Ґрунтово-геоінформаційні засади протиерозійної оптимізації агроландшафтів: теорія і практика

Размещено на http://allbest.ru

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

Ґрунтово-геоінформаційні засади протиерозійної оптимізації агроландшафтів: теорія і практика

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

агроландшафт ґрунтовий картографування

Актуальність теми. Найкращим вирішенням проблеми ерозії ґрунтів, яка перетворилася на еколого-економічне лихо в Україні, є створення протиерозійно-упорядкованого агроландшафту (АЛ), тобто ландшафту, який активно використовується в сільському господарстві та в якому відсутні процеси інтенсивної ерозії. Теоретичні і практичні аспекти конструювання подібних агроландшафтів докладно пророблені в роботах О.М. Каштанова, Г.І. Швебса, О.Г. Тараріко, С.Ю. Булигіна, М.К. Шикули, В.І. Буракова та ін. Згідно сучасних уявлень, АЛ є інженерною спорудою і його створення має ґрунтуватися на чітких математичних розрахунках, що, у свою чергу, потребує забезпечення високоякісною об'єктивною сучасною інформацією про АЛ у цілому і, зокрема, про його центральний компонент - ґрунтовий покрив. Щодо останнього, то основу інформаційного забезпечення дотепер складають картографічні матеріали великомасштабного ґрунтового обстеження 1957-1961 рр., які застаріли і не дозволяють об'єктивно оцінити характер і масштаби змін ґрунтових ресурсів за останні 50 років. Низька інформативність цих карт та обліково-паперова система їх зберігання не дозволяють вважати ці матеріали надійною основою для проведення ерозійного моделювання та інженерних обрахунків при конструюванні ерозійностійких агроландшафтів.

Вирішення питання інформаційного забезпечення можливе лише за умов використання сучасних методів одержання просторової інформації, до яких відносяться: дистанційне зондування (ДЗ), цифрові моделі рельєфу (ЦМР) і похідні від них матеріали, а також методи геостатистичного аналізу дискретних даних. Зрозуміло, що всі ці методи мають “працювати” в геоінформаційному середовищі, при обов'язковому використанні систем глобального позиціонування і бути технологічно сумісними з комп'ютерними системами автоматизованого проектування.

Оновлення ґрунтово-картографічної бази має відбуватися на основі органічного поєднання всіх вищезазначених підходів із традиційними методами ґрунтових обстежень. Створення ґрунтово-картографічної бази даних за цими принципами значно спростить подальше оновлення вихідної інформації.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження, що склали основу дисертаційної роботи, виконані в:

1) Національному науковому центрі “Інститут ґрунтознавства та агрохімії ім. О.Н.Соколовського” (лабораторія захисту ґрунтів від ерозії, сектор дистанційного зондування ґрунтового покриву) у рамках НТП УААН “Родючість і охорона ґрунтів” за завданнями “Розробити теорію формування ґрунтоохоронних аґроландшафтів на підставі вивчення природи і механізмів у просторово розподілених ерозії і дефляції” (ДР № 0101U006042; 2001-2002; розділи 1-2 проміжних звітів) і “Розробити кількісну оцінку, діагностику і систему моніторингу ерозійно небезпечних ґрунтів на основі дистанційних методів досліджень” (ДР № 0101U006046; 2001-2002; розділи 1-2 проміжних звітів);

2) Національному аграрному університеті (кафедра охорони природних ресурсів, кафедра ґрунтознавства та охорони ґрунтів) у межах НДР з теми “Розробити методичні аспекти використання матеріалів космічної зйомки для оцінки якості земель” (ДР № 0103U006014; 2003-2005; розділи 2, 4-6 заключного звіту) і “Розробка системи оцінки та прогнозу якості земель” (ДР № 0103U005377; 2007; розділи 4, 7 заключного звіту).

Мета і завдання дослідження. Головна мета - розробити теоретичні і практичні засади забезпечення процесу протиерозійної оптимізації агроландшафтів повною континуальною інформацією про параметри протиерозійної стійкості ґрунтового покриву.

Для досягнення поставленої мети вирішувалися такі завдання:

- розробити методологічні підходи до формалізації рельєфу як одного з чинників, що визначають просторову неоднорідність ґрунтового покриву;

- розробити алгоритм геоінформаційного аналізу рельєфу та встановити логіко-статистичні залежності між параметрами ґрунтового покриву і цифрової моделі рельєфу;

- дослідити можливість використання даних дистанційного зондування для визначення параметрів ґрунтового покриву, які характеризують його протиерозійну стійкість;

- оцінити потенціал інтегрального використання двох найважливіших при ґрунтовому картографуванні джерел інформації: дистанційного зондування і топографічних карт;

- розробити алгоритм інтегрального геоінформаційного аналізу даних ДЗ та ЦМР для створення ґрунтових карт, як основи для протиерозійної оптимізації агроландшафтів;

- обґрунтувати і розробити концепцію створення ґрунтових картографічних матеріалів з використанням сучасних методів і способів отримання континуальної інформації: дистанційного зондування, методів геостатистики, топографічних матеріалів.

- оцінити інформативність ґрунтових карт, створених з використанням ДЗ і ЦМР, порівняно з архівними картами, шляхом моделювання ерозійних втрат ґрунту за допомогою моделі WEPP;

- створити проект протиерозійного впорядкування агроландшафту за допомогою комп'ютерного моделювання процесів ерозії на основі інформації, що одержувалася вищезазначеними методами та оцінити його еколого-економічну ефективність.

Об'єкт дослідження - протиерозійна оптимізація агроландшафтів.

Предмет дослідження - забезпечення процесу протиерозійної оптимізації агроландшафтів континуальною інформацією про ґрунтовий покрив.

Методи дослідження. Використовувалися: методи натурного ґрунтового обстеження; лабораторно-аналітичні дослідження зразків ґрунту; камеральні дослідження картографічних матеріалів; геоінформаційні методи аналізу даних ДЗ, топографічних і ґрунтових карт; геостатистичні методи інтерполяції дискретних ґрунтових даних; статистичний аналіз отриманих даних; методи математичного моделювання процесів ерозії.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше науково обґрунтована концепція отримання ґрунтових картографічних матеріалів, яка базується на інтегральному використанні чотирьох методів одержання просторової інформації: геоінформаційного аналізу рельєфу; дистанційного зондування ґрунтів; геостатистичних методів інтерполяції дискретних даних; традиційних методів ґрунтових обстежень.

Уперше математично формалізовано вплив мезорельєфу на гідротермічні умови формування автоморфних ґрунтів за допомогою запропонованого автором параметру - коефіцієнта ксероморфності території. Виявлені й статистично підтверджені взаємозв'язки між коефіцієнтом ксероморфності та низкою важливих параметрів ґрунту: вмістом гумусу у верхньому шарі, параметром сумарного гумусонакопичення, грубизною профілю ґрунту.

Теоретично обґрунтовано та реалізовано новий авторський алгоритм геоінформаційного аналізу рельєфу для побудови ґрунтових картографічних матеріалів.

Подальшого розвитку набуло питання дешифрування даних дистанційного зондування ґрунтів. За результатами аналізу різноманітних матеріалів космічної фотозйомки, багатоспектрального сканування та наземної цифрової фотозйомки розширене уявлення про залежність формування відбитого електромагнітного сигналу у видимому та ближньому інфрачервоному діапазонах від вмісту гумусу та гранулометричного складу верхнього шару ґрунту. Вперше для чорноземних ґрунтів виконане картографування ґрунтового покриву методом контрольованої класифікації даних багатоспектрального космічного сканування.

Уперше проведено інтегральне геоінформаційне дешифрування топографічних карт і даних дистанційного зондування для створення великомасштабних ґрунтових картографічних матеріалів, яке дозволяє в автоматизованому режимі уточнювати діагностику чорноземних ґрунтів: за вмістом гумусу, грубизною профілю, ступенем еродованості.

Уперше в Україні розроблено проект протиерозійної оптимізації агроландшафтів на основі моделювання процесів водної ерозії за допомогою моделі WEPP і використання даних ДЗ і ЦМР як ґрунтово-геоінформаційної бази та надано його еколого-економічну оцінку.

Практичне значення одержаних результатів. Результати роботи, а саме: авторський алгоритм кількісного геоінформаційного аналізу рельєфу, авторський алгоритм інтегрального аналізу даних ДЗ і ЦМР, концептуальні сценарії інтегрального використання різних методів одержання континуальної інформації про ґрунти можуть ефективно використовуватися під час проведення великомасштабного ґрунтового обстеження, для встановлення первинного “квазіцілинного” стану чорноземних ґрунтів, оптимізації закладки мережі розрізів та відбору зразків ґрунту, уточнення діагностики ґрунтів, встановлення меж ґрунтових виділів.

Результати досліджень знайшли втілення у двох патентах на винахід і трьох деклараційних патентах на корисну модель, які можуть ефективно застосовуватися під час проведення передпроектного ґрунтового обстеження.

Запропоновані нові методичні підходи проведення передпроектного ґрунтового обстеження відображено в: 1) “Положенні щодо оцінки якості земель за рахунок використання матеріалів дистанційного зондування”, яке впроваджено у системі Держкомзему України (акт впровадження від 8.12.2005 р.); 2) “Положенні про економічне стимулювання екологічних заходів у землекористуванні”, впроваджено у системі державного технологічного центру охорони родючості ґрунтів та якості продукції (акт впровадження від 24.09.2007 р.).

Технологію аерокосмічного контролю за гумусним станом ґрунтів апробовано в Донецькому інституті агропромислового виробництва УААН у 1998-1999 pp і рекомендовано для впровадження, що підтверджено її внесенням до комп'ютерної бази даних наукових розробок Міністерства аграрної політики України (http://test.minagro.gov.ua/science). Технологія оцінки ерозійної ситуації території та конструювання протиерозійно впорядкованих агроландшафтів впроваджені в Управлінні з контролю за використанням та охороною земель у Донецькій області (довідка про впровадження від 29.01.2009).

Особистий внесок здобувача. Автору належить постановка проблеми, розроблення теоретичних положень її вирішення, методичного забезпечення, планування та проведення досліджень. Здобувач брав участь в усіх польових ґрунтових дослідженнях. Ним особисто проаналізовано експериментальні матеріали досліджень, зроблено їх теоретичне узагальнення, обґрунтовано наукові положення, висновки та пропозиції, які виносяться на захист. Автор особисто виконав усі види камерального, геоінформаційного і статистичного аналізу даних. Математичне моделювання процесів ерозії та комп'ютерне агроландшафтне впорядкування тестових полігонів виконано особисто автором. Участь автора в розробці запропонованої комп'ютерної програми для автоматизації визначення вмісту гумусу в ґрунті Land Damage expert становить 25%. Частка участі автора у спільних наукових працях становить 50-90%.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати досліджень були представлені й доповідалися на VІ і VІІ з'їздах Українського товариства ґрунтознавців та агрохіміків (Умань, 2002; Київ, 2006), Міжнародній науково-виробничій конференції “Почва-Удобрение-Плодородие” (Минск, 1999), науково-практичній конференції “Екологія Харківщини: стан, проблеми, перспективи” (Харків, 2000), Міжнародному симпозіумі “Soil Erosion Research for 21st Century” (Гонолулу, США, 2001), Всеукраїнській науково-практичній конференції “Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми, шляхи вирішення” (Харків, 2001), Міжнародному консорціумі вищих аграрних навчальних закладів “Global Reforms in Higher Agricultural Education and Research” (Київ, 2003), ІХ Міжнародному симпозіумі ”Україна-Австрія” (Київ, 2004), Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми розвитку земельних відносин, землеустрою і земельного кадастру в умовах ринкової економіки” (Харків, 2004), Міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми і тенденції розвитку ґрунтознавства” (Чернівці, 2005), Міжнародній науково-практичній конференції “Оптимізація живлення сільськогосподарських культур та стратегії удобрення в керованому землеробстві” (Київ, 2005), Міжнародній науковій конференції ”Земельні відносини і просторовий розвиток в Україні” (Київ, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції “Методологія дослідження ґрунтового покриву України у дзеркалі земельних реформ” (Харків, 2008), науково-практичній конференції “Розвиток земельних відносин в Україні: здобутки, стан та перспективи (Київ, 2006), VI Міжнародній науково-практичній конференції “ГІС-Форум 2006” (Київ, 2006), на наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів Національного аграрного університету (Київ, 2004-2007).

Публікації за темою дисертації. Результати досліджень за темою дисертації опубліковано в 46 наукових працях, у т.ч. 24 у фахових виданнях, що затверджені ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, семи розділів, висновків, пропозицій виробництву й додатків. Дисертацію викладено на 296 сторінках комп'ютерного тексту. Робота містить 30 таблиць, 76 рисунків, 7 додатків на 71 сторінці. Список використаних джерел включає 422 найменувань, у т.ч. 91 латиницею.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Сучасний стан проблеми протиерозійної оптимізації агроландшафтів. У розділі висвітлено історію розвитку агроландшафтної концепції землеробства, охарактеризовано сучасний стан питання протиерозійної оптимізації агроландшафтів, розглянуто існуючі науково-методичні і теоретичні аспекти розв'язання цієї проблеми. Особлива увага приділена аналізу методики передпроектного обстеження протиерозійно впорядковуваної території, оскільки точність та об'єктивність інформації, яка одержується на цьому етапі, багато в чому визначатиме успіх створення протиерозійно упорядкованого АЛ. Оцінено можливості дистанційного зондування при визначенні параметрів протиерозійної стійкості ґрунтів та потенціал використання ГІС для створення відповідних картографічних матеріалів.

З метою вибору основного інженерного інструменту, що забезпечить коректне просторово-часове відображення ерозійних процесів для конкретної території та дозволить математично обґрунтувати процес конструювання АЛ, проаналізовано існуючі математичні моделі водної ерозії. Оптимальним вибором вважаємо модель WEPP (Water Erosion Predict Project), яка має добре пророблену фізико-математичну базу, реалізована на програмному рівні та всебічно верифікована й адаптована для умов України.

Умови та методика проведення досліджень

Дослідження проводилися у 1998-2008 рр. на території Харківської, Донецької та Київської областей. У ході роботи вивчалися ґрунти, що є типовими для лісостепової та степової зон (північно-степової підзони), просторові закономірності їх розповсюдження та параметри, що обумовлюють здатність ґрунтів протидіяти водній ерозії. Особлива увага приділялася вмісту гумусу у ґрунті та його гранулометричному складу, оскільки саме вони є головними параметрами моделі WEPP, що визначають протиерозійну стійкість ґрунту.

У ході досліджень застосовувалися як традиційні у ґрунтознавстві методи -- польові маршрутні ґрунтові дослідження, аналітичні та камеральні роботи, статистична обробка даних, так і специфічні сучасні методи -- дистанційне зондування, цифрове моделювання рельєфу та його геоінформаційний аналіз, математичне моделювання процесів ерозії, геостатистичний аналіз даних тощо. Саме специфічні методи дозволяють континуалізувати дискретні дані, отримані традиційними методами, і створити картографічні матеріали параметрів ерозійної стійкості ґрунтового покриву, які є основою для протиерозійної оптимізації агроландшафтів.

Місця проведення досліджень. У Донецької області дослідження проводилися у Слов`янському районі на території агрофірми “Шахтар”. Під час польових обстежень було закладено 196 розрізів та прикопок, які характеризують чорноземи звичайні на лесоподібних суглинках, щільних глинах та елювії пісковиків. Гранулометричний склад (ГС) змінювався від супіщаного до середньоглинистого, із суттєвою перевагою легкоглинистих ґрунтів. Вміст гумусу (Н) у шарі 0-10 см коливався від 1% до 6% (при середньому значенні 4,6%). За грубизною гумусованої частини профілю обстежені ґрунти варіювали в діапазоні 37-140 см (при середньому значенні 76 см). Варіабельність останніх параметрів зумовлювалась зміною гранулометричного складу, сильним впливом ерозії та зміною гідротермічних умов ґрунтоутворення залежно від положення розрізу в рельєфі.

У Харківській області основні дослідження проводилися на території ландшафтного парку “Печенізьке поле” (Печенізький р-н) і господарства “Комунар” (Харківський р-н). Ґрунтовий покрив ландшафтного парку “Печенізьке поле” представлений чорноземами типовими і темно-сірими опідзоленими ґрунтами, що сформувалися переважно на лесових висококарбонатних породах із досить однорідним гранулометричним складом. Складний рельєф зумовив значний розвиток ерозійних процесів, що призвело до ускладнення структури ґрунтового покриву. У ході польових обстежень “Печенізького поля” було закладено 52 розрізи та прикопки.

У господарстві “Комунар” дослідження проводилися на аерокосмічному полігоні “Люботинський”. Основні ґрунтові відміни -- чорнозем опідзолений і темно-сірий опідзолений ґрунт різного ступеня змитості на лесоподібних суглинках. У ході ґрунтового обстеження полігону було закладено 5 розрізів та проведений відбір 54 зразків поверхні ґрунту за регулярною прямокутною сіткою із кроком 100 м. Вміст гумусу коливався в межах 2,1-4,3% за середнього значення 3,3%. Вміст фізичної глини змінювався від 35% до 63%, середньоарифметичне - 51%.

За подібною схемою досліджувалися ґрунти аерокосмічного полігону “Бориспільський” (Бориспільський р-н, Київська обл.). Для дослідження характеристик ґрунту, які можуть бути визначені шляхом ДЗ, було відібрано 37 зразків поверхні ґрунту (по 4 трансектах із кроком 100 м). Ґрунтовий покрив аерокосмічного полігону характеризувався чорноземами опідзоленими, темно-сірими опідзоленими, а також сірими та ясно-сірими лісовими ґрунтами на лесоподібних суглинках і пісках. Гранулометричний склад ґрунтів варіював від супіщаного до легкосуглинкового. Вміст гумусу у верхньому шарі ґрунтів коливався в межах від 0,7% до 2,9% (за середнього значення 1,7%).

Характеристика використаних даних дистанційного зондування. У ході роботи використовувався великий масив даних ДЗ, які відрізнялися фізичними способами отримання інформації, її якістю і часом проведення зйомки.

Дані ДЗ на Донецьку область: 1) космічний апарат (КА) IRS; термін зйомки - 07.05.2003; панхроматична зйомка в діапазоні 0,5-0,75 мкм; роздільна здатність 5,8 м; 2) КА SPOT термін зйомки - 24.09.1995; багатоспектральне сканування по трьох спектральних каналах (мкм): 0,50-0,59; 0,61-0,68; 0,79-0,89. Роздільна здатність 20 м; 3) КА Landsat-4; термін зйомки - 22.08.1988; багатоспектральне сканування по сімох спектральних каналах (мкм): 0,45-0,52; 0,52-0,60; 0,63-0,69; 0,79-0,90; 1,55-1,75; 2,08-2,35; роздільна здатність у каналах №№1-5,7 - 28,5 м, №6 - 120 м; 4) КА “Ресурс-Ф1”, камера КФА-1000; термін зйомки - 19.08.1985; кольорова спектрозональна фотозйомка в діапазоні 0,57-0,81 мкм; роздільна здатність - 10-12 м.

Харківська область: 1) КА Terra; скануючий пристрій Aster; термін зйомки - 10.08.2001; багатоспектральне сканування по трьох каналах (мкм): 0.52-0.60; 0.63-0.69; 0.78-0.86; роздільна здатність 15 м; 2) КА IRS; термін зйомки - 18.05.2005; багатоспектральне сканування по трьох каналах (мкм): 0.52-0.60; 0.63-0.69; 0.78-0.86; роздільна здатність 23,5 м; 3) КА “Ресурс-Ф1”, камера КФА-1000; термін зйомки -- 27.05.1989; кольорова спектрозональна фотозйомка в діапазоні 0,57-0,81 мкм; роздільна здатність - 10-12 м.

Київська область: 1) КА “Ресурс-Ф1”, камера КФА-1000; термін зйомки - 06.08.1986; кольорова спектрозональна фотозйомка в діапазоні 0,57-0,81 мкм; роздільна здатність - 10-12 м; 2) КА Terra; скануючий пристрій Aster; термін зйомки - 12.08.2001; багатоспектральне сканування по трьох каналах (мкм): 0.52-0.60; 0.63-0.69; 0.78-0.86; роздільна здатність 15 м.

Усі матеріали надані ДНВЦ “Природа” та Українським Центром Менеджменту Землі та Ресурсів. Для уникнення впливу вологості підбір матеріалів ДЗ проводився з урахуванням погодних умов, які були під час проведення зйомки, для чого вивчалися архівні дані метеостанцій і господарств. Відбиралися лише знімки, для яких було встановлено, що на момент зйомки поверхня ґрунтів, які досліджувались перебувала в умовно повітряно-сухому стані, що дозволило зняти питання про вплив вологості на забарвлення ґрунту.

Традиційні методи ґрунтових досліджень. Закладка та опис розрізів, діагностика ґрунтів проводилися згідно з існуючою класифікацією ґрунтів України (Полупан М.І. та ін., 1981; Полупан М.І. 1988). Відбір і підготовку зразків здійснювали відповідно до існуючих стандартів (ДСТУ ISO 10381-2:2004). У відібраних зразках ґрунту в лабораторних умовах проводилися такі аналізи: гранулометричного складу ґрунту за методом Качинського (ДСТУ 4730:2007); загального вмісту гумусу за методом Тюріна (ДСТУ 4289:2004); щільності складення ґрунту за ДСТУ ISO 11272-2001; структурно-агрегатного складу ситовим методом у модифікації Н.І. Саввінова (ДСТУ 4744 : 2007). Прив'язка розрізів і місць відбору зразків до системи географічних координат здійснювалася за допомогою приладу системи глобального позиціювання Garmin 12.

Визначення спектральних властивостей ґрунтів за даними ДЗ проводилася в геоінформаційній системі TNTlite 6.3. Основними етапами даної процедури були: 1) прив'язка аерокосмічних знімків до системи географічних координат; 2) створення векторного шару інформації про точки відбору ґрунтових зразків; 3) візуальне суміщення вищезазначених матеріалів; 4) автоматичне визначення яскравості знімку в точках відбору зразків і створення відповідної бази даних.

Визначення фотометричних характеристик ґрунту за допомогою цифрової камери Olympus C-350 проводилося за новою методикою, співавтором якої є пошукач. Зразки ґрунту висушувалися до повітряно-сухого стану і подрібнювалися до розміру 0,25 мм. Зйомка проводилася в лабораторних умовах, зі штучним, регульованим освітленням. Зразок поміщали у пластмасову кювету, вирівнювали й ущільнювали, щоб уникнути впливу шорсткості поверхні на оптичні властивості ґрунту. Поруч із кюветою розташовували еталонний зразок, за який був прийнятий стандартний аркуш білого паперу. Отримані растрові зображення оброблялися за допомогою спеціально розробленої за участю пошукача програми LDE, яка дозволяє одержувати середнє значення яскравості обраного фрагмента знімку в трьох спектральних каналах: червоному, зеленому та синьому. Усі виміри проводилися у триразовій повторності.

Методика побудови цифрових моделей рельєфу. ЦМР являє собою сукупність значень оцінок перевищень рельєфу, прив'язаних до вузлів досить дрібної регулярної мережі, які є цифровим виразом висотних характеристик рельєфу на топографічній карті. Побудова ЦМР проводилася в ГІС TNTlite за таким алгоритмом: 1) оцифровування паперових топографічних карт; 2) прив'язка електронних варіантів топографічних карт до системи географічних координат у ГІС-середовищі; 3) автоматична або ручна векторизація ізогіпс рельєфу та створення атрибутивної бази даних; 4) інтерполяція одержаних ізолінійних значень абсолютних висот.

Методика інтегрального геоінформаційного аналізу картографічних та даних дистанційного зондування є предметом авторського права й детально розглядається в дисертації.

Математичне моделювання процесів ерозії проводилося з використанням програми WEPP, яка дозволяє детально прогнозувати процеси змиву/намиву ґрунту в просторово-часових координатах з урахуванням щоденної динаміки стану ґрунту, рослинного покриву і погоди. При моделюванні ерозійних процесів модель WEРP працює з декількома блоками даних, основними з яких є “Ґрунт”, “Рельєф”, “Клімат”, ”Агротехніка”. Блок “Рельєф” містить дані щодо довжини, крутості, форми та експозиції схилу, що дозволяє описати поверхню практично будь-якої конфігурації. Цей блок заповнювався відповідно до інформації, що відображена на топографічній карті масштабу 1:10000. Блок “Ґрунт” характеризує протиерозійну стійкість ґрунтів території, яка визначається трьома основними параметрами: коефіцієнтом міжструмкової ерозії (K_і); коефіцієнтом струмкової ерозії (К_r); критичним зсувом (?_c). Ці параметри встановлювалися або методом фізичного моделювання зливової ерозії або розраховувалися за вмістом органічного вуглецю та гранулометричним складом ґрунту. Відповідно, для кожного ґрунтового горизонту задавалися такі параметри: грубизна; вміст часток <0,05 мм; вміст часток <0,002 мм; вміст вуглецю; кам'янистість. Блок “Клімат” моделі WEPP призначено для прогнозування обсягів та інтенсивності випадання злив, інфільтрації і стоку. Використовувалася методологія, запропонована С.Ю. Булигіним (1999), а саме: моделювання проводили для умов разової, типової для умов конкретної місцевості, зливи 10%-ї забезпеченості. Блок “Агротехніка” формувався, виходячи з уявлень про чорний пар як найнебезпечніший агрофон.

Методика проектування протиерозійної оптимізації агроландшафтів. Використовувалася концепція культурного агроландшафту (Булигін С.Ю., Бураков В.І., 1993), суть якої полягає в тому, що захист ґрунту від ерозії є функцією раціональної виробничої технології, і має базуватися на підтриманні високої водовбирної здатності та протиерозійної стійкості ґрунту, особливо його поверхневого шару. Основним принципом концепції є протиерозійне структурування угідь з метою утворення стоковідвідних контурно-смугових робочих ділянок, що забезпечує безпечну евакуацію надлишків стоку. Контурно-смугові робочі ділянки розташовуються поперек схилу, паралельно одна одній. Їх межі закріплюються полезахисними лісосмугами і стоковідвідними валами-терасами. Ширина ділянок, кількість необхідних валів-трас, їх поздовжній ухил визначаються виходячи з можливої критичної ерозійної ситуації, за яку приймається злива 10% забезпеченості для чорного пару. Для цього за допомогою моделі WEPP виконується моделювання дощової ерозії і розраховується прогноз втрат ґрунту після заданої зливи. У випадку, коли контрольна перевірка ерозійної ситуації згідно WEPP для робочої ділянки перевищує допустиму норму змиву ґрунту виконується перепланування стокоскидної інфраструктури даної ділянки, після чого процедура перевірки повторюється.

Геоінформаційна формалізація та аналіз рельєфу як одного з провідних чинників ґрунтоутворення

Протиерозійна інженерна оптимізація агроландшафту вимагає об'єктивної кількісної і головне - континуальної інформації про ґрунти досліджуваної території. Створення будь-яких ґрунтових картографічних матеріалів ґрунтується на інтерполяції дискретних даних, що отримані в результаті закладки розрізів і відбору зразків ґрунту. Така просторова інтерполяція може засновуватися на використанні трьох методів отримання і аналізу даних: 1) дистанційного зондування; 2) геостатистичного аналізу; 3) аналізу рельєфу як просторової матриці ґрунтоутворення.

Класичним варіантом є методика створення ґрунтових карт, яка базується на виявленні зв'язків між ґрунтом та його положенням у рельєфі. Специфіка ґрунтоутворення на схилових землях була відзначена в роботах П.А. Костичева, Г.Н. Висоцького, Д. Демека, А. Джеррарда, Т.С. Константинової, В.М.Фридланда, А.В. Швебс, P. Furley і багатьох інших. Дослідниками було показано, що рельєф, регулюючи надходження сонячної радіації й опадів на поверхню ґрунту, впливає на мікроклімат місцевості, на водний і тепловий режими ґрунту, а через них і на характер рослинного покриву, отже, в підсумку, на будову і родючість ґрунту. Відповідно, ефективність картографування ґрунтів буде залежати від точності встановлення педотрансферних моделей, які використовують рельєф як основний індикатор ґрунтового покриву. При цьому обов'язковим є врахування всіх причинно-наслідкових зв'язків у ландшафті, зокрема впливу рельєфу не як сукупності окремих параметрів, а як загальної інтегральної функції, що в значній мірі зумовлює розвиток ґрунту.

У першому наближенні значення такої функції може бути описано через використання запропонованого нами параметра - коефіцієнта ксероморфності (Кк) території: Кк = Кі / Кз, де Кі - коефіцієнт інсоляції земної поверхні, Кз - відносний коефіцієнт зволоження.

Коефіцієнт інсоляції земної поверхні характеризує надходження прямої сонячної радіації на реальну поверхню схилу, порівняно з кількістю радіації, що надходить на горизонтальну площину. Для розрахунку Кі використовувалися емпіричні дані щодо надходження прямої сонячної радіації на поверхні, які мають різну експозицію та крутизну (Кондратьєв К. Я. та ін., 1978). Методом поліноміальної апроксимації було визначено формулу розрахунку Кі для заданих параметрів рельєфу:

Кі=1,0062+(-0,016*К+0,00011*К²)*(sin(3,14/180*Е+1,66))-0.0022*К-0,00005*К², (1)

де К - крутість схилу, градуси;

Е - експозиція схилу, градуси.

Для схилів південної експозиції значення Кі більше одиниці, для північних схилів - менше одиниці. При цьому Кі може бути розрахований для схилу будь-якої орієнтації та крутості, що дозволяє кількісно та континуально оцінювати інсоляцію будь-якої території.

Відносний коефіцієнт зволоження території дає можливість оцінювати ступінь вологозабезпечення ґрунту залежно від його положення в рельєфі. У першому наближенні надходження вологи з атмосферними опадами можна оцінити через нахил схилу, який зумовлює швидкість стікання і, відповідно, й час надходження води на поверхню ґрунту, а також гранулометричний склад ґрунту, який впливає на швидкість інфільтрації води. Для параметризації атмосферного зволоження ґрунту доцільно використовувати порівняльний коефіцієнт, який характеризує надходження вологи у ґрунтове тіло залежно від морфології рельєфу порівняно з горизонтальною поверхнею. Припустимо, що материнська порода досліджуваної території має однаковий гранулометричний склад, а, відповідно, й швидкість фільтрації. У такому випадку кількість вологи, що надходить до ґрунтів, які мають різне орографічне положення, залежатиме лише від часу контакту води з поверхнею, який у свою чергу, залежить від крутості поверхні.

Для врахування цього ефекту доцільно використовувати коефіцієнт м, що був визначений Н.Г. Галущенко (1967) і який показує зміну інтенсивності усмоктування залежно від ухилу поверхні: м = e ^-0,0378*Кр, де Кр крутість схилу у градусах. Згідно з цим рівнянням значення м для горизонтальної поверхні дорівнює 1, а, наприклад, для схилу 2 градусів м=0,93, тобто вологонакопичення на такому схилі становить 93% від плакорного.

Коефіцієнт ксероморфності набуває фізичного сенсу, якщо модифікувати його як відношення, чисельник якого дорівнює добутку річного радіаційного балансу на Кі, а знаменник - добутку Кз на річну кількість атмосферних опадів та приховану енергію пароутворення. Як наслідок, ми одержуємо аналог радіаційного індексу сухості (Будико М.І., 1949) для ландшафтів локального рівня. Радіаційний індекс сухості залежить від співвідношення тепла та вологи для конкретного ландшафту і використовується у фізичній географії для визначення інтенсивності фізико-географічних процесів. Саме використання цього індексу дозволило А.О. Григорьєву й М.І. Будико (1965) визначити математичний характер закону зональності ландшафтів, яка була встановлена ще В.В.Докучаєвим.

Урахування радіаційного балансу та річної кількості опадів конкретних територій дозволить коректно порівнювати ґрунти, що відрізняються за макрокліматичними умовами ґрунтоутворення:

,(2)

де R - середньорічний радіаційний баланс, Дж/см²,

L - прихована теплота пароутворення, Дж/см³,

X - середньорічна кількість атмосферних опадів, мм.

Формула 2 дозволяє враховувати вплив мезорельєфу на клімат і кількісно оцінювати ґрунтоутворювальний потенціал локального ландшафту.

Використання коефіцієнта ксероморфності для дослідження ґрунтів північного Степу України. Аналіз матеріалів польових обстежень ґрунтового покриву агрофірми “Шахтар” (Донецька обл.) показав, що з усіх запропонованих нами морфометричних параметрів Кк є найінформативнішою характеристикою щодо впливу рельєфу на процеси ґрунтоутворення (табл. 1). Результати аналізу повністю відповідають сутності Кк - його зростання вказує на погіршання умов вологозабезпечення ґрунту “внаслідок втрати вологи з поверхневим стоком на схилах, а також підвищеної евапотранспірації на теплих їх експозиціях” (Полупан М. І. та ін.,2005).

Найтісніший лінійний зв'язок спостерігається для Кк і ПСГ, який визначає масу гумусу в гумусованій частині профілю ґрунту. Найкраще зв'язок описується експоненційним рівнянням: ПСГ = 0,67 + exp(4,45 - 3,28*Кк). Кореляційне відношення становить -0,78. Оскільки ПСГ не є загальновживаним параметром, звернемо увагу на зв'язок Кк із такими важливими й широко використовуваними ґрунтовими характеристиками, як грубизна гумусованої частини профілю і вмісту гумусу у верхньому шарі. Модель залежності Н від Кк для ґрунтів, які мають гранулометричний склад, важчий за середньосуглинковий має такий вигляд: Н =10,3 - 4,9*Кк. Залежність між П і Кк має такий вигляд: П =188,5 - 101,6*Кк.

Таблиця 1. Результати кореляційного аналізу (n=161)

Примітка. Тут і далі: Н - вміст гумусу в шарі 0-10 см, %; П - грубизна гумусованої частини профілю ґрунту, см; КПГ - коефіцієнт питомого гумусонакопичення; ПСГ - параметр сумарного гумусонакопичення у профілі, г/см²; Кі - коефіцієнт інсоляції; Кз - коефіцієнт зволоження; Кк - коефіцієнт ксероморфності.

Отже, використання запропонованих математичних моделей дозволяє спрогнозувати грубизну ґрунтів і вміст у них гумусу за результатами кількісного аналізу рельєфу. Проведені дослідження дозволяють позитивно оцінити інформативність низки нових, запропонованих нами, показників оцінки взаємозв'язків між рельєфом та ґрунтом.

Використання коефіцієнта ксероморфності для дослідження ґрунтів Лісостепу України. Для перевірки універсальності запропонованого принципу формалізації гідротермічних умов ґрунтоутворення були обрані матеріали ґрунтового обстеження ландшафтного парку “Печенізьке поле” Печенізького району Харківської області. Результати кореляційного аналізу (табл. 2) показали, що для чорноземів типових зберігаються ті ж самі рельєфо-ґрунтові закономірності, що й для чорноземів звичайних - спостерігався значущий зв'язок між Кк і такими параметрами ґрунту, як вміст Н, П, КПГ, ПСГ.

Таблиця 2. Результати кореляційного аналізу (n=23)

Залежність ПСГ від Кк для типових чорноземів на відміну від чорноземів звичайних має лінійну, а не експоненційну форму. Однак ми не вважаємо, що це свідчить про зміну фізичного механізму ґрунтоутворення в зоні Лісостепу. Скоріше за все, така відміна пояснюється невеликим об'ємом вибірки. Регресійне рівняння має такий вигляд: ПСГ = 17,37 - 12,9*Кк. Залежності між Кк та П, КПГ і ПСГ мають лінійний характер, і через це повністю можуть бути охарактеризовані коефіцієнтами кореляції, наведеними в табл. 2.

Використання геоінформаційного аналізу рельєфу для створення ґрунтово-картографічних матеріалів. Практичне використання встановлених статистичних рівнянь полягає у створенні на їх основі картографічних моделей ряду параметрів ґрунтового покриву. Формалізація фактора рельєфу дозволяє оцінювати такі важливі параметри чорноземних ґрунтів, як вміст гумусу у верхньому шарі, грубизна профілю та ін. Використання ЦМР як своєрідної просторової матриці дозволяє на основі встановлених математичних моделей генерувати певні ґрунтові картографічні матеріали.

На рис. 1а представлено ЦМР тестової ділянки площею близько 800 га. Перетворення ЦМР у набір картограм, що характеризують крутість та експозицію поверхні, дозволило згідно з наведеними вище рівняннями побудувати картограму значень Кк для досліджуваної території, яка стала основою для створення електронних ґрунтових картограм (рис. 1б,1в). Представлені картограми призначені в першу чергу для прогнозної оцінки ґрунтового покриву досліджуваної території за суто топографічними матеріалами. Вони можуть ефективно використовуватися як вихідні дані при проведенні польових обстежень, що спрямовані на створення нових та коригування існуючих агроекологічних, агрохімічних і ґрунтових картографічних матеріалів. Представлений принцип створення прогнозних картосхем ґрунтується на чітких фізичних закономірностях перерозподілу рельєфом тепла та вологи як важливих агентів ґрунтоутворення.

Це дає змогу зменшити вплив фактора суб'єктивності при виділенні структури ґрунтового покриву традиційними методами і створює передумови для полегшення, уніфікації та автоматизації процесу ґрунтового картографування. Зрозуміло, що первинні матеріали, створені за запропонованою методикою, потребують обов'язкового коригування та верифікації за рахунок польових досліджень.

Дослідження ґрунтів за допомогою методів дистанційного зондування

Іншим методом, який забезпечує одержання просторової кількісної інформації й дозволяє будувати сучасні ґрунтові карти, є дистанційне зондування. Особливістю картографічного моделювання в цьому випадку є можливість уніфікації методики створення карт й тим самим переведення процесу складання карти з інтуїтивно-суб'єктивного на об'єктивний рівень.

Незважаючи на значну проробленість даної тематики (Кондратьєв К.Я та ін.,1986; Виноградов Б.В., 1988; Шатохин А.В., 1994, 2001; Ачасов А.Б., 1997) важливими, до кінця не вирішеними питаннями залишаються як методичні аспекти дешифрування ДДЗ, що обумовлено значним різноманіттям існуючих приладів ДЗ, так і створення регіональних ґрунтово-індикаціних моделей.

Наші дослідження спрямовувалися на: 1) встановлення можливості дистанційної індикації параметрів ґрунту, що визначають його протиерозійну стійкість, а саме: вмісту гумусу і гранулометричного складу; 2) розробку та вдосконалення методичних аспектів дистанційного картографування ґрунтів; 3) аналіз широкого спектра даних ДЗ з метою встановлення їх ґрунтово-інформаційного потенціалу.

Відпрацювання методики інтегрального ґрунтового дешифрування даних ДЗ і ЦМР проводили на прикладі аерокосмічного тестового полігону, розташованого на території агрофірми “Шахтар” (Донецька обл.). Матеріали космічної зйомки даної території були підкріплені топографічними матеріалами, що стали основою для створення ЦМР та детальним підпольотним ґрунтовим обстеженням, у ході якого не вкритих рослинністю на полях заклали 28 розрізів і відібрали 16 зразків із шару 0-10 см. Усі місця відбору проб прив'язували до системи географічних координат, що дозволило для кожної точки визначити спектральні характеристики (Я) поверхні ґрунту за матеріалами багатоспектрального космічного сканування (КА Landsat-4).

Статистичний аналіз довів, що вміст гумусу має найтісніший зв'язок з яскравістю першого каналу:

Я₁ = 52,1 - 3,38*Н (r=-0,83).

Достатньо інформативним стосовно визначення гумусованості ґрунтового покриву є короткохвильовий інфрачервоний діапазон (Я₅) - r=-0,79, ближній інфрачервоний діапазон (Я₄) - r= -0,70, і червоний діапазон (Я₃) - r= -0,70. На основі аналізу поєднань різних діапазонів розрахували багатофакторне рівняння придатне для індикації вмісту гумусу Н за ДДЗ відкритої поверхні чорноземів:

Н = 13,13 - 0,06*Я₁ - 0,04*Я₅ - 0,11*Я₂ (R=0,88).

Підвищити точність визначення Н дозволяє поєднане використання даних багатоспектрального сканування (БСС) і ЦМР. У результаті покрокового регресійного аналізу було запропоновано таку модель індикації вмісту гумусу:

Н = 14,1-0,1*Я₁-0,03*Я₅ -3,03*Кк (R=0,90).

Вміст фізичної глини (ФГ) ґрунту оптимально визначати за даними сканування у п'ятому діапазоні:

Я₅ = 144,66 - 1,18*ФГ (r= -0,77).

Це пояснюється двома причинами: по-перше, як відомо, Н суттєво залежить від вмісту ФГ, тобто в даному випадку має місце прихована кореляція; по-друге, короткохвильовий інфрачервоний діапазон (Я₅) сильно реагує на наявність у складі мінералів гідроксильних груп (Дейвис Ш.М. та ін., 1983), що, у свою чергу, пов'язано з його гранулометричним складом. Абсолютна похибка визначення ФГ у верхньому шарі ґрунту, за даними ДЗ, складає 7,4% і є цілком зіставлюваною з похибкою аналітичного методу визначення гранулометричного складу.

Використання методу покрокової регресії дозволило виявити ще більш ефективне індикаційне рівняння для індикації ФГ:

ФГ = 118 - 0,63*Я₅ - 0,25*Я₇ (R=0.86).

Згідно з цим рівнянням 74% варіабельності ФГ у досліджуваних ґрунтах можна визначити за спектральною інформацією інфрачервоного діапазону КА Landsat-4. Спільне використання вищеозначених діапазонів у регресійному рівнянні допустимо, оскільки кореляція між ними становить лише r = -0,4. Таким чином, використання матеріалів БСС дозволяє досягнути задовільної точності визначення вмісту ФГ під час великомасштабних ґрунтових обстежень. Важливим результатом є встановлення того факту, що БСС у діапазоні 0.45-2.35 мкм дозволяє одночасно оцінювати як вміст гумусу у ґрунті, так і його гранулометричний склад. При цьому статистично доведено, що така можливість не є результатом природної взаємокореляції між Н та ФГ.

Недоліком ДЗ є неможливість визначення кількісних параметрів ґрунтів, вкритих рослинним покривом. Одним з варіантів вирішення цієї проблеми є розробка індикаційних залежностей, що базуються на альтернативних джерелах інформації: архівній ґрунтовій карті та топографічній карті. Як приклад, наводимо наступну модель, згідно з якою приблизно такого ж рівня точності індикації гумусу, як у попередніх моделях, можна досягти за параметрами, які характеризують рельєф та гранулометричний склад - Н =7,6 + 0,06*ФГ-5,88*Кк (R=0,86).

Одержані статистичні моделі стали основою для створення сучасних ґрунтових карт на засадах геоформульного дешифрування даних БСС (КА Landsat-4). Алгоритм побудови картографічних матеріалів було відпрацьовано на прикладі одного з полів агрофірми “Шахтар”, яке не було вкрито рослинністю під час зйомки. У ході поєднаного аналізу архівної ґрунтової карти 1981 р. і матеріалів БСС було виявлено, що межі ґрунтових виділів на карті суттєво відрізняються від візуально помітних на знімку “оптичних” ареалів (рис. 2). Оскільки забарвлення ґрунту є однією з його головних діагностичних ознак, а дані БСС кількісно та об'єктивно характеризують саме забарвлення об'єкта, було зроблено попередній висновок про невідповідність архівної ґрунтової карти реаліям і вирішено на прикладі цього поля провести коригування існуючої карти.

Згідно з установленим раніше регресійним рівнянням залежності даних БСС від ґрунтових параметрів для даного поля були розроблені електронні картограми Н і ФГ, інтегральний приклад яких показаний на рис. 3.

Одержані картограми мають важливе значення як окремі шари інформації: вони є основою для розрахунку картограм протиерозійної стійкості ґрунтів згідно з ідеологією моделі WEPP.

Кожен кластер-ареал є внутрішньо однорідним за значеннями Н і ФГ, що робить отриману картограму кількісною, статистично обґрунтованою та об'єктивною базою для створення ґрунтової карти. Після аналізу інформації, яка була отримана в ході польових спостережень, виділи на картограмі були дешифровані таким чином:

1) чорнозем звичайний слабогумусований середньосуглинистий на лесових породах, які неглибоко підстилаються елювієм пісковиків; 2) чорнозем звичайний малогумусований важкосуглинистий слабозмитий на лесових породах; 3) чорнозем звичайний малогумусований легкоглинистий на лесових породах, які глибоко підстилаються елювієм пісковиків. Враховуючи всю літологічну складність ґрунтоутворювальних і підстилаючих порід даного району, що взагалі властиве для Донецької височини, нами спеціально було проакцентовано рівень підстилання лесових порід елювієм пісковиків. Це дозволяє пояснити розбіжність у гранулометричному складі першого і третього ґрунтових виділів.

Розроблена методологія дозволяє отримувати електронні картограми для невкритих рослинністю ґрунтів у межах космічного зображення розміром 80х80 км (для КА Landsat-4). Таким чином, реалізується проблема індикації ґрунтового покриву, з коректним переходом від прямого опробування ґрунту “в точці” до суцільної характеристики ґрунтового покриву.

В Україні існує великий фонд архівних фотоматеріалів, виконаних у 70-90х роках минулого сторіччя супутниками серії “Ресурс”. Усі ці матеріали безкоштовні і доступні зацікавленим у них державним організаціям. Це обумовлює інтерес до них, як до основи для створення системи дистанційного моніторингу земельних ресурсів.

На аерокосмічних полігонах “Люботинський” і “Бориспільський” проводилися дослідження щодо визначення потенціалу і порівняння спектрозональної космічної фотозйомки (КА “Ресурс-Ф”, камера КФА-1000) і наземної цифрової фотозйомки (камера Olympus C350). Кореляційний аналіз вибірки, яка репрезентувала ґрунти полігону “Люботинський”, довів, що залежність між яскравістю зображення ґрунту на знімку, зробленому камерою КФА-1000 (G) і вмістом у ньому гумусу, описується формулою:

G = 129,31-12,17*Н (r = -0,74).

Для ґрунтів полігону “Бориспільський” було отримано наступне рівняння:

G = 184,4 - 24,3*Н ( r = -0,82).

Відносні похибки визначення Н за наведеними формулами складають 10,5% і 18% відповідно. Запропоновані методичні підходи до підготовки та дешифрування спектрозональних знімків створюють умови для проведення часового ґрунтового моніторингу і встановлення темпів деградації ґрунтового покриву України.

Незважаючи на всі переваги дистанційних методів, їх широке застосування обмежується залежністю від погодних умов та наявності рослинного покриву. У такому випадку логічним доповненням до космічних багатоспектральних сканерів може стати цифрова фотокамера, яка дозволяє в польових умовах одержувати інформацію стосовно забарвлення ґрунтів. Цифрові фотокамери характеризуються дешевизною, зручністю у використанні, і головне, оперативністю одержання результату.

Визначення фотометричних характеристик ґрунтів полігонів “Люботинський” і “Бориспільський” проводилося за допомогою цифрової камери Olympus C-350. Результати кореляційного аналізу вибірки, що складалася із зразків ґрунту полігону “Люботинський” показали, що найпридатнішим щодо визначення гумусованості ґрунту є червоний діапазон (R), через що в подальших статистичних процедурах розглядався тільки він. Залежність R від Н описується моделлю виду:

R = 80,59 - - 5,35*Н (r = 0,84).

Ця формула дозволяє проводити визначення Н у ґрунті з абсолютною похибкою 0,23%. Результати лабораторних вимірів оптичних характеристик ґрунтів “Бориспільського” полігону в цілому аналогічні результатам, що були одержані для полігону “Люботинський”. Найтісніший зв'язок спостерігається між R і Н:

R = 89.6 - 11*Н (r = 0,99).

Абсолютна похибка визначення Н становить 0,23%.

Поєднаний аналіз фотометричних властивостей ґрунтів обох полігонів підтвердив загальні тенденції, що були виявлені в попередніх дослідженнях. Для сукупної вибірки червоний канал також є оптимальним щодо визначення Н: R = 81.6 - 5.8*Н (r = -0,88). Абсолютна похибка визначення Н = 0,44%, відносна похибка - 16%, що відповідає припустимій похибці аналітичного методу. Отже, цифрові фотокамери дозволяють кількісно оцінювати й досліджувати забарвлення ґрунту та визначати Н із точністю, яку вимагають існуючі аналітичні методики. Для визначення Н у ґрунтах найбільш доцільно використовувати спектральні дані червоного діапазону.

Використання інтегрального аналізу даних дистанційного зондування і цифрових моделей рельєфу при дослідженні ґрунтового покриву

Сумісне використання ДДЗ і ЦМР як планової основи для великомасштабного картографування ґрунтів надає одержуваним матеріалам ефекту емерджентності через урахування принципово різних ґрунтово-інформаційних аспектів.

ЦМР і похідні від неї матеріали дають можливість об'єктивно конкретизувати контури ділянок з однорідними ґрунтоутворювальними умовами і навіть надають прогнозні оцінки за низкою ґрунтових параметрів. Недоліки цих матеріалів: 1) неможливість урахування фактора материнських і підстилаючих порід, що може суттєво вплинути на результати картографування; 2) “ідеальність” отриманих матеріалів, які не можуть відбити зміни у ґрунтовому покриві. Матеріали космічної зйомки в оптичному діапазоні надають сучасну інформацію про яскравість відкритої поверхні ґрунту, що дозволяє виділяти однорідно забарвлені ґрунтові виділи. Недоліком ДДЗ є складність їх апріорної ґрунтової інтерпретації. Наприклад, змиті і піщані ґрунти можуть мати одну яскравість на знімку. Останнє може бути компенсоване ще на попередньому камеральному етапі досліджень за рахунок застосування архівної ґрунтової карти, яка дозволяє провести первинне ґрунтознавче дешифрування матеріалів ДЗ та ЦМР.

Нами запропоновано алгоритм інтегрального використання ЦМР і ДДЗ при обстеженні ґрунтового покриву. Розглянемо стандартну ситуацію, коли наявні архівна ґрунтова карта масштабу 1:10000, ЦМР масштабу 1:10000 і космічний знімок території із просторовою розділювальною здатністю не гірше за 10 м. ЦМР перетворюється в картограму значень коефіцієнта ксероморфності, на якій виділяються чотири зони гідротермічних умов: 1 - модальні умови (Кк = 1-1,1); 2 - слабоксероморфні умови (Кк = 1,1-1,2); 3 - середньоксероморфні умови (Кк = 1,2-1,3); 4 - зона сильноксероморфні умови (Кк = >1,3). За результатами кластерного аналізу ДДЗ будується картосхема відбивної здатності ґрунтів, на якій також виділяють чотири кластери. Проводиться просторове накладання картограм Кк і ДЗ. Виділяються всі території, що виникають на перетинах зон модальних гідротермічних умов і кластерів яскравості зображення. Ці території надалі будемо називати “контурами”. Технологічно для цієї мети доцільно використовувати також метод кластерного аналізу. Аналізуються контури, що виникають на перетинах першої зони гідротермічних умов (модальних) і першого кластеру яскравості зображення (із найтемнішими ґрунтами). Вони зіставляються з архівною ґрунтовою картою, після чого їм умовно надається номенклатурна назва. Аналогічно проводиться виділення і класифікація контурів, які утворюються при перетині інших відповідних зон і кластерів вихідних картограм. Логіка така: перші номери виділів на картосхемах відповідають модальним/нееродованим ґрунтам; другі номери можна попередньо охарактеризувати як слабоксероморфні/слабоеродовані, треті - сердньоксероморфні/сердньоеродовані, четверті - сильноксероморфні/сильноеродовані. Така схема логічна для територій, ізотропних у відношенні материнських порід та їх гранулометричного складу.