научная статья по теме ОПЫТ ЦИФРОВОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ОПЫТ ЦИФРОВОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2009, № 2, с. 198-210

ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ

УДК 631:48

ОПЫТ ЦИФРОВОГО КАРТОГРАФИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ

ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА*

© 2009 г. Н. П. Сорокина1, Д. Н. Козлов2

1Почвенный институт им. ВВ. Докучаева РАСХН, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7 2Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991, Москва, Ленинские горы

Поступила в редакцию 05.03.2008 г.

Рассматриваются методические проблемы крупномасштабной почвенной картографии при переходе к цифровым методам картографирования (DSM). На конкретном объекте (полигон 30 км2 в ареале дерново-подзолистых почв) с большой фактической базой почвенного обследования (996 точек) продемонстрированы два варианта получения карт почвенных комбинаций (ПК). 1) Исходные состояния почвы задаются через таксономические единицы классификации (подтип почвы); ПК для каждой операционной ячейки растра определяются соотношением вероятностей ее принадлежности к определенной таксономической единице. Подобный подход применен, по-видимому, впервые. 2) Исходные состояния почвы задаются через градации экологически значимых морфологических признаков профиля (степени оглеения и смытости/намытости). На интегральной карте представлены ареалы агроэкологических групп ПК. Картографические результаты сопровождаются картосхемами вероятности прогноза. Полученные цифровые карты обнаруживают удовлетворительную сходимость с ранее составленными картами СПП.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие почвенно-картографических исследований в настоящее время тесно связано со становлением цифровой почвенной картографии -Digital Soil Mapping [3, 24, 27-29]. Лагашери с соавт. [30] определяют цифровое картографирование почв как "создание и развитие пространственных почвенных информационных систем -spatial soil information systems". Подчеркивается, что расширение возможностей современных информационных систем позволяет перейти от хранения и использования оцифрованных почвенных карт к непосредственному производству почвенных карт, что и является основной целью цифрового почвенного картографирования.

Специфика цифрового почвенного картографирования (ЦПК) заключается в использовании возможностей современных технологий для пространственного количественного анализа почвенного покрова на разных этапах исследования: GPS, полевые сканеры и др. - при сборе первичной полевой информации; цифровые модели рельефа, материалы дистанционного зондирования и др. - как источники цифровой информации о факторах среды; ГИС, геостатистика, математические и статистические модели - для унифицированного хранения информации и обработки данных.

О растущем интересе к новой стратегии картографирования свидетельствует увеличение количества публикаций и ставшие регулярными меж-

* Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ < 08-04-01377а.

дународные симпозиумы по педометрике и цифровой почвенной картографии [23, 24, 26].

В настоящее время имеется, преимущественно у зарубежных авторов, определенный опыт применения ГИС-технологий в крупномасштабной почвенной картографии [12, 13, 23-32]. Справедливо указывается на разнообразие целей почвенной картографии и необходимость создания специальных почвенных карт для решения узких практических задач. Большинство исследований посвящено картографированию отдельных свойств, но имеются работы по составлению почвенных карт в традиционном понимании - с выделением ареалов (картографических единиц), соответствующих выде-лам (таксонам) почвенной классификации [36]. Нерешенной остается задача картографирования структуры почвенного покрова (СПП).

Данная проблема особенно актуальна для отечественной почвенной картографии. Развитие русской почвенно-картографической школы второй половины XX в. связано с концепцией СПП [19-21], согласно которой на картах в виде дискретных ареалов отражаются почвенные комбинации (ПК) - систематизированные единицы почвенного покрова разных уровней организации. Важная задача, стоящая перед почвоведами-картографами, - при переходе к широкому использованию современных технологий сохранить накопленные знания об объекте, методологию СПП и методические достижения "традиционной" картографии.

Цель настоящей статьи - на экспериментальном региональном материале рассмотреть воз-

можности отражения СПП на крупномасштабных почвенных картах при использовании методов цифрового картографирования. Рассматриваются:

1) количественные методы выявления, типизации и картографирования неоднородностей почвенного покрова, а также агроэкологических групп ПК;

2) составление региональной модели почвенно-ланд-шафтных связей; 3) результаты оценок точности получаемых данных.

Обосновывая важность поставленной задачи, следует кратко остановиться на научном и практическом значении карты СПП. К этому нас побуждают бытующие представления о возможности при использовании ГИС отказаться от составления базовой почвенной карты, заменив ее системой карт отдельных показателей. Данный подход определен Горячкиным [1] как "парциальный", не отражающий особенностей почвенного покрова. Необходимость создания карты СПП оправдана как практическими целями (в частности, типизации земель, требующей дискретных выделов для почвенно-экологического "зонирования" территории), так и инвентаризационными и познавательными. Объект - почва, почвенный покров - не распадается на отдельные свойства и поддается учету и инвентаризации; сохраняется язык почвенной классификации, что дает возможность широкой географической экстраполяции. При мониторинге почвенного покрова предметом наблюдения должны быть не только отдельные свойства, но и трансформация ПК [5]. Кроме того, карта СПП, представленная неоднородностя-ми почвенного покрова разных уровней, характеризуется большой информативностью в отношении экологических условий изучаемой территории. Негативные, деградационные процессы и явления нередко связаны не с преобладающими, а с сопутствующими компонентами почвенного покрова. С этих позиций большое значение имеет разработка экологически ориентированной типизации почвенных неоднородностей.

Методические проблемы крупномасштабной почвенной картографии. Концепция СПП оказала большое влияние на почвенное картографирование в разных масштабах. В отличие от прежних методических подходов [7], методология СПП обязывает к строгому определению объекта картографирования, учету уровней организации при выделении и систематизации почвенно-географических единиц (почвенных комбинаций), а также факторов дифференциации почвенного покрова, качественно-количественному анализу почвенно-ландшафтных связей.

На крупномасштабных почвенных картах в качестве основного объекта картографирования рассматриваются микроСПП (или элементарные почвенные структуры - ЭПС), а также крупные элементарные почвенные ареалы (ЭПА), соизме-

римые с элементами мезорельефа. Алгоритм картографирования включает следующие блоки: 1) инвентаризацию имеющихся данных; 2) систематизацию факторов-индикаторов: группировки рельефа, литологии, растительности, типов фотоизображения (адаптированные к задачам почвенного картографирования); 3) составление контурных (факторных) основ; 4) маршрутно-клю-чевые полевые исследования с учетом СПП; 5) разработку ландшафтной индикации и вероятностной модели почвенно-ландшафтных связей (ПЛС) с учетом уровней организации почвенного покрова и факторов-индикаторов; 6) интерполяцию закономерностей на изучаемую территорию на основе модели ПЛС; составление авторского оригинала почвенной карты; 7) оценку точности почвенной карты; 8) интерпретацию почвенных карт [6, 18].

Главные методические проблемы крупномасштабного почвенного картографирования СПП связаны с типизацией почвенных неоднородно-стей и построением ландшафтно-индикационной модели. Заведомо выборочный характер почвенного опробования и необходимость интерполяции точечных данных (разрезов) на территорию делает проблему ландшафтной индикации центральной в процессе картографирования [15, 16]. Методическая сложность разработки ландшафтно-индикационной модели связана, во-первых, с вероятностной природой почвенно-ландшафтных связей; во-вторых, с проблемой отбора наиболее информативных индикаторов из числа многообразных характеристик факторов дифференциации почвенного покрова. При этом внутренне неоднородный объект картографирования (ЭПС) является своего рода "посредником", позволяющим преодолеть несоответствие уровней организации при интерполяции точечной информации, характеризующей ЭПА, с использованием контуров "факторных" основ, соизмеримых с ЭПС. Насущной проблемой остается оценка качества почвенных карт.

Методический аппарат для создания крупномасштабных почвенных карт с отражением СПП. Использование методов ЦПК предполагает формализацию упомянутых методических проблем. В первую очередь, к ним относятся: 1) выявление факторов дифференциации почвенного покрова и поиск ландшафтно-индикационных характеристик, наиболее информативных для диагностики СПП; 2) учет вероятностного характера приуроченности структур (категорий) почвенного покрова к выявленным состояниям факторов среды (ландшафтно-индикационных свойств); 3) оценка точности получаемых результатов.

1. Решение первой задачи опирается на анализ статистических моделей, связывающих изменчивость состояний почвенного покрова, выявленных при полевых описаниях, с изменчивостью разно-

о 1 .2 4----- О 6 7

Рис. 1. Положение двух типов иочв в пространстве двух индикационных характеристик рельефа. Точки почвенного опробования (обучающая выборка): 1 - Пд, 2 - Пдг; 3 - средние значения индикационных характеристик каждого типа почвы (М); 4 - область значений характеристик М ± а, М ± 2а, М ± 3а (а - стандартное отклонение); 5 - границы области интерполяции индикационного пространства; 6 - точки обучаемой выборки; 7 - виртуальный фактор, определяющий различие двух типов почв (дренируемость позиции рельефа).

образных характеристик факторных основ, в качестве которых чаще всего используют морфо-метрические характеристики рельефа, свойства почвообразующих пород, растительности и климата. Обычно при этом используются методы множественной регрессии, дискриминантного и корреляци

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком