Использование данных тепловой съемки для дешифрирования свойств почв

Урожайность сельскохозяйственных культур во многом определяется состоянием почв и наличием в них доступных питательных веществ. Именно поэтому в сельскохозяйственном производстве важное значение имеет почвенное и агрохимическое обследование земель, результатом которого являются карты параметров почвенного плодородия. Картографирование параметров почвенного плодородия происходит на основе полевых работ и лабораторных исследований образцов почв. Работы проводятся в соответствии с утвержденными методиками [3]. Большая трудоемкость подобных работ и достаточно сильная изменчивость параметров плодородия почв (NPR, рН, содержание гумуса, влажность почв и т.п.) приводят к тому, что получить оперативно подобные данные для больших территорий практически невозможно и очень затратно [6,8]. Нами проведен анализ возможности использования результатов тепловой съемки для детектирования параметров плодородия почв на примере ключевого участка на пахотной серой лесной почве.
Объектом исследования является почвенный покров тестового поля «Жежельна», расположенного в Ясногорском районе Тульской области. Площадь поля составляет около 90 га. Рельеф территории исследований широковолнистый. Представлен равниной, с преобладающими высотами 250 метров, наиболее высокие точки - 320м. Присутствует расчленение овражнобалочной и речной сетью [1]. На поле преобладают серые лесные пахотные почвы [5]. Полевые исследования проходили в августе и сентябре 2018 года, после уборки урожая. Всего было заложено 25 точек опробования. В лаборатории были выполнены следующие анализы: определение содержания гумуса, определение рН почвы (водн. и сол.), обменные основания по Шолленбергеру (Ca2+, Mg2+, K+, Na+), Р2О5 подвижный (по Кирсанову), К2О обм. (по Масловой), общий азот по стандартным методикам [4]. Кроме того, определялись следующие физические параметры почв: плотность, твердость, влажность относительная, влажность, структура, количество пор аэрации, порозность [2]. Одновременно с отбором образцов проводилась съемка свежепроборонованной открытой поверхности почвы с высоты 150-180 см. в пятикратной повторности с использованием тепловизора FLIR VUE 512, работающего в ИК диапазоне 7.5 ~ 13.5 мкм [7]. Было проведено построение моделей линейной регрессии на основе данных тепловизионной съемки открытой поверхности пашни.
Было установлено, что существует корреляция между физико-химическими свойствами почвы (содержание кальция, магния, рН почвы, влажность относительная, влажность объемная и весовая, плотность и запасы почвенной влаги) и данными тепловой съемки. Регрессионные уравнения были использованы для построения карт отдельных свойств почв в ГИС.
В дальнейшем найденные закономерности могут служить основой для дистанционного построения автоматизированных алгоритмов дешифрирования свойств почв, определяющих плодородие серых лесных почв данного района по изображениям открытой поверхности пашни по данным ДДЗ.
Исследование выполнено при поддержке гранта РФФИ 18-016-00052/19.