Design and realization of monitoring system for measuring air temperature and humidity, wind direction and speed

An air humidity sensor based on the capacity principle and programmable digital air temperature sensors are designed in the work. The wind direction and wind speed sensor (anemometer) is based on the optoelectronic principle. Sensors register frequency impulses from the wind fan of the anemometer. Methods and materials conformable with modern electronics and informatics were used. The method of linear regression was used for calibration of sensors. The accuracy of an air temperature sensor was found better than 0,1 °C in the range from ‐55 to 125 °C, and an air humidity sensor was better than 1 % in the range from 0 to 98 %. The anemometer works in the range of wind velocity from 0 to 150 km.h−1 with accuracy better than 1 % to 90 km.h−1 and over 90 km/h better than 3 %. First of all these sensors were proposed for automatic weather stations widely used in the sector of agriculture (microclimatic weather stations), industry and for other technological operations where monitoring of temperature, wind speed, wind direction and humidity is required. The sensors will be used as models for educational purposes at the lessons of biometeorology and climatology too. Oro temperatūros ir drėgnio bei vėjo krypties ir greičio matavimo stebėsenos sistemos kūrimas Santrauka Straipsnyje aprašomi sukurtieji oro drėgnio, oro temperatūros bei vėjo krypties ir vėjo greičio (anemometras) jutikliai, pagrįsti optiniu-elektroniniu principu. Jutikliai registruoja anemometro menčių sukeliamus dažnio impulsus. Kuriant įrenginį taikyti nūdienos elektronikos ir informatikos metodai ir medžiagos. Jutikliai kalibruoti remiantis tiesinės regresijos metodu. Nustatytas oro temperatūros jutiklio, matuojant nuo –55 iki 125 ºC, tikslumas buvo didesnis nei 0,1 ºC, o oro drėgnio jutiklio, matuojant nuo 0 iki 98 % , – didesnis nei 1 %. Matavimo anemometru ribos yra nuo 0 iki 150 km/h, tikslumas – didesnis nei 1 %, kai vėjas siekia iki 90 km/h greičio, bei didesnis nei 3 %, kai vėjo greitis viršija 90 km/h. Jutiklius rekomenduota naudoti automatinėse mikroklimatinių sąlygų matavimo stotyse, plačiai taikomose žemės ūkyje, pramonėje bei kitiems tikslams, kai būtini temperatūros, vėjo greičio, vėjo krypties bei drėgnio matavimai. Jutikliai bus naudojami ir švietimo tikslams, dėstant biometeorologiją bei klimatologiją. Reikšminiai žodžiai: oro drėgnio jutiklis, oro temperatūros jutiklis, mikroklimatinių sąlygų nustatymo stotys, vėjo krypties jutiklis, optinis-elektroninis principas. Проектирование и реализация системы мониторинга для измерения температуры воздуха, атмосферной влажности, направления и скорости ветра Резюме Описаны сенсоры атмосферной влажности, температуры воздуха, а также скорости и направления ветра (анемометр), который работает по опто-электронному принципу. Сенсоры фиксируют частные импульсы, создаваемые лопатками анемометра. Для создания аппарата были применены новейшие методы и материалы современной электроники и информатики. Для калибрации сенсоров был использован метод линейной регрессии. Установленная точность сенсора температуры воздуха была больше, чем 0,1 ºC, в пределах от 55 до 125 ºC, а точность сенсора атмосферной влажности была больше, чем 1 %, в пределах от 0 до 98 %. Пределы измерения анемометра составили от 0 до 150 км/ч, точность – больше, чем 1 %, когда скорость не превышала 90 км/ч, и больше, чем 3 %, когда скорость превышала 90 км/ч. Созданные сенсоры рекомендуется использовать в качестве оборудования станций для измерения микроклиматических условий. Такие станции широко используются в сельском хозяйстве, промышленности и для других целей, требующих измерения температуры или влажности воздуха, скорости и направления ветра. Сенсоры будут также использоваться при изучении студентами курсов по биометеорологии и климатологии. Ключевые слова: сенсор атмосферной влажности, сенсор температуры воздуха, станции для измерения микроклиматических условий, сенсор направления ветра, опто-электронный принцип. Firstd Published Online: 14 Oct 201

Parameterization of crop simulation model “Ceres‐Maize” in Nitra‐Dolná Malanta

Nowadays more than ever production of food depends on reasonable usage of sources. Processes like climate change, climate variability, carbon retention, long‐time food safety are becoming more and more important. Determining of reasonable crop strategy can have a significant social and economic effect. Computer‐simulative models of systems soil/plant/atmosphere can help in processes like crop growth or development. Crop simulation model CERES‐Maize program part of DSSAT v.4 was used to simulate potential maize grain yield. Field trials of Slovak Agricultural University in Nitra ‐ Dolna Malanta were used for parameterization of the model. Model inputs included TMIN‐minimal daily temperature, TMAX‐maximal daily temperature, SRAD‐sun radiation and RAIN‐daily sum of precipitation called as ‘minimum data set’ were built into weatherman program shell. These weather data are basic for the model running. Other important input data included the soil data and agrotechnological data. Outputs of the model show that measured and simulated maize grain yields have a very close relationship. Mean relative difference from all these years reached 7,76 %. Simulated grain yields are a little bit higher in all years as compared with field trial yields. This fact can be explained by the influence of a harmful disease and insects. Successful parameterization is a good base for climate change impact studies. Pasėlių modeliavimo modelio ceres-maize parametrizavimas nitra dolná malantoje Santrauka Pastaruoju metu labiau nei bet kada maisto gamyba turi būti pagrįsta tinkamu išteklių panaudojimu. Vis svarbesni tampa tokie procesai, kaip klimato šiltėjimas, jo nepastovumas, anglies kaupimasis ir saugus maisto produktų laikymas ilgą laiką. Nustačius pagrįstą pasėlių auginimo strategiją, galima pasiekti žymų socialinį ir ekonominį efektą. Kompiuteriniai sistemos dirvožemis–augalas–atmosfera modeliai gali padėti auginant pasėlius ar plečiant jų plotus. Potencialiam kukurūzų grūdų derliui modeliuoti buvo taikytas pasėlių modelis CERES-Maize, kuris yra dalis DSSAT. Slovakijos žemės ūkio universiteto Nitra Dolna Malantoje lauko sąlygomis atliktų tyrimų duomenys buvo naudoti modeliui parametrizuoti. Modelio įvesties duomenis sudarė TMIN – minimali dienos temperatūra, TMAX – maksimali dienos temperatūra, SRAD – saulės radiacija ir RAIN – suminiai dienos krituliai. Tai vadinamasis minimalus duomenų rinkinys, kurio reikia meteorologinėms sąlygoms aprašyti, jis yra būtinas sėkmingam modeliavimui. Kiti svarbūs įvesties duomenys – dirvožemio ir agro- -technologiniai duomenys. Modelio rezultatai parodė, kad apskaičiuotasis ir sumodeliuotasis kukurūzų grūdų derliai yra glaudžiai susiję. Vidutinis santykinis nuokrypis per visus šiuos metus siekė 7,76 %. Sumodeliuotas grūdų derlius visais metais buvo šiek tiek didesnis, palyginti su lauko eksperimentų duomenimis. Tokius rezultatus galima paaiškinti pavojingų ligų ir vabzdžių antpuoliu. Sėkmingas modelio parametrizavimas gali tapti puikiu pagrindu studijuojant klimato kaitos poveikį. Параметризация модели “ceres-maize” для моделирования урожая зерна в нитре (долна маланта) Резюме В последнее время больше чем когда-либo производство пищевых продуктов должно быть основано на правильном использовании природных ресурсов. Все более важными становятся такие процессы, как потепление и неустойчивость климата, скопление углерода и безопасность пищевых продуктов. Определив обоснованную стратегию для производства зерна, можно достичь значительного социального и экономического эффекта. Компьютерные модели системы почва/растение/атмосфера могут способствовать выращиванию посевов и рaсширению их площадей. Для моделирования потенциального урожая кукурузы была применена модель “CERES-Maize” , являющаяся 4-й частью DSSAT. Для параметризации модели были использованы данные, полученные во время эксперимента, проводившегося в полевых условиях в Словацком аграрном университете в городе Нитрe (Долна Маланта). Исходными данными модели были TMIN – минимальная температура дня, TMAX – максимальная температура дня, SRAD – солнечная радиация, RAIN – суммарные осадки дня. Это так называемый набор минимальных данных, необходимых для описания метеорологических условий и успешного моделирования. Другими важными исходными данными являлись аграрно-технологические свойства и данные почвы. Результаты показали, что измеренный и смоделированный урожаи зерна аналогичны. Среднее относительное отклонение за все время составило 7,76 %. Смоделированный урожай был несколько больше пo сравнению с данными эксперимента. Это можно объяснить возможностями опасных болезней растений и вредом, наносимым насекомыми. Успешная параметризация модели может стать основой для исследования влияния потепления климата. First Published Online: 14 Oct 2010 Ключевые слова: моделирование урожая зерна, DSSAT 4, “CERES-Maize”, параметризация, погода, почва, аграрные технологии. Reikšminiai žodžiai: pasėlių modeliavimas, DSSAT 4, CERES-Maize, parametrizavimas, oro sąlygos, dirvožemis, žemės ūkio technologijos

Evaluation of N2O emissions by DNDC model for sandy loam soils of danubian lowland

Except for food production the sector of agriculture contribute significantly to emissions of some Greenhouse gases (GHGs), especially N2O. Agricultural practices (especially increase of N consumption in the sector) are now recognized as a major factor influencing increase of N2O emissions into the atmosphere. Estimates of greenhouse gas emissions from the agricultural sector both at a local and regional level are necessary to create possible mitigation strategies with respect to environmental efficiency and economic possibility. We used the DNDC (DeNitrification and DeComposition) model that simulates a full carbon (C) and nitrogen (N) balance, including different C and N pools, and the emissions of all relevant trace gases from soils as NH3, N2O, NO, NO2 and N2. However, for this study only N2O was considered. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC, 1997) includes methodologies for calculating both direct and indirect emissions of N2O related to agricultural production. Finally, the modeled emissions by DNDC were compared with those estimated according to IPCC methodology at a regional level. The rules of a good practice in GHGs inventory in agriculture were taken into account. The N2O emissions estimated by DNDC model ranged 0,09–0,68 kg N2O‐N/ha yr with an average value of 0,28 kg N2O‐N/ha yr. The N2O emissions estimated according to IPCC methodology ranged 0,46–2,86 kg N2O‐N/ha yr with an average value of 1,66 kg N2O‐N/ha yr. Simulated N2O emissions were lower than the N2O emissions estimated by IPCC methodology (1997). The simulated N2O emissions ranged 0,04–0,51 % of the total N applied to a field as a mineral N‐fertilizer. If DNDC and IPCC emissions are compared in this study, it can be concluded that simulated (DNDC) emissions are in the range of default emission factors (1,25 ±1 %) defined by IPCC methodology (1997), except for 2002. N2O emisijų iš priesmėlio dirvožemių Dunojaus žemumoje įvertinimas, taikant DNDC modelį Santrauka Dėl žemės ūkio sektoriaus, išskyrus maisto gamybą, kai kurių šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ŠED), ypač N2O, emisijos labai padidėja. Žemės ūkis (ypač sektoriuje didinant naudojamo N kiekius) dabar laikomas pagrindiniu veiksniu, turinčiu įtakos didėjančiai N2O emisijai atmosferoje. Atsižvelgiant į ekonomines galimybes ir aplinkos apsaugos efektyvumą vietiniu ir regioniniu lygiais būtina sukurti ŠED mažinimo strategiją. Taikytas DNDS (denitrifikacijos ir destruktūrizaci jos) modelis, imituojantis anglies (C) ir azoto (N) balansą, įskaitant skirtingas C ir N sankaupas, ir visų tiesiogiai susijusių dujų, tokių, kaip: NH3, N2O, NO, NO2 ir N2 pėdsakų iš grunto emisijas. Tačiau šiame tyrime buvo atsižvelgta tik į N2O. Tarpvyriausybinė klimato kaitos tyrimų specialistų grupė (IPCC, 1997) parengė tiesioginės ir netiesioginės N2O emisijos, susijusios su žemės ūkio gamyba, apskaičiavimo metodikas. Galiausiai pagal DNDS modeliuotos emisijos buvo palygintos su įvertintomis pagal IPCC metodiką regioniniu lygiu. N2O emisija, nustatyta pagal DNDS modelį, kito nuo 0,09 iki 0,68 kg N2O–N/ha m, vidutinė vertė – 0,28 kg N2O–N/ha m. N2O emisija, nustatyta pagal IPCC metodiką, kito nuo 0,46 iki 2,86 kg N2O–N/ha m, vidutinė vertė – 1,66 kg N2O–N/ha m. Sumodeliuotoji N2O emisija buvo mažesnė nei N2O emisija, įvertinta pagal IPCC metodiką (1997), ir kito 0,04–0,51 % nuo bendrojo N, naudoto lauke kaip mineralinė N trąša. DNDS ir IPCC emisijų palyginimas leidžia teigti, kad sumodeliuotųjų (DNDS) emisijų kitimas atitinka pagal IPCC metodiką (1997) nustatytųjų emisijų ribas (1,25 ± 1 %), išskyrus 2002 metus. Reikšminiai žodžiai: N2O emisija, DNDS modelis, klimato kaita, šiltnamio efektą sukeliančios dujos (ŠED), IPCC metodika, emisijos veiksniai. Оценка с использованием модели ДНДС эмиссий N2O из почвы в низменности Дуная Резюме Сектор сельского хозяйства в значительной мере способствует эмиссии газа, в особенности N2O, вызывающего парниковый эффект. Для оценки эмиссии этого газа из сектора сельского хозяйства на местном и региональном уровнях необходимо создать возможную стратегию уменьшения эмиссий, обращая внимание на эффективность охраны окружающей среды и экономические возможности. Нами использована модель ДНДС (денитрификации и деструктуризации), которая имитирует полный баланс углерода (C) и азота (N), включая различные скопления C и N и других газов, таких как NH3, N2O, NO, NO2 и N2, а также следы эмиссий из грунта. В этом исследовании внимание уделялось лишь N2O. Межправительственная группа по изменению климата (IPCC, 1997) подготовила методики для расчета прямой и косвенной эмиссии N2O, связанной с сельскохозяйственным производством. Эмиссии, смоделированные с использованием ДНДС, были сравнены с эмиссиями, оцененными по методике IPCC, на региональном уровне. При этом основывались на правилах удачной практики, применявшейся во время инвентаризации газа парникового эффекта в сельском хозяйстве. Эмиссия N2O, установленная с использованием модели ДНДС, изменялась в пределах от 0,09 до 0,68 кг N2O-N/гa м, ее среднее значение было 0,28 кг N2O-N/гa м. Эмиссия N2O, установленная по методике IPCC, изменялась в пределах от 0,46 до 2,86 кг N2O-N/гa м, среднее значение было 1,66 кг N2O-N/гa м. Смоделированная эмиссия N2O была меньше, чем эмиссия N2O, рассчитанная по методике IPCC. Смоделированная эмиссия N2O менялась в пределах от 0,04 до 0,51 % от общего N, который использовался как минеральное удобрение. Сравнение эмиссий, полученных по методикам ДНДС и IPCC, позволяет утверждать, что смоделированные эмиссии (ДНДС) изменяются в пределах факторов эмиссии, указанных по методике (1,25 ± 1 %) IPCC (1997), за исключением 2002 года. Ключевые слова: эмиссия N2O, модель ДНДС, потепление климата, газ, способствующий парниковому эффекту, методика IPCC, факторы эмиссии. Firstd Published Online: 14 Oct 201

Seasons of Drought in Slovakia During the Period from 1957 to 2016

The aim of the paper was to describe the occurrence of dry seasons in Slovakia. Dry seasons in the period from 1957 to 2016 were determined according to the monthly Palmer Drought Severity Index (PDSI). For this purpose, ten sites based on limit climatic parameters were chosen – Bratislava, Piešťany, Hurbanovo, Čadca, Sliač, Boľkovce, Poprad, Košice, Milhostov, and Kamenica nad Cirochou. The results showed the alternation of dry and wet episodes and the variability of weather not only over time, but also over space. The analysis of linear trends showed that the arid trend was identified on most sites (9 localities)

Influence of Climate Warming on Grapevine (Vitis vinifera L.) Phenology in Conditions of Central Europe (Slovakia)

The impact of warming on the phenology of grapevine (Vitis vinifera L.) in conditions of central Europe was evaluated at the locality of Dolné Plachtince in the Slovakian wine region. In Welschriesling and Pinot Blanc model varieties, the onset of phenophases as defined in the BBCH scale over the period of 1985 to 2018 was observed. Based on the data obtained, the influence of the average and average maximum temperature and GDD on the onset of phenophases was evaluated. The results observed indicate earlier budburst by five to seven days, earlier beginning of flowering by 7 to 10 days, earlier berry softening by 18 days, and harvest dates advanced by 8 to 10 days on average. In both varieties, the highest influence of the average monthly temperature in March on budburst, the highest influence of the average monthly temperature and the average maximum temperature in May on the beginning of flowering, and the highest statistically significant influence of the average maximum temperature in June on the softening of berries was found. Warming observed in moderate climate conditions of northern wine regions in central Europe (Slovakia) has not yet caused changes in the grapevine phenology stable enough to require serious adaptation measures

Changes and Interactions between Grassland Ecosystem Soil and Plant Properties under Long-Term Mineral Fertilization

Grasslands intensification by use of mineral fertilization has contributed substantially to the increase in forage production. Intensification, however, can degrade the other beneficial functions or soil properties. The effects of mineral fertilization on soil and plant chemical qualities of a permanent wet grassland (Festucetum pratense association) were investigated in Slovakia. The grassland was treated using 3 different N, P, and K rates of mineral fertilizers in kg. ha−1. yr−1 plus the Control (0NPK) almost over 60-year period (1961–2017). The N, P, and K rates in low NPK treatment (LNPK) were N50, P15.4, and K 41.5, in the medium NPK treatment (MNPK) were N100, P30.8, and K83, and in the high NPK treatment (HNPK) were N200, P 61.6, and K 166, respectively. Overall, soil variables (pH, soil organic carbon, plant-available K) showed the most significant changes. A more balanced development was observed in case of soil total nitrogen, C:N ratio, and plant-available P. ANOVA revealed a significant effect between treatments only on plant-available P. In the case of plant functional group development, long-term mineral addition significantly disfavors legumes and forbs. However, analyses of the botanical composition over the last 5 years showed that legume cover significantly differs only in the HNPK treatment. Plant C:P, N:P, and N:K ratios were significantly reduced when fertilizers were added. In terms of grasslands yields, the highest biomass and content of macronutrients were obtained under the HNPK rates. However, with regard to the quality and quantity of the soil organic matter, the most appropriate treatment has been with the MNPK rates. Our findings demonstrate that medium fertilization seems to be an acceptable compromise to meet both productivity and environmental aspects and to connect ecological benefits with social benefits in the long term

Grape Quality Parameters in Western Carpathian Region under Changing Climatic Conditions as Influenced by Drought

Western Carpathians are historically the northern range traditional grapevine growing areas since the Middle Ages. The mean anual temperature has increased by about 1.1°C during the last century in Slovakia. Elevated temperature impacted the growing conditions of grapevine. Together with the increased temperatures, higher frequency of drought periods and parameters are evident. Traditional grape producing areas are facing new challenges. Except for the accelerated grapevine phenology, pathogene infection pressure and occurence of pests including new ones, as well as the quality of grapes influencing wine quality, are changing. In order to evaluate the drought impact on the quality parameters of grapes the locality of the Cultivar Testing Station in Dolné Plachtince which belongs to the Central Slovakian grape producing region was chosen. Interanual variability of the drought impact on the grape quality was evaluated according to Palmer drought severity index (PDSI). The 1990-2014 period was used as a basis for evaluation. The period with the phenological phase crucial for the grape quality formation was determined. Two groups of cultivars with different ripening periods were selected. Pinot Gris, Muscat Ottonel Weiss, Müller Thurgau represented the early ripening cultivars (OIV earliness code 4 and 5), whereas Grüner Veltliner, Riesling, Welschriesling represented the late ripening cultivars (OIV code 8 and 9) were used. The cumulative values of PDSI for the crucial periods were calculated. The PDSI values as well as the sugar and acid contents were correlated to find the strength of relation between them. Short drought periods did not influence the grape quality significantly, while long drought periods caused a decrease of the acid content and an increase of the sugar content. Though the tendency was clear, the correlation level was mostly low. The most sensitive period in this sense was July-September; however, it was influenced by the ripening term of individual cultivars. The results suggest the necessity of a thorough approach to cultivar selection, taking into account its vitality and ability to preserve a satisfactory acid content in grapes by the harvest date