraj nasada breskev (Slike 20 – 25). V globjih plasteh (20, 30, 40, 50 in 60 cm) je prišlo do manjšega odstopanja – napovedi višjih vrednosti vsebnosti vode od meritev v tleh v suhem obdobju (prva polovica opazovanega obdobja) ter do napovedi manjših vrednosti vode od meritev v tleh v mokrem obdobju (druga 104 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 polovica opazovanega obdobja). Odstopanja posameznih meritev od napovedi so bila v razponu ± 3 volumskih % vlage. Pri namakanju naj bi bila v enem obroku oz. zalivanju dodana tolikšna količina vode, kolikor jo tla lahko zadržijo do globine, kamor sega glavna masa korenin. Z modelom SWAP je za določitev optimalne izrabe vode pri namakanju moč uporabiti različne pristope (Sarwar in sod., 2001). Model predvideva možnost začetka namakanja z že določenimi – nespremenljivimi datumi namakanja ali pa uravnava obroke namakanja glede na dinamično funkcijo stopnje razvoja rasti. Za oceno potreb po namakanju smo izbrali dovoljen primanjkljaj lahko dostopne vode v območju korenin, in sicer 50% poljske kapacitete. Model SWAP namakanje aktivira, kadarkoli je primanjkljaj vode v območju korenin večji kot frakcija f2 lahko dostopne količine vode v tleh (f2=0,50). Enak kriterij za izračun namakanja smo uporabili tudi v modelu GLEAMS. V obravnavanem obdobju 1961 – 1990 so rezultati izračuna primanjkljaja vode v tleh z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da je bil primanjkljaj na hidromorfnih tleh v povprečju nižji kot na avtomorfnih tleh. Model SWAP izračuna nižji primanjkljaj pri PP 198/ PKE 66 v primerjavi z modelom GLEAMS, v letu 1975 pa primanjkljaja ne izračuna (Slika 27). Pri PP 201/ PKE 66 pa je izračun primanjkljaja skladen (Slika 28). Povprečni primanjkljaj za evtrična rjava tla na ledenodobnem produ in pesku v obdobju 1961 – 1990 je 162 mm (0 – 343 mm) za PP 198/ PKE 66 oz. 263 mm (79 mm – 450 mm) za PP 201/ PKE 66 (Prilogi F in H). Povprečni primanjkljaj v obdobju 1961 – 1990 za evtrična rjava tla na flišu, antropogena, je bil 244 mm (73 mm – 447 mm) za PP 108/ PKE 430 ter 276 mm (107 mm – 454 mm) za PP 88/ PKE 1279 (Prilogi F in H). Izračun modelov SWAP in GLEAMS je skladen (Sliki 29 in 30). Primanjkljaj vode za evtrična rjava tla na eocenskem flišu v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 300 mm (106 mm – 503 mm) oz. 295 mm (184 mm – 402 mm), izračunan z modelom GLEAMS za PP 121/ PKE 1282. Primanjkljaj vode za PP 163/ PKE 1282 je bil 147 mm (0 – 335 mm), izračunan z modelom SWAP, oz. 284 mm (0 – 464 mm), izračunan z modelom GLEAMS (Sliki 31 in 32, prilogi F in H). Izračun primanjkljaja vode v tleh je bil pri PP 121/ PKE 1282 med modeloma skladen. Pri PP 163/ PKE 1282 pa so bili rezultati izračuna z modelom GLEAMS izrazito višji, medtem ko model SWAP dveh letih primanjkljaja ne napove (1965 in 1975). Model GLEAMS primanjkljaja ne napove za leto 1984 (Sliki 31 in 32). Povprečen primanjkljaj na evtričnih rjavih tleh na aluviju z apnenim gruščem PP 128 /PKE 68 je bil v letih 1961 – 1990 287 mm (111 mm – 465 mm), izračunan z modelom SWAP, oz. 290 mm (124 mm – 452 mm), izračunan z modelom GLEAMS (Slika 33, prilogi F in H). Povprečen primanjkljaj za evtrična rjava tla na flišu z apnenim gruščem PP 136/ PKE 149 v letih 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 200 mm (0 – 378 mm) in 321 mm 105 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 (111 mm – 514 mm) izračunan z modelom GLEAMS (Slika 34, prilogi F in H). Izračun pri modelu GLEAMS je višji od izračuna modela SWAP (Slika 34). Povprečen primanjkljaj za distrična tla PP 85/ PKE 1237 v letih 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 276 mm (75 mm – 450 mm) oz. 321 mm (107 mm – 500 mm) izračunan z modelom GLEAMS (Slika 35, prilogi F in H). Povprečni primanjkljaj vode za hipoglejena tla (PP 140/ PKE 1242), izračunan z modelom SWAP, je bil v obdobju 1961 – 1990 108 mm (0 – 232 mm) oz. 293 mm (72 – 443) izračunan z modelom GLEAMS. Primerjava rezultatov izračuna primanjkljaja za obravnavano obdobje 1961 – 1990 med modeloma SWAP in GLEAMS pokaže, da so rezultati pri modelu GLEAMS višji (Slika 36, prilogi G in I). Povprečen primanjkljaj vode za obrečna rjava tla PP 129/ PKE 139, izračunan z modelom SWAP je bil 118 mm (0 – 278 mm), medtem ko model GLEAMS primanjkljaja ne izračuna (Slika 37, prilogi G in I). Povprečen primanjkljaj vode za obrečna rjava tla PP 141/ PKE 1241, izračunan z modelom SWAP je bil 225 mm (75 mm – 382 mm), medtem ko model GLEAMS primanjkljaja ne izračuna (Slika 39, prilogi G in I). Povprečen primanjkljaj vode za obrečna rjava tla PP 144/ PKE 1241, izračunan z modelom SWAP je bil 143 mm (0 – 269 mm) oz. 266 mm (85 mm – 436 mm) izračunan z modelom GLEAMS (slika 40, prilogi G in I). Povprečni primanjkljaj za obrečna rjava tla PP 146/ PKE 1241 v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP, je bil 229 mm (88 mm – 396 mm) oz. 195 mm (0 – 391 mm) izračunan z modelom GLEAMS. Model GLEAMS ni izračunal primanjkljaja v letih 1961, 1965, 1975, 1980 in 1984 (slika 41, prilogi G in I). Primerjava globine obravnavanih pedoloških profilov in števila dni, ko se je pojavil primanjkljaj vode v tleh v obravnavanem obdobju, je pokazala najmanjši pojav primanjkljaja v globokih tleh (Slika 42). Primanjkljaj vode v tleh se pri izračunu z modelom SWAP na avtomorfnih tleh pojavi v povprečju 5 do 11 dni na leto, največkrat na PP 85/ PKE 1237. Na hidromorfnih tleh se pojavi v povprečju od 3 do5 dni na leto (od 0 do največ 9 dni na leto). Primanjkljaj vode v tleh se pri izračunu z modelom GLEAMS na avtomorfnih tleh pojavi v povprečju 2 do 9 dni na leto, največkrat na PP 85/ PKE 1237 (Slika 44). Na hidromorfnih tleh se pojavi v povprečju od 0 do 4 dni na leto (od 0 do največ 6 dni na leto). Izrazito je odstopanje v številu dni za globino 65 cm. To lahko razložimo s tem, da je omenjena globina opis profila PP 85/ PKE 1237, lahkih distričnih tal, katerih teksturni razred je peščena ilovica. Takšna tla imajo manjše zadrževalne sposobnosti in primanjkljaj vode v tleh se je pojavil večkrat, čeravno ne količinsko. Pri izračunih ET se pokaže vpliv različne računske sheme, še posebej pri izračunu transpiracije (Slike 45 – 48). Model SWAP izračuna ET v dveh korakih, najprej ET, nato evaporacijo tal in transpiracijo posebej. Model SWAP izračuna dejansko E glede na razvoj rastline (En. 36). Vrednosti E tal pri modelu SWAP med različnimi globinami tal ne 106 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 odstopajo veliko, izjema je globina 58 cm pripadajočega PP 121/ PKE 1282 (Slika 45a). Višje vrednosti pokažejo tudi globine 100, 110 in 120 cm (Slika 45a). Model GLEAMS dobljeno ET glede na funkcijo razvoja LAI razdeli na E tal in T (En. 43), rezultati z GLEAMSom izračunane E tal se med globinami talnih profilov ne razlikujejo (Slika 45b). Rezultati izračuna transpiracije pri modelu SWAP so različni tako pri globinah talnih profilov kot tudi med PKE. Velike razlike med rezultati pri izračunu T pri modelu SWAP izražajo povezanost parametra T s hidravličnimi lastnostmi tal, kar so uporabili pri inverznem določanju hidravličnih lastnosti s pomočjo znanih členov vodne bilance tal (Jhorar in sod, 2002). Vrednosti T pri modelu GLEAMS se med globinami talnih profilov oz. PKE ne razlikujejo, nekoliko nižje so pri globjih talnih profilih (110 in 120 cm), t.j. pripadnim rjavim obrečnim tlem (PKE 139 in PKE 1241) (Slike 46 – 47). Metoda spremembe trenutnega stanja se uporablja pogosto (Arnell, 1999; Savabi in Stockle, 2001), izidi pa so obravnavani kot občutljivostna analiza pod izbranim podnebjem in ne kot napoved (Xu, 1999). Za spremembo podatkov je bil izbran razkorak 1,5oC, pri čemer smo povečali osnoven niz podatkov za dnevno temperaturo zraka za 1,5oC, 3oC in 4,5oC. Za padavine so upoštevane napovedane spremembe v sezoni. Uporabljen je bil scenarij, kjer so bile dnevne količine padavin zmanjšane za 10% preko celega leta ter mešan scenarij, kjer so bile padavine v obdobju april – september zmanjšane za 10 %, v obdobju oktober – marec pa povečane za 10% (Arnell, 1999; IPCC, 2001). Izračun z modeloma SWAP in GLEAMS je pokazal, da ima povišanje temperature zraka bistveno večji vpliv na izračun potreb po namakanju kot zmanjšanje padavin. Pri uporabi metode spremembe trenutnega stanja sta Savali in Stockle, 2001 z modelom WEPP (Water Erosion Prediction Program) ob povečanju temperature zraka za 1,6°C dobila 5% zmanjšanje vsebnosti vode v tleh, ob povečanju temperature zraka za 2,8°C pa zmanjšanje vsebnosti vode za – 10%. Izračun z modeloma SWAP in GLEAMS so pokazali, da bo napovedano povečanje temperature zraka za 1,5oC ter 10% zmanjšanje padavin vplivalo na povečan primanjkljaj v tleh, in sicer pri opazovanih PP avtomorfnih tal za 0 – 79 mm (model SWAP) oz. 8 – 23 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 1 povečal za 21 – 123 mm (model SWAP) oz. 0 – 31 mm (model GLEAMS) (Sliki 54 in 55). Povečanje temperature zraka za 1,5°C in zmanjšanje padavin za 10% je imelo majhen vpliv na pogostost pojava pomanjkanja vode v tleh. Pri modelu SWAP se je primanjkljaj pojavil 0 – 2 krat bolj pogosto tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa od 0 do 1 krat bolj pogosto (Sliki 56 in 57). Izračuni za scenarij 2 z modeloma SWAP in GLEAMS, kjer smo povečali temperaturo zraka za 1,5oC in zmanjšali padavine v obdobju april – september za 10 %, v obdobju oktober – marec pa povečali za 10%, so pokazali, da se bo primanjkljaj v tleh pri 107 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 opazovanih PP avtomorfnih tal povečal za 24 – 77 mm (model SWAP) oz. 8 – 23 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 2 povečal za 28 – 122 mm (model SWAP) oz. 0 – 31 mm (model GLEAMS) (Sliki 58 in 59). Pri scenariju 2 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil 0 – 2 krat bolj pogosto kot pri baznem nizu tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa od 0 do 1 krat bolj pogosto (Sliki 60 in 61). Izračuni za scenarij 3 z modeloma SWAP in GLEAMS so pokazali, da bo napovedano povečanje temperature zraka za 3oC ter 10% zmanjšanje padavin vplivalo na povečan primanjkljaj v tleh, in sicer pri opazovanih PP avtomorfnih tal za 15 – 105 mm (model SWAP) oz. 47 – 77 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 3 povečal za 44 – 124 mm (model SWAP) oz. 0 – 73 mm (model GLEAMS) (Sliki 62 in 63). Pri scenariju 3 se je pri modelu SWAP primanjkljaj pojavil 1 – 2 krat bolj pogosto kot pri baznem nizu tako pri avtomorfnih kot pri hidromorfnih tleh, pri modelu GLEAMS pa do 1 krat bolj pogosto (Sliki 64 in 65). Izračuni pri scenariju 4 z modeloma SWAP in GLEAMS, kjer smo povečali temperaturo zraka 3oC, zmanjšali padavine v obdobju april – september za 10 % in jih v obdobju oktober – marec povečali za 10%, so pokazali, da se bo primanjkljaj v tleh pri opazovanih PP avtomorfnih tal povečal za 12 – 65 mm (105) mm (model SWAP) oz. 49 – 77 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 4 povečal za 43 – 149 mm (model SWAP) oz. 53 – 74 mm (model GLEAMS) (Sliki 66 in 67). Pri scenariju 5 so izračuni z modeloma SWAP in GLEAMS spokazali, da bo napovedano povečanje temperature zraka za 4,5oC ter 10% zmanjšanje padavin vplivalo na povečan primanjkljaj v tleh, in sicer pri opazovanih PP avtomorfnih tal za 38 – 96 mm (model SWAP) oz. 89 – 145 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 1 povečal za 54 – 175 mm (model SWAP) oz. 0 – 130 mm (model GLEAMS) (Sliki 70 in 71). Izračuni z modeloma SWAP in GLEAMS so pri scenariju 6, kjer smo povečali temperaturo zraka za +4,5oC in zmanjšali padavine v obdobju april – september za 10 %, povečali v obdobju oktober – marec za 10%, pokazali, da se bo primanjkljaj v tleh pri opazovanih PP avtomorfnih tal povečal za 31– 87 mm (model SWAP) oz. 88 – 144 mm (model GLEAMS). Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je primanjkljaj pri scenariju 1 povečal za 55 – 168 mm (model SWAP) oz. 0 – 130 mm (model GLEAMS) (Sliki 74 in 75). Če povzamemo, se je na opazovanih profilih iz oddelka avtomorfnih tal pri modelu SWAP primanjkljaj vode pri scenariju 1 in 2 (?T +1,5°C) pri evtričnih rjavih tleh na aluviju z apnenim gruščem povečal za 20 %, pri evtričnih rjavih tleh na flišu od 15 – 20 % ter pri evtričnih rjavih tleh na produ in pesku za 20 %. Sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode povečal za 40 – 45 %, sprememba 108 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode povečal za 50 – 70 %. Pri tej spremembi temperature zraka je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). Izbrani PP iz oddelka hidromorfnih tal so se v primerjavi s tistimi iz oddelka avtomorfnih tal izkazali za bolj občutljive na povečanje temperature zraka. Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je pri modelu SWAP primanjkljaj vode povečal pri scenariju 1 in 2 (1,5°C) za 25 – 35 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 40 – 45 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 50 – 70 %. Pri tej spremembi temperature zraka je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). Na opazovanih profilih iz oddelka avtomorfnih tal se je pri modelu GLEAMS primanjkljaj vode pri scenariju 1 in 2 (1,5°C) pri evtričnih rjavih tleh na aluviju z apnenim gruščem povečal za 10 – 16 %. Med posameznimi PKE ni bilo velikih razlik. Sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode povečal za 30 – 45 %, sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode povečal za 50 – 70 %. Pri tej spremembi temperature zraka je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). Izbrani PP iz oddelka hidromorfnih tal so se v primerjavi s tistimi iz oddelka avtomorfnih tal izkazali za bolj razgibano občutljive na povečanje temperature zraka. Na opazovanih PP hidromorfnih tal se je pri modelu GLEAMS primanjkljaj vode povečal pri scenariju 1 in 2 (1,5°C) za 0 – 18 %. Kjer model ni napovedal primanjkljaja pri referenčnem nizu podatkov (PP 129/ PKE 139 ter PP 141/ PKE 1241), se situacija tudi ob uporabljenih scenarijih ni spremenila. Največjo odzivnost na scenarija 1 in 2 je pokazal profil 117. Sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob napovedani spremembi temperature zraka za 3°C pri scenariju 3 in 4 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 31 (PP 144) oz. 42 % (PP 117, 146, 140), sprememba padavin pa na povečanje primanjkljaja vode v tleh ni imela velikega vpliva (? ± 1%). Ob napovedani spremembi temperature zraka za 4,5°C pri scenariju 5 in 6 se je primanjkljaj vode na hidromorfnih tleh povečal za 57 – 77 %. Pri tej spremembi temperature zraka je imela sprememba padavin na povečanje primanjkljaja vode v tleh večji vpliv (? ± 5%). 109 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 5.2 SKLEPI Na osnovi rezultatov raziskovalnega dela smo potrdili delovno hipotezo, da je s pomočjo izračuna vodne bilance mogoče prostorsko določiti pomanjkanje vode v tleh ter potrebe po namakanju. Primerjava modelov GLEAMS in SWAP je slednjega potrdila kot boljšo metodo za oceno, kako in do kakšne mere se bodo klimatske spremembe odražale na vodni bilanci tal, saj omogoča natančnejšo določitev začetnih in robnih pogojev ter izračun hidravličnih lastnosti tal. Za izračun hidravličnih lastnosti tal na podlagi podatkov iz pedološke karte Slovenije je izmed modelov za izračunavanje hidravličnih lastnosti tal Star vrste, HYPRES vrste in pedotransfer funkcij po Mualem – Van Genuchtenu slednji najbolj primeren. SWAP je precizno in močno orodje za oceno elementov vodne bilance tal na nivoju prereza opazovanega oz. proučevanega profila od površine tal do stika s podtalnico. Model je občutljiv na parametre za opis fizikalnih lastnosti tal ter globino korenin. Uporaba modela slabi potreba po velikem številu vhodnih podatkov ter zahtevnost pri poznavanju mehanizmov numeričnih izračunov in opisov procesov toka vode in interakcije med posameznimi segmenti opisnih segmentov. Kot tak je uporaben za raziskovalne namene, težko pa je pričakovati širšo uporabo v strokovne namene brez manjših izboljšav. Je zelo uporaben za določevanje potreb po namakanju in hkrati omogoča tudi optimizacijo obrokov namakanja. GLEAMS je manj natančen pri dnevnih vrednostih, kar se je pokazalo pri kalibraciji na dnevne vrednosti vsebnosti vode v tleh. Model GLEAMS je ob uporabi indeksa listne površine za izbrano gojitveno obliko ocenil za 100% večjo evapotranspiracijo kot je evapotranspiracija breskev, izračunana iz referenčne evapotranspiracije in koeficienta breskev. Celostno gledano je model GLEAMS enostaven za uporabo, kar je njegova glavna prednost. V obravnavanem obdobju 1961 – 1990 so rezultati izračuna primanjkljaja vode v tleh v Vipavskih dolini za breskve in nektarine z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da je bil primanjkljaj na hidromorfnih tleh v povprečju nižji pri modelu SWAP (108 – 240 mm/leto) in pri modelu GLEAMS (0 – 293 mm/leto) kot na avtomorfnih tleh, kjer je bil pri modelu SWAP primanjkljaj 147 – 300 mm/leto in pri modelu GLEAMS 284 – 331 mm/leto. Na izbranih pedoloških profilih tal oddelka hidromorfnih tal Vipavske doline se ob obravnavanih scenarijih klimatskih sprememb kaže večje povečanje potreb po namakanju breskev in nektarin (0 – 77%) kot na pedoloških profilih oddelka avtomorfnih tal (15 – 45%). Izračun z modeloma SWAP in GLEAMS je pokazal, da ima povečanje temperature zraka bistveno večji vpliv na izračun potreb po namakanju kot zmanjšanje padavin. 110 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 6 POVZETEK 6.1 POVZETEK Voda je osnovni dejavnik v kmetijstvu in igra poleg lastnosti tal odločilno vlogo v rasti in razvoju rastlin. Trenda temperature zraka in padavin za Slovenijo kažeta na povečanje temperature zraka in zmanjšanje padavin v vegetacijskem obdobju, kar bo pri nas najbolj prizadelo kmetijstvo. S kmetijskega vidika bodo posledice klimatskih sprememb opazne na vodni bilanci tal. Izrazita sušna obdobja v zadnjih letih so najbolj občutile kmetijske rastline na lahkih propustnih tleh. Ob klimatskih spremembah pa lahko pričakujemo sušo tudi na tleh, ki sicer rastlinam nudijo optimalno oskrbo z vodo. Za oceno vpliva klimatskih sprememb na potrebe po namakanju breskev in nektarin smo izdelali klimatske scenarije, ki slonijo na modelih splošne cirkulacije. Študija na osnovi 100 letnega niza mesečnih podatkov je pokazala, da se bo v Sloveniji temperatura zvišala zraka za min 2,3o C do največ 5,6o C ter v povprečju za 4,5o C. Uveljavljena metodologija za oceno vpliva klimatskih sprememb je uporaba modela na sistemu z osnovnim nizom podatkov za 30 let (1961 – 1990) in spremenjenim nizom klimatskih vhodnih parametrov ter primerjava izhodnih rezultatov modela. Metoda spremembe trenutnega stanja se uporablja pogosto, rezultati pa so obravnavani kot občutljivostna analiza pod izbranim podnebjem in ne kot napoved. Za spremembo temperaturnih podatkov je bil izbran razkorak 1,5oC, pri čemer smo povečali dnevno temperaturo zraka za 1,5oC, 3oC in 4,5oC. Za padavine so upoštevane napovedane spremembe v sezoni. Uporabljen je bil scenarij, kjer so bile dnevne količine padavin zmanjšane za 10% preko celega leta ter scenarij, kjer so bile padavine v obdobju april – september zmanjšane za 10 %, v obdobju oktober – marec pa povečane za 10%. Za izračun členov vodne bilance smo uporabili dva računalniška modela SWAP ter GLEAMS. Model SWAP sloni na izračunu 1-D Richardove enačbe za izračun toka vode v talnem matriksu. Zaradi fizikalne osnove Richardova enačba omogoča rabo podatkov baz hidravličnih funkcij. Model SWAP ima vgrajen modul izračunavanja hidravličnih lastnosti tal s tabeliranimi Star ali Hypres vrstami ter analitične pedotransfer funkcije. GLEAMS spada k modelom, ki temeljijo na izračunu vodne bilance tal. Model razdeli padavine v odtok in infiltracijo. Vipavska dolina ima vlažno, zmerno toplo klimo, kjer so padavine enakomerno porazdeljene skozi vse leto in to z dvema maksimuma. Kot vhodne podatke v modela smo uporabili dnevne meteorološke podatke za Vipavsko dolino v obdobju 1961 – 1990 za klasično meteorološko postajo Bilje (115 m nmv). Padavine v vegetacijskem obdobju imajo v obravnavanem obdobju 1961 – 1990 dva vrhova, in sicer v letih 1965 –1968 ter malo manjšega v letih 1974 – 1978. V zadnji dekadi obravnavanega osnovnega niza podatkov izstopa sušno obdobje v letih 1986 ter 1988. Iz pedološke karte Slovenije v merilu 1 : 25000 (CPVO, 2002) smo izbrali pedokartografske enote (PKE), v okviru te PSE ter pedološki profil (PP). Pri izbiri PP smo 111 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 upoštevali naslednje kriterije: (1) profil se nahaja na ravninskem delu doline (zaradi primerljivosti rezultatov med modeloma), (2) profil je na pedosistematski enoti, ki je tipičen predstavnik tlotvornih procesov v Vipavski dolini, (3) tla so primerna za pridelavo breskev in nektarin, (4) profil se nahaja v bližini parcel z nasadi breskev in nektarin oz. na področju, kjer je pridelava sadja intenzivna. Iz oddelka avtomorfnih tal smo izbrali evtrična rjava tla na produ in pesku (PP 198, 201/ PKE 66), evtrična rjava tla na flišu, antropogena (PP 108/ PKE 430, PP 88/ PKE 1279) za evtrična rjava tla na eocenskem flišu, koluvialna tipična (PP 121, 163/ PKE 1282), evtrična rjava tla na aluviju (PP 128/ PKE 68) ter evtrična rjava, na flišu, z apnenim gruščem (PP 136 /PKE 149), distrična rjava tla (PP 85/ PKE 1237). Iz oddelka hidromorfnih tal smo izbrali hipoglejna tla (PP 140/ PKE 1242) ter rjava obrečna tla (PP 129/ PKE 139; PP 117, 141, 144, 146/ PKE 1241). Pri opisu rasti breskev in nektarin smo se odločili za opis najbolj pogoste gojitvene oblike breskev v Sloveniji vretena ter za vegetativno razmnožene podlage s plitvimi koreninami. Za simulacijo rasti rastline smo uporabili preprost model, ki razvojne faze izbrane rastline opiše z globino korenin, funkcijo razvoja LAI ter porazdelitvijo korenin v talnem profilu. Z globino korenin in funkcijo razvoja LAI smo opisali razvoj rastline tudi v modelu GLEAMS. Opisni parametri, ki so bili pri modelu SWAP uporabljeni, so bili LAI, koeficient pokritosti tal, globina in porazdelitev korenin v talnem profilu. Za izračun dejanske ET breskev smo uporabili koeficient učinkovitosti izrabe vode kc za obdobje april – avgust. Na osnovi rezultatov raziskovalnega dela smo potrdili delovno hipotezo, da je s pomočjo izračuna vodne bilance mogoče prostorsko določiti pomanjkanje vode v tleh ter potrebe po namakanju. Primerjava modelov GLEAMS in SWAP je slednjega potrdila kot boljšo metodo za oceno, kako in do kakšne mere se bodo klimatske spremembe odražale na vodni bilanci tal, saj omogoča natančnejšo določitev začetnih in robnih pogojev ter izračun hidravličnih lastnosti tal. Za izračun hidravličnih lastnosti tal na podlagi podatkov iz pedološke karte Slovenije je izmed modelov za izračunavanje hidravličnih lastnosti tal Star vrste, HYPRES vrste in pedotransfer funkcij po Mualem – Van Genuchtenu slednji najbolj primeren. SWAP je precizno in močno orodje za oceno elementov vodne bilance tal na nivoju prereza opazovanega oz. proučevanega profila od površine tal do stika s podtalnico. Model je občutljiv na parametre za opis fizikalnih lastnosti tal ter globino korenin. Uporabo modela slabi potreba po velikem številu vhodnih podatkov ter zahtevnost pri poznavanju mehanizmov numeričnih izračunov in opisov procesov toka vode in interakcije med posameznimi segmenti opisnih segmentov. Kot tak je uporaben za raziskovalne namene, težko pa je pričakovati širšo uporabo v strokovne namene brez manjših izboljšav. Je zelo uporaben za določevanje potreb po namakanju in hkrati omogoča tudi optimizacijo obrokov namakanja. GLEAMS je manj natančen pri dnevnih vrednostih, kar se je pokazalo pri kalibraciji na dnevne vrednosti vsebnosti vode v tleh. Model GLEAMS je ob uporabi indeksa listne 112 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 površine za izbrano gojitveno obliko ocenil za 100% večjo evapotranspiracijo kot je evapotranspiracija breskev izračunana iz referenčne evapotranspiracije in koeficienta breskev. Celostno gledano je model GLEAMS enostaven za uporabo, kar je njegova glavna prednost. V obravnavanem obdobju 1961 – 1990 so rezultati izračuna primanjkljaja vode v tleh v Vipavskih dolini za breskve in nektarine z modeloma SWAP in GLEAMS pokazali, da je bil primanjkljaj na hidromorfnih tleh v povprečju nižji pri modelu SWAP (108 – 240 mm/leto) in pri modelu GLEAMS (0 – 293 mm/leto) kot na avtomorfnih tleh, kjer je bil pri modelu SWAP primanjkljaj 147 – 300 mm/leto, pri modelu GLEAMS pa 284 – 331 mm/leto. Na izbranih pedoloških profilih tal oddelka hidromorfnih tal Vipavske doline se ob obravnavanih scenarijih klimatskih sprememb kaže večje povečanje potreb po namakanju breskev in nektarin (0 – 77%) kot na pedoloških profilih oddelka avtomorfnih tal (15 – 45%). Izračun z modeloma SWAP in GLEAMS je pokazal, da ima povečanje temperature zraka bistveno večji vpliv na izračun potreb po namakanju kot zmanjšanje padavin. 113 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 6.2 SUMMARY Water is basic element in agriculture, and along with the soil characteristics, it remains the essential for the growth and evolution of plants. Trends of air temperature and precipitation for Slovenia indicate the increase of the air temperature and reduction of precipitation during the vegetation period, which will have a substantial impact on rural economy in Slovenia. The impact of climate change will be substantial for soil the water balance. Distinctive drought periods in past years had great impact on rural plants in light soils. Climate change will most probably also result in drought in soils which otherwise provide optimal water supply for plants. Climate scenarios made for the estimation of the impact of climate change are based on the general circulation models. A study based on a hundred year set of monthly data showed that in Slovenia temperature would increase at min. by 2.3o C, and. by 5.6o C at max. and by 4.5o C in average. Valid methodology for the estimate of the impact of climate change applies the model using a basic set of data for a thirty year period (1961-1990) and a changed set of climate input parameters on one hand, and, on the other, a comparison of output results of the model. Method of variation of current situation is frequently used, and the results are considered as a sensitivity analysis for the alternative climate rather than as prediction. The change of data was initiated by disparity of 1.5oC with the basic set of data for daily air temperature being increased by 1.5oC, 3oC and 4.5oC. Precipitation estimate took into consideration anticipated seasonal changes. Several scenarios were studied, the first one with daily precipitation quantities decreased by 10% throughout the whole year and the second one, i.e. mixed scenario with precipitation in the period April- September decreased by 10%, and in the period October-March increased by 10%. Water balance in the cross section of the rooting depth is significant for the agriculture. Mathematical models enable smaller amount of measurements in a certain area by means of measurements carried out only in characteristic points serving for verification and calibration of the model. Combination of on site measurements and mathematical modelling proved to be an efficient method for understanding of processes in nature. Calculation of links of water balance was made by means of two computer models, i.e. the SWAP and GLEAMS models. SWAP model is based on the calculation of 1-D Richard equation for the calculation of water current in the soil matrix. Due to its physical basis, the Richard equation enables the use of hydraulic functions database. Model SWAP has in-built model for the soil hydraulic characteristics calculation with tabled Star or Hypres series and analytical pedotransfer functions. GLEAMS belongs to the models based on the calculation of soil water balance. Model groups precipitation to outflow and infiltration. In the Vipava valley with humid, fairly warm climate, precipitation are evenly distributed throughout the whole year, noting two maximums. Average air temperature of many years for the Vipava valley is between 11°C in 12.7 °C. The coldest month is January, with temperature from –0.4°C to 6°C, and the warmest month is July with temperature values from 20°C to 23°C. It is to be mentioned that daily meteorological data for the Vipava 114 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 valley in the period 1961-1990 for the conventional meteorological station Bilje (115 m above sea level) served as model’s input data. Precipitation during the vegetation period in the considered period 1961-1990 indicated two maximums during 1965-1968 and another one, slightly smaller during 1974-1978. Last decade of the considered basic data set is marked by droughty period in 1986 and 1988. Out of pedologic map of Slovenia in scale 1:25000 (CPVO, 2002), soil cartograpic units were chosen and within the latter, the soil systematic unit and soil profiles (PP) were elaborated. Selection of PP met the following criteria: (1) profile on the flat part of the valley (in order to enable a comparison of results by the two models), (2) profile in soil systematic unit, a typical soil type representative s in the Vipava valley, (3) soil suitable for cultivation of peaches and nectarines, (4) profile in the vicinity of land with peaches and nectarines, in the area with intensive cultivation of fruits, resp. For Cambisols the selection encompassed Eutric Cambisol on glacial gravel and sand deposits (PP 198, 201/ PKE 66), Ari Eutric Cambisol on flysh (PP 108/ PKE 430, PP 88/ PKE 1279), Eutric Cambisol on flysh (PP 121, 163/ PKE 1282), Eutric Cambisol on alluvial deposits with limestone rubble (PP 128/ PKE 68) Eutric Cambisol on flysh with limestone rubble (PP 136 /PKE 149). Though Distric Cambisol on flysh is not typical for the Vipava valley, the sand clay texture classification could be found in PP 85 /PKE 1237, and as such, it was grouped among the selected and studied profiles. From the division of Fluvisols soil, the Epi Gleysols (PP 140/ PKE 1242) and Eutri Endogleyic Fluvisols were chosen (PP 129 / PKE 139; PP 117, 141, 144, 146 /PKE 1241). Description of growth of peaches and nectarines relates to the most commonly cultivated type of peaches in Slovenia of spindle bush and to vegatatively reproduced bases with shallow roots (depth of 50 cm). By means of the roots depth and function of development LAI, the description of the plant development was made by the GLEAMS model. Descriptive parameters used by the SWAP model were LAI, soil depth and root depth and density in soil profile. Calculation of the actual ET of peaches was made using the coefficient of water efficiency use kc for the period April – August. Comparison of the GLEAMS and SWAP models indicated the latter to be a better method for the estimation of how and to what extent the climate change would impact the soil water balance, mainly because the model enables more accurate definition of the initial and marginal conditions as well as the calculation of the hydraulic characteristics of the soil. For the soil hydraulic characteristics calculation data from soil map of Slovenia have been used. SWAP provides several models for soil hydraulic characteristics calculation, i.e. Star series, HYPRES series and Mualem-Van Genuchten pedotransfer functions, and the latter proved to be the most appropriate one. SWAP is a precise and power tool for the estimation of elements of soil water balance at the level of cross section of the monitored and studied profile from the soil surface to the contact with undersoil water. Model is sensitive to the parameters for the description of physical characteristics of soil and the depth of roots. However, the model requires a large number of input data and expertise knowledge in numeric calculation mechanisms and 115 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 description of water flows as well as in interaction among individual segments of described sections. As such, the model is a very effective tool for research purposes, and with some minor improvements it could be more widely used in expert environments as well. GLEAMS is less precise for daily values, the fact clearly manifested during the calibration process against daily values of the water content in soil. Model GLEAMS by means of index of leaf surface for the chosen cultivated form indicated a 100% greater evapotranspiration than reference evapotranspiration. In general, the GLEAMS model is easily comprehensible and friendly for end users, both characteristics being its main advantage. For the considered period 1961-1990, the calculation results of water shortage in soil in the Vipava valley for peaches and nectarines obtained by the SWAP and GLEAMS models indicated the shortage in fluvisols to be lower in average with the SWAP model (108-240 mm/year), and with the GLEAMS model (0–293 mm/year) than in Cambisols, and the SWAP model results showed shortage in the range of 147– 300 mm/year, whereas the GLEAMS model results were 284– 31 mm/year. For the chosen soil profiles of fluvisols of the Vipava valley, the applied scenarios of climate change indicate larger increase of irrigation needs for peaches and nectarines (0-77%) than those of soil profiles of Cambisols (15-45%). Calculation with SWAP and GLEAMS models indicated that the increase of air temperature had a greater impact on the calculation of irrigation needs than the reduction of precipitation. Comparison of soil depth to the number of days that water shortage (50% FC) appeared showed the smallest occurrence in deep soils. The smallest water shortage (50% FC) occurred on Epi Gleysols (PKU 1242), the greatest on Eutric Cambisols on alluvial deposits with limestone rubble (PKU 68). Average water shortage on Eutric Cambisols on flysh is smaller than that of Distric Cambisols on flysh; the interval being for reference set for the Eutric Cambisols on flysh the widest. SWAP is precise and powerful tool for water balance components estimation for the soil profile scale. As such is very useful for research program it is however unlikely that it would be useful for broader application for extension purposes. GLEAMS is less precise for daily parameter estimation which was clearly expressed during the process of calibration. The model shows to be simple and fairly user friendly, which is its main asset. On the basis of our research work the work hypothesis has been confirmed, that the water balance calculation enables spatial and temporal water shortage assessment and irrigation demand estimation. It has been shown that due to the different water retention capacities water shortage on some soil types will be more expressed than on the others. This statement has been clearly confirmed on Cambisols and fluvisols. 116 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 117 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 7 VIRI Agencija za kmetijske trge. 2002. Ljubljana, Ministrstvo za kmetijstvo, gozdarstvo in prehrano. Allen R.G., Pereira L.S., Raes D., Smith M. 1998. Crop evapotranspiration - Guidelines for computing crop water requirements – FAO Irrigation and drainage paper 56. Rome, Food and Agriculture Organization of the United Nations: 256 str. Agencija Republike Slovenije za okolje. 2002. Arhiv. Ljubljana, Ministrstvo za okolje in prostor. Arnell N.W. 1999. The effect of climate change on hydrological regimes in Europe: a continental perspective. Global Environmental Change, 9: 5 – 23 Batchelor C. 1999. Improving water use efficiency as part of integrated catchment management, Agricultural Water Management, 40: 249 – 263 Bear J. 1988. Dynamics of fluids in porous media. New York, Dover publications: 764 str. Bedient P.B., Rifai H.S., Newell C.J. 1994. Groundwater contamination: transport and remediation. New Jersey, Prentice Hall: 541 str. Benestad R. 2001. A comparison between two empirical downscaling strategies. International Journal of Climatology, 21:1645-1668. Bergant K., Kajfež-Bogataj L. 1998. Možen vpliv klimatskih sprememb na prostorsko porazdelitev območij s potencialnim primanjkljajem vode v tleh v Sloveniji. V: Novi izzivi v poljedelstvu’ 98, Zbornik simpozija, Tajnšek, A. (ur.), Šantavec, I. (ur.). Ljubljana, SAD: 136 – 140 Bergant K., Kajfež-Bogataj L. 1999. Uporaba modelov splošne cirkulacije za izdelavo scenarijev klimatskih sprememb na območju Slovenije. Zbornik Biotehniške fakultete, Univerza v ljubljani. Ljubljana, Kmetijstvo, 73, 1: 177-186. Bergant K. 2000. Zveze med klimatskimi spremenljivkami v makro in lokalni skali. Magistrsko delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani: 121 str. Black T.A., Gardner W.R., Thurtell G.W. 1969. The prediction of evaporation, drainage and soil water storage for a bare soil. Soil Science Society of America Journal, 33: 655 – 660 Boesten J.J.T.I., Stroosnijder L. 1986. Simple model for daily evapotration from fallow tilled soil under spring conditions in a temperate climate. Netherlands Journal of Agricultural Science, 34: 75 – 90 Bouma J. 1989. Using soil survey data for quantitiative land evaluation. Advances in Soil Science, 9: 177 – 213 Bouwer H. 2002. Integrated water management for the 21st century: problems and solutions. Journal of Irrigation and Drainage Engineering, 128: 193-202 Boyer J.S. 1995. Measuring the water status of plants and soils. San Diego, Academic press: 455 str. Brilly M., Šraj M., 2000. Osnove hidrologije, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 234 str. Brooks R. H., Corey A.T. 1964. Hydraulic properties of porous media. Fort Collins, Colorado, Colorado State University, Hydrology paper No. 3: 27 str. 118 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Buckingham E. 1907. Studies on the movement of soil moisture. Tuscon, Arizona. United States Department of agriculture. Bulletin 38 Center za pedologijo in varstvo okolja. 2002. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo. Čenčur-Curk B. 2002. Tok in prenos snovi v kamninah z razpoklinsko in kraško poroznostjo. Doktorska disertacija. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Naravoslovno tehniška fakulteta: 253 str. Darcy H. 1856. Les fontaines publique de la ville de Dijon. Dalmont, Paris. De Paz J.M., Ramos C. 2002. Linkage of a geographical information system with the GLEAMS model to assess nitrate leaching in agricultural areas. Environmental Pollution, 118: 249–258 Diepen C.A. van, Wolf J., Keulen H. van, 1989. WOFOST: a simulation model of crop production. Soil Use and Management, 5:16-24 Dimitrijević M., Karamata S., Sikošek B., Veselinović D. 1973. Osnovna geološka karta, L33 – 76 Gorica. Beograd, Zvezni geološki zavod: 50 str. Droogers P. 2000. Estimation actual evapotranspiration using a detailed agro – hydrological model. Journal of Hydrology, 229: 50 – 58 Droogers P., Bastiaanssen W.G.M., Beyazgšl M., Kayam Y., Kite G.W., Murray-Rust H. 2000. Distributed agro-hydrological modeling of an irrigation system in western Turkey. Agricultural Water Management, 43, 2: 183-202 Eybergen F.A., Imeson A.C. 1989. Geomorphological processes and climatic change. Catena, 16: 307 - 319 Faust M. 1989. Physiology of temperate zone fruit trees. John Wiley & sons: 338 str. Feddes R.A., Kowalik P.J., Zaradny H. 1978. Simulation of field water use and crop yield. Wageningen, Simulation monographs, Pudoc: 189 str. Feddes R.A., Kabat P., van Bekel P.J.T., Bronswijk, J.J.B., Halbertsma J.M. 1988. Modelling soil water dynamics in the unsaturated zone state of the art. Journal of Hydrology, 100: 69 – 111 Friedrich G., Fischer M. 2000. Physiologische Grundlagen des Obstbaues. Stuttgart, Germany, Euegen Ulmer Verlag: 124 – 159 Gale T. 1999. Simulacija procesov spiranja nitratov s hmeljišč z uporabo modela GLEAMS. Diplomska naloga. Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo: 49 str. Girona J., Mata M., Fereres E., Goldhamer D.A., Cohen M. 2002. Evapotranspiration and soil water dynamics of peach trees under water deficits. Agricultural Water Management, 54: 107 – 122 Godec B. 1999. Sadni izbor za Slovenijo. Ljubljana, Kmetijski inštitut Slovenije: 81 str. Grotch S., MacCracken, M. 1991. The use of general circulation models to predict regional climate change. Journal of Climatology, 4: 286-303 Gupta S.C., Larson W.E. 1979. Estimating soil water characteristics from particle size distribution, organic matter percent and bulk density. Water Resources Research, 15: 1633 – 1635 Hillel D. 1998. Environmental Soil Physics. San Diego, Academic press: 771 str. 119 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Hočevar A., Petkovšek Z. 1984. Meteorologija, osnove in nekatere aplikacije. Ljubljana, Partizanska knjiga: 219 str. Hočevar A., Kajfež – Bogataj L. 1996. Izbrana poglavja iz biometeorologije. Študijsko gradivo za podiplomski študij. Ljubljana, Biotehniška fakulteta Hopmans J.W. Stricker, J.N.M. 1989. Stohastic analysis of soil water regime in a watershed, Journal of Hydrology, 105: 57 – 84 IPCC 2001. Intergovernmental Panel on Climate Change: Technical Summary of the Working Group 1 Report: 83 str. Jensen M.E., Burman R.D., Allen R.G. 1990. Evapotranspiration and Irrigation Water Requirements. Manuals and Reports on Engineering Practice, ASCE, 70: 332 str. Jury W.A., Gardner W.R., Gardner W.H. 1991. Soil physics. New York, John Wiley&Sons, Inc.: 327 str. Kajfež-Bogataj L. 2000. Vpliv globalnega ogrevanja na trajanje vegetacijskega obdobja in temperaturne vsote V: Tajnšek, A. ur., Šantavec, I. ur. Novi izzivi v poljedelstvu 2000: zbornik simpozija, Moravske Toplice. Ljubljana, SAD: 54-60. Kajfež-Bogataj L. 2001. Changes in the minimum and maximum temperatures in Slovenia over the last 50 years. Zbornik Biotehniške fakultete, 77, 2: 299-307. Kajfež-Bogataj L., Sušnik A. 2002 Operativni agrometeorološki modeli za izračun vodne bilance kmetijskih tal. V: Tajnšek, A. ur., Šantavec, I. ur. Novi izzivi v poljedelstvu 2002: zbornik simpozija, Zreče. Ljubljana, SAD: 164-169. Kastelec D. 2001. Statistična analiza prostorske in časovne razporeditve padavin v vegetacijskem obdobju v Sloveniji v obdobju 1961 – 2000. Ljubljana, Zbornik Biotehniške fakultete, 117, 2: 279 – 295 Klute A., ed. 1986. Methods of soil analysis Part 1, Physical and Mineralogical Methods – Agronomy Monograph no. 9, American Society of Agronomy, SSSA, 1188 str. Knisel G.W., ed. 1982 CREAMS: A field –scale model for chemicals, runoff, and erosion from agricultural management systems. Tuscon, Arizona, United States Department of agriculture. Conservation research report no. 26, 640 str. Knisel G.W., Davis F.M., Leonard R.A., Nicks A.D. 1993. GLEAMS 2.1 Part III, User manual. Tifton, Georgia, USA, University of Georgia, Biological and Agricultural Engineering Department: 220 str. Knisel G.W., Turtola E. 2000. GLEAMS model application on a heavy clay soil in Finland. Agricultural Water Management, 43: 285 – 309 Košmelj K. 2001. Uporabna statistika. Ljubljana, Biotehniška fakulteta, 249 str. Kroes J.G., van Dam J.C., Huygen J., Vervoort R.W. 1999. SWAP 2.0: User's Guide, simulation of water flow, solute transport and plant growth in the soil-water-atmosphere-plant environment. Technical document 53. DLO Winand Staring Centre, Wageningen Report 81, Department Water Resources, Wageningen Agricultural University, Wageningen http://www.alterra.nl/models/SWAP. Kroes J.G., Wesseling J.G, Van Dam J. 2000. Integrated modeling of the soil – water – atmosphere – plant system using the model SWAP 2.0 an overview of theory and an application. Hydrological processes, 14: 1993 – 2000 120 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Kutilek M., Nielsen D.R. 1994. Soil hydrology. Cremblingen – Destedt, GeoEcology textbook, Catena Verlag: 371 str. Li K.Y., De Jong R., Boisvert J.B 2001. An exponential root water uptake model with water stress compensation. Journal of Hydrology, 252, 1-4: 189-204 Luo Y., Mooney H.A. 1999. carbon dioxide and environmental stress. San Diego, Academic press: 415 s. Ma Q.L., Hook J.E., Wauchope R.D. 1999. Evapotranspiration predictions: a comparison among GLEAMS, Opus, PRZM-2, and RZWQM models in a humid and thermic climate. Agricultral Systems, 59, 1: 41-55 Maciejewski S., Zaradny H., Klotz D. 1992. Application of SWATREZ-UNYS model for simulation of water and tracer movemnet in unsaturated soil. Hoetzl H., Werner. A. (eds.). Rotterdam, Tracer hydrology 92: 439 – 443 Martin P.H. 1998. Regional aspects of climate change. V: Course on climate change impact on agriculture and forestry. Maracchi G. (ed.). Luxembourg, European Comission: 33-55 Martin de Santa Olalla Manas F., Brasa Ramos A., Cortes Fabeiro C., Fernandez Gonzalez D., Lopez Corcoles H. 1999. Improvement of irrigation management towards the sustainable use of groundwater in Castilla – la Mancha, Spain. Agricultural Water Management, 40: 195 – 205 Matičič B., Lobnik F., Avbelj L., Hočevar A., Kajfež-Bogataj L., Tajnšek A., Osvald J., Štampar F., Korošec-Koruza Z., Čop J., Ozbič F., Mikluš I., Berčič S., Kovačič I. Pintar M. 1995. Namakanje v Sloveniji. Del 1, Osnove. Ljubljana, Slovensko društvo za namakanje in odvodnjo: 115 str. McGuffie K., Handerson-Sellers, A. 1997. A climate modelling primer (second edition). Chichester, John Wiley and Sons: 253 str. Menzel L., Buerger G. 2002. Climate change scenario and ruoff response in the Mulde catchment Southern Elbe, Germany. Journal of Hydrology, 267: 53-64 Mitchell T.D., Hulme, M. 2000. A country–by–country analysis of past and future warming rates. Tyndall center for climate change research, Working paper 1, 6 str. Monteith J.L. 1965. Evaporation and the environment. In the movement of water in living organisms. Cambridge University Press, Swansea, Society of Experimental Biology: 205 – 234 Mualem Y. 1979. A new model for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated porous media. Water Resources Research, 12: 513 – 522 Natali S., Xiloyannis C., Mugano M. 1984. Water consumption of high density peach trees. Acta Horticulturae, 173:413-420 Natali S., Xiloyannis C., Barbieri A. 1985. Water consumption of peach trees grafted on four different rootstocks. Acta Horticulturae, 173: 355-362 New M.G., Hulme M., Jones P.D. 2000. Representing twentieth – century space – time climate varability, part II: Development of 1901 – 1996 monthly grids of terrestrial surface climate. Journal of Climate, 13: 2217 – 2238 Parry M.L., Carter T. 1998. Climate change impact and adaptation assessment. London, Earthscan: 167 str. 121 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Phillips S.P., Hamlin S.N., Yates E.B. 1993. Geohydrology, water quality, and estimation of groundwater recharge in San Francisco, California, 1987-92, USGS Water-resources investigations report 93-4019, Sacramento, CA: 235 str. Pintar M., Knapič M. 2001. Nekateri namakalni parametri in obremenitve okolja pri različnih tehnologijah namakanja. Zbornik simpozija Trendi v razvoju kmetijske tehnike, Radenci, 14. in 15. junij 2001. V: Poje T. (ur). Ljubljana: Društvo kmetijske tehnike Slovenije: 69-76 Pintar M. 2003. Osnove namakanja s poudarkom na vrtninah in sadnih vrstah v severovzhodni Sloveniji. Ljubljana, Ministrstvo za kmetijstvo, gozdarstvo in prehrano, v tisku Raghavendra A.S. 1991. Physiology of trees. New York, John Wiley & sons, inc.: 509 str. Rajar R. 1997. Hidromehanika. Ljubljana, FGG: 236 str. Rajar R, Četina M. 1999. Matematično modeliranje v hidrotehniki. Gradivo k predavanjem. Ljubljana, FGG: 16 str. Rawls, W.J. 1983. Estimating soil bulk density from paricle size analysis and organic matter content. Soil Science, 135: 123 – 126 Rawls W.J., Pachepsky Ya.A. 2002. Soil consistence and structure as predictors of water retention. Soil Science Society of America Journal, 66: 1115 – 1126 Richards L.A. 1931. Capillary conduction of liquids in porous medium. Physics, 1: 318 – 333 Ritchards D., Rowe R.N. 1976. Annual Botany, 41: 1211 – 1216 Ritchie, J. 1972. A model for prediction evaporation from a row crop with incomplete cover. Water Resources Research, 8, 5: 1204-1213 Ritzema H.P., Ed. 1994. Drainage principles and applications, ILRI Publication 16. Second Edition: 1125 str. Romo R., Diaz D.H. 1985. Root system and nutritional status of peaches under drip or flood irrigation in warm climates. Acta Horticulturae, 173: 167-175 Rupreht J. 1999. Pedološka karta Slovenije kot osnova za modeliranje desorbcijskih značilnosti tal. Specialistično delo, Ljubljana, Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo: 115 str. Sarwar A., Bastiaanssen W.G.M. Feddes R.A. 2001. Irrigation water distribution and long-term effects on crop and environment. Agricultural Water Management, 50: 125 – 140 Savabi M.R., Stockle C.O. 2001. Modelling the possible impact of increased CO2 and temperature on soil water blance, crop yield and sli erosion. Environmental Modelling & Software, 16: 631 – 640 Saxton K.E., Rawls W.J., Romberger J.S., Papendick R.I. 1986. Estimating generalized soil –water characteristics from texture. Soil Science Society of American Journal, 37: 1031 – 1036 Sovik A.K., Aagaard P. 2003. Spatial vrability of a solid porous framewrok with regard to chemical and physical properties. Geoderma, 113: 47 – 76 Stephens D.B. 1995. Vadose zone hydrology. Florida, CRC Press, Lewis publishers: 347 str. 122 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Štampar F., Usenik V., Hudina M., Lobnik F., Zupan M., Mihelič R., Knapič M., Fajt N., Kodrič I. 1995. Vpliv dodane vode in hranil na rast in razvoj breskev, dogajanja v tleh ter gospodarnost pridelovanja. Poročilo za leto1995. Ljubljana: Biotehniška fakulteta, Oddelek za agronomijo, 112 str. Štampar F. 2002. Gojitvene oblike in rez sadnih rastlin. Ljubljana, Založba Kmečki Glas: 109 str. Teiz L., Zeiger E. 1998. Plant physiology, 2nd ed. Sunderland, Massachusets, Sinauer Associates Inc.: 81 – 101 Turk I. 1995. Uporabnost dinamičnega modela GLEAMS za spremljanje atrazina v tleh v slovenskem prostoru. Magistrsko delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani: 108 str. Van Dam J.C., Huygen J., Wesseling J.G., Feddes R.A., Kabat P., van Waslum, P.E.V., Groedijk P. 1997. Theory of SWAP 2.0: simulation of water flow, solute transport and plant growth in the soil-water-atmosphere-plant environment. Technical document 53. DLO Winand Staring Centre, Wageningen Report 81, Wageningen Agricultural University: 167 str. Van Dam J.C., Feddes R.A. 2000. Numerical simulation of infiltration, evaporation and shallow groundwater levels with Richards equation. Journal of Hydrology, 223: 72-85 Van der Berg M., Driessen P.M. 2002. Water uptake in crop growth models for land use system analysis I. A review of approaches and their pedigrees. Agriculture, Ecosystem and environment, 92: 21 – 36 Van Genuchten M.Th. 1980. A closed form equation for predicting hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Science Society of American Journal, 44: 892-898 Van Genuchten M.Th., Leij F.J., Yates S.R. 1991. The RETC Code for Quantifying the Hydraulic Functions of Unsaturated Soils. CA, USSL, USDA: 85 str. Virant D. 1993. Dinamično modeliranje vpliva padavin na fizikalne lastnosti tal. Magistrsko delo. Ljubljana, Univerza v Ljubljani: 96 str. Vodnik D., Turk B., Pfanz H., Batič F., Wittmann C., Kaligarič M., Zupan M. 2000. Rast in delovanje rastlin pri ob povečanih koncentracijah ogljikovega dioksida ob naravnih virih CO2. V: Varstvo zraka v Sloveniji, 15. – 17. november 2000. Ljubljana, Zavod za tehnično izobraževanje, zbornik predavanj: 205 – 212 Wilby R. L., Wiegly T. M. L. 1997. Downscaling general circulation model output: a review of methods and limitations. Progress Physical Geography, 21, 4: 530-548. Woesten J.H.M., Lilly A., Nemes A., Le Bas C. 1999. Development and use of a database of hydraulic properties of European soils. Geoderma, 90: 169-185 Woesten J.H.M., Pachapesky Y.A., Rawls W.J 2001. Pedotransfer functions: bridging the gap between available basic soil data and missing soil hydraulic characteristics. Journal of Hydrology, 251: 123-150 Zorita E., Storch von, H. 1999. The analog method as simple statistical downscaling technique: comparison with more complicated methods. Journal of Climatology, 12: 2474-2489 Xu C. – Y. 1999. Operational testing of water blance model for predicting climate change impacts. Agricultural and Forest Meteorology, 98 – 99: 295 – 304 123 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 ZAHVALA Mentorici doc. dr. Marini Pintar se zahvaljujem za skrbno mentorstvo, razumevanje in vseobsegajočo pomoč pri delu. Somentorici prof. dr. Lučki Kajfež – Bogataj se zahvaljujem za pobudo k izdelavi naloge, skrbno mentorstvo, razumevanje in pomoč pri delu. Za pripombe in nasvete se zahvaljujem prof. dr. Francu Lobniku in prof. dr. Miranu Veseliču. Agenciji RS za okolje se zahvaljujem za posredovane podatke, še posebej mag. Iztoku Matajcu ter za osnovno idejo in vzpodbudo ob nastajanju dela Andreji Sušnik. Mag. Klemnu Bergantu se zahvaljujem za neprecenljivo pomoč pri računalniškem oblikovanju podatkov vhodnih in izhodnih datotek ter za vzpodbudo ob nastajanju dela; prav tako gre moja zahvala dr. Zaliki Črepinšek za podporo. Za pomoč pri oblikovanju rezultatov in dragocene nasvete med delom se zahvaljujem dr. Damijani Kastelec. Za sodelovanje pri obdelavi pedoloških podatkov se zahvaljujem ing. Janezu Ruprehtu. Za angleški prevod pedoloških izrazov se zahvaljujem mag. Tomažu Prusu. Za pomoč pri sadjarskemu delu se zahvaljujem sodelavcem Katedre za sadjarstvo, Biotehniške fakultete ter sodelavcem Sadjarskega centra Bilje. Za vso pomoč ob pisanju naloge Dragi Bitenc. Za prva, začetna razmišljanja se zahvaljujem dr. Barbari Čenčur-Curk in doc. dr. Primožu Banovcu. Za neomajno zaupanje, spodbudo in vero vame se zahvaljujem svoji družini in vsem, ki so mi pri delu kakorkoli pomagali. 124 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 1 UVOD ........................................................................................................................... 1 2 PREGLED OBJAV ..................................................................................................... 3 2.1 voda v Sistemu tla– rastlina – atmosfera ........................................................ 3 2.2 atmosfera ................................................................................................................ 3 2.3 rastlina ................................................................................................................... 4 2.4 Lastnosti tal .......................................................................................................... 5 2.4.1 Tekstura ............................................................................................................ 5 2.4.2 Organska snov ................................................................................................. 6 2.4.3 Struktura .......................................................................................................... 6 2.4.4 Poroznost .......................................................................................................... 7 2.5 Vodna bilanca tal ................................................................................................. 8 2.5.1 Voda v tleh /založenost tal z vodo ................................................................ 10 2.5.1.1 Porazdelitev vode v talnem profilu .............................................................. 10 2.5.1.2 Tok vode ...................................................................................................... 12 2.5.2 Pritoki ............................................................................................................. 14 2.5.2.1 Infiltracija .................................................................................................... 14 2.5.2.2 Kapilarni dvig .............................................................................................. 15 2.5.3 Izgube .............................................................................................................. 16 2.5.3.1 Globinsko pronicanje ................................................................................... 16 2.5.3.2 Evapotranspiracija ....................................................................................... 16 125 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 2.6 Računalniški simulacijski modeli ..................................................................... 18 2.6.1 Klimatski modeli ............................................................................................ 18 2.6.2 Modeli za rast rastlin ..................................................................................... 19 2.6.3 Modeli za izračun hidravličnih lastnosti tal ................................................ 20 2.6.4 Računalniški model SWAP ........................................................................... 22 2.6.5 Računalniški model GLEAMS ..................................................................... 23 2.6.6 Kalibracija modelov ...................................................................................... 25 2.6.7 Validacija modelov ........................................................................................ 25 2.7 Spremembe vodne bilance ................................................................................... 26 2.7.1 Namakanje ..................................................................................................... 26 2.7.2 Klimatske spremembe ................................................................................... 26 3 MATERIAL IN METODE ....................................................................................... 28 3.1 material ................................................................................................................. 28 3.1.1 Meteorološki podatki ..................................................................................... 28 3.1.2 Nivo podtalnice .............................................................................................. 31 3.1.3 Podatki o tleh ................................................................................................. 32 3.1.3.1 Matična podlaga v Vipavski dolini .............................................................. 32 3.1.3.2 Izbira talnih profilov za vhodne podatke v model ....................................... 32 3.1.3.3 Tla v Vipavski dolini ................................................................................... 33 3.1.3.3.1 Avtomorfna tla ..................................................................................... 33 3.1.3.3.2 Hidromorfna tla ................................................................................... 38 3.1.3.4 Tla uporabljena v kalibraciji in validaciji .................................................... 41 3.1.4 Vsebnost vode v tleh ...................................................................................... 41 3.1.4.1 Gravimetrična metoda ................................................................................. 42 3.1.4.2 Diviner® 2000 Sentek (FDR) ...................................................................... 42 3.1.5 Pridelovanje breskev in nektarin ................................................................. 42 3.2 STATISTIČNE METODE ...................................................................................... 44 3.3 Scenariji klimatskih sprememb .......................................................................... 45 3.4 Uporaba modelov SWAP in GLEAMS ................................................................ 46 3.4.1 Opis modela SWAP ....................................................................................... 46 3.4.1.1 Vhodni podatki ............................................................................................ 48 3.4.1.2 Izhodni podatki ............................................................................................ 49 3.4.1.3 Kalibracija SWAP ....................................................................................... 49 3.4.2 Opis modela GLEAMS ................................................................................. 49 3.4.2.1 Vhodni podatki ............................................................................................ 51 3.4.2.2 Izhodni podatki ............................................................................................ 52 3.4.2.3 Kalibracija modela GLEAMS ..................................................................... 52 126 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 4 REZULTATI .............................................................................................................. 53 4.1 Izbira modela za izračun hidravličnih lastnosti tal ................................... 53 4.2 kalibracija IN validacija MODELA .................................................................. 55 4.2.1 Kalibracija ...................................................................................................... 55 4.2.2 Validacija ........................................................................................................ 59 4.3 členi vodne bilance v obdobju 1961 – 1990 ....................................................... 63 4.3.1 Primanjkljaj vode v tleh glede na padavine ................................................ 63 4.3.2 Primanjkljaj vode glede na globino in PP/PKE .......................................... 78 4.3.3 Evapotranspiracija ........................................................................................ 80 4.3.4 Pronicanje ...................................................................................................... 84 4.3.5 Odtok .............................................................................................................. 85 4.4 simulacija scenarijev klimatskih sprememb .................................................... 87 4.4.1 Scenarij 1 ........................................................................................................ 87 4.4.2 Scenarij 2 ........................................................................................................ 89 4.4.3 Scenarij 3 ........................................................................................................ 91 4.4.4 Scenarij 4 ........................................................................................................ 93 4.4.5 Scenarij 5 ........................................................................................................ 95 4.4.6 Scenarij 6 ........................................................................................................ 97 4.4.7 Odziv na scenarije klimatskih sprememb med izbranimi profili .............. 99 5 RAZPRAVA IN SKLEPI ........................................................................................ 102 5.1 Razprava .............................................................................................................. 102 5.2 Sklepi .................................................................................................................... 109 6 POVZETEK ............................................................................................................. 110 6.1 Povzetek .............................................................................................................. 110 6.2 Summary .............................................................................................................. 113 7 VIRI .......................................................................................................................... 117 ZAHVALA ....................................................................................................................... 123 127 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Preglednica 1: Lastnosti tal, ki se pogosto uporabljajo pri pedotransfer funkcijah (Woesten in sod., 2001). . ........................................................................... 22 Preglednica 2: Opis pedološkega profila 198 (tip tal za evtrična rjava tla na ledenodobnem produ in pesku) znotraj pedokartografske enote 66. . ........ 34 Preglednica 3: Opis pedološkega profila 201 (tip tal za evtrična rjava tla na ledenodobnem produ in pesku) znotraj pedokartografske enote 66. . ........ 34 Preglednica 4: Opis pedološkega profila 108 (tip tal za evtrična rjava tla, na flišu antropogena – vitisol) znotraj pedokartografske enote 430. . ..................... 35 Preglednica 5: Opis pedološkega profila 88 (tip tal za evtrična rjava tla, na flišu plitva) znotraj pedokartografske enote 1279 ..... ......................................... 35 Preglednica 6: Opis pedološkega profila 121 (tip tal evtrična rjava, na eocenskem flišu, koluvialna tipična) znotraj pedokartografske enote 1282. . ............... 36 Preglednica 7: Opis pedološkega profila 163 (tip tal za evtrična rjava, na eocenskem flišu, koluvialna tipična) znotraj pedokartografske enote 1282. . ............... 36 Preglednica 8: Opis pedološkega profila 128 (tip tal evtrična rjava tla na ledenodobnem karbonatnem produ in peskih) znotraj pedološke kartografske enote 68. . ............................................................................... 36 Preglednica 9: Opis pedološkega profila 136 (tip tal evtrična rjava, na flišu, z apnenim gruščem) znotraj pedokartografske enote 149 ............................. 37 Preglednica 10: Opis pedološkega profila 85 (tip tal distrična rjava tla na nekarbonatnem flišu, tipična) znotraj pedokartografske enote 1237. . ....... 37 Preglednica 11: Opis pedološkega profila 140 (tip tal srednje močan hipoglej) znotraj pedokartografske enote 1242. . ................................................................... 38 Preglednica 12: Opis pedološkega profila 129 (tip tal obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) znotraj pedokartografske enote 139. . ......................................... 39 Preglednica 13: Opis pedološkega profila 117 (tip tal obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) znotraj pedokartografske enote 1241. . ....................................... 39 Preglednica 14: Opis pedološkega profila 141 (tip tal obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) znotraj pedokartografske enote 1241. . ....................................... 40 Preglednica 15: Opis pedološkega profila 144 (tip tal obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) znotraj pedokartografske enote 1241. . ....................................... 40 128 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Preglednica 16: Opis pedološkega profila 146 (tip tal obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) znotraj pedokartografske enote 1241. . ....................................... 40 Preglednica 17: Opis pedološkega profila v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana (ARSO, 2002). . ........................................... 41 Preglednica 18: Opis pedološkega profila v poskusnem nasadu breskev in nektarin Sadjarskega centra Bilje (Štampar in sod., 1995). . .................................... 41 Preglednica 19: Parametri rasti in razvoja za breskve in nektarine (Faust, 1989; Allen in sod., 1998; Natalie in sod., 1984, 1985; Romo in Diaz, 1985).. ............ 44 Preglednica 20: Spremembe osnovnega niza podatkov za dnevne temperature zraka in količine padavin (Arnell, 1999; IPCC, 2001). . ...................................... 45 Preglednica 21: Seznam in opis vhodnih datotek v model SWAP (Kroes in sod., 1999). . ........................................................................................................ 48 Preglednica 22: Opis in seznam vhodnih datotek za model GLEAMS (Knisel in sod., 1993). . ........................................................................................................ 51 129 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 1: Voda v sistemu tla - rastlina - atmosfera (Hillel, 1998).......................................3 Slika 3: Shematska struktura modela SWAP (prirejeno po Kroes in sod., 1999).............23 Slika 4: Shematska struktura modela GLEAMS (prirejeno po Knisel in sod., 1993)......24 Slika 5: Letni hod maksimalne in minimalne temperature zraka ter padavin v obdobju 1961 - 1990 za Ajdovščino (a), Novo Gorico (b), Slap pri Vipavi (c), Branik (d) in Bilje (e)...................................................................................29 Slika 6: Karta Slovenije s prikazanimi povprečji temperature zraka referenčnega obdobja 1961-1990 (ARSO, 2003).....................................................................30 Slika 7: Padavinska karta Slovenije s prikazanimi povprečji referenčnega obdobja 1961-1990 (ARSO, 2003)...................................................................................30 Slika 8: Karta padavin v vegetacijskem obdobju Slovenije s prikazanimi povprečji referenčnega obdobja 1961-1990 (Kastelec, 2001)............................................31 Slika 9: Pedološka karta Slovenije (http: //www.bfuni-lj.si/cpvo/Novo/ GF_PodatkiTalSlovenije.htm)............................................................................32 Slika 10: Brezdimenzijska spremenljivka odvzema vode p odvisna od potenciala pritiska h (Feddes in sod., 1988).........................................................................47 Slika 11: Rezultati primerjave simuliranih krivulj h - 6 s funkcijami Mualem - Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont Ap1 v poskusnem nasadu Bilje......................................................................................53 Slika 12: Rezultati primerjave simuliranih krivulj h - 6 s funkcijami Mualem - Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont Ap2 v poskusnem nasadu Bilje......................................................................................54 Slika 13: Rezultati primerjave simuliranih krivulj h - 6 s funkcijami Mualem - Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont P2 v poskusnem nasadu Bilje......................................................................................54 Slika 14: Primerjava simuliranih krivulj h - 6 s funkcijami Mualem - Van Genuchten, Star in Hypres ter merjenih pF vrednosti za horizont Bv v poskusnem nasadu Bilje......................................................................................55 130 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 15: Primerjava izračuna ET (mm) z modelom GLEAMS v odvisnosti od LAI za leti 1995 in 1996 za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana.. ....................................................... 56 Slika 16: Rezultati vsebnosti vode na 20 cm globine kalibriranih modelov GLEAMS in SWAP ter primerjava z meritvami vode v tleh na 20 cm globine za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana, KIS, 1995 .......................................................................... 57 Slika 17: Rezultati vsebnosti vode na 20 cm globine kalibriranih modelov GLEAMS in SWAP ter primerjava z meritvami vode v tleh na 20 cm globine za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana, 1996. . ................................................................................ 57 Slika 18: Primerjava rezultatov umerjenega modela SWAP in meritev vsebnosti vode v tleh za leti 1995 in 1996 za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana. . ............................................ 58 Slika 19: Primerjava rezultatov umerjenega modela GLEAMS in meritev vsebnosti vode za leti 1995 in 1996 za meljasto ilovnata tla v poskusnem nasadu jablan Kmetijskega inštituta Slovenije, Ljubljana. . ............................................ 58 Slika 20: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 10 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. . ...................................................................... 59 Slika 21: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 20 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. . ...................................................................... 60 Slika 22: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 30 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. . ...................................................................... 60 Slika 23: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 40 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. . ...................................................................... 61 Slika 24: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 50 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. . ...................................................................... 61 131 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 25: Primerjava rezultatov simulacije z modelom SWAP ter meritev volumske vsebnosti vode v tleh z Divinerjem® na 60 cm za Bilje v opazovanem obdobju 19.6.2002 – 17.10.2002. . ...................................................................... 62 Slika 26: Količina dodane vode Wi (mm) v posameznem namakalnem dogodku za model SWAP in GLEAMS v obdobju 1961 –1990.. .......................................... 64 Slika 27: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 198 znotraj pedokartografske enote 66 (evtrična rjava tla na ledenodobnem karbonatnem produ in peskih, na nasutinah rek in rečnem vršaju, tip 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990 ..................................................................................................................... 65 Slika 28: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 201 znotraj pedokartografske enote 66 (evtrična rjava tla na ledenodobnem karbonatnem produ in peskih, na nasutinah rek in rečnem vršaju, tip 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990 ..................................................................................................................... 65 Slika 29: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 108 znotraj pedokartografske enote 430 (rigolana tla, vitisol) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. . .............. 66 Slika 30: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 88 znotraj pedokartografske enote 1279 (evtrična rjava tla na eocenskem flišu, tip 60%, evtrična rjava na eocenskem flišu, antropogena 40%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. . ...... 66 Slika 31: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 121 (znotraj pedokartografske enote 1282 (evtrična rjava tla na eocenskem flišu, psevdooglejena 70%, evtrična rjava tla na eocenskem flišu, koluvialna 30%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. . ........................................................................................ 67 Slika 32: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 163 znotraj pedokartografske enote 1282 (evtrična rjava tla na eocenskem flišu, psevdooglejena 70%, evtrična rjava tla na eocenskem flišu, koluvialna 30%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. . ........................................................................................ 68 Slika 33: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 128 znotraj pedološke kartografske enote 68 (evtrična rjava tla na ledenodobnem produ in peskih, na nasutinah rek in rečnem vršaju, srednje globoka 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990 ..................................................................................................................... 69 Slika 34: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 136 znotraj pedokartografske enote 149 (evtrična rjava na flišu in laporju s primesjo apnenih breč, tip 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990.. ...................................................................... 70 Slika 35: Primanjkljaj vode (mm) za talni profil 85 znotraj pedokartografske enote 1237 (distrična rjava tla na nekarbonatem flišu - dekalcificiranem laporju izprana 100%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990. . ........................................ 71 132 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 36: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 140 znotraj pedokartografske enote 1242 (hipoglej, evtričen mineralen, zmerno močan 60%, hipoglej evtričen mineralen srednje močan 40%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990 ..................................................................................................................... 72 Slika 37: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 129 znotraj pedokartografske enote 139 (rjava obrečna tla, globoko oglejena, tip 100%, obrečna tla, evtrična, globoko oglejena) ter padavine v obdobju 1961 – 1990.. .................... 73 Slika 38: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 117 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990.. ................................................................. 74 Slika 39: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 141 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990.. ................................................................. 75 Slika 40: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 144 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990.. ................................................................. 76 Slika 41: Primanjkljaj vode (mm) za pedološki profil 146 znotraj pedokartografske enote 1241 (obrečna evtrična globoko oglejena 80%, evtrična globoka 20%) ter padavine v obdobju 1961 – 1990.. ................................................................. 77 Slika 42: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) v obravnavanem obdobju 1961 – 1990 glede na globino tal za model SWAP in model GLEAMS ........................ 78 Slika 43: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) v obravnavanem obdobju 1961 – 1990 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto, izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................. 79 Slika 44: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem vode v tleh v obdobju 1961 – 1990 glede na globino tal, izračunan z modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). . .................................................................................................... 79 Slika 45: Evaporacija tal (mm) glede na globino talnega profila (cm) v obdobju 1961 – 1990 izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. . ............. 80 Slika 46: Evaporacija (mm) glede na PKE v obdobju 1961 – 1990 izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS.. .................................................... 81 Slika 47: Transpiracija (mm) glede na globino talnega profila (cm) v obdobju 1961 – 1990 izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. . ................ 81 Slika 48: Transpiracija (mm) glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS.. .......................................................................................................... 82 133 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 49: Evapotranspiracija (mm) glede na globino talnega profila v obdobju 1961 – 1990, izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. . ............... 82 Slika 50: Evapotranspiracija (mm) v obdobju 1961 – 1990 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto, izračunana z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS.. .......................................................................................... 83 Slika 51: Pronicanje (mm) glede na globino talnega profila v obdobju 1961 – 1990, izračunano z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. . ......................... 84 Slika 52: Pronicanje (mm) glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunano z modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). . .................................................................................................... 85 Slika 53: Odtok (mm) v obdobju 1961 – 1990 glede na globino talnega profila, izračunan z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. . ........................... 86 Slika 54: Odtok (mm) glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z (a) modelom SWAP in (b) modelom GLEAMS. . ..... 86 Slika 55: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode v tleh glede na globino tal pri scenariju 1 glede na globino tal v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b).. ........................................................................................... 87 Slika 56: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 1 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b) ................................................................. 88 Slika 57: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 1 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ........................................... 88 Slika 58: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 1 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................................. 89 Slika 59: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode v tleh glede na globino tal pri scenariju 2 glede na pedokartografsko enoto izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). . .................................................................................... 89 Slika 60: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 2 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b) ................................................................. 90 Slika 61: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 2 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................................. 90 134 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 62: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 2 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ........................................... 91 Slika 63: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 3 glede na globino v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ....... 91 Slika 64: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 3 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b) ................................................................. 92 Slika 65: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 3 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................................. 92 Slika 66: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 3 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ........................................... 93 Slika 67: Okvir z ročaji za število dni, ko se je pojavil primanjkljaj vode v tleh pri scenariju 4 glede na pedokartografsko enoto.. .................................................... 93 Slika 68: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 4 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b) ................................................................. 94 Slika 69: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 4 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................................. 94 Slika 70: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 4 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ........................................... 95 Slika 71: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 5 glede na pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b).. ............................................................................... 95 Slika 72: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 5 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b) ................................................................. 96 Slika 73: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 5 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................................. 96 135 Zupanc V. Določitev potreb po namakanju … v Vipavski dolini ob spremenjeni vodni bilanci tal. Dokt. disertacija. Ljubljana, Univ. v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Odd. za agronomijo, 2003 Slika 74: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 5 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ........................................... 97 Slika 75: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 6 glede na globino tal v opazovanem obdobju 1961 – 1990 izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b) ................................................................. 97 Slika 76. Okvir z ročaji za primanjkljaj vode (mm) pri scenariju 6 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b) ................................................................. 98 Slika 77: Okvir z ročaji za primanjkljaj vode v tleh pri scenariju 6 glede na globino tal v obdobju 1961 – 1990, izračunan za modelom SWAP (a) in modelom GLEAMS (b). . .................................................................................................... 98 Slika 78: Okvir z ročaji za število dni s primanjkljajem pri scenariju 6 glede na pedološki profil in pedokartografsko enoto v obdobju 1961 – 1990, izračunan z modelom SWAP (a) in GLEAMS (b). . ........................................... 99 Slika 79: Povečanje primanjkljaja vode izbranih profilov tal za model SWAP. . ........... 100 Slika 80: Povečanje primanjkljaja vode izbranih profilov tal za model GLEAMS.. ...... 101