Формирование представлений о трехмерной поверхности почвенного покрова

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.458

Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины

Формирование представлений о трехмерной поверхности почвенного покрова

О.А. Скрипник

Решение глобальных экологических проблем деградации земель, утраты биоразнообразия, истощения природных ресурсов достигается путем организации обоснованного рационального землепользования. Экологическая безопасность и экономическая эффективность землепользования невозможны без учета особенностей структуры почвенного покрова (СПП) территории. Важнейшим фактором, определяющим СПП, является рельеф [1]. Необходимость отражения его влияния требует рассмотрения почвенного покрова в качестве трехмерного (объемного) объекта.

Развитие почвоведения последовательно проходило стадии древнеземледельческих нульмерных, профильных одномерных [2], ареальных двумерных [1] представлений. Сегодня проводится типизация трехмерных форм почвенного покрова [3], предпринимаются комплексные геоморфолого почвенные исследования [4]. Потеря одного измерения на плоских почвенных картах восполняется специалистами методами пластики рельефа [5]. Устанавливаются геохимические зоны засоления, сменяющиеся по мере снижения гипсометрии местности [6]. Применение дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), компьютерных средств позволяет составлять цифровую модель рельефа (ЦМР, digital terrain model) [7]. Создается топографическая основа для изучения почвенного покрова в реальном трехмерном пространстве.

На этом фоне перспективным представляется разработка представлений о трехмерной поверхности почвенного покрова (ТППП).

Во-первых, ТППП соответствует топографической поверхности, которая достаточно хорошо изучена, точно задана соответствующими государственными службами. Использование данных о топографической поверхности позволяет активизировать огромный массив информации о рельефе территории. ТППП доступна для визуального изучения на значительных территориях, в том числе, с использованием современных дистанционных методов зондирования.

Во-вторых, ТППП отражает наиболее характерные черты почвенного покрова. На ТППП прослеживается отпечаток профильного строения. Как правило, на ТППП могут быть определены основные характеристики почв - гранулометрический, минералогический, химический состав. Многие классификационные показатели (гумусность, обеспеченность питательными элементами и др.) изучаются для пахотного слоя (0-25см).

В-третьих, ТППП расположена на границе раздела фаз: твердой - почва, жидкой - почвенный раствор, газообразной - атмосфера. Здесь концентрируются наиболее активные почвообразовательные процессы. Наибольшей интенсивности достигают аэробные микробиологические процессы. При максимальном испарении с ТППП выпадают в осадок наибольшее количество легкорастворимых солей при выпотном водно-солевом режиме. Можно сказать, что почва формируется («прирастает») и деградирует («гибнет») с поверхности.

Целью исследований, которые легли в основу предлагаемой работы является обоснование ТППП в качестве множества точек, которое позволяет решать ряд общих и прикладных задач.

Обоснование трехмерной поверхности почвенного покрова (ТППП). Геометрические представления о ТППП исходят из представления о множестве точек, образующих объекты ТППП (элементарные почвенные ареалы, ареалы почвенных комбинаций, границы почвенных контуров). Точка ТППП является образующим понятием и лежит в основе всех последующих построений.

Абстрактный геометрический характер понятия точка позволяет использовать ее в качестве элементарной единицы ТППП. Она может быть получена как воображаемый предел бесконечного деления, путем неограниченного уменьшения всех размеров. Между тем, точка ТППП находит свое предметное выражение в виде точки опробования (разрез, полуяма, прикопка, скважина) в почвенной практике.

Для точки ТППП справедливы принятые определения.

Точка (point, point feature) - 0-мерный объект, характеризуемый координатами и ассоциированными с ними атрибутами; совокупность точечных объектов образует точечный слой .

Координаты (сoordinates) - числа, заданием которых определяется положение точки на плоскости, поверхности или в пространстве. Прямоугольные координаты в пространстве (rectangular space coordinates, spatial coordinates, 3D сoordinates, three dimensional сoordinates) - три числа x, y и z (аппликата), определяющие положение точки относительно трех взаимно перпендикулярных плоскостей.

Атрибут (attribute) - свойство, качественный или количественный признак, характеризующий пространственный объект.

Экспериментальным подтверждением реальности представлений о ТППП служит распределение засоления почв на подовом участке орошаемых земель КСП "Кировский" Днепропетровского района Днепропетровской области (таблица).

Таблица - Распределение засоления на трехмерной поверхности почвенного покрова

Примечание. В таблице использованы принятые сокращения типа засоления: сгк- сульфатно-гидрокарбонатный; ссд - сульфатно-содовый; хсд - хлоридно-содовый; сдс - содово-сульфатный; хс - хлоридно-сульфатный; сх сульфатно-хлоридный.

Очевидно, что в днище пода (точка 7) с наименьшей высотной отметкой (z) накопление солей достигает сильной степени. Склоны пода также подвержены действию солончакового процесса (точки 4, 10 до слабой степени засоления; точки 8, 12, 14 - засоление не достигает значимых градаций). почвенный засоление орошаемый минералогический

Аналогичным образом результаты исследования почв на ключевых участках могут быть интерполированы на ТППП в соответствии с пространственными атрибутами ее точек.

Рисунок. Матрица непространственных атрибутов точки трехмерной поверхности почвенного покрова:

Процесс присвоения пространственным объектам атрибутов носит название атрибутирования (attribute tagging, attribute). Пространственными атрибутами являются угол крутизны склона, азимут экспозиции, величина водосборной площади и др.

Непространственными атрибутами являются, собственно почвенные атрибуты, значения показателей которых закономерно распределяются по ТППП (рисунок)

ПР-пористость; УМ-удельная масса; ПЛ-пластичность; МЩ-мощность; ОМ-объемная масса; МН-минералогический состав; ГР-гранулометрический состав; АГ-агрегатность; ВПР-водопроводи-мость; КЛ-коллоидный состав; И- ионный состав; ПТ-питательность; ВЛГ-влагоемкость;О-окраска; Г-гумусность; П-тип почвообразования

Пористость - свойство почвы сохранять поры между частицами твердой фазы. Удельная масса- масса твердой фазы почвы (без скважин) в единице объема. Пластичность - это способность почвы изменять свою форму под влияние какой-либо внешней силы без нарушения сплошности и сохранять приданную форму после устранения этой силы. Она выражается числом пластичности. Мощность отражает размеры почвенного профиля. Объемная масса (объемный вес) или плотность скелета - это масса сухой почвы ненарушенного сложения в единице объема. Минералогический состав отражает наличие в почве первичных и вторичных минералов. Гранулометрический состав иллюстрирует фракционирование по размеру частиц. Агрегатность - способность почвы формировать агрегаты. Агрегаты почвы - образования, формирующиеся из элементарных механических образований в результате их взаимодействия. Водопроводимость - свойство почвы создавать условия для перемещения влаги в почве. Показателями водопроводимости являются коэффициент впитывания, коэффициент фильтрации, высота капиллярного поднятия и др.. Коллоидность - способность почвы содержать коллоиды, находящиеся в растворе и адсорбирующиеся на поверхности твердой фазы. Показателями коллоидности являются емкость поглощения и состав обменных оснований. Ионный состав отражает химический состав наиболее активных агентов почвенного раствора. Питательность - способность почвы удерживать питательные элементы (NPK). Способность почвы удерживать влагу называют влагоемкостью. Свойство влагоемкости отражается рядом констант в соответствии с формами влаги, содержащейся в почве: максимальная гигроскопическая влажность (МГВ), максимальная молекулярная влагоемкость (ММВ), влажность завядания (ВЗ), наименьшая влагоемкость по Роде (НВ) или предельно полевая влагоемкость по Розову (ППВ), Окраска представляет собой видимый результат взаимодействия почвы и света. Гумусность - способность накапливать гумус. Гумус - совокупность высокомолекулярных соединений, имеющих кислотный характер, которые накапливаются в почве в течение многолетних процессов. Тип почвообразования определяет взаимодействие элементов почвенной системы.

Показатели атрибутов могут быть вычислены аналитически и определены экспериментально.

Выводы

Представления о ТППП позволяют интегрировать в единую систему рельеф и почвенный покров.

Распределение почвенных показателей происходит в соответствии с ее пространственным положением на ТППП.

Атрибутирование точки способствует формированию почвенной сущности ТППП.

4. Дальнейшее развитие представлений о ТППП позволит определять количественные значения таких важных показателей, как локальный коэффициент увлажнения, эрозионная опасность. Расширяются возможности уточнения почвенного картирования.

Литература

1. Докучаев В.В. Русский чернозем. Избр. тр. в 3-х томах - М.: Сельхозгиз, 1948. - Т.1 - 480 с.

2. Фридланд. Структура почвенного покрова. М.: Мысль,1972.- 423 с.

3. Степанов И.Н. Формы в мире почв - М.: Наука, 1986 - 190 с.

4. Волобуев. Устройство поверхности Мильской степи // Докл АН АзССР. - 1948. - Т.4. - № 3. - C.88-101.

5. Джерард А. Дж. Почвы и формы рельефа - Л.: Недра, 1984. - 205 с.

6. Новикова А.В. Прогнозирование вторичного засоления почв при орошении. - Киев.: Урожай, 1975. - 183 с.

7. Информационный бюллетень ГИС - Ассоциации. Приложение - М.: ГИС-Ассоциация, 1998. - C. 81-111.

Аннотация

Обоснованы представления о трехмерной поверхности почвенного покрова (ТППП). Приведены экспериментальные подтверждения закономерного распределения почвенных показателей по ТППП. Проведено атрибутирование точки ТППП.

Обгрунтовані уявлення про трьохмірну поверхню грунтового покриву (ТПГП). Наведені екпериментальні підтвердження закономірного розподілу грунтових показників по ТПГП. Виконане атрибутування точки ТПГП.

Idea about three-dimensional surfase of soil cover (TSSC) are substantiated. Experimental conformation of regular distribution of soil indicator are led. Attribute tagging of point TSSC.

Размещено на Allbest.ru