Картографирование поверхностно-карбонатных почв пашни на юге приволжской возвышенности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Цель работы – создать цифровую карту поверхностно-карбонатных почв по материалам космических съемок и на основе данных полевых исследований; сравнить и сопоставить картографирование почв дистанционными и наземными методами. Исследования выполнены на территории опытной станции “Орошаемая” (Волгоградская область), расположенной на юге Приволжской возвышенности. Почвенный покров представлен светло-каштановыми солонцовыми комплексами в условиях использования в богарной и орошаемой пашне. Показаны все этапы создания цифровой карты на базе космических изображений и полевых исследований 2020–2023 гг. Полевые исследования включали маршрутные работы по оценке интенсивности (класса) вскипания 10%-ной НСl с поверхности почв. На основе связи между спектральными характеристиками открытой поверхности почвы по снимку высокого разрешения спутника Pleiades (25.04.2020) и интенсивностью вскипания почв проведена классификация растрового космического изображения на 4 класса раздельно для 26 полей с использованием алгоритма Random Forest. На основе растра созданы: векторные слои границ полей с расчетом доли вскипающих почв разных классов на поле; векторные слои полигонов внутри полей с разным долевым участием разных классов. Для векторизации полигонов поверхностно-карбонатных почв использовали алгоритмы и функции программы QGIS. Оценки доли вскипающих с поверхности почв в пределах поля, полученные только наземным обследованием, и оценки по цифровой карте, созданной путем векторизации растра, классифицированного алгоритмом Random Forest, сопоставимы друг с другом с коэффициентом детерминации 0.68–0.83. Цифровая векторная карта полигонов позволяет определить частные параметры структуры почвенного покрова по наличию поверхностно-карбонатных почв и оценить антропогенную трансформацию почвенного покрова по предложенному ранее показателю.

Об авторах

И. Н. Горохова

Почвенный институт им. В.В. Докучаева; Научный геоинформационный центр РАН

Email: g-irina14@yandex.ru
Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017 Россия; ул. Новый Арбат, 11, Москва, 119019 Россия

Л. А. Тарнопольский

Научный геоинформационный центр РАН

ул. Новый Арбат, 11, Москва, 119019 Россия

Н. Б. Хитров

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Пыжевский пер., 7, стр. 2, Москва, 119017 Россия

Н. Г. Круглякова

Всероссийский научно-исследовательский институт орошаемого земледелия – филиал Федерального научного центра гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова

ул. им. Тимирязева, 9, Волгоград, 400002 Россия

Список литературы

  1. Абатуров Б.Д. Зоогенные формы почвенных неоднородностей // Масштабные эффекты при исследовании почв. М.: Изд-во МГУ, 2001. С. 61–75.
  2. Андронников В.Л. Аэрокосмические методы изучения почв. М.: Колос, 1979. 280 с.
  3. Антипов-Каратаев И.Н., Саввинов Н.И., Филиппова В.Н., Кочерина Е.И., Пиуновский Б.А., Сердобольский И.П., Соловьев В.А. Работы Малоузенского солонцового стационара в 1935 г. // Тр. комиссии по ирригации. Вып. 9. Солонцовые комплексы Заволжья и мелиорация солонцов. М.: Изд-во АН СССР, 1937. С. 11–256.
  4. Балабко П.Н., Басевич В.Ф., Витязев В.Г., Макаров И.Б. Изменение морфологического строения каштановой почвы в результате планировки // Агрохимический вестник. 2018. № 2. С. 9–12.
  5. Барановская В.А, Азовцев В.И. Влияние орошения на миграцию карбонатов в почвах Поволжья // Почвоведение. 1981. № 10. С. 17–27.
  6. Большаков А.Ф. Опыт мелиорации солончаковых солонцов северо-западной части Прикаспийской низменности // Тр. Комплексной научной экспедиции по вопросам полезащитного лесоразведения. 1952. Т. 2. Вып. 3. С. 64–100.
  7. Васенев И.И. Глава 6. Почвенные сукцессии – механизмы эволюции почв и почвенного покрова // Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв. М.: ГЕОС, 2015. С. 177–204.
  8. Горохова И.Н., Тарнопольский Л.А. Определение и картографирование поверхностно-карбонатных почв в сухостепной зоне Волгоградской области // Аридные экосистемы. 2024. T. 31. № 4. C. 39–47. https://doi.org/10.24412/1993-3916-2024-4-39-47
  9. Горохова И.Н., Хитров Н.Б., Тарнопольский Л.А. Выделение поверхностно-карбонатных почв и диагностика почв на пестрых подстилающих породах юга Приволжской возвышенности с помощью обработки космического снимка // Почвоведение. 2024. № 8. С. 1047–1060. https://doi.org/10.31857/S0032180X24080016
  10. Горохова И.Н., Хитров Н.Б., Прокопьева К.О., Харланов В.А. Почвенный покров Светлоярской оросительной системы через полвека мелиоративных воздействий // Почвоведение. 2018. № 8. С. 1033–1044. https://doi.org/10.1134/S0032180X18080130
  11. Горохова И.Н., Чурсин И.Н., Хитров Н.Б., Круглякова Н.К. Выделение карбонатных почв на Волго-Донской оросительной системе (Волгоградская область) с использованием космической информации // Экосистемы: экология и динамика. 2023. Т. 7. № 1. С. 66–91. https://doi.org/10.24412/2542-2006-2023-1-66-91
  12. Дегтярева Е.Т., Жулидова А.Н. Почвы Волгоградской области. Волгоград: Нижне-Волжское книжное изд-во, 1970. 319 с.
  13. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Либроком, 2009. 326 с.
  14. Жоголев А.В., Савин И.Ю. Автоматизированное обновление среднемасштабных почвенных карт // Почвоведение. 2016. № 11. С. 1319–1327. https://doi.org/10.7868/S0032180X16110125
  15. Залибекова М.З., Асгерова Д.Б., Бийболатова З.Д. О картографии динамических свойств почв Терско-Кумской низменности с применением дистанционных методов // Известия Самарского научного центра РАН. 2011. Т. 13. № 1. С. 1330–1333.
  16. Зволинский В.П., Ларешин В.Г. Почвы солонцовых комплексов Северного Прикаспия: Почвенно-мелиоративные условия развития земледелия в Нижнем Заволжье. М.: Изд-во РУДН, 1996. 429 с.
  17. Зимовец Б.А. Экология и мелиорация почв сухостепной зоны. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 1991. 248 с.
  18. Зинченко Е.В., Горохова И.Н., Круглякова Н.Г., Хитров Н.Б. Современное состояние орошаемых почв юга Приволжской возвышенности // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2020. Вып. 104. С. 68–109. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-104-68-109
  19. Корнблюм Э.А., Мясников В.В. Способ классификационной оценки разнообразия солонцовых почв, нарушенных строительными планировками // Новые методы исследования почв солонцовых комплексов. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 1982. С. 136–146.
  20. Красильников П.В., Вебстер Р., Рожкай К. Геостатистика и география почв. М.: Наука, 2007. 175 с.
  21. Круглякова Н.Г., Хитров Н.Б., Горохова И.Н., Кравченко Е.И. Ретроспективный анализ использования сельскохозяйственных угодий опытной станции “Орошаемая” в течение полувека // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2024. Вып. 121. С. 241–280. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2024-121-241-280
  22. Кузнецов М.С., Григорьев В.Я., Хан К.Ю. Ирригационная эрозия почв и ее предупреждение при поливах дождеванием. М.: Наука, 1990. 120 с.
  23. Любимова И.Н. Антропогенная эволюция сухих степей // Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв. М.: ГЕОС, 2015. С. 557–569.
  24. Любимова И.Н. Постмелиоративная трансформация карбонатного и гипсового профилей солонцовых почв сухостепной зоны // Почвоведение. 2018. № 11. С. 1199–1208. https://doi.org/10.1134/S0032180X18110060
  25. Любимова И.Н., Дегтярева Е.Т. Изменение карбонатного профиля почв солонцовых комплексов при агрогенном воздействии // Почвоведение. 2000. № 7. С. 855–860.
  26. Любимова И.Н., Мотузов В.Я. Постмелиоративная эволюция почв солонцовых комплексов сухостепной зоны // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2005. Вып. 57. С. 3–9.
  27. Любимова И.Н., Мотузов В.Я., Дегтярева Е.Т., Седов С.Н., Скрипникова М.И., Хохлова О.С. Послемелиоративное изменение карбонатных новообразований в почвах солонцовых комплексов сухостепной зоны //: Проблемы эволюции. Владивосток: Дальнаука, 2003. Т. 5. С. 254–259.
  28. Любимова И.Н., Новикова А.Ф. Влияние различных антропогенных воздействий на изменение почв солонцовых комплексов сухостепной зоны // Почвоведение. 2016. № 5. С. 633–643. https://doi.org/10.7868/S0032180X16050129
  29. Панкова Е.И., Андронников В.Л., Симакова М.С., Королюк Т.И. Аэрокосмические методы – основа картографии почв // География и картография почв. М.: Наука, 1993. 302 с.
  30. Самсонова В.П., Кондрашкина М.И., Кротов Д.Г. Пространственное многообразие агрохимических свойств пахотных почв (на примере Трубчевского района Брянской области) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2019. № 2. C. 28–35.
  31. Сахабиев И.А. Цифровое картографирование пространственной неоднородности свойств почв территорий сельскохозяйственного использования (на примере двух государственных сортоиспытательных участков Республики Татарстан). Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 2022. 24 с.
  32. Симакова М.С., Рухович Д.И., Вильчевская Е.В., Калинина Н.В., Колесникова Л.Г., Королева П.В. Дополнение содержания государственной почвенной карты информацией о генезисе почвообразующих пород и гранулометрическом составе почв // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева, 2010. № 66. C. 3–16.
  33. Трегубов П.С., Аверьянов О.А. Ирригационная эрозия почв и меры ее предотвращения: Обзорная информация. М.: ВНИИТЭИагропром, 1987. 56 с.
  34. Фридланд В.М. Структура почвенного покрова. М.: Мысль, 1972. 422 c.
  35. Хитров Н.Б., Горохова И.Н., Круглякова Н.Г., Кравченко Е.И. Карбонатный профиль почв каштановых солонцовых комплексов и его антропогенная трансформация в пашне // Почвоведение. 2025. № 8. В печати.
  36. Хитров Н.Б., Горохова И.Н., Панкова Е.И. Дистанционная диагностика содержания карбонатов в орошаемых почвах сухостепной зоны Волгоградской области // Почвоведение. 2021. № 6. C. 657–674. https://doi.org/10.31857/S0032180X21060071
  37. Хитров Н.Б., Кравченко Е.И., Рухович Д.И., Королева П.В. Эрозионно-аккумулятивная структура почвенного покрова сухостепного агроландшафта, Ростовская область // Почвоведение. 2024. № 9. С. 1147–1173. https://doi.org/10.31857/S0032180X24090018
  38. Хохлова О.С. Карбонатное состояние степных почв как индикатор и память их пространственно-временной изменчивости. Автореф. дис. … д. г. н. М., 2008. 48 с.
  39. Цифровая почвенная картография: теоретическое и экспериментальные исследования. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2012. 350 с.
  40. Шевченко В.А., Бородычев В.В., Лытов М.Н. Варианты реконструкции гидромелиоративных систем на бывших мелиорированных длительно не используемых сельскохозяйственных землях // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 4. С. 4–31. https://doi.org/10.32786/2071-9485-2020-04-31
  41. Щедрин В.Н., Колганов А.В., Васильев С.М., Чураев А.А. Оросительные системы России: от поколения к поколению. Новочеркасск: Геликон, 2013. Ч. I. 283 с.
  42. Boloorani A.D., Bakhtiari M., Samany N.N., Papi R., Soleimani M., Mirzaei S., Bahrami H.A. Land degradability mapping using remote sensing data and soil chemical properties // Remote Sensing Applications: Society and Environment. 2023. V. 32. 101027. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2023.101027
  43. Bower C.A., Ogata G., Tucker J.M. Sodium hazard of irrigation waters as influenced by leaching fraction and by precipitation or solution of calcium carbonate // Soil Sci. 1968. V. 106. P. 29–34.
  44. Calcareous soils. FAO Soils Bulletin 21. Rome, 1972. 253 p.
  45. De Soto I. S., Virto I., Barré P., Enrique A. Effect of irrigation on carbonate dynamics in a calcareous soil using isotopic determinations // Span. J. Soil Sci. 2019. V. 9. P. 142–147. https://doi.org/10.3232/SJSS. 2019.V9.N2.06
  46. de Soto I.S., Virto I., Barré P., Fernández-Ugalde O., Antón R., Martínez I., Chaduteau C., Enrique A., Bescansa P. A model for field-based evidence of the impact of irrigation on carbonates in the tilled layer of semi-arid Mediterranean soils // Geoderma. 2017. V. 297. P. 48–60. http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2017.03.005
  47. Dixon J. C. Chapter 5. Aridic soils, patterned ground, and desert pavements // Geomorphology of Desert Environments. 2009. P. 101–122. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-5719-9 5
  48. Entry J.A., Sojka R.E., Shewmaker G.E. Irrigation increase inorganic carbon in agricultural soils // Environ. Manag. 2004. V. 33. P. S309–S317. http://dx.doi.org/10.1007/s00267-003-9140-3
  49. Hannam K.D., Kehila D., Millard P., Midwood A.J., Neilsen D., Neilsen G.H., Forge T.A., Nichol C., Jones M.D. Bicarbonates in irrigation water contribute to carbonate formation and CO2 production in orchard soils under drip irrigation // Geoderma. 2016. V. 266. P. 120–126. http://dx.doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.12.015
  50. Kadry L.T. Distribution of calcareous soils in the Near East Region, their reclamation and land use measures and achievements. FAO/UNDP Regional Seminar on Reclamation and Management of Calcareous Soils. 1972. https://www.fao.org/4/x5868e/x5868e03.htm.
  51. Levy R. Precipitation of carbonates in soils in contact with under saturated or oversaturated in respect to calcite // J. Soil Sci. 1980. V. 31. P. 41–51.
  52. Manning D.A.C., Renforth P., Lopez-Capel E., Robertson S., Ghazireh N. Carbonate precipitation in artificial soils produced from basaltic quarry fines and composts: An opportunity for passive carbon // Int. J. Greenhouse Gas Control. 2013. V. 17. P. 309–317.
  53. Metwaly M.M., Metwalli M.R., Abd-Elwahed M.S., Zakarya Y.M. Digital mapping of soil quality and salt-affected soil indicators for sustainable agriculture in the Nile Delta region // Remote Sensing Applications: Society and Environment. 2024. V. 36. P. 101318. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2024.101318
  54. Shirazi F.R.A., Shahbazi F., Rezaei H., Biswas A. Multi-property digital soil mapping at 30-m spatial resolution down to 1 m using extreme gradient boosting tree model and environmental covariates // Remote Sensing Applications: Society and Environment. 2024. V. 33. 101123. https://doi.org/10.1016/j.rsase.2023.101123
  55. Soil Survey investigations for irrigation. 1979. FAO Soils Bulletin 42. Rome, 188 p.
  56. Surface carbonate // Soil and land facts sheet no. 10. Water and Natural Resources. 2016. Last updated June 2016. https://data.environment.sa.gov.au/Content/Publications/SoilAttrib_FactSheet10_SurfaceCarbonate.pdf
  57. Vaudour E., Gomez C., Fouad Y., Lagacherie P. Sentinel-2 image capacities to predict common topsoil properties of temperate and Mediterranean agroecosystems // Remote Sensing of Environment. 2019. V. 223. P. 21–33. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.01.006
  58. Wilford J., de Caritat P., Bui E. Modelling the abundance of soil calcium carbonate across Australia using geochemical survey data and environmental predictors // Geoderma. 2015. V. 259–260. P. 81–92. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.05.003
  59. Zamanian K., Pustovoytov K., Kuzyakov Y. Pedogenic carbonates: Forms and formation processes // Earth-Science Reviews. 2016. V. 157. P. 1–17. http://dx.doi.org/10.1016/j.earscirev.2016.03.003

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025