K A T A R Z Y N A D Ą B R O W S K A
Transkrypt
K A T A R Z Y N A D Ą B R O W S K A
P R A C E I N S T Y T U T U G E O D E Z J I I K A R T O G R A F II T o m X X X I , Ze s z y t 1, 1984 K A T A R Z Y N A D Ą B R O W S K A -Z IE L 1 Ń S K A Wykorzystanie metod teledetekcyjnych do badania wilgotności gleby na obszarze testowym Sadlowice i Grabów Zarys treści. W artykule om ówiono w y n ik i badań wilgotności gleby m e todami teledetekcji zarów no na polach odsłoniętych, jak rów nież pokrytych roślin nością. Przedstaw iono zależność pomiędzy wilgotnością gleby a jej tonem na zdjęciu w ielospektralnym Frzeprow adzono oraz jej rów nież tem peraturą badania nad zarejestrow aną zależnością na pom iędzy zdjęciu term alnym . w ilgotnością g le b y w strefie korzeniow ej a tem peraturą radiacyjn ą roślin zarejestrow aną trzykrotnie w ciągu dnia. W ilgotn ość g le b y o d g ry w a znaczną rolę w w ielu gałęziach gospodarki. D ecyd u je ona m ięd zy in n ym i o w ielkości produkcji roln ej oraz w znacz n ym stopniu w p ły w a na przeb ieg cyklu h ydrologiczn ego m ającego duże znaczenie w bilansie w odn ym i w ym ia n ie en ergii cieplnej. Jak dotąd nie istn ieje dokładna m etoda określenia w ilgotn ości g leb y , a powszechnie stosowane m etody labora toryjn e lub sondow anie ele k tro -op orow e i neutronow e dają jed y n ie punktow e w y n ik i zm uszając do ekstrapolacji pom iarów n iek ied y na duże pow ierzch nie, co daje w re z u l tacie nie zaw sze p ra w d ziw y obraz rozkładu w ilgotn ości gleb y. W a rto p rzy ty m zaznaczyć, że w ilgotność g leb y jest zjaw isk iem szybk ozm ien nym , a stosowane m etod y są zb yt pracochłonne aby za ich pomocą m ożna było badać dynam ikę procesów w ilgotn ościow ych zachodzących w gleb ie. W tej sytu a cji do określenia stanu w ilgotn ości g leb y p odejm u je się prób y zastosowania m etod teled etek cji. Z liczn ych prac p rzep row a d zo nych w różnych ośrodkach badaw czych w yn ika, że n ajbard ziej przydatn e do tego celu są m etody pasyw ne w yk orzystu jące prom ien iow an ie m ik ro fa low e. Z u w agi na brak m ożliw ości zastosowania tych m etod w Polsce, w Ośrodku P rzetw a rza n ia O b ra zów L o tn iczy ch d S atelitarn ych p rz y w spółpracy Instytu tu U p ra w y , N aw ożen ia i G leboznaw stw a podjęto p ra ce nad określeniem przydatności techniki term o w izy jn ej, w połączeniu z fo to g ra fią w iełospektralną, do oceny w ilgotn ości p rzy p ow ierzch n io w ej i k o rzen iow ej w a rs tw y gleb y, m ających decydujące znaczenie w procesie w zrostu i plonow ania roślin upraw nych. P ra ce eksperym entalne przeprow adzono na terenie dw óch p oligon ów 4S badaw czych: Sadłow ice i G rab ów należących do Zak ładów D ośw iadczal nych Instytutu U praw y, N aw ożenia i G leboznaw stw a w Pu ław ach. Założenia badawcze Podstaw ow ym , założeniem p rz y ję ty m w pracy było istnienie za leż ności m ięd zy w ilgotnością g leb y a je j term iką i tonem na obrazie fo to graficzn ym . U w zględ n iają c dobową zmienność tem peratury g leb y w yn ikającą z n a grzew an ia prom ieniam i słonecznym i, a następnie ochładzania je j po w ierzch n iow ej w arstw y, p rzy jęto konieczność obrazowania term aln ego w trzech porach doby, a m ianow icie: — przed wschodem słońca, w g o dzinach południow ych i po zachodzie w celu uchw ycenia in e rc ji term icz n ej gleb y, która to wielkość w dużym stopniu zależy od w ilgotn ości gleby. N a ton obrazu g leb y od fotografow a n ej na zdjęciu lotn iczym w znacz n ej m ierze w p ły w a w ilgotność, jednak je j dobow e zm iany są tak n ie w ielk ie, że film fo to g ra ficzn y nie jest ich w stanie uchw ycić, stąd też zdecydow ano w ykonać zdjęcia raz dziennie, synchronicznie z południo w y m obrazow aniem term alnym . Spośród istniejących technik fo to g r a fii lotn iczej w ybrano technikę fo to g ra fii w ielospek traln ej, chcąc otrzym ać obraz pow ierzchni g leb y w różnych długościach prom ieniow ania elek tro m agnetycznego, w tym także w prom ieniow aniu podczerw onym n ajsiln iej pochłanianym przez w odę zaw artą w glebie. N a obu poligonach spraw ę badania w ilgotności g leb y kom p liku je fakt, że są one obszarami rolniczym i, gdzie już od początku m aja u p ra w y za k ry w a ją pow ierzchnię g leb y i jest ona niew idoczna do ob serw acji pro w adzonych z pokładu samolotu. Zdecydow ano w ięc poszukać istnienia zależności pom iędzy tem peraturą roślin a zawartością w o d y w gleb ie w ich strefie k orzen iow ej. Jeśliby taką zależność w y k ry to , m ożna b yłob y za pomocą lotniczych obrazów term alnych w nioskow ać pośrednio o w il gotności gleby. B iorąc pod uw agę sezonowość pokrycia g leb y przez rośliny, zdecydo wano pierw sze zdjęcia i obserw acje przeprow adzić w m om encie, g d y g le b y są jeszcze odsłonięte, co na badanym obszarze przypadło w p ierw szej połow ie m aja. N atom iast kolejn e obrazowania postanowiono p rzep row a dzić w p ierw szej połow ie lipca w warunkach m aksym alnego pokrycia g leb y przez roślinność. P rzeb ieg badań O b ra zy term alne b y ły w yk on y w a n e skanerem A G A T h erm op rofile T H P -1 rejestru ją cym prom ieniow anie elektrom agn etyczn e w zakresie fa l o długości 2,0— 5,6 |im. T e ren zobrazow ano trzy k rotn ie w ciągu doby, 44 natom iast zdjęcie lotnicze w ykonano kam erą w ielospektralną w god zi nach południow ych. Rów nocześnie z w yk on an iem zdjęć lotniczych i obra z ó w term alnych prowadzono prace naziem ne: — pobierano próbki g leb y w 36 punktach na poligonie Sadłow ice i w 25 punktach na poligonie G rabów , a następnie la b ora tory jn ie o k re ślono ich wilgotność, — określono barw ę g leb y w każdym z tych pu nktów w ed łu g tablic „R e v is e d Standard S oil C olor C harts” — M. Oyam a, H. Takeharda, a na stępnie w laboratorium sfotografow an o je za pomocą k a m ery w ielospek tralnej. W y c ią g i spektralne uzyskane w paśm ie czerw on ym i podczer w on ym użyto do pom iarów gęstości optycznych, co p o zw oliło w sposób liczb o w y oznaczyć barw ę i odnieść tę w artość do b a rw y g leb y od fotografo w a n e j na zdjęciu, — oszacowano chropowatość gleby, w yk on u jąc zdjęcia fo tog ra ficzn e pow ierzch ni gleby, na k tórej położono ram ę o w ym iarach 1 m X 1 m po dzieloną na „oczk a ” o p ow ierzch n i 100 cm 2. R ó w n ież chropowatość gleby, która w znacznym stopniu w p ły w a na ton je j obrazu fo tog ra ficzn ego postanowiono przedstaw ić w fo rm ie licz b o w e j, chcąc u w zględn ić ją w analizie statystyczn ej. Jako k ry teriu m w yró żn ie n ia klas o różn ym stopniu chropow atości p rz y ję to liczbę b ry łe k 0 w ielkości w ięk szej od 1 cm, przypadającej na p o w ierzch n ię 1 dcm 2. W yróżn ion o cztery klasy chropow atości gleb y, zaliczając do klasy p ie r w szej te pow ierzchnie, na k tórych b ry łk i za jm o w a ły 1% obszaru, do klasy dru giej — 5% obszaru, do kla sy trzeciej — czw a rtej — 70% obszaru. 20% obszaru, a do klasy D o opracowania statystycznego w zięto rów n ież pod uw agę kom p lek sy roln iczej przydatności gleb, na k tórej leżą poszczególne pu nkty pom ia row e. Dane te zostały zaczerpnięte z map g leb ow o -ro ln iczych w skali 1 : 5000. Zebrane in fo rm a cje o glebach przedstaw iono rów n ież w fo rm ie liczb o w ej, w yk orzystu jąc w ty m celu dane z „W a lo r y z a c ji roln iczej p rze strzeni prod u k cyjn ej P o ls k i” (IU N G 1981 r.). W a lo ry za cja ta w sposób lic z b o w y ch arakteryzu je poszczególne klasy b o n itacyjn e i kom p lek sy przydatności roln iczej gleb. W skali 100-punktowej glebom n ajlep szym (klasa 1) przypisano w artość 100 punktów . Pu n k tacja ta jest w p ra w d zie bardzo ogólna n iem n iej do obliczeń statystyczn ych w ystarczająca. P o w ykonaniu prac terenow ych , a także kam eralnej in terp reta cji lo t niczych zdjęć w ielospek traln ych i term alnych przystąpiono do m atem a tyczn ej an alizy otrzym an ych w y n ik ó w i określenia w za jem n ej zależności m ięd zy param etram i ch arakteryzu jącym i gleb ę a je j obrazem na z d ję ciach. A n aliza statystyczna ob ejm ow ała w ięc obliczenie w spółczyn n ik ów k o rela cji i rów nań reg res ji w celu ustalenia zależności pom iędzy w ilg o t nością g leb y na głębokości 0— 5, 5— 10 cm p rzy ję tą jako zm ienną n ie zależną Y a gęstością optyczną obrazu g le b y w zakresie prom ieniow ania czerw on ego (Xj), gęstością optyczną obrazu g le b y na zdjęciu w podczer 45 w ien i (x 2), kom pleksem g leb ow y m (x 3), barw ą g leb y na zdjęciu w yk on a n ym w zakresie prom ieniow ania czerw onego (x 4), barw ą g leb y na zdjęciu w yk on an ym w podczerw ieni (x 5) i w reszcie chropowatością g leb y (x 6). K o re la c je te określono w edług rów nań Y = A i+ B j+ C ^ D t+ E , i = ^ 1-2 j = X 3 k = X 4_ s l = x6 Przeprow adzono także obliczenia istotności poszczególnych w sp ó łczyn n ik ów reg resji w skazujących na zależność zm iennej Y (w ilgotn ość g le b y ) od zm iennych X, obliczono rów n ież odchylenie standardowe zm iennej Y charakteryzujące błąd w yznaczenia w ilgotn ości pom iędzy w artością w il gotności otrzym aną z pom iarów teren ow ych a uzyskaną w toku obliczeń. O trzym ane w y n ik i ilu stru je tablica 1, z k tórej w ynika, że istn ieje k o re lacja pom iędzy w ilgotnością g leb y na głębokości 0— 5 cm a obrazem g leb y na zdjęciu, p rzy czym istotnie na tę k orelację w p ły w a gęstość optyczna i gleba. Z przytoczonej tab licy w yn ik a także, że inne param etry charakteryzujące glebę, jak barwa i chropowatość nie w p ły w a ją w istotny sposób na tę korelację. T ablica 1 W ilgotność (0— 5) Zakres spektralny pasmo czerwone pasmo podczerwone R S% Liczba punktów Istotność 0,87 3,1 61 D, G 0,90 2,7 61 D ,G R — współczynnik korelacji, S — odchylenie standardowe, D — gęstość, G — gleba. D la w a rstw y g leb y na głębokości 5— 10 cm nie uzyskano n iestety istotnej zależności pom iędzy je j w ilgotnością a obrazem na zdjęciu fo to graficznym . A n a lizie statystycznej poddano także w yn ik i otrzym an e z in terp reta cji lotniczych ob razów term alnych. Jak już zaznaczono, obrazow anie term al ne w ykonano w tym sam ym czasie co zdjęcie w ielospektralne, zaistniała w ięc m ożliw ość porów nania w y n ik ó w otrzym an ych za pomocą obu metod i stw ierdzenia, która z nich bardziej nadaje się do badania w ilgotności gleb y. 46 N a podstawie obrazów term alnych obliczono tem peraturę radiacyjną dla poszczególnych punktów terenow ych. W yk o rzystu ją c obrazy term a l ne w ykonane w ciągu różnych pór doby, obliczono różnice pom iędzy tem peraturą radiacyjną g leb y w południe i w ieczorem oraz pom iędzy tem peraturą radiacyjną g leb y w południe i rano. Z otrzym an ych danych w yn ika, że tem peratura radiacyjna g leb y w okresie prow adzenia badań (m aj 1982) była w yrów n a n a na całym ohszarze, a je j różnice nie p rze kraczały 1°C. W ty m sam ym okresie różnica w ilgotn ości g le b y była dość znaczna i w ynosiła 17%. Z u w agi na zb y t m ałą różnicę tem p era tu ry rad iacyjn ej g le b y w różnych porach dnia, zaw artą w ła ściw ie w dokład ności pom iarów , za pomocą lotniczych obrazów term alnych, nie m ożna było przedstaw ić w ia rygod n ej ko relacji p om iędzy tem peraturą radiacyjną a w ilgotnością gleby. Z przeprow adzonych badań w yn ika, że dla gleb nie p o k rytych ro ślin nością lepsza do określenia w ilgotn ości okazała się m etoda fo to g r a fii l o t niczej w yk orzystu jąca proń iieniow anie elektrom agn etyczn e w paśm ie czerw on ym i podczerw onym . Inne zjaw isk a zachodzą, gd y gleba pokryta jest upraw am i. P ro m ie niow anie elektrom agn etyczn e odbijane od gleb y, rejestrow a n e przez czu jniki na pokładach sam olotów jest tłum ione przez roślinność, a zatem na zdjęciu lotn iczym n ie w idać bezpośredniego obrazu gleb y, na podsta w ie którego m ożna b y ło b y w nioskow ać o je j w ilgotności. Postanow ion o w ięc zastosować obrazy term alne do pom iaru tem peratu ry rad iacyjn ej roślin i przez badanie ich transpiracji w nioskow ać o w ilgotn ości gleb. W w yn ik u transpiracji roślina oddaje w odę pobraną przez korzen ie z gleb y, obniżając sw oją tem peraturę. W przypadku braku dostatecznej ilości w o d y dostępnej w glebie, roślina znajduje się w w arunkach stre sow ych ob jaw iają cych się podniesieniem je j tem peratu ry w sku tek braku chłodzenia w yn ik a jącego ze zm niejszonego parow ania. Zatem zróżn ico w anie w ilgotności g leb y w p ły w a na tem peraturę roślin odw zorow aną w postaci zróżnicow anego tonu je j obrazu na zdjęciu term alnym . W lipcu, podobnie ja k w m aju, w yk on an o trzy k rotn ie w ciągu doby lotnicze ob razy term alne poligonu Sadłow ice, na k tórego polach w y s tę pow ała w w iększości kukurydza. P o ligo n G ra b ów nie m ógł być w z ię ty pod uwagę, poniew aż w okresie w yk on y w a n ia zdjęć na jeg o polach p ro w adzono ju ż akcję żniwną. Jednocześnie z w yk on y w a n iem zdjęć term aln ych na p oligon ie Sadło w ic e pobrano próbki g leb y w 25 punktach na głębokości 0— 5, 5— 10, 15— 20 cm, a następnie la b ora toryjn ie określono ich w ilgotność. N astęp nie przystąpiono do m atem atyczn ej a n alizy danych, która polegała na obliczaniu w sp ółczyn n ik ów k o rela cji i rów nań reg res ji dla ustalenia za leżności p om iędzy w ilgotnością g le b y na głębokości 0— 5, 5— 10, 15— 20 cm p rzy jętą jako zm ienną niezależną Y a gęstością optyczną obrazu w y konanego przed w schodem słońca (Xi), kom pleksem g le b o w y m (x 2), tem 47 peraturą radiacyjną odw zorow anych na tym obrazie (x 3), różnicą p om ię d zy tem peraturą radiacyjną roślin zarejestrow aną w południe a tem pe raturą radiacyjną roślin zarejestrow aną przed wschodem słońca (x 4), różnicą pom iędzy tem peraturą radiacyjna roślin odw zorow aną na obrazie w yk on an ym w południe a tem peraturą radiacyjną roślin określoną z obra zu w ykonanego w ieczorem (x 5), gęstością optyczną obrazu za rejestrow a nego w ieczorem ( x 6) a tem peraturą radiacyjną roślin obliczoną na p o d staw ie tego obrazu (x 7), różnicą pom iędzy tem peraturą radiacyjną roślin zarejestrow aną w ieczorem a tem peraturą radiacyjną roślin zarejestrow a ną przed wschodem słońca (x 8) oraz gęstością optyczną obrazu zarejestro w anego w południe (x 9) i w reszcie tem peraturą radiacyjną roślin ok re śloną na podstawie tego obrazu ( x 10). K o re la c je określono w edłu g rów nań Y = At + B j + C i — x 1;3_ 10 j = x5 Podobnie, jak p rzy analizie danych z miesiąca m aja, przeprow adzono ló w n ie ż obliczenia istotności poszczególnych w spółczynników reg resji i obliczono odchylenia standardowe zm iennej Y . R ezu ltaty badań ilu stru je tablica 2, w k tórej przedstaw iono w y n ik i k o relacji pom iędzy w ilgotnością g leb y na głębokościach 0— 5, 5— 10, 15— 20 cm a różnicą pom iędzy tem peraturą radiacyjną zarejestrow aną na obrazie term aln ym dziennym a w ieczorow ym . N a tę korelację istotnie w p ły w a jed yn ie różnica tem pe ratury. T a b lic a Param etry W ilgotność W ilgotność W ilgotność (0 — 5) (5 — 10) (15— 20) R S I 0,80 3,8 Tr 0,70 4,2 Tr 0,82 3,7 Liczba R S I R S 1 22 0,76 4,7 Tr 0,76 5,0 Tr 22 0,76 4,7 Tr 0,75 5,8 Tr 22 0,87 3,6 0,81 4,7 punkt. AT„ (Dzień-W ieczór) AT r (Dzień-R ano) ATr W ieczór G R — współczynnik korelacji, S — odchylenie standardowe, I — Tr — G — 48 Tr istotność, te m p e ra tu ra ra d ia c yjn a , gleba. Tr G Tr G 2 K o rela cja istn ieje rów n ież p om iędzy w ilgotn ością g leb y na w szystk ich trzech głębokościach i różnicą pom iędzy tem peraturą rad iacyjn ą roślin zarejestrow aną na obrazie term aln ym w ciągu dnia a tem peraturą roślin obliczoną na podstawie obrazu rannego, ja k rów n ież p om iędzy w ilg o tn o ścią g le b y a tem peraturą radiacyjną roślin obliczoną na podstaw ie obrazu w ieczorn ego. N a le ży podkreślić, że przed ział zm ienności tem p era tu ry ra d ia c y jn ej obliczonej z obrazu w ieczorn ego jest zb y t m ały w porów n a niu z przed ziałem zmienności w ilgotn ości gleb y. Istotna w te j k o re la c ji jest tem peratura radiacyjna i gleba. D la trzech pu nktów różnica pom iędzy w ilgotn ością g le b y otrzym an ą na podstaw ie pom iarów labora toryjn ych a w ilgotnością obliczoną prze kraczała dw u krotnie w ielkość odchylenia standardow ego. P u n k ty te p rzy rozw ażaniach zostały pom inięte. Różnica w yn ik ła z błędu lok a liza c ji tych pu nk tów lub z błędu pom iaru w ilgotności. N a podstaw ie przeprow adzonych badań można stw ierd zić, że dla gleb p o k rytych roślinnością n a jlep szym w skaźnikiem w ilgotn ości g le b y jest różnica pom iędzy tem peraturą radiacyjną obliczoną na podstaw ie obrazu dziennego a obliczoną na podstaw ie obrazu w ieczorn ego. Rysunek 1 przedstaw ia tę zależność. Różnica tem peratu ry rad iacyjn ej roślin w zrasta w ra z ze zm n iejszen iem się w ilgotn ości gleby, c z y li im w iększa w ilgotność gleb y, tym ochłodzenie się (A T ) p o k ry w y roślinnej m niejsze. Z przeprow adzonych badań w yn ika, że m etody teled etek cy jn e nie dostarczają w y n ik ó w dotyczących w ilgotn ości g leb y z dokładnością „w a g o w ą ” . N iem n iej jednak za ich pomocą m ożna w nioskow ać z m niejszą dokładnością o w ilgotn ości g le b y lecz na stosunkowo du żym obszarze. P o ró w n u ją c obie zastosowane m etody n a leży zauw ażyć, że lepsze w y n ik i to znaczy w iększą dokładność oszacowania w ilgotn ości g leb y uzyskano w yk orzystu jąc dw a w y c ią g i fo to g r a fii w ielosp ek tra ln ej — czerw o n y i pod czerw ony. Oszacow anie w ilgotn ości g leb y na podstaw ie tego rodzaju m ateria łów teled etek cyjn ych można prow adzić z dokładnością około 3% w ilgotności g leb y w stosunku do m etod laboratoryjn ych . O graniczenia tej techniki są jednak dość poważne, gdyż m oże być ona w y k o rzy s ty w a n a w yłączn ie w warunkach, gd y g leb y nie są p o k ryte roślinnością, a zatem ty lk o w okresie w czesnej w iosn y lub późnej jesieni. M ożna ją w ięc sto sować do oceny stanu w ilgotn ości gleb w m om encie rozpoczynania w io sennego sezonu w egetacyjn ego. W b re w oczekiw aniom słabsze w y n ik i osiągnięto w przypadku w y k o rzystyw an ia obrazów w dalek iej podczerw ien i do ocen y stanu w ilgotn ości gleb. Ten fa k t można tłum aczyć zb yt n iskim i tem peraturam i pow ietrza i gruntu w czasie ob serw acji w iosennych co n ajpraw dopodobniej w p ły nęło na w yrów n a n ie kontrastu term icznego m ięd zy obszaram i g leb y o róż nym stopniu zaw ilgocenia. W lecie, gd y w ilgotność gruntu szacowano m etodą pośrednią przez tem peraturę roślin, uzyskano w y n ik i różne około 5% w stosunku do m e4 P r a c e I G iK z. 1 to m X X X I 49 AT' Rys. 1 1od laboratoryjnych . Jest to dokładność w ystarczająca do prow adzenia ob serw acji na dużych obszarach, a m etoda ta m oże być uznana jako uzu pełniająca obserw acje agrom eteorologiczne w skali regionu lub całego kroju. P o z y ty w n e w y n ik i uzyskane tą m etodą pozw alają ż y w ić nadzieję, że satelitarne zdjęcia term alne w yk on yw an e w ciągu dnia i nocy będą m o g ły być zastosowane do badań w ilgotności gleb w skali kraju w okre.sie całego okresu w egetacyjnego. L I T E R A T U R A Dejace J., M e g i e r ra iio n f r o m a irc ra ft day Sensing, M ichigan 1979. Eses J., J e n s e n J.: M a p p in g th e rm a l in e rtia and n ig th th e rm a l data. X III soil m o is tu re and e v a p o Sym posium on Rem ote J.: R e m o te S en s in g o f a g ric u ltu ra l w a te r d em a n d In fo r m a tio n — W ater Resources Research vol. 14 N o 2, 1978. M e y l a n P., M u s y A .: E tu d e de l ’h u m id ite du sol et de sa v a ria tio n te le d e te c tio n . Proceedings — Toulouse 1978. Recenzował: doc. dr hab. inż. Sta n isła w B ia łou sz par P R O C E E D IN G S O F T H E IN S T IT U T E O F G E O D E S Y A N D C A R T O G R A P H Y V o l. X X X I , N o. 1, 1984 KATARZYNA D Ą B R O W S K A -Z IE L IŃ S K A Research on the application of remonte sensing for soil moisture analysis Inform ation on soil m oisture is essential fo r m any branches o f econom ic activities. N o precise m ethad fo r the determ ination o f soil m oisture has as y e t been devised. The com m only applied laboratory tests as w e ll as electric resistance and neutron sounding g iv e values on ly fo r the m easured points. W orks on the evaluation of applicab ility o f therm ovision techniąue com bined w ith m ultispectral photography fo r the estim ation o f sub- surface and root soil horizons m oisture content h ave been undertaken b y the R em ote Sensing C entre o f the Institute o f G eodesy and C artography in W asaw and the Institute o f S oil Science and P la n t C u ltivation in Pu ław y. The experim ents have been carried out on tw o test sites: Sadłowdce and Grabów . Assumptions Interdependence has been assumed betw een soil m oisture and tem perature and the tonal rendition o f soil on the im age. In order to account fo r the aiurnal tem perature cycle the acąuisition o f therm al im ages has been planned fo r three term s during a day: before sunrise, at noon and a fter sunset. This approach should ensure recording o f data on soil therm al inertia w hich depends on soil moisture. Experiments The im a g e ry was acąuired w ith the use o f therm al camera registerin g electrom agnetic radiation w ith in the rangę 2.0— 5.6 m icrom eters. M u lti spectral im age o f the soil surface was acąuired sim ultaneously w ith the noon therm al m easurem ent. A l i the above m easurem ents w e re perform ed fo r bare soil. Ground truth on soil moisture, colour and coarseness was gathered sim ultaneously w ith the acąuisition o f aerial data. Inform ation concerning the genetic typ e of soil and its capability taxation com ple52 m ented the data set. N u m erical values w ere assigned to all the collected data. F ie ld w orks and laboratory in terpretation o f aerial m ultispectral and th erm al im ages w ere fo llo w e d b y m athem atical analysis o f results. T h e analysis was to revea ł interdependences betw een various param eters ch aracterizin g soil and its rendition on im ages. C orrelation co efficien ts and regression eąuations w ere calculated in order to establish in ter- dependences betw een soil m oisture (Y ) at tw o levels: (0— 5 cm and 5— 10 cm ) and: X i — optical density o f soil on im age acąuired in the red part o f the spectrum, X 2 — optical density o f soil on im age acąuired in the in fra red part o f the spectrum, X 3 — soil type, X 4 — soil colour, X 5 — soil coarseness. S oil m oisture was calculated according to the fo llo w in g form uła: Y = A t+ B j+ C ^ D .+ E , .4, B, C, D, E — coefficien ts o f the regression eąuation, i = X j _ 2, j — X a, Tc — X 4, I — X5 Th e calculations have confirm ed correlations betw een soil m oisture in the la y e r 0— 5 cm and the rendition o f soil on the im age. O ptical density and soil typ e sig n ifica n tly influ ence soil m oisture, w hereas such param eters as soil colour and coarseness are o f n e g lig ib le im portance. S tatistical analysis was also p erform ed on the results o f in terpretation o f therm al aerial im agery. R adiation tem perature was calculated fro m these im ages fo r in d ividu al terrain points. Th e differen ces in soil ra diation tem peratures betw een noon and even in g and betw een noon and m orn in g w ere calculated on the basis o f m u ltitem poral th erm al im ages. T h e soil radiation tem peratures w ere u n iform fo r the en tire test area during the exp erim en t period (M a y 1982); the d ifferen ces did not exceede 1°C. L a rg e (Up to 17%) d ifferen ces in soil m oisture w ere recorded in the area fo r the same period. N o sign ifican t correlation betw een radiation tem perature and soil m oisture could be docum ented because o f v e r y sm ali am plitudes o f soil radiation tem perature. Our experim ents have proven that aerial photograph y taken in the red and in frared ranges o f the spectrum is su perior to therm al im ages fo r research on soil m oisture in case o f bare soils. D u rin g summer, w hen the soil is p a rtia lly covered b y vegetation the electrom agnetic radiation re fle c te d b y the soil is in part absorbed b y vegetation . Th e sensors installed on the fly in g p la tfo rm reg ister the im age w hich carries inform ation on both soil and vegetation. 53 Radiation tem perature o f plants has been calculated fro m therm al images; transpiration data served fo r the assessment o f soil moisture. A e r ia l therm al im ages have been acąuired during the m onth o f July, three tim es a day. Corn was then grow in g on the m a jo rity o f su rveyed plots. S oil m oisture has been measured at three levels: 0— 5 cm, 5— 10 cm, and 15— 20 cm, in 25 locations. C orrelation coefficien ts and regression eąuations have been calculated to assess interdependences betw een soil m oisture at the depths: 0— 5 cm, 5— -10 cm and 15— 20 cm ( Y ) and: X x — optical density o f the im age acąuired before sunrise, X 2 — soil type, X 3 — radiation tem perature o f plants calculated fro m the m orn in g im age, X 4 — differen ce betw een radiation tem peratures o f plants registered at noon and before sunrise, X 5 — differen ce betw een radiation tem peratures o f plants registered at noon and a fter sunset, X B — optical density of the im age acąuired in the evening, X 7 — radiation tem perature o f plants calculated from the even in g image, X 8 — differen ce betw een radiation tem peratures o f plants registered in the even in g and before sunrise, X g — optical density o f the im age acąuired at noon, X 10 — radiation tem perature o f plants calculated fro m the noon im age. Soil m oisture has been calculated according to the fo llo w in g form u ła: Y = A i+B j+C , A, B, C — coefficients o f the regression eąuation, j = X i i3_ 10; j = Xs Y = A i + B 5.+ C fc+ D t+ £ , The analysis o f im portance of individu al regression coefficien ts has been carried out and standard deviations o f the variab le Y have been calculated. H igh degree o f correlation has been established betw een soil m oisture at all three levels and the differences o f radiation tem peratures betw een noon and evening; the correlation w ith the differen ce of tem peratures betw een noon and m orning was much less significant. H igh prop ortion ality has also been established betw een soil m oisture and th e even in g radiation tem perature o f soil. The registered am plitudes o f ra diation tem peratures w ere, how ever, to sm ali in comparison w ith th e spread o f soil m oisture to ju s tify positive conclusions. This research has proven that the d ifferen ce betw een radiation tem peratures of plants calculated fr o m the noon im age and that calculated fro m the even in g im age is the best indicator o f soil moisture. The am plitudes o f the ra diation tem perature o f plants inerease w ith the decreasing soil m oistu re 54 content w hich means that high er soil m oisture results in lo w e r heat emission b y plants. Rem ote sensing methods fa cilita te conclusions concerning soil m oisture content. F o r bare soils, the best results in the assessment o f soil m oisture have been achieved on the basis o f dnterpretation o f m ultispectral im ages taken in the red and in fra red ranges o f the spectrum . S oil m oisture content calculated b y this m ethod d iffe rs b y 3% fro m that calculated on the basis o f lab ora tory tests. Th e calculation o f soil m oisture in sum m er months has been based on the radiation tem perature o f plants and the results d iffe r fro m these o f lab ora tory tests b y 5%. T h e accuracy of the described m ethod is su fficien t fo r la rge area su rveys and can be used to supplem ent country scalę. agrom eteorological observations on region a l and Translation: W iesła w a S u jk ow s k a K A T A J K M H A flO M B P O B C K A -3 E J IH H B C K A MCII0JIB30BAHME METO/JOB .ĄMCTAHIJMOHHOrO 30HAMP0BAHMH flJIH MCCJIE^OBAHMH BJIA5KHOCTM IIOHB HA TECTOBOM ITOJIMrOHE CAflJIOBMIJE M TPAByB P e 310 m e B IJeHTpe o6pa6oTKn a3p0K0CMMHecKMx MaTepnaJiOB HanaTa pa6oTa no on p efle-leH H IO npKrO flH O C TM T e X H H K flHCTaHIJMOHHOrO 3 0 H flM p0 BaHMH «J IH O n p efleJ ieH M H BJjaJK- h o c th noHB. R n a n oTiB He noKpbiTbix pacTMTenbHOCTbio 6bijin BbinojiHeubi mhoi-ocneKTpajibiibie chmmkm m TenjiOBbie ciihm kh TpexK paTno b Te>ienne cyTOK.. P e 3 y jib TaTbi BbijiK o6pa6oTaiibi CTaTMCTWHecKH. BbijiM nojiyneH bi KoppejiHU,MM M ejKfly BJiaJKHOCTbw noHBbi m onTKHecKOfł njlOTHOCTbH) b flwana30He K p acnoro n MHcfjpaKpacHoro H3jiyHeHMH. Jlynrne pe3yjibTaTbi 6 łijih n o jiy^ eu b i npw npiiMeiieHMH M HorocneKTpanbHOii TexnHKM, neM TenjiOBOfł. 3aT0 fljiH nono nOKpbiTbix pacraTeJibnocTbio n ojiyn en a BbicoKan KoppeJiHi^MH MejKfly BJiajKHOCTbK) no'iB h pa3Hmneii paflnai;MOHHOM TeMnep a T yp w M e x p y 3aperKCTpiip0BaHH0ii Ha a m b ro m n3o6pajKeHMM w 3aperncTpjipoB anHOfł Ha BenepneM M3o6pa>KeHMM. Heivi 6bicTpee oxjia5KfleHKe pacTMTejibnoro noKpoBa, TeM BjiajKHOCTb nOHBbi MeHbrne. IlepeBOfl: R ó ża T o ls tik o w a