УДК 631.458 | Формирование представлений о трехмерной поверхности почвенного покрова |
| |
Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины,Днепропетровск | |
Обгрунтовані уявлення про трьохмірну поверхню грунтового покриву (ТПГП). Наведені екпериментальні підтвердження закономірного розподілу грунтових показників по ТПГП. Виконане атрибутування точки ТПГП. | |
Обоснованы представления о трехмерной поверхности почвенного покрова (ТППП). Приведены экспериментальные подтверждения закономерного распределения почвенных показателей по ТППП. Проведено атрибутирование точки ТППП. |
Введение. 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
© , 2003 |
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
№ точки ТППП | Локальные координаты, м | Содержание хлорид-иона (Cl –), мг-экв/100 г почвы | Сумма солей, % | Тип засоления | Степень засоления (по Базилевич и Панковой) | ||
Х | Y | Z | |||||
1 | 0 | 150 | 1,0 | 0,12 | 0,080 | сгк | Незасоленные |
2 | 50 | 150 | 1,0 | 0,18 | 0,095 | ссд | Незасоленные |
3 | 10 | 150 | 1,0 | 0,17 | 0,098 | хсд | Незасоленные |
4 | 150 | 150 | 0,5 | 0,41 | 0,108 | хсд | Слабая |
5 | 0 | 100 | 1,0 | 0,14 | 0,087 | хсд | Незасоленные |
6 | 50 | 100 | 1,0 | 0,16 | 0,077 | ссд | Незасоленные |
7 | 100 | 100 | 0 | 0,79 | 0,330 | сдс | Сильная |
8 | 150 | 100 | 0,7 | 0,13 | 0,108 | ссд | Незасоленные |
9 | 0 | 50 | 1,0 | 0,21 | 0,075 | хс | Незасоленные |
10 | 50 | 50 | 0,5 | 0,56 | 0,140 | хсд | Слабая |
11 | 100 | 50 | 1,0 | 0,21 | 0,087 | хсд | Незасоленные |
12 | 150 | 50 | 0,7 | 0,23 | 0,107 | хс | Незасоленные |
13 | 0 | 0 | 1,0 | 0,17 | 0,091 | сгк | Незасоленные |
14 | 50 | 0 | 0,7 | 0,26 | 0,109 | ссд | Незасоленные |
15 | 100 | 0 | 1,0 | 0,20 | 0,045 | сх | Незасоленные |
16 | 150 | 0 | 1,0 | 0,13 | 0,086 | ссд | Незасоленные |
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).
Аналогичным образом результаты исследования почв на ключевых участках могут быть интерполированы на ТППП в соответствии с пространственными атрибутами ее точек.
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)
Рисунок. Матрица непространственных атрибутов точки трехмерной поверхности почвенного покрова:
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
1. Представления о ТППП позволяют интегрировать в единую систему рельеф и почвенный покров.
2. Распределение почвенных показателей происходит в соответствии с ее пространственным положением на ТППП.
3. 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.
Перечень ссылок
1. Докучаев 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 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. ж. Почвы и формы рельефа – Л.: Недра, 1984. – 205 с.
6. Новикова вторичного засоления почв при орошении. - Киев.: Урожай, 1975. - 183 с.
7. Информационный бюллетень ГИС – Ассоциации. Приложение – М.: ГИС-Ассоциация, 1998. – C. 81-111.
O. А. Skripnik | Forming idea about three-dimensional surfaсe of soil cover |
Institute of Problems on Nature Management & Ecology of the NAS of Ukraine, Dniepropetrovsk | |
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. |
Поступила в редколлегию 3 ноября 2003гр.
Представлено членом редколлегии канд. техн. наук
