 |
Дешифровочные признаки почв
|
|
|
|
При дешифрировании почв по аэро- и космическим снимкам используют комплекс прямых и косвенных признаков.
К прямым дешифровочным признакам относятся: тон, цвет, рисунок (текстура изображения), размер и форма почвенных контуров. К косвенным – типы и формы рельефа, особенности речных долин и водосборов, характер литологии и растительности, своеобразие антропогенной деятельности.
Рассмотрим эти признаки.
Тон фотоизображения. Дешифрирование почв может быть заметно затруднено, если тон его изображения сольется с общим фоном ландшафтов. Вследствие этого передача на снимках пограничного оптического контраста изображения нарушается, а эффективность дешифрируемости почвенного покрова снижается. Тональность снимков характеризуют величиной контрастности:
, где B 1 – яркость объекта; B – яркость фона, окружающего объект.
Порог яркостного контраста для глаза человека ~ 2%. Плотность аэрофотоснимков можно измерить с помощью микрофотометров типа МФ-4, ИФО-451 и других приборов.
Визуально используют так называемую серую шкалу тонов: 1) белый (плотность 0,1 и менее), 2) почти белый (пл. 0,2-0,3), 3) светло-серый (пл. 0,4-0,6), 4) серый (пл. 0,7-1,1), 5) темно-серый (пл. 1,2-1,6), 6) почти черный (пл. 1,7-2,1) и 7) черный (пл. 2,2 и более). С помощью анализатора изображений «Квантиметр-720» можно различать 64 уровня серого тона на снимке.
Контуры пашни имеют разную тональность в зависимости от характера возделываемых культур, их возраста и степени удобренности посевов. Обычно многолетние травы, овощи, силосные и пропашные культуры имеют более темную тональность в сравнении с зерновыми. При созревании культур тон их контуров осветляется.
Низинные болота (незалесенные) имеют темно-серый тон, а верховые – светло-серый с концентрической полосчатостью. Глубокие водоемы с илистым дном – почти черные, мелкие водоемы с песчаным или каменистым дном дают светлые тона.
|
|
|
Чем выше содержание гумуса в почве (и чем более влажный почвенный профиль), тем темнее тон контура. По этому признаку хорошо разделяются дерново-подзолистые почвы разной степени окультуренности.
Высокое содержание легкорастворимых солей, карбонатов и гипса, а также кремнезема в верхних горизонтах обусловливает светлые тона выделов.
Почвы песчано-супесчаного гранулометрического состава имеют более светлую тональность в сравнении с суглинистыми и глинистыми.
Цвет фотоизображения почвенного покрова
В связи с развитием цветной и особенно спектрозональной съемки ландшафтов важным и прямым дешифровочным признаком становится цвет фотоизображения почв, естественной растительности (и посевов с.-х. культур), выходов горных пород…
Наиболее широкими возможностями в отношении выделения различных почвенных разностей обладают спектрозональные цветные снимки. Фотографируя ландшафт в той области спектра, где различия в отражательной способности различных почв максимальны, можно существенно повысить эффективность подготовки почвенных карт.
Растительность и почвы обладают неодинаковой отражательной способностью. У почв наибольшие различия наблюдаются в зоне спектра с λ ~ 700 нм, а у растительности в двух зонах: 1) 520-600 нм и 2) ~ 700 нм. Фотографирование почв в этих зонах спектра повышает степень их дешифрируемости.
Фотографические съемки ландшафтов обычно выполняются на цветной негативной пленке ЦН-3 (видимая зона), спектрозональной пленке СН-2М, СН-6 (инфракрасная и красная зоны) – более чувствительная, СН-5 (инфракрасная и зеленая зоны), СН-4 (зеленая и красная зоны), СН-23 (зеленая, красная и инфракрасная зоны спектра).
|
|
|
Текстура (рисунок фотоизображения)
И ее классификация
При ландшафтном дешифрировании аэрофотоснимков этот признак является наиболее устойчивым и надежным. Он включает в себя различное сочетание размеров, формы, тональности или цвета фотоизображения почв на снимках.
В сравнении с топографическими и землеустроительными планами аэрофотоснимки дают наиболее полное представление о пространственном размещении почвенного покрова. При этом появляется возможность изучить специфику неоднородности почв в ландшафтах: геометрию структур почвенного покрова, их компонентный состав, сложность, контрастность, особенности границ элементарных почвенных ареалов и т.д.
Характеристика структуры предусматривает изучение не только состава и компонентов почвенного покрова, но и выявление взаимосвязей, эволюции и пространственного узора, образуемых ареалами почв.
Аэрофотоснимки позволяют уверенно выделять различные виды пятнистости и комплексности почвенного покрова (В.М. Фридланд, 1972).
В.Л. Андронников (1979) предложил классифицировать текстуры фотоизображения почвенного покрова по геометрии изображения, спектральным особенностям и генезису почв.
Наиболее крупные подразделения текстур выполнены по зонально-провинциальному принципу. Внутри природной почвенной зоны текстуры (рисунки) фотоизображения подразделяются на классы в зависимости от условий, в которых формируются почвы.
Различают 4 класса текстур: 1) текстуры (рисунки) изображения почвенного покрова, характерные для автоморфных, полу- и гидроморфных условий; 2) текстуры участков земной поверхности, подверженной эрозии; 3) текстуры пойм и 4) текстуры горных сооружений.
Внутри классов текстуры подразделяются на виды, исходя из геометрии – формы, размера и спектральных особенностей почв. Так, изображение почвенного покрова, подверженного водной эрозии, характеризуетсяслабоконтрастной потяжинной текстурой несколько более светлого тона, чем окружающие водоразделы. Текстуры почвенных ареалов таежной зоны изучены пока еще слабо и требуют дальнейшей разработки.
Распаханные дерново-подзолистые почвы (независимо от их оподзоленности) по сравнению с другими типами почв имеют на фотоснимках наиболее светлый тон (исключая дерново-подзолистые остаточно-карбонатные, трансформированные из дерново-карбонатных оподзоленных, выщелоченных и типичных почв).
|
|
|
Гранулометрический состав почв часто коррелирует с рельефом местности и отображается на снимке разнообразными тонами и структурами. Песчаные дерново-подзолистые почвы формируются в условиях моренного полого-волнистого зандрового ландшафта. Они обусловливают светлый тон снимков. Средне- и тяжелосуглинистые почвы характеризуются более темным тоном, распространяясь как по западинам, потяжинам, лощинам, так и на эродированных склонах и водоразделах.
Подзолистые почвы различной степени оподзоленности под лесами дешифрируются неуверенно. Глеевые родá почв на аэрофотоснимках дают более темные тона и зернистую структуру рисунки и приурочены к отрицательным элементам рельефа.
Пойменные почвы дают пестрый тон, в сильной мере зависящий от глубины залегания грунтовых вод и оглеения профиля. Заметную роль здесь играют разный гранулометрический состав мелкозема и содержание гумуса.
Структура (рисунок) изображения возникает из-за неоднородности растительного и почвенного покрова в пределах рассматриваемого контура. Лес и кустарник выглядят на аэрофотоснимках зернистыми, причем размер зерен зависит от величины крон деревьев. Массивы кустарника имеют значительно меньшую (и более темную – по тону) зернистость. Неэродированная пашня с мощным пахотным горизонтом дает довольно однородную структуру.
Естественные кормовые угодья (луга и пастбища) имеют на аэрофотоснимках серый тон, на переувлажненных и более гумусированных участках – темно-серый.
Наиболее темные по тону – ельники. Контрастную окраску дают сосняки. Смешанные участки леса выглядят светлее еловых и более однородны.
Стереоскопическое рассмотрение снимков проводят путем наложения двух смежных (четных нечетных) аэрофотоснимков друг на друга так, чтобы их перекрывающиеся части совпали. Затем, указательными пальцами обеих рук находят на снимках характерную точку и от центра в стороны на 6 см разводят снимки, добиваясь стереоэффекта (т.е. объемного изображения объекта). При этом зона перекрытия должна быть обращена вовнутрь, иначе получится обратный стереоэффект.
|
|
|
Границы рабочих площадей отбиваются попарно – через снимок. Например, берут №№ 503 и 505 (или четные 502 и 504). Снимки с «отбитыми» и закрепленными рабочими площадями (полностью перекрываемыми) раскладывают по полевым маршрутам, заворачивают в бумагу и подписывают (№ маршрута, количество снимков, их №№, указывается, к каким фотопланам и ориентирам приурочены).
Затем находят границы угодий конкретных землепользователей, ландшафтов и хозяйств того или иного района, делая соответствующие пометки и надписи на аэрофотоснимках.
Для дешифрирования аэрофотоснимков (триплет) необходимо располагать следующей информацией: масштаб, время и вид съемки (черно-белая, цветная: натуральная или спектрозональная, многозональная, многоспектральная с указанием используемых областей спектра – инфракрасная, радиолокационная…), природный регион, тип ландшафта и другие сведения.
Важно накапливать дешифровочные признаки и эталонные дешифровочные образцы для почв, растительности, рельефа… и сводить их в таблицы-определители. Можно использовать компьютерные базы данных, электронные виды карт…, широко распространенные в виде геоинформационных систем – ГИС. Более подробная информация по дешифрированию аэрофотоснимков содержится в специальных руководствах: Богомолов Л.А. (1976), Симакова М.С. (1966) и других.
_______________
ТЕМА 2
Составление фрагмента геоэкологической
(или ландшафтно-экологической) карты М 1:10000 или М 1:25000
(10 часов – 15 баллов)
Исходный материал для задания тот же, что и в предыдущем, а также составленный фрагмент геоморфологической карты.
Порядок выполнения задания по теме 2:
1. На составленной ранее геоморфологической карте (калька-накладка с фрагмента топографической основы или аэрофотоснимка) выделить границы урочищ и фаций – исходя из форм и элементов рельефа, растительности… – и кратко охарактеризовать их особенности.
2. Учитывая элементы мезо- и микрорельефа, частоту горизонталей, уклон (и протяженность склонов, их состояние и характер производственного использования), почвенно-растительный покров, водосборы и базисы эрозии (см. рабочую легенду), дешифровочные признаки, провести границы между фациями и урочищами.
Прежде всего, следует провести границы фаций местных базисов эрозии: речной и овражно-балочной сети. Напомним, линию контура в пределах пойменных тыловых швов нельзя постоянно вести по одной горизонтали. Целесообразно следовать как бы за уровнем пóлых и меженных вод. Границы днищ эрозионных форм рельефа проводятся по касательной к окружности, мысленно вписываемой в изгиб горизонталей днища.
|
|
|
Привершинные водосборные понижения с выположенными склонами при выделении фаций не должны объединяться с ними в один контур, поскольку в них отсутствует деятельность строго направленного водотока.
Затем приступают к анализу и обозначению на новой кальке фаций с четко выраженным элювиальным процессом – плакоров.
На следующем этапе составления фрагмента ландшафтной карты выделяют фации склоновых площадок, используя для этого сведения по ландшафтному профилированию (точнее, данные о вертикальной и горизонтальной расчлененности рельефа).
Сходные по генезису группы фаций (в пределах однотипного мезорельефа) объединяют в урочища. Границы урочищ оконтуриваются красным цветом, а фаций – синим.
3. Составляют легенду к ландшафтной карте. В легенде под конкретным номером фации даются генетические характеристики компонентов ландшафтов – почвы, растительной ассоциации, почвообразующих пород… Антропогенные модификации фаций указывают на карте черной штриховкой.
4. Раскрашивают и нумеруют контуры фаций и урочищ.
5. Проводят зарамочное оформление карты (см. задание темы 1, а также учебное пособие «Почвенно-экологические исследования в ландшафтах» - Яшин И.М. с соавт., 2000, с. 43).
Зачетный материал – фрагмент учебной ландшафтной карты с выделенными фациями и урочищами (подурочищами), выполненный в цветном изображении в виде кальки – накладки на топокарту. Порядковая нумерация контуров фаций и урочищ приводится, исходя из составленной легенды к ландшафтной карте.
В рабочих тетрадях бакалавров (при выполнении темы 2) могут быть (по заданию педагога) представлены описания компонентов ландшафтов по схеме, реализуемой на учебной полевой практике. Рассмотрим эту информацию.
Описания компонентов ландшафтов
Чтобы добыть необходимые сведения о природных ландшафтах и ландшафтообразующих процессах в полевой обстановке любого региона проводят рекогносцировку, а затем и собственно ландшафтное картографирование в М 1:10000 или М 1:25000 (крупномасштабная съемка).
Рекогносцировка часто проводится путем облета (или объезда) всей изучаемой территории с редкими остановками и изучением ландшафтов на стационарных площадках. Цели рекогносцировки и сплошного картирования разные, хотя эти натурные изыскания включают одинаковые виды работ: маршрутные наблюдения, опорное ландшафтное профилирование, съемку ключевых (и эталонных – ненарушенных) участков. Все виды работ реализуются на так называемых точках: опорных, основных, картировочных и специальных. Опорные точки закладываются на опорном ландшафтном профиле. Здесь осуществляются наиболее полные исследования почв, растительности, пород, гидрологии. Нередко собирается гербарий, берутся образцы почв и вод для аналитической диагностики. Методика отбора проб типичная и изложена в соответствующих курсах по почвоведению, геоботанике и геоэкологии. Каждый образец (или проба) сопровождается этикеткой, в которой мягким простым карандашом указываются: № точки наблюдения, № пробы, индекс горизонта, глубина отбора, вид ландшафта, координаты точки, область и район изысканий, дата, исполнитель. На опорных точках выявляются взаимосвязи всех компонентов и зависимость их состояния и свойств от рельефа, климата.
Основные точки закладываются при маршрутных исследованиях в наиболее типичных фациях (преобладающих в ландшафте по площади). Полученные сведения можно экстраполировать на аналогичные фации. Это позволяет экономить материальные ресурсы. Подобный подход особенно эффективен при наличии макета ландшафтной карты и камерального дешифрирования аэрофотоснимков. В полевой обстановке один вид фации характеризуется одной основной точкой наблюдения. Здесь подробно дают морфологическое описание полнопрофильного почвенного разреза, выделяют 3-5 геоботанических площадок и детально описывают растительный покров (методы оценки фитоценозов изложены, например, в учебном пособии: Яшин И.М. с соавт., 2000. С. 198…). Один специалист за 1 день может выполнить 7-10 полных описаний на основных точках (передвигаясь пешком). При IV-V категориях сложности ландшафтов (горы, лесистые и болотистые территории) количество точек на одного специалиста уменьшается в 2-3 раза.
Рис. 2. Фрагмент учебной топографической карты М 1: 25 000.
Картировочные точки используются для уточнения ландшафтной ситуации, для краткой оценки фаций-аналогов, обстоятельно охарактеризованных на основных и опорных точках.
Специализированные точки закладывают для углубленной оценки одного из компонентов ландшафтов: почв, растительности, пород, гидрографии (характер водосборов, экзогенные процессы…), или оценки почвенно-экологических процессов.
Работа на точках наблюдения начинается с их географической и топографической привязки, которая записывается в полевом дневнике. Местоположение точки отмечается на топографической карте и аэрофотоснимке и нумеруется (профессионалы часто делают укол на карте булавкой). Привязка точки осуществляется по двум постоянным ориентирам, на которые можно взять азимут. Это положение весьма актуально при средне- и мелкомасштабной съемке. В последнем случае для точки наблюдения уточняют географические координаты местности по GPS, GLONASS. Можно использовать эффективную компьютерную программу Google Планета Земля.
Оценка растительного покрова
Обычно она предшествует изучению почв и закладке глубоких шурфов на опорных и основных точках. Работа в лесу начинается с выбора нескольких (произвольно устанавливаемых) геоэкологических площадок, исходя из цели изысканий и масштаба съемки (площадью 100-400 м2 и более). Площадка должна располагаться в пределах одной растительной ассоциации (биогеоценоза). Лесные экосистемы помогают глубже понять и более объективно оценить особенности функционирования аграрных экосистем. Схема описания растительности хорошо отработана и изложена в методических руководствах по геоботанике. Характеристика лесной растительности включает оценку типа леса (лиственные, смешанные, хвойные с уточнением природной зоны – умеренная, холодная, субтропическая, где она расположена: на равнине, в горах), ярусности деревьев и кустарников, наличие подроста, высоты деревьев (по ярусам), густоту древостоя, сомкнутость крон, диаметра стволов на высоте 1-1,2 м; уточняются внешние изменения вегетативных органов растений и коры. Каждое название растений дается по-русски и по-латыни. Обычно отмечаются род и вид: ива белая – Salix alba; береза бородавчатая – Betula pendula. Подробно изучаются лесные подстилки, опад, наличие мохового и лишайникового покрова, приствольные повышения, состояние древостоя, вывалы, гари и иные параметры.
Наземный растительный покров в естественных фитоценозах исследуется с учетом типа ассоциации: степь (разнотравно-злаковая, дерновинно-злаковая и другие); луг (заболоченный, настоящий – типичный, остепненный) и болото (травяное, верховое, низинное, переходное…). Указываются следующие показатели: проективное покрытие (визуально и в процентах) доминанты; обилие по шкале О. Друде: Cop3 (очень обильное), Cop2 (обильное – растений на 1 м2 – много ~ 75-80% от площади), Cop1 (довольно обильно), Sp (растения рассеяны по площади: их приходится искать), Sol (растения единичны, их нужно находить), Un (единственный экземпляр), Gr (растения рассредоточены группами, неравномерно); высота растений; видовой состав, доминанты, фенофаза, биопродуктивность, жизненность форм, характер антропогенного воздействия: повреждение листвы (пятнистость, налеты, увядание или высыхание, скручивание, хлороз: осветление или изменение окраски), повреждение молодых побегов (их вялость, недоразвитость, высыхание и хлороз), наличие нехарактерных для данного вида утолщений (на листьях, молодых побегах и стволах), изменения корневой системы (высыхание, малое количество…). Следует указать в дневнике ориентировочные размеры участка с неудовлетворительным состоянием растительного покрова.
Здесь обязательно следует отобрать пробы растений, опада и лесных подстилок (или степного войлока, дернины). Особое внимание уделить диагностике почвенного покрова. Взять образцы почв и почвообразующих пород, а также пробы воды из различных водных источников (грунтовых вод, колодцев, ключей, озера или пруда, реки). Химический анализ природных компонентов ландшафта позволит уточнить полевую диагностику экологического состояния изучаемого объекта.
Рис. 3. Фрагмент учебной топографической карты М 1: 25 000.
При определении биопродуктивности наземного покрова на специализированных точках наблюдения травы срезаются на высоте 3-5 см от поверхности почвы, взвешиваются до и после высушивания (в затененных и проветриваемых сараях), разбираются по видовому составу и группам – злаки, осоки, бобовые, разнотравье.
Урожайность выражается в кг зеленой (или сухой) массы на 1 м2. На 1 га этот параметр давать нецелесообразно, поскольку на этой площади в зоне тайги можно обнаружить большое разнообразие почв и растительности (по фациям).
Ниже приведен образец бланка описания фации:
ОБРАЗЕЦ БЛАНКА
|
|
|
