Оценка степени смытости дерново-подзолистых почв на основании мультиспектральных данных дистанционного зондирования Земли

Водная эрозия почвы является негативным процессом, вызывающим деградацию, разрушение и уничтожение плодородного слоя почвы и наносящим ущерб земельным ресурсам, окружающей среде и сельскому хозяйству. Рациональное и экологически-безопасное использование почвенных ресурсов на территориях подверженных водной эрозии почвы нуждается в получении оперативных данных о состоянии почвенного покрова с оценкой степени деградации.
Традиционные методы исследования территорий, подверженных эрозионным процессам, основанные на аналитических данных полевых обследований, являются трудоемкими и недостаточно оперативными. Источником оперативных и достоверных данных о состоянии почвенного покрова являются аэрофотоснимки и космическая информация высокого разрешения, получаемая с искусственных спутников Земли, таких как QuickBird, GeoEye и др.
Физической основой формирования изображения эродированных почв на космических снимках является их спектральная отражательная способность. Количественные измерения цвета почвы позволяют получать принципиально новую характеристику почвы и с ее помощью выявить ряд химических и агрохимических свойств почвы. Спектр отражения света почвенной поверхностью – сложная функция, зависящая от многих факторов. К ним относится химический и минералогический состав, содержание и расположение красящих компонентов в почвенной массе, влажность, структурные особенности почвы.
Цвет почвы – один из важнейших морфологических признаков, используемых при классификации и диагностике почв. Все полевые почвенные исследования эродированных почв базируются на особенностях цвета почвы, наличия генетических горизонтов и их профильных сочетаний.
Поверхностные горизонты эродированных почв состоят из материала разрушаемых почвенных горизонтов, расположенных ниже по профилю, поэтому их цвет определяется цветом нижележащих горизонтов.
Окраска почвенных горизонтов дерново-подзолистых почв зависит главным образом от трех групп веществ и соединений: гумуса, придающего почвам темную ахроматическую окраску; оксидов железа, окрашивающих почвы в красно-бурые тона; соединений кремния, алюминия, карбонатов и легкорастворимых солей, имеющих белый цвет и увеличивающих интенсивность отражения света почвами.
Как показал анализ спектрофотометрических данных, спектральная отражательная способность поверхностного горизонта пахотных почв является объективной характеристикой, позволяющей судить о степени их деградации при дистанционном исследовании состояния почвенного покрова.
Спектрофотограммы исследованных почвенных образцов представляют собой пологие кривые, монотонно поднимающиеся к красной области спектра. Данная закономерность отмечается как для спектральных кривых воздушно-сухих почв, так и для почв при их полевой влажности. Анализ графиков, полученных при полевом и лабораторном спектрометрировании позволил отметить, что для образцов поверхностного горизонта почв различной степени деградации (слабо, средне и сильноэродированных) можно выделить участок спектра 500-600 нм, в пределах которого изменения спектрофотометрических характеристик почвенных образцов наиболее существенны. Спектральные кривые отражения почв с повышенным содержанием соединений железа и красноцветных минералов (образцы поверхностного горизонта средне- и сильноэродированных почв) имеют характерный перегиб в области длин волн 500 – 600 нм, который появляется благодаря резкому увеличению коэффициентов отражения в этом спектральном диапазоне. Тангенс угла наклона (tgα) подобных кривых в средней части спектра значительно больше, чем в крайних областях. Отсюда следует, что тангенс угла наклона спектральной кривой в области 500-600 нм может служить хорошей характеристикой спектральной отражательной способности эродированных почв.
Наблюдаемая зависимость позволяет использовать при выявлении, оценке и создании карт эродированных почв мультиспектральные космические снимки на основании преобразования исходных спектральных признаков. При этом используются два наиболее стабильных участка спектра оксидов железа. В красной области спектра (600 – 700 нм) минералы, содержащие Fe3+ характеризуются устойчиво высоким коэффициентом отражения, в синей области спектра (380 – 500 нм) – устойчиво низким. Индекс оксида железа (отношение значений каждого пикселя космического снимка в красной и синей областях спектра) может служить количественной оценкой интенсивности увеличения спектральной яркости в зеленой области спектра (500 – 600 нм), характеризующей степень эродированности почвенного покрова.
Применение данного спектрального преобразования, позволяет численно охарактеризовать интенсивность увеличения яркости почвы в области 500-600 нм, определив, таким образом, участки выхода на поверхность иллювиального почвенного горизонта, обогащенного окислами железа. Чем больше значение индекса оксида железа, тем более глубоко затронут процессами эрозии почвенный профиль.

Список литературы:
1. Орлов Д.С. Химия почв: Учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 1992. – 400 с.
2. Беляев Б.И., Курикина Т.М., Лисица В.Д. Спектральные отражательные свойства почв (Аналитический обзор). Минск – 1991.
3. Кравцов С.Л. Обработка изображений дистанционного зондирования Земли (анализ методов)/С.Л. Кравцов. – Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2008. – 256 с.