Корректировка данных дистанционного зондирования с помощью полевых исследований

Почвенный покров находится в тесной зависимости с геологическим строением территории и характером почвообразующих пород.

В зависимости  от рельефа почвы сформировались на различных почвообразующих породах. К основным характеристикам почвообразующих  пород относятся их гранулометрический состав, сложение, наличие водно-растворимых солей, карбонатов и гипса.

В степной части  почвообразующими породами являются морские  хвалынские отложения. Почвообразующие породы представлены в основном суглинками и очень редко тонкозернистыми супесями и песками. На территории степной части почвообразующие породы дают преимущественно тяжелый гранулометрический состав. В гранулометрическом отношении преобладает лессовидная фракция крупной пыли (0,05-0,01 мм) и илистая фракция (менее 0,001 мм). Они имеют светло-палевую или грязно-палевую окраску. Скопление карбонатов в большом количестве наблюдается в среднем во втором полуметре. По причине высокого содержания карбонатов породы в сухом состоянии уплотнены, что обуславливает их неудовлетворительные водно-физические свойства. Во влажном состоянии тяжелые суглинистые и глинистые породы склонны к набуханию и растрескиванию. С глубины 65-94 см обнаруживаются скопления гипса в виде прожилок, мелких кристаллов и др. Мощность этих отложений колеблется в пределах 4-19 м, иногда перекрываясь современными аллювиально-делювиальными отложениями мощностью не более 0,5-3 м. Подстилаются все эти породы древнекаспийскими отложениями.

К неблагоприятным  свойствам почвообразующих и  подстилающих пород относятся наличие  в них водорастворимых солей, что может вызвать в условиях орошаемого земледелия вторичное засоление пахотных горизонтов.

Черноярский район  Астраханской области согласно почвенно-географическому  районированию расположен в Прикаспийской  провинции светло-каштановых и бурых почв, солонцовых комплексов, песчаных масонов и пятен солонцов.

Это район пустынно-степного типа почвообразования, где процессы протекают при незначительном количестве атмосферных осадков, высокого испарения, сухости воздуха, господствующих сухих  восточных ветрах, однако эти зональные природные факторы смягчаются участием волжских вод.

Поэтому характерной  чертой почвенного покрова является его комплексность, связанная с  развитым макрорельефом, где незначительные различия в перераспределении осадков  оказывают существенное влияние на растительный покров, солевой режим почв и процессы гумификации.

В пойменной  части района комплексность выражена не менее ярко, что характерно для аллювиальных почв. Особенно заметна неоднородность почв по гранулометрическому составу и степени слоистости в пространственном распространении и по профилю. На участках поймы, наиболее удаленных от основных водотоков, почвенный покров более однороден и имеет более тяжелый грансостав. Почвенный покров прирусловых участков поймы имеет более пестрый грансостав.

Зональные светло-каштановые почвы однородными массивами  залегают на площади 63745 га. Преимущественно  они распространены в комплексах с солонцами мелкими, средними, глубокими  при 10-25%, 25-50%-ом участии последних. На 7957 га светло-каштановые почвы залегают в комплексах с лугово-каштановыми почвами и при их 10-25% и 25-50%-ом участии. В почвенном покрове района 21194 га площади занимают солонцы.

Таким образом, природные условия зоны обусловили развитие почвенного покрова с преобладанием солонцеватых и солонцовых почв.

Незначительное  участие в почвенном покрове  района – 7,1% от общей площади – занимают лугово-каштановые почвы, луговые остепняющиеся осолоделые и глееватые почвы, которые расположены отдельными пятнами на замкнутых блюдцеобразных западинах.

Широко распространены на территории района интразональные почвы лугового ряда. В зависимости  от уровня залегания грунтовых вод  выделены аллювиальные луговые почвы (УГВ ниже 1,5 м) и аллювиальные влажно-луговые почвы (УГВ выше 1,5 м). Эти почвы разделяются на слоистые и темноцветные. Характерной особенностью темноцветных почв является их слитость. Эти почвы, как правило, залегают в пойме реки Волги, образуя различные сочетания. В каждом из подтипов аллювиальных почв выделяются, как почвенные разновидности разного гранулометрического состава, так и различной мощности и степени засоления.

Характерной особенностью почвенного покрова района является сравнительно большое участие в  нем тяжелых по гранулометрическому составу почв.

2.2. Методы исследования

Для определения границ распространения основных типов почв территории использовались космоснимки, сделанные в видимой части спектра со спутника. На снимках были выделены зоны, соответствующие основным типам почвы района. Для этого использовался специальный метод обработки изображений – классификация. Для ее автоматизации используется пакет обработки данных дистанционного зондирования Земли ERDAS Imagine.

Подбор космоснимков района исследования и прилегающих территорий, их коррекция и географическая привязка осуществлялся с помощью ArcGIS 10 и ERDAS Imagine. Использовались снимки крупного масштаба, сделанные на различные моменты времени. Они охватывают всю исследуемую область, были одного типа видимого диапазона. Из всех возможных вариантов выбирались наиболее качественные снимки без облачного покрова. Поэтому целесообразно было выбрать снимки, сделанные в весенний или летний сезоны года (рис.2).

Рисунок 2. Спутниковые снимки объекта исследования

Для получение комплексной информации о морфологическом строении почвенных горизонтов, их мощности, структуре и гранулометрическом составе, проведены изыскания по закладке и морфологическому описанию почвенных разрезов ( 20 – 27 февраля 2013 года). Территория изысканий располагается в Черноярском районе Астраханской области.

Организация работ  по техническому заданию предусматривала выполнение 3-х этапов, включающих подготовительный, полевой и завершающий аналитический, с выполнением камеральной обработки аналитических данных.

Перечень поверенных химико-аналитических  измерительных приборов и аттестованного измерительного оборудования, используемого  для проведения работ.

1. Лопаты по ГОСТ 19596 - 74.
2. Ножи почвенные по ГОСТ 23707 - 79.
3. Ножи из полиэтилена или полистирола.
4. Шприц медицинский.
5. Сантиметровая лента.
6. Фотоаппарат.
7. Кислота соляная по ГОСТ 3118 - 77, ч. д. а., раствор с массовой долей 3 и 10%.

8. Сита почвенные с сеткой 0,25; 0,5; 1; 3 мм по ГОСТ 3584-73.

Морфология почв является одним из основополагающих разделов почвоведения, отражающим историю почвообразования в процессе трансформации почв и их эволюции из горных пород.

Детальное исследование морфологических свойств почв дает ключ к познанию многообразия почвенных характеристик, представляя собой важнейший этап изучения генезиса почв.

Разработка  критериев морфологической диагностики  позволяет на основании морфологических  описаний почв получать первичную детальную  информацию о строении и свойствах  почвенных профилей. На основании этой информации, разрабатываются различные аспекты классификации и систематики почв. В природе наблюдаются многообразные сочетания морфологических признаков почв по вертикали (по которым определяются типы профилей и диагностируется классификационная принадлежность почв).

К основным морфологическим  признакам почв относятся: окраска; сложение; структура; гранулометрический состав; формы новообразований и  включений; общая мощность почв и  отдельных генетических горизонтов; граница и характер переходов между горизонтами.

Детальный анализ морфологического строения почвенных  горизонтов — важный метод в познании генезиса и плодородия почв и основной метод в диагностике почв при  изучении их географического распространения, составлении почвенных карт. Массовые материалы морфологического исследования почв, подвергнутые различной статистической обработке, позволяют получить новые данные для диагностики и классификации почв, их сельскохозяйственной оценки и изучения структур почвенного покрова.

Перед закладкой почвенного разреза тщательным образом осматривают местность, отмечая особенности и актуальное состояние основных факторов почвообразования: растительности, рельефа, человеческой деятельности. Разрез необходимо закладывать в наиболее характерном месте обследуемой территории, исключая участки с нетипичными элементами микрорельефа, признаками нарушения почв. Так же перед закладкой почвенного разреза необходимо сделать географическую привязку к близлежащим населенным пунктам и объектам (дороги, линии электропередач, столбы и т.п.), определить координаты с помощью GPS/ГЛОНАС приемников, ориентируясь по которым затем можно будет легко найти заложенный разрез на планах, картах и космических снимках.

Почвенный разрез ориентируют так, чтобы на момент описания профиля почвы передняя стенка была обращена к солнцу. Вначале, наметив общий контур разреза, аккуратно подрезают дерн (снимают лесную подстилку). При закладке разреза материал верхних темных (гумусированных) горизонтов почвы и нижних, более светлых горизонтов, отсыпают раздельно на боковые стороны разреза. Передняя стенка шириной 80-100 см должна оставаться ненарушенной. Переднюю и боковые стенки разреза следует делать отвесными во избежание обвалов и осыпей, а заднюю – в виде ступенек через 30-50 см. Длина разреза составляет обычно 200-300 см, а глубина может варьировать в зависимости от типа разреза.

Почвенные разрезы  бывают трех типов: полные (основные) разрезы, контрольные разрезы и прикопки.

Полные, или основные разрезы при почвенном обследовании территории закладывают в наиболее характерных местах. Они предназначаются для всестороннего изучения не только почв, но и материнских пород, поэтому их глубина должна составлять 150-250 см. Такие разрезы служат для специального детального изучения морфологических свойств почв и взятия образцов для физических и химических анализов.

Контрольные разрезы (полуразрезы) служат для установления контуров распространения почв и выявления наиболее существенных свойств почв, охарактеризованных полными разрезами. Они имеют глубину 75-150 см. Если при описании полуразреза обнаружены признаки, не отмеченные при описании полного разреза, то в этом месте необходимо закладывать полный разрез.

Прикопки закладывают для уточнения границ распространения почв и установления изменения каких-либо отдельных свойств. Глубина их колеблется в зависимости от особенностей почв в пределах от 40 до 75 см.

После закладки почвенного разреза приступают к описанию почвенного генетического профиля. Результаты описания фиксируют на специальных бланках или в полевом журнале. Передняя стенка разреза должна быть наполовину (по вертикальной оси) отпрепарирована почвенным ножом. В таком виде легче определить морфологические особенности почвы: плотность, влажность, структуру, границы почвенных горизонтов и др.

Почвенный генетический профиль представлен на передней освещенной стенке разреза в виде последовательно сменяющих друг друга почвенных генетических горизонтов. Эти горизонты отличаются друг от друга по цвету, структуре, сложению и ряду других признаков. Переход от одного горизонта к другому, как правило, постепенный. На передней стенке разреза ножом намечают границы почвенных горизонтов и отмечают их мощность с помощью измерительной ленты, закрепленной на верхней бровке передней стенки. Выделение генетических горизонтов почвы требует некоторого навыка, но главным критерием этого выделения является видимое изменение свойств почвы (относительно резкое, или постепенное) на границе горизонтов и относительная однородность почвы в пределах одного горизонта.

Следуя традиции, заложенной в трудах В.В. Докучаева, почвенные  горизонты обозначают индексами  – буквами латинского алфавита – А, B, C, D. Внутри каждого горизонта выделяют подгоризонты, которые обозначают арабскими цифрами (А1, А2; В1, В2). Кроме того, выделяют горизонты, совмещающие признаки соседних горизонтов (А1В; А1А2 и т.п.). Ниже приведена краткая характеристика основных почвенных горизонтов.

Горизонт  А – гумусово-аккумулятивный. В этом горизонте происходит разложение отмершего органического вещества: его минерализация (до простых неорганических соединений) и гумификация – превращение в гумус, специфическое почвенное органическое вещество. Верхняя часть данного горизонта содержит большое количество отмершей органики, смешанной с минеральной частью почвы – это горизонт А0 (лесная подстилка, степной войлок). Гумусово-аккумулятивный горизонт А1 выделяется темным (от черного до бурого) цветом. Интенсивность цвета зависит от содержания гумуса, а оттенок – от состава гумусовых веществ. Часть гумусово-аккумулятивного горизонта, подвергающегося вспашке, обозначают как пахотный горизонт Апах (или Аа).

В процессе почвообразования гумусовые вещества из горизонта А вымываются в нижележащие горизонты. Вымыванию подвергаются и другие вещества: соли (хлориды, сульфаты, карбонаты), соединения железа, алюминия, марганца, коллоидные и тонкодисперсные илистые частицы. В нижней части горизонта А эти процессы наиболее очевидны. В лесных почвах эту часть гумусового горизонта обозначают А2 (Е) – элювиальный горизонт.

Горизонт  В – иллювиальный, горизонт вмывания. Этот горизонт отличается от горизонта А изменением цвета и структуры. Цвет может быть бурым, серовато-бурым, красновато-бурым, охристо-бурым. Горизонт В хорошо оструктурен, более уплотнен и утяжелен благодаря накоплению глины, оксидов железа и алюминия, других коллоидных веществ, вымываемых из вышележащих горизонтов. Этот горизонт, переходный к почвообразующей породе, в нем постепенно ослабевают почвообразовательные процессы.