Complex Assessment of Soil Moisture Conditions in the Rákos Stream Catchment  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
124803
Type FK
Principal investigator Waltner, István
Title in Hungarian Talajnedvesség viszonyok komplex vizsgálata a Rákos-patak vízgyűjtőjén
Title in English Complex Assessment of Soil Moisture Conditions in the Rákos Stream Catchment
Keywords in Hungarian talajnedvesség, távérzékelés, hidrológia, digitális térképezés
Keywords in English soil moisture, remote sensing, hydrology, digital mapping
Discipline
Soil sciences, soil biology, soil chemistry, soil physics (Council of Complex Environmental Sciences)100 %
Panel Complex agricultural sciences
Department or equivalent Vízgazdálkodási Tanszék (Hungarian University of Agriculture and Life Sciences)
Participants Darócziné dr. Simon, Barbara
Grósz, János
Halupka, Gábor Ernő
Horel, Ágota
Sebők, András
Tarnawa, Ákos
Vekerdy, Zoltán
Starting date 2017-09-01
Closing date 2022-08-31
Funding (in million HUF) 39.975
FTE (full time equivalent) 10.89
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A talajnedvesség egy kritikus jelentőségű hidrológiai paraméter, melynek rendkívül nagy mezőgazdasági és környezeti jelentősége van. Valamennyi talajnedvesség-mérő módszer rendelkezik korlátokkal egy idealizált folytonos négydimenziós (tér-idő) adatmezőhöz képest, melyből a mezőgazdaság, környezettudomány és a vízgazdálkodási döntések számára nyerhetnénk információkat. A terepi mérések például pontszerű adatokat szolgáltatnak, a távérzékelési adatok csak a felszínről szolgáltatnak adatokat stb. A hipotézisünk, hogy korlátozott mennyiségű terepi adat felhasználásával és hidrológiai modellezéssel kombinált digitális térképezéssel, az ingyenesen elérhető műholdas adatok felhasználhatóak rendszeres, részletes talajnedvesség adatok szolgáltatására.
A javasolt projekt célja egy többrétegű megközelítés alkalmazása, mely kombinálná a műholdas (elsősorban Sentinel 1-3), drónról végzett termális infravörös felvételek és terepi mérések alkalmazását geostatisztikai és hidrológiai modellező módszerekkel, és egy integrált, kipróbált módszertan kialakítása. A választott mintaterület a Rákos-patak kicsi, de összetett vízgyűjtő területe.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Célkitűzés 1. Földmegfigyelési módszerek alkalmazási lehetőségeinek vizsgálata talajnedvesség becslésére
Célkitűzés 2. Egy többszintű talajnedvesség monitoring rendszer kialakítása
Célkitűzés 3. Módszertan kidolgozása a földmegfigyelési adatok optimális kombinációjára hidrológiai modellezéssel és digitális térképezési módszerekkel, terepi mérésekre alapozva, a talajnedvesség talajszelvény-szintű becslésére, különös tekintettel a gyökérzónára.
Célkitűzés 4. Talajnedvesség-dinamika vizsgálata a Rákos-patak vízgyűjtőjén

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Várható eredmények:
• A távérzékelés-alapú talajnedvesség-becslési módszerek megbízhatósági vizsgálata.
• A monitoring adatok öntözési és aszálykezelési döntésekhez nyújthatnak információt.
• A távérzékelési adatok léptékének javítására felhasznált módszertan a talajnedvesség becslésére, tér- és időbeli változékonyságot is figyelembe véve.
• A létrehozott módszertan és munkafolyamatok kiterjeszthetőek más területekre is.
• Az eredmények felhasználói informált döntéseket hozhatnak a talajnedvesség dinamikájának jobb megértésével.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A talajnedvesség egy kritikus jelentőségű hidrológiai paraméter, melynek rendkívül nagy mezőgazdasági és környezeti jelentősége van. Valamennyi talajnedvesség-mérő módszer rendelkezik korlátokkal. A terepi mérések például pontszerű adatokat szolgáltatnak, a távérzékelési adatok csak a felszínről szolgáltatnak adatokat stb. A hipotézisünk, hogy korlátozott mennyiségű terepi adat felhasználásával és hidrológiai modellezéssel kombinált digitális térképezéssel, az ingyenesen elérhető műholdas adatok felhasználhatóak rendszeres, részletes talajnedvesség adatok szolgáltatására.
A projekt célja, hogy olyan módszertant dolgozzon ki, melynek segítségével olcsón elérhető adatokból tudnánk nagy területekre információt gyűjteni a talajok víztartalmáról.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Soil moisture is a key hydrological parameter of very high agricultural and environmental importance, and thus, it plays a vital role in the welfare of the society. All soil moisture measurement methods have their limitations in one way or the other in comparison to an ideally required continuous four-dimensional (spatiotemporal) data field, from which the state and rate variables required for agricultural, environmental and water management decisions could be derived. For example, in situ measurements provide point data, remote sensing methods have an access only to the surface layer, etc. Our hypothesis is, that with the use of limited field-level data and digital mapping combined with hydrological modelling, freely available satellite information can be used to provide regular, detailed information on soil water content for supporting management decisions.
The aim of the proposed project is to develop and optimize a multi-level approach to monitoring soil moisture. With a combined use of satellite (primarily Sentinel 1, 2 and 3) data, UAV-based thermal infrared and multispectral imagery and field data, the application of different geostatistical and hydrological modelling techniques and integrated method is to be developed and demonstrated on a small, but diverse catchment (Rákos stream).

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Objective 1. To assess and compare the feasibility of EO techniques for soil moisture monitoring.
Objective 2. To establish a multi-level soil moisture monitoring system
Objective 3. To develop a methodology for optimal combination of EO data, hydrological modelling, digital mapping and field validation for economically feasible monitoring of water content in the soil profile with focus on the root zone.
Objective 4. To assess soil water dynamics within the Rákos stream catchment.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Expected results:
• Accuracy assessment of EO-based prediction of soil water content.
• Monitoring data can provide information for irrigation scheduling and drought management, where applicable.
• Methodology applied for the downscaling of EO data for field-level prediction of soil moisture content, including spatial and temporal variability.
• The resulting methodology and workflows can be extended to other areas to provide soil moisture information.
• Stakeholders can make informed decisions based on better understanding of soil water dynamics and availability.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Soil moisture is a key hydrological parameter of very high agricultural and environmental importance, and thus, it plays a vital role in the welfare of the society. All soil moisture measurement methods have their limitations in one way or the other, for example, field measurements provide point data, remote sensing methods have an access only to the surface layer, etc. Our hypothesis is, that with the use of limited field-level data and digital mapping combined with hydrological modelling, freely available satellite information can be used to provide regular, detailed information on soil water content for supporting management decisions.
The aim of the project is to develop methods to collect information about soil water content from affordable resources, but to relatively lerge areas.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt során létrehozott talajnedvesség monitoring hálózat segítségével sikerült tesztelnünk olyan módszereket, melyek lehetővé teszik a talajnedvesség adatok térbeli becsélést. Kidolgoztunk egy módszertant az AquaCrop modell raszteres állományokon történő alkalmazására. Megállapítottuk, hogy a vizsgált időszakra a modellezett biomassza értékek jól korreláltak a Normalizált Vegetációs Index (NDVI) alapján számított értékekkel, ugyanakkor a növényborítás (CC %) esetében csak a kelés-bokrosodás és a szárba indulástól számított két időszakot elválasztva mutattak hasonlóan jó korrelációt. Teszteltünk egy HYDRUS-1D alapú, geostatisztikai alkalmazásra épülő módszert is. Megállapítottuk, hogy a Normalizált Nedvesség-különbség Index (NDMI) alkalmas lehet a talajnedvesség akár mélyebb rétegekben történő térbeli eloszlásának becslésére is, mint potenciális segédváltozó, ám ezt mindenképp ki kell egészíteni a releváns talajparaméterekkel is. A kialakított módszertan továbbfejlesztése várhatóan lehetővé teszi majd napi szintű, részletes talajnedvesség-térképek létrehozását.
Results in English
With the utilization of the soil moisture monitoring system established during the project, we were able to test the developed methodologies for the spatial estimation of soil moisture information. We have created a methodology for the application of the AquaCrop model on raster-based datasets. We have determined that for he observed time period, the modelled biomass values correlated well with those derived from the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). On the other hand, in case of the canopy cover (CC %), correlation was only good if the time series was split up into two between emergence/tillering and erect growth. We have also tested a HYDRUS-1D based methodology utilizing geostatistical methods. We have determined that the Normalized Difference Moisture Index (NDMI) could be suitable as a covariate for the estimation of the spatial distribution of soil moisture at different depths. However, such applications should also utilize relevant soil parameters. Further improvement of the established methodology is expected to make it possible to develop daily, detailed soil moisture maps in the future.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=124803
Decision
Yes





 

List of publications

  
Waltner István, Horel Ágota, Sebők András, Grósz János: Talajnedvesség monitoring hálózat kialakítása a Rákos-patak vízgyűjtőjén, Talajtani Vándorgyűlés, Pécs, 2018. augusztus 30 – szeptember 1., 2018
Sahar Saeidi, János Grósz, Csaba Centeri, István Waltner: Analysing land use change and geomorphometric parameters in small watersheds, In: István, Gábor Hatvani; Péter, Tanos; Ferenc, Fedor - Abstract Book of the GEOMATES 2019. International Congress on Geomathematics in Earth-& Environmental Sciences, 2019
Belayneh Geleto Mesoro, András Sebők, István Waltner: A field-level study of soil penetration resistance, moisture content and infiltration, In: Jakab, Gusztáv; Csengeri, Erzsébet (szerk.) Water management: Focus on Climate Change, Szent István Egyetem Öntözési és Vízgazdálkodási Intézet (2020) pp. 24-29., 2020
Omar Almashrequi, János Grósz, István Waltner: Analysis of topographic wetness index and vegetation indices in the Rákos and Szilas watersheds, In: Jakab, Gusztáv; Csengeri, Erzsébet (szerk.) Water management: Focus on Climate Change, Szent István Egyetem Öntözési és Vízgazdálkodási Intézet (2020) pp. 197-201., 2020
Rakotoarivony M. Ny Aina, Grósz János, Waltner István: Estimation of crop evapotranspiration using AquaCrop for the Rákos and Szilas stream watersheds, Hungary, In: Jakab, Gusztáv; Csengeri, Erzsébet (szerk.) Water management: Focus on Climate Change, Szent István Egyetem Öntözési és Vízgazdálkodási Intézet (2020) pp. 6-11., 2020
Saeidi Sahar, Grósz János, Sebők András, Deganutti De Barros Vinicius, Waltner István: A területhasználat változása a Rákos-patak vízgyűjtőjén 1990-től, TÁJÖKOLÓGIAI LAPOK / JOURNAL OF LANDSCAPE ECOLOGY 17: (2) pp. 287-296., 2019
Alfréd Szilágyi, Evelin Plachi, István Waltner, János Grósz, András Sebők, Barbara Simon: RELATIONS AMONGSOIL MOISTURE, SOIL COMPACTIONAND EARTHWORM ABUNDANCE IN CONVENTIONAL, ORGANIC AND PERMACULTURE HORTICULTURE FARMS–ANECOSYSTEM SERVICE APPROACH, In: Pekárová, P; Vitková, J; Miklánek, P (szerk.) Transport of water, chemicals and energy in the soil – plant – atmosphere system in conditions of the climate variability : book of posters from the 27th Poster Day 2020, Slovak Academy of Sciences, Institute of Hydrology (2020) p. 15., 2020
Dana Kaldybayeva, Gábor Halupka, István Waltner, Zsuzsanna Harkányiné Székely: Analysis of Vegetation Dynamics and Geomorphometric Variables in the Rákos Watershed, Hungary, In: Futó, Zoltán; Bodnár, Károly (szerk.) Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Water, 22-24. March 2022, Szarvas, Hungary, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (2022) pp. 157-164., 2022
Deganutti De Barros Vinicius, Waltner István, Minoarimanana Rakotoarivony A., Halupka Gábor, Sándor Renáta, Kaldybayeva Dana, Gelybó Györgyi: SpatialAquaCrop, an R Package for Raster-Based Implementation of the AquaCrop Model, PLANTS-BASEL 11: (21) p. 2907., 2022
Dima Alrahaife, Elsadig B.M. Omer, Jomana A. Alrwashdeh, Houssem E. Haroun, János Grósz, István Waltner: Comparison of Survey- and Photogrammetry-based elevation models for a field in Gödöllő, Hungary, In: Futó, Zoltán; Bodnár, Károly (szerk.) Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Water, 22-24. March 2022, Szarvas, Hungary, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (2022) pp. 233-237., 2022
Vinicius Deganutti De Barros, Malek Abidli, Dana Kaldybayeva, István Waltner: Comparative Evaluation of the AquaCrop and HYDRUS 1D Models at Gödöllő, Hungary, In: Futó, Zoltán; Bodnár, Károly (szerk.) Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Water, 22-24. March 2022, Szarvas, Hungary, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (2022) pp. 69-72., 2022
Sahar Saeidi, János Grósz, Zsuzsanna Harkányiné Székely, István Waltner: The Effects of Land Use and Landcover on Water Quality in the Rákos Catchment, Hungary, In: Futó, Zoltán; Bodnár, Károly (szerk.) Proceedings of the 5th International Scientific Conference on Water, 22-24. March 2022, Szarvas, Hungary, Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem (2022) pp. 221-224., 2022
Vinicius Deganutti De Barros, Malek Abidli, Gábor Halupka, Dana Kaldybayeva, János Grósz, István Waltner: Spatial modeling of soil moisture dynamics for the Rákos catchment, Hungary, In: 22nd World Congress of Soil Science, International Union of Soil Sciences (IUSS) (2022) p. 7., 2022
Deganutti de Barros Vinicius, Kaldybayeva Dana, Grósz János, Waltner István: Water footprint analysis of maize and sunflower in the Rákos stream watershed for the year of 2020, In: Jakab, Gusztáv; Csengeri, Erzsébet (szerk.) MINDEN CSEPP SZÁMÍT: IV. VÍZTUDOMÁNYI NEMZETKÖZI KONFERENCIA = EVERY DROP COUNTS: IVth INTERNATIONAL CONFERENCE ON WATER SCIENCES, Hungarian University of Agriculture and Life Sciences, Institute of Environmental Sciences Department of Irrigation and Land Improvement (2021) pp. 32-38., 2021




 

Events of the project

  
2021-11-18 14:55:37
Résztvevők változása
2020-11-03 12:22:34
Résztvevők változása



Back »