CC BY
42
УДК 631.4
Н.В. Гопп, Е.А. Куликова, В.В. Смирнов ИПА СО РАН, ИВТ СО РАН, Новосибирск
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЛАТЕРАЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ ПОЧВЕННОГО ПОКРОВА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ФАКТОРОВ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МНОГОЗОНАЛЬНЫХ И РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СНИМКОВ
N. V. Gopp, E.A. Kulikova, V. V. Smirnov
Institute of Soil Science and Agrochemistry (ISSA SBRAS), 18 Sovietskaya St., Novosibirsk, 630099, Russian Federation
Institute of Computational Technologies (ICT SBRAS), 6 Akad. Lavrentjev avenue, 630090,Russian Federation
RESEARCH OF REGULARITIES OF LATERAL DIFFERENTIATION OF SOIL COVER DEPENDING ON SOIL-FORMING FACTORS WITH USAGE OF POLIZONAL AND RATIO-LOCATING SURVEY
The data are given on processing of polizonal and radio-locating survey for detection of lateral differentiation of soil cover depending on soil-forming factors. As result the complex landscape profiles have been compiled. The profiles under question characterizing spatially soil-forming factors.
The paper deals as well with the potentialities of the clustered analysis of data on polyzonal survey while studying of plant with similar spectral- brightness parameters.
При комплексном исследовании закономерностей латеральной дифференциации почвенного покрова важное значение приобретают данные дистанционного зондирования, а также методы автоматического дешифрирования многозональных космических снимков и методы сопряжённого пространственного анализа почвенных, геоботанических, геоморфологических и литологических данных. Применение этих методов обусловлено, прежде всего, необходимостью выявления причинной взаимосвязи между компонентами ландшафта, что в свою очередь способствует разработке методологии диагностики почвенного покрова по данным дистанционной информации.
Объекты и методы исследования
Исследовались почвенный покров, растительность, рельеф и почвообразующие породы на ключевых участках Болотнинского района Новосибирской области. Этот район имеет сложное геологическое и тектоническое строение и находится в зоне сочленения мегаструктур разной геодинамической природы Западно-Сибирской плиты и Алтае-Саянской складчатой области [1].
Ключевой участок № 1 ограничен координатами 83°50'43'' - 83°55'20'' в. д., 55054'45'' - 55°53'15'' с. ш. (рис. 1). Ключевой участок № 2 ограничен 84°237" - 84°28'3'' в. д., 55°59'23" - 55°57'26" с. ш. (рис. 2).
Обработке подвергался фрагмент многозонального снимка Landsat 7 ETM+ с пространственным разрешением 30 м, полученный 1 августа 1999 г. и прошедший радиометрическую и геометрическую коррекции.
Данные наземных маршрутных наблюдений, собранные с помощью системы глобального позиционирования (GPS) использовались для построения графика отражательной способности формаций растительности применительно к съемке Landsat 7 ETM+. Фрагмент снимка подвергался обработке двумя алгоритмами ISODATA и CCA (Combined Clusterization Algorithm).
1 1
55° 54' 00" - Сосновые травяные и травяно-кустарничковые леса - Березовые и березово - осиновые травяные леса - Луговая и кустарниковая растительность в пойме реки - Песчаные отложения - Река Обь
83° 5 0' 24" 830 51' 36" 830 52' 48" 830 54' 00" і 1 1 1 1 0 0.5 1.0 1.5 2.0 км
Рис. 1. Картосхема ключевого участка № 1 полученная на основевизуально-инструментального дешифрирования снимкаLandsat 7 ETM+
55° 58' 48"
55° 57' 36'
84°24' 00"
і-------1------1-------1-------1
0 0.5 1.0 1.5 2.0 км
- Темнохвойно-березово-осиновые леса
- Темнохвойные (пихтовые, кедровые, еловые) леса ■ Луговая разнотравная растительность
- Березовые травяные леса
- Сельскохозяйственные угодья
- Озеро Большое Черное
Рис. 2. Картосхема ключевого участка № 2, полученная на основевизуально-инструментального дешифрирования снимкаLandsat 7 ETM+
Для изучения количественных характеристик морфометрических параметров рельефа (крутизны и экспозиции склонов, высоты над ур. м., степени вертикальной расчленённости) использовался радиолокационный снимок БЯТМ (разрешение 90 м, длина волны в С-и Х-диапазоне 5,6 и 3,1 см соответственно).
Для построения ландшафтных профилей в полуавтоматическом режиме кроме многозональных снимков, использовались дополнительно радиолокационные снимки БЯТМ, а также почвенная карта Новосибирской области [3].
Комплексное изучение и оценка количественных параметров компонентов ландшафта подразумевают проведение целого ряда работ по сбору, расчету и анализу пространственно-распределённой информации в географических информационных системах (ГИС).
Результаты и обсуждение
В результате анализа спектрально-яркостных характеристик лесной растительности (рис. 3), установлено, что различные формации растительности имеют высокую спектральную селективность. Исключением являются темнохвойные (пихта, кедр, ель) и сосновые (травяные и травяно -кустарничковые) леса, имеющие близкие характеристики.
Длина волны, мкм
— ■ ■ Сосновый лес
♦ Темнохвойная тайга (пихта, ель, кедр)
— — Берёзовый лес
- - - - Смешанные темнохвойные и берёзово-осиновые леса
X Заболоченные берёзовые леса
Рис. 3. Характеристики спектрального отклика лесной растительности
Для автоматизированного дешифрирования снимка были апробированы два алгоритма ISODATA и CCA. Результаты исследований показали, что для решения проблемы распознавания растительности с близкими спектрально -яркостными характеристиками, более всего подходит алгоритм ССА с предварительной обработкой (сегментация изображения с пороговыми значениями 140 и 240 по гистограмме вегетационного индекса) [2].
В результате сопряжения пространственной информации полученной в ходе обработки многозональной и радиолокационной съёмки, а также данных полевых исследований и тематических картографических материалов (почвенная карта, карта почвообразующих пород) составлены комплексные
ландшафтные профили, характеризующие пространственные характеристики факторов почвообразования (рис. 4, 5).
3 98£ 90-§ 85'
3 75га
1,0
2,0 3,0
Дистанция, км
*
*
- сосновые травяные и травяно-кустарничковые леса на дерново-подзолистых почвах залегающих на песчаных и супесчаных аллювиальных отложениях долины р. Оби
- березовые травяные леса на дерново-подзолистых почвах залегающих на супесчаных и суглинистых аллювиальных отложениях
- березовые и березово - осиновые травяные леса на дерново-подзолистых залегающих на супесчаных и суглинистых аллювиальных отложениях
- луговая и кустарниковая растительность в пойме р. Оби на аллювиально-луговых почвах залегающих на переслаивающихся супесчаных и суглинистых аллювиальных отложениях
",|и|". - сильно разреженная луговая пойменная растительность на песчаных отложениях д '
Почвенный покров: П - дерново-подзолистые; Ал - аллювиально - луговые; Л - луговые почвы Координаты (в десятичных градусах - долгота / широта): стартовая позиция - 83.82416667 / 55.88855556; конечная позиция - 83.91055556 / 55.89083333; азимут - 89.5°
Рис. 4. Комплексный ландшафтный профиль в долине р. Обив окрестностях д. Кругликово, ключевой участок № 1(Болотнинский р-н, Новосибирская
обл.)
5,43
4,0
5,0
0
2,5
5,°
12,5
15,°
17,5
19,6
7,5 1°,°
Дистанция, км
і ф - темнохвойные (пихтовые, кедровые, еловые) леса на дерново-подзолистых, дерново-подзолистых глеевых почвах залегающих на супесчаных и суглинистых четвертичных отложениях
1 ] ^ - сельскохозяйственные земли на серых-лесных почвах залегающих на суглинистых четвертичных отложениях
ААгЙ " темнохв°йно“березово-осиновые леса на дерново-подзолистых почвах залегающих на супесчаных * и суглинистых четвертичных отложениях
- травяные низинные болота на болотных низинных торфянисто- и торфяно-глеевых почвах залегающих на супесчаных и суглинистых озерно - болотных отложениях Почвенный покров: П - дерново-подзолистые; ГЇ" - дерново-подзолистые глеевые; П+пд' - почвенные комбинации дерново-подзолистых с дерново-подзолистыми глеевыми; СЛ - серые лесные; ТнГ- торфяные болотные низинные глеевые почвы
Координаты (в десятичных градусах - долгота / широта): стартовая позиция - 84.13210909 / 55.96389709; конечная позиция - 84.44631786 / 55.9683968; азимут - 88.4°
Рис. 5. Комплексный ландшафтный профиль в окрестностях д. Большое Чёрное ключевой участок № 2(Болотнинский р-н, Новосибирская обл.)
Результаты анализа ландшафтных профилей показали, что внешне похожие участки местности, выделенные на космическом снимке по формациям растительности, имеют индивидуальные сочетания компонентов ландшафта, т. е. одна и та же формация растительности может произрастать на разных типах почв и разных формах рельефа. Данная особенность сильно усложняет выделение картографических контуров таксономических единиц почв, а также фаций, урочищ или местностей, основных составных частей ландшафта. Но, не смотря на это, анализ факторов, определяющих природу
пространственного варьирования почвенно-растительного покрова и поиск взаимосвязи между компонентами ландшафта в целом, может являться ключом для дальнейшей дешифровки еще не обследованных территорий.
На ключевом участке № 1 в долине р. Оби прослеживается четкая зависимость между относительно повышенными участками рельефа и произрастанием сосновых травяных и травяно-кустарничковых лесов на дерново-подзолистых почвах (рис. 4). К пониженным плохо дренированным участкам поймы р. Оби, в левобережной части приурочена в основном лугово-кустарниковая растительность на аллювиально-луговых почвах.
На ключевом участке №2 влияние вертикальной расчленённости на распределение растительности и почв не выявлено. Вероятно, это связано с высоким атмосферным увлажнением, перераспределением поверхностного стока в пониженные участки и близким залеганием грунтовых вод, которые нивелируют влияние незначительных перепадов высот рельефа на распространение темнохвойных лесов. Темнохвойная тайга встречается как на очень пологих (уклоны до 1-2°) нижних частях склонов, примыкающих к ложбинам стока, так и на повышенных элементах рельефа (рисунок 5).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Свиридов В.Г. Геологическое строение и полезные ископаемые Западной Сибири. Т. I. Геологическое строение / МПР РФ. / Краснов В.И., Сурков В.С. и др. / Новосибирск: Изд-во СО РАН, НИЦ ОИГГМ. - 1999. - 228 с.
2. Гопп Н.В. Распознавание формаций лесной растительности с близкими спектрально-яркостными характеристиками по данным съемки со спутника Ьа^Ба! 7 ЕТМ+ / Куликова Е.А, Пестунов И.А., Синявский Ю.Н., Смирнов В.В. / Вычислительные технологии спец. вып. 2, том 12. -2007. - С. 194-201.
3. Почвенная карта Новосибирской области, М 1 : 400 000, Запсибгипрозем, 1987.
© Н.В. Гопп, Е.А. Куликова, В.В. Смирнов, 2008
