Возможности использования цифровой модели рельефа в крупномасштабном почвенном картографировании (Пермский район Пермского края)
Представлены результаты крупномасштабного почвенного картографирования на основе цифровой модели рельефа (ЦМР). Изучение возможности использования классификации ЦМР по методу Based Landform Classification в крупномасштабном почвенном картографировании.
| Рубрика | География и экономическая география |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.06.2021 |
| Размер файла | 4,7 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Возможности использования цифровой модели рельефа в крупномасштабном почвенном картографировании (Пермский район Пермского края)
Чащин А.Н., Лобанова Е.С.
Пермский государственный аграрно-технологический университет
Аннотация
В статье представлены результаты крупномасштабного почвенного картографирования на основе цифровой модели рельефа. Цель исследований - изучить возможность использования классификации ЦМР по методу Based Landform Classification в крупномасштабном почвенном картографировании. Область исследований охватывает территорию в 150 га, которая расположена в Пермском районе Пермского края. Исходная картографическая основа представляет результат расчета элементов рельефа по методу Based Landform Classification в геоинформационной системе SAGA. В качестве цифровой модели рельефа использована ALOS 30. При натурном обследовании установлена взаимосвязь типов почв с покрытием Landform, что позволило экстраполировать данные на некоторые участки. В результате сравнения с крупномасштабной почвенной картой, выполненной традиционным методом, установлено, что число почвенных ЭПА увеличилось в 5 раз. Наилучшая взаимосвязь элементов рельефа наблюдается для дерново-глеевых и дерново-бурых почв.
Ключевые слова: ПОЧВЕННАЯ КАРТА, ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ, BASED LANDFORM CLASSIFICATION, ПЕРМСКИЙ КРАЙ
Введение
почвенное картографирование based landform classification
Почвенное картографирование на современном этапе развития опирается на использование цифровых методов обработки пространственных данных. В качестве источников исходной информации используются данные дистанционного зондирования и цифровые модели рельефа (ЦМР). Применение цифровых моделей рельефа в подготовке предварительной контурной основы почвенной карты значительно сокращает трудоемкость полевых работ, а подготовка исходной картографической основы при помощи геоинформационного картографирования применяется при корректировке почвенных карт, созданных традиционными методами [1]. Вычислительные возможности современных ГИС позволяют выполнять расчет нескольких десятков производных растров рельефа, называемых морфометрическими показателями и топографическими индексами [2]. Корректировка крупномасштабных почвенных карт землепользований Пермского края на основе цифровой модели рельефа не выполнялась, что обусловливает актуальность выполненной работы.
Цель исследований - изучить возможность использования классификации ЦМР по методу Based Landform Classification в крупномасштабном почвенном картографировании.
Методы и объекты исследований
Объектом исследований является почвенный покров земельных участков ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, которые расположены в Пермском районе Пермского края. Территория примыкает к южной окраине г. Перми. Общая площадь крупномасштабного почвенного обследования составила 150 га и включает 3 поля (рис. 1). Тип угодья - пашня.
Рис. 1. Местоположение участка исследований
По физико-географическому районированию территория исследований относится к Русской равнине. Область исследований представляет склон в долину реки Мулянка. Доминирующей крутизной склона является уклон в 5-6 о. Максимальная крутизна достигает 20о [3].
Подготовка предварительной картографической основы почвенной карты выполнена на основе открытой цифровой модели рельефа японского аэрокосмического агентства JAXA с пространственным разрешением 30 метров на пиксель. Выбор данной модели рельефа основан на соответствии представленной в ней растровой информации (30 метров на пиксель) масштабу (1:10000) проведения почвенной съемки. По McBratney [4], в масштабе от 1:5000 до 1:20000 размер пикселя исходного растра должен быть от 10 до 40 м. Такой подход обусловлен тем, что для растровых почвенных карт корректной характеристикой является не масштаб, а пространственное разрешение [5]. Рассчитанные по ЦМР ALOS30 морфометрические показатели рельефа характеризуют территорию как контрастную в отношении почвенного покрова (рис. 2).
Рис. 2. Морфометрические показатели рельефа территории исследований
Примечание: а - рельеф территории; б - уклоны; в - экспозиция; г - водотоки и замкнутые понижения
Полевое обследование почв проведено с мая по июнь 2018 года в соответствии с методикой крупномасштабного почвенного картографирования [6, 7]. При этом точки заложения почвенных разрезов нанесены по элементам рельефа, рассчитанным на основе ЦМР. Определение положения разрезов на местности выполнено при помощи навигатора. Исследование физико-химических свойств почв проведено по общепринятым методикам [8]. Обработка цифровой модели рельефа выполнялась средствами программы SAGA, интегрированной в геоинформационную систему QGIS.
Результаты и их обсуждение
В результате обработки цифровой модели рельефа ALOS 30 по алгоритму SAGA TPI Based Landform Classification получен дискретный растр элементов рельефа (рис. 3).
Рис. 3. Результат классификации рельефа области исследований по методу SAGA TPI Based Landform Classification
В соответствии с документацией ГИС SAGA [9], выделяется 10 элементов, которые нумеруются от 0 до 9. Нами использована цветовая градация характерных элементов рельефа по [10]. Общее число контуров элементов рельефа составило 441. Преобладающими являются ровные участки и крутые участки склонов. Наименьшие площади заняты приводораздельными ложбинообразными понижениями (табл. 1).
Таблица 1. Характеристика . выделенных элементов рельефа
|
№ п.п |
Значение растра |
Цвет по [101 |
Название по [10] |
Интерпретация названия |
Площадь |
||||
|
га |
% |
||||||||
|
1 |
0 |
Streams |
Бессточные понижения |
11,0 |
7,3 |
||||
|
2 |
1 |
Midslope Drainage |
Ложбинообразные понижения |
10,0 |
6,7 |
||||
|
3 |
2 |
Upland Drainage |
Приводораздельные ложбинообразные понижения |
0,3 |
0,2 |
||||
|
4 |
3 |
Valleys |
Ложбины стока |
13,1 |
8,7 |
||||
|
5 |
4 |
Plains |
Ровный участок |
51,1 |
34,1 |
||||
|
6 |
5 |
Open Slopes |
Крутые участки склонов |
35,1 |
23,4 |
||||
|
7 |
6 |
Upper Slopes |
Верхняя часть склона |
13,0 |
8,7 |
||||
|
8 |
7 |
Local Ridges |
Перегибы склонов |
2,0 |
1,3 |
||||
|
9 |
8 |
Midslope Ridges |
Склоновые гребни |
12,0 |
8,0 |
||||
|
10 |
9 |
¦¦ |
High Ridges |
Водораздельная равнина |
2,4 |
1,6 |
В соответствии с нормативами закладки почвенных разрезов для масштаба 1:10000 и отнесением исследованной территории к IV категории сложности, на площади в 150 га [7] была запланирована закладка 10 почвенных разрезов. Места закладки почвенных разрезов нанесены на созданное покрытие форм рельефа (рис. 4).
Рис. 4. Места заложения почвенных разрезов с учетом выявленных элементов рельефа
Кроме основных разрезов, заложено 12 полуям и 12 прикопок. По элементам рельефа
заложенные почвенные разрезы характеризуются типичными для них морфологическими признаками: оглеение в бессточных понижениях, подзолистые горизонты на ровных участках, уменьшение плодородного слоя на крутых участках склонов (рис. 5).
Рис. 5. Профили почв по некоторым элементам рельефа *- номер почвенного разреза (полуямы), указанный на рис. 4
При выполнении почвенной карты на контурной основе были скорректированы площади почвенных контуров. Согласно требованиям к содержанию крупномасштабных почвенно-ландшафтных карт в масштабе 1:10000, площадь минимального контура составляет 0,25 га [11]. Поэтому контуры элементов рельефа площадью меньше 0,25 га объединялись с прилегающими. Таким образом, в результате генерализации из 421 предварительного почвенного контура на карте выделено 96 почвенных контуров, а общее число почвенно-картографических единиц в легенде карты составило 26 (рис. 6).
Рис. 6. Почвенная карта
Экспликация почвенной карты отражает взаимосвязь выявленных почв с элементами рельефа (табл. 2).
Таблица 2. Экспликация почвенной карты
В отобранных образцах почв во время заключительного камерального периода определены физико-химические свойства (табл. 3).
Таблица 3. Физико-химические свойства некоторых почв на разных элементах рельефа
|
Горизонт, глубина образца, см |
Гумус, % |
В мг-экв на 100 г почвы |
У,% |
рНксі |
|||
|
Б |
Нг |
ЕКО |
|||||
|
Бессточные понижения |
|||||||
|
Разрез 6. Дерновая намытая поверхностно-глееватая малогумусная среднемощная тяжелосуглинистая на делювии |
|||||||
|
А пах 0-25 |
2,30 |
21,4 |
2,19 |
23,6 |
90,7 |
5,72 |
|
|
А1 25-39 |
2,02 |
23,4 |
1,53 |
24,9 |
94,0 |
5,90 |
|
|
В1 39-65 |
1,95 |
21 |
1,31 |
22,3 |
94,2 |
5,93 |
|
|
Ай1 65-81 |
2,15 |
20,8 |
1,53 |
22,3 |
93,3 |
5,93 |
|
|
Вй 81-126 |
0,41 |
20,6 |
1,53 |
22,1 |
93,2 |
5,71 |
|
|
С >126 |
0,42 |
20,2 |
1,75 |
22 |
91,8 |
5,33 |
|
|
Ровные участки |
|||||||
|
Разрез 15. Дерново-глубокоподзолист среднесуглинистая на |
ая среднепахотная среднеокультуренная покровных отложениях |
||||||
|
А пах 0-25 |
1,83 |
18,8 |
2,19 |
21 |
89,5 |
5,83 |
|
|
А2 25-48 |
0,74 |
19,6 |
1,97 |
21,6 |
90,7 |
5,60 |
|
|
А2В 48-51 |
0,62 |
23,4 |
1,97 |
25,4 |
92,1 |
5,46 |
|
|
В1 51-6782 |
0,52 |
23,8 |
2,19 |
26 |
91,5 |
5,22 |
|
|
В2 82-110 |
0,34 |
22,8 |
2,85 |
25,7 |
88,7 |
4,64 |
|
|
С >110 |
0,37 |
24,4 |
3,50 |
27,9 |
87,5 |
4,91 |
|
|
Крутые участки склонов |
|||||||
|
Разрез 5. Дерново-бурая среднемощная тяжелосуглинистая на элювии пермских глин, |
|||||||
|
А пах 0-25 |
1,66 |
17,4 |
1,31 |
18,7 |
93,0 |
5,48 |
|
|
А1В 30-38 |
1,61 |
21 |
1,10 |
22,1 |
95,0 |
5,79 |
|
|
В1 38-61 |
1,55 |
27,8 |
1,10 |
28,9 |
96,2 |
4,88 |
|
|
В2 61-95 |
0,94 |
22,6 |
1,53 |
24,1 |
93,8 |
5,48 |
|
|
ВС 95-105 |
0,76 |
30,4 |
1,97 |
32,4 |
93,8 |
5,00 |
|
|
С >105 |
0,66 |
27,4 |
1,10 |
28,5 |
96,1 |
5,30 |
Из таблицы видно, что от крутых участков склонов к бессточным понижениям происходит закономерная смена процессов вымывания на процессы накопления гумусовых веществ и обменных оснований. Однако наиболее резко содержание гумуса по профилю убывает на ровных участках, что, вероятно, связано с усилением промывного водного режима плоских поверхностей. Реакция среды почв варьирует от среднекислой до слабокислой, и на ровных участках в дерново-подзолистых почвах значения рН заметно уменьшаются вниз по профилю, что обусловлено кислой почвообразующей породой.
Поскольку на обследованном участке крупномасштабное почвенное картографирование ранее проведено институтом УРАЛГИПРОЗЕМ, выполненная почвенная карта представляет результат корректировки почвенной карты Учхоза «Липовая гора» 1987 года в масштабе 1:10000 [3]. При сравнении (рис. 7) заметно значительное увеличение почвенных контуров на скорректированной почвенной карте. Их число возросло с 18 до 97.
Рис. 7. Расположение контуров на фоне фрагмента крупномасштабной почвенной карты 1987 года
Выводы
Таким образом, применение в крупномасштабном почвенном картографировании современных методов обработки цифровой модели рельефа позволяет эффективно выполнять планирование и проведение полевых работ по корректировке крупномасштабных почвенных карт. При существующих нормативах данный подход позволяет выделить значительно больше почвенных контуров, чем в традиционном крупномасштабном почвенном картографировании на топографической основе. В условиях сложного рельефа Пермского района Пермского края существует четкая зависимость почв от элементов рельефа. Наиболее заметная связь наблюдается на участках бессточных понижений, где сформировались дерново-глеевые почвы, и перегибах склонов с дерново-бурыми и дерново-карбонатными почвами.
Список использованных источников
1. Калиев М.И., Федотова А.В. Формирование картографического материала на основе переработанных почвенных картосхем с наземной корректировкой границ территорий землепользования // АгроЭкоИнфо. - 2020, №4. http://agroecoinfo.narod.ru/iournal/STATYI/2020/4/st 418.pdf.
2. Шихов А.Н., Черепанова Е.С., Пьянков С.В. Геоинформационные системы: методы пространственного анализа: учеб. пособие. - Пермь: Перм. гос. нац. исслед. ун-т., 2017. - 88 с.
3. Почвы учхоза ПСХИ-2 «Липовая гора» Пермского района Пермской области и рекомендации по их использованию. - Пермь: Пермский филиал УРАЛГИПРОЗЕМ, 1987. - 95 с.
4. McBratney A.B., Mendoza Santos M.L., Minasny B. On digital soil mapping // Geoderma. - 2003. - Vol. 117. - No. 1-2. - P. 3-52.
5. Савин И.Ю. Проблема масштаба в современной почвенной картографии // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. - 2019. - Вып. 97. - С. 5-20.
6. Евдокимова Т.И. Почвенная съемка: Учеб. пособие. -- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГУ, 1987. - 271 с.
7. Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользования. - М.: Колос, 1973. - 95 с.
8. Самофалова И.А., Лобанова Е.С. Почвоведение: лабораторный практикум. - Пермь: ФГБОУ ВО Пермский ГАТУ, 2020. - 115 с.
9. Watkins, R.L. Terrain Metrics and Landscape Characterization from Bathymetric Data: SAGA GIS Methods and Command Sequences. Report Prepared for the Ecospatial Information Team, Coral Reef Ecosystem Division, Pacific Islands Fisheries Science Scenter: Honolulu, HI, under NOAA Contract Number WE-133F-15-SE-0518. Available online: Ftp://ftp.soest.hawaii.edu/pibhmc/website/webdocs/documentation/ linkages project methods final.pdf (accessed on 20.02.2021).
10. Exploring a subset of SAGA's Terrain Analysis tools. Available online: https://dges.carleton.ca/CUOSGwiki/index.php/Exploring a subset of SAGA%27s Terrain Analysis tools (accessed on 20.02.2021).
11. Митрополова Л.В. Картография почв: учебное пособие. - Уссурийск: ФГБОУ ВО Приморская ГСХА, 2017. - 108 с.
12. Условные обозначения для крупномасштабных почвенных карт / «Росгипрозем»; Сост. А.А. Жиров, В.М. Немцов, В.К. Кальван. - М.: Картографический филиал института «Росгипрозем», 1974. - 47 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Образование и развитие ГИС-методов картографирования земельных ресурсов. Основные виды и характеристики космических снимков, преимущества недостатки их использования, методы дешифрования. Картографирование растительности для кадастровой оценки земли.
курсовая работа [550,9 K], добавлен 13.09.2015Характеристика источников для создания карт. История аэрокосмического картографирования. Дешифрирование аэроснимков и космических снимков, их применение в тематическом и оперативном картографировании. Составление и обновление топографических карт.
реферат [50,7 K], добавлен 20.12.2012История освоения, макроэкономические характеристики и отраслевая структура народного хозяйства Пермского края, природные условия, ресурсы и разнообразие полезных ископаемых. Демографическая ситуация в регионе, международные и внешнеэкономические связи.
контрольная работа [40,8 K], добавлен 12.11.2010Анализ природного ресурсного потенциала и размещения основных отраслей хозяйства Пермского края. Характеристика городского населения и городских населенных пунктов. Территория как фактор развития урбанизации. Расчет показателей урбанизации Пермского края.
реферат [112,5 K], добавлен 09.11.2014Изучение географического положения и климатических особенностей Ильинского района. Анализ геологического строения и рельефа. Природные воды, почвы и растительность. Хозяйственное использование территорий. Оценка агроэкологического потенциала ландшафта.
контрольная работа [241,3 K], добавлен 08.12.2013Экономико-географическое положение Могойтуйского района Забайкальского края. Население, ресурсы и положение по отношению к транспортным магистралям. Особенности рельефа, климата, почвы, растительного и животного мира. Охраняемые природные территории.
реферат [35,7 K], добавлен 18.07.2011Совокупность форм горизонтального и вертикального расчленения земной поверхности. Роль рельефа в формировании ландшафтов. Применение морфологической и генетической классификации в топографии и картографии. Горный рельеф, равнины и океаническое дно.
контрольная работа [34,6 K], добавлен 26.11.2010Изучение сущности и территориальных особенностей рельефа Земли - совокупности неровностей поверхности суши, дна океанов и морей, многообразных по очертаниям, размерам, происхождению, возрасту и истории развития. Низменности, возвышенности и горы Украины.
реферат [19,3 K], добавлен 01.06.2010Географическое положение, площадь и состав Волго-Вятского экономического района, особенности его рельефа, климата, природных ресурсов. Уровень развития экономики, промышленности, транспортной системы в регионе. Современные проблемы и перспективы района.
презентация [2,2 M], добавлен 06.12.2013Основные цели использования экологического картографирования. Классификация экологических карт по научно-прикладной направленности и содержанию. Способы картографирования загрязнения атмосферы и вод суши. Анализ геоинформационных систем, их применение.
курсовая работа [263,9 K], добавлен 24.04.2012Исследование влияния особенностей рельефа на формирование климата и природных ландшафтов на отдельных территориях Казахстана. Характеристика месторасположения равнинно-низкогорных и высокогорных областей, низменных равнин и низкогорья, межгорных долин.
презентация [1,7 M], добавлен 29.02.2012Представления о природной целостности. Главные понятия классического ландшафтоведения: ландшафтная оболочка, природный территориальный комплекс. Влияние различных элементов рельефа на изменение агроклиматических условий. Микроклимат вершин холмов.
реферат [25,0 K], добавлен 24.10.2011Принципы и подходы повышения эффективности использования природно-ресурсного потенциала региона. Формирование системы управления развитием региональной экономики. Экономико-математические модели оптимизации использования природно-ресурсной базы региона.
автореферат [85,9 K], добавлен 15.05.2009Тектоника и общие черты рельефа Европы и Азии. Нефтяные и газовые месторождения. Отличительная черта Китайской платформы. Влияние климата на рельефообразование через гидросферу и растительный покров. Схема современной морфоклиматической зональности.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 18.01.2014Развитие рельефа на территории Казахстана в процессе активной деятельности внешних и внутренних сил Земли. Классификация эндогенных (складчато-глыбовые горы, землетрясения) и экзогенных (оползни, кары, корытообразные долины, моренные холмы, ледники) сил.
презентация [7,0 M], добавлен 29.02.2012Исследование географического положения, рельефа и водных ресурсов Алтая. Влияние геологической истории развития территории и климата на растительный мир. Изучение животного мира Алтайского края. Описания величественных гор Синюха и Большой монастырь.
презентация [1,5 M], добавлен 19.11.2014Благоприятные и неблагоприятные черты географического положения России, их возможности для развития страны. Причины разнообразия рельефа. Неблагоприятные явления, связанные с климатом, районы их распространения. Объекты Всемирного природного наследия.
курсовая работа [322,2 K], добавлен 14.12.2014Поиски южного материка зарубежными путешественниками и его открытие экспедицией Беллинсгаузена и Лазарева. Оценка и роль российских и советских картографов в изучении Антарктиды, и их вклад в создание атласа Антарктики. Содержание и структура карт атласа.
курсовая работа [5,6 M], добавлен 11.06.2013Понятие о флювиальном рельефе. Рельеф, созданный временными водотоками, процессы его образования. Геологические и почвенные факторы, влияющие на формирование рельефа временных водотоков. Временные и переходные эрозионные формы Республики Калмыкия.
реферат [27,2 K], добавлен 19.10.2013Классификация местности в зависимости от абсолютного значения альтитуд точек и их взаимного расположения. Способы изображения рельефа на топографических картах и планах. Сечение между горизонталями, их зависимость от масштаба съемок и характера рельефа.
презентация [443,9 K], добавлен 19.02.2011
