Badania oddziaływania kropli opadu z powierzchnią liści w kontekście zjawiska intercepcji

Badania

Badania oddziaływania kropli opadu z powierzchnią liści w kontekście zjawiska intercepcji

Kierownik: dr hab. Magdalena Ryżak, prof. IA PAN

Zespół: dr inż. Agata Sochan; mgr inż. Rafał Mazur

współpraca: prof. dr hab. Andrzej Bieganowski; mgr inż. Michał Beczek

 

Gleba jest naturalnym tworem wierzchniej warstwy skorupy ziemskiej i odgrywa ważną rolę w funkcjonowaniu wielu ekosystemów. Jest jednym z głównych czynników decydujących o obiegu wody w przyrodzie, a także elementem kształtującym krajobraz,  jest również podstawą produkcji rolnej. Gleba jak i inne elementy środowiska naturalnego jest narażona na wiele różnych czynników mogących powodować jej degradację. Jednym z tych czynników jest woda. Zjawisko erozji może zaczynać już w chwili upadku pojedynczej kropli opadu na powierzchnię gleby. Odrywanie się materiału glebowego od jej powierzchni w wyniku uderzenia o kropli wody nazywa się rozbryzgiem. Dotychczas stosowane w pomiarach erozji metody badawcze opierały się w większości na analizie masy materiału glebowego, jaki został przeniesiony w wyniku rozbryzgu. Aby pomiar taki był możliwy na glebę musiało spaść wiele kropli, aby masa zgromadzonego materiału była na tyle duża, żeby mogła być mierzalna.

 

Rozpoczęte zadanie badawcze ma na celu poznanie czynników, jakie decydują o podatności gleby na erozję. Zbadanie oraz określenie wpływu różnych właściwości fizykochemicznych gleby na rozbryzg pozwoli na lepsze zrozumienie samego zjawiska, jak również w dalszej perspektywie może umożliwić ograniczanie zjawiska erozji, które ma niekorzystny wpływ na środowisko glebowe.

 

Zastosowanie do pomiaru zjawiska rozbryzgu szybkich kamer (rejestrujących z szybkością min. 2000 klatek na sekundę) pozwoli na obserwację przebiegu uderzenia pojedynczej kropli o powierzchnię gleby. Dobór zróżnicowanego materiału glebowego (zarówno pod względem rozkładu granulometrycznego, jak i pod względem właściwości fizykochemicznych) pozwoli na znalezienie zależności pomiędzy różnymi właściwościami gleby, a jej podatnością na erozję. Zastosowanie opracowanej w Instytucie Agrofizyki metody pojedynczej kropli do badania rozbryzgu pozwoli na obserwację przebiegu zjawiska przy określonej wilgotności początkowej gleby. Wilgotność ta w miejscu padania kropli zmienia się znacznie po upadku każdej kolejnej kropli.

 

W ramach realizacji zadania prowadzone będą badania wpływu rozkładu granulometrycznego gleby, typu gleby, wilgotności początkowej oraz zwilżalności na podatność gleby na rozbryzg. Na gleby umieszczone w aluminiowych pierścieniach padać będą pojedyncze krople. Zjawisko rozbryzgu rejestrowane będzie przy wykorzystaniu zestawu 3 kamer (Phantom Miro M 310). Po zarejestrowaniu zjawiska analizowana będzie: liczba oderwanych cząstki gleby i/lub kropelek które uległy rozbryzgowi, ich trajektorie oraz prędkości. W przypadku większych wilgotności, gdy utworzy się tzw. korona, analizowany będzie jej kształt i czas powstawania oraz rozerwania.

 

Piśmiennictwo:

  1. Mouzai L., Bouhadef M.: Water drop erosivity: Effects on soil splash. Journal of Hydraulic Research 41(1), 61-68, 2003.
  2. Ryżak M., Bieganowski A.: Using the image analysis method for describing soil detachment due to the single waterdrop impact. Sensors 12, 11527-11543, 2012.
  3. Ryżak M., Bieganowski A., Polakowski C.:  The problem of reproducibility of measurements using a single drop splash of simulated precipitation. PLoS One 2015, Vol. 10(3): e0119269, doi:10.1371/journal.pone.0119269
X