Цифровое картографирование степени эродированности почв с использованием моделей фактор - свойство и фактор - процесс - свойство (юг Среднерусской возвышенности)

Автор: Смирнова М.А., Жидкин А.П., Лозбенев Н.И., Заздравных Е.А., Козлов Д.Н.

Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil

Статья в выпуске: 104, 2020 года.

Бесплатный доступ

Деградация почв в результате водной эрозии представляет серьезную угрозу продовольственной и экологической безопасности, вследствие чего вопросы изучения и картографирования эрозии почв не теряют своей актуальности. В работе приведены результаты крупномасштабного цифрового картографирования степени эродированности почвенного покрова пашни Прохоровского района Белгородской области (85 тыс га), выполненного на основании подходов, связывающих факторы эрозионно-аккумулятивных процессов и степень эродированности почв напрямую (модель фактор - свойство), и посредством имитационной эрозионной модели WaTEM/SEDEM (модель фактор - процесс - свойство). Включение процессной составляющей в алгоритм цифрового почвенного картографирования позволило учесть не только пространственные, но и временные особенности протекания эрозионных процессов. Выявлено, что распашка земель Прохоровского района в первую очередь проводилась на землях, слабо подверженных эрозии, с темпами эрозии почти в два раза ниже, чем на более молодых пашнях. В результате этого карты эродированности почв, построенные на основе модели фактор - процесс - свойство с учетом и без учета длительности распашки в значительной степени соответствуют друг другу. Карты доминантных почвенных категорий (пиксел карты соответствует одной категории почв - неэродированной и слабоэродированной, средне-, сильноэродированной), построенные с использованием моделей фактор - свойство и фактор - процесс -свойство, обладают высокой степенью соответствия друг другу (идентичность предсказания для 90% пикселей), в то время как карты комбинаций почв (пиксел карты содержит информацию о долевом участии почв разной степени эродированности) различаются в большей мере (идентичность менее чем для 60% пикселей). Площади зональных, эрозионно-зональных и слабоэродированных комбинаций почв отличаются в 1.5-2 раза в сторону большей степени эродированности почв на картах, построенных с использованием модели фактор -процесс - свойство.

Еще

Эрозионное моделирование, черноземы, белгородская область, структура почвенного покрова

Короткий адрес: https://sciup.org/143173088

IDR: 143173088 | DOI: 10.19047/0136-1694-2020-104-158-198

Список литературы Цифровое картографирование степени эродированности почв с использованием моделей фактор - свойство и фактор - процесс - свойство (юг Среднерусской возвышенности)

Белеванцев В.Г., Чендев Ю.Г. Картографический анализ социальных и природных явлений на территории Белгородской области в XVIII, XIX и XX вв. // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. Белгород: "ПОЛИТЕРРА", 2015. С. 6-16.
Васенёва Э.Г., Васенёв И.И., Щербаков А.П., Шнуг Э., Хансклаус С. Внутрипольная пестрота почвенного покрова и урожайности в центре черноземной зоны России // Антропогенная эволюция черноземов. Воронеж: ВГУ, 2000. С. 330-362.
Годельман Я.М., Пугаев А.П. Классификация, систематика и картография структуры почвенного покрова Придунайской равнины // Почвоведение. 1979. № 10. С. 34-45.
Государственный (национальный) доклад о состоянии и использовании земель в Российской Федерации в 2018 году. Росреестр, 2019. 198 с.
Григорьев Г.И. Элементарная структура почвенного покрова // Бюллетень почвенного института имени В.В. Докучаева. 1975. Вып. VIII. С. 6-16.
Докучаев В.В. Русский чернозем: Отчет Вольному экономическому обществу. СПб: тип. Деклерона и Евдокимова, 1883. 376 c.
Жидкин А.П., Геннадиев А.Н., Кошовский Т.С., Чендев Ю.Г. Пространственно-временные параметры латеральной миграции твердофазного вещества почв (Белгородская область) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2016. № 3. С. 9-17.
Жидкин А.П., Смирнова М.А., Геннадиев А.Н., Лукин С.В., Заздравных Е.А., Лозбенев Н.И. Цифровое моделирование строения и степени эродированности почвенного покрова (Прохоровский район Белгородской области) // Почвоведение. 2021/ № 1. С. 17-30.
Заздравных Е.А. Пространственно-временные особенности трансформации пахотных почв лесостепи на юге Среднерусской возвышенности. Дис. … канд. геогр. наук. Белгород, 2017. 200 с.
Карпачевский Л.О., Яшин И.М. Итоги первой всероссийской конференции "Лизиметрические исследования почв" // Почвоведение. 1999. № 10. С. 1291-1294.
Козлов Д.Н., Жидкин А.П., Лозбенев Н.И. Цифровое картографирование эрозионных структур почвенного покрова на основе имитационной модели смыва (северная лесостепь Среднерусской возвышенности) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. № 100. С. 5-29.
DOI: 10.19047/0136-1694-2019-100-5-35
Лукин С.В. Агроэкологическое состояние и продуктивность почв Белгородской области. Белгород: КОНСТАНТА, 2016. 344 с.
Общесоюзная инструкция по почвенным обследованиям и составлению крупномасштабных почвенных карт землепользований. М.: Колос, 1973. 48 с.
Пугаев А.П. Отображение неоднородности почвенного покрова юга Молдавии на детальных почвенных картах // Почвоведение. 1979. № 3. С. 28-34.
Соловиченко В.Д., Тютюнов С.И., Уваров Г.И. Методика проведения почвенно-эрозионного обследования склоновых земель Белгородской области. Белгород: "Отчий край", 2014. 44 с.
Сорокина Н.П. Статистический метод оценки смытости на примере мощных типичных черноземов Курской опытной станции // Почвоведение. 1966. № 2. С. 91-96.
Сорокина Н.П. Элементарные почвенные структуры на полях Курской опытной станции // Крупномасштабная картография почв и ее значение в сельском хозяйстве черноземной зоны. Науч. тр. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. М.: Почв ин-т им. В.В. Докучаева, 1976. С. 155-173.
Сорокина Н.П. Динамика почвенного покрова распаханного склона Курской опытной станции за 20-летний период // Региональные модели плодородия почв как основа совершенствования зональных систем земледелия. М., 1988. С. 163-171.
Сорокина Н.П. Методология составления крупномасштабных агроэкологически ориентированных почвенных карт. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2006. 159 с.
Сорокина Н.П., Козлов Д.Н. Опыт цифрового картографирования структуры почвенного покрова // Почвоведение. 2009. № 2. С. 198-210.
Фишман М.И. Черноземные комплексы и их связь с рельефом на Среднерусской возвышенности // Почвоведение. 1977. № 5. С. 17-30.
Чендев Ю.Г. Эволюция лесостепных почв Среднерусской возвышенности в голоцене. М.: ГЕОС, 2008. 212 с.
Чендев Ю.Г., Геннадиев А.Н., Белеванцев В.Г., Жидкин А.П. Особенности изменения естественной растительности в результате многовекового хозяйственного освоения юга Среднерусской возвышенности // Проблемы природопользования и экологическая ситуация в Европейской России и сопредельных странах. Белгород: "ПОЛИТЕРРА", 2015. С. 145-155.
Чендев Ю.Г., Петин А.Н. Изучение и оценка показателей антропогенной деградации природно-ресурсного потенциала на юге лесостепи Среднерусской возвышенности // Геология, география и глобальная энергия. 2008. № 2 (29). С. 112-121.
Чендев Ю.Г. Изменение во времени компонентов географической среды Белгородской области. Белгород: Изд-во БелГУ, 1997. 84 с.
Чендев Ю.Г., Петин А.Н. Естественные изменения и техногенная трансформация компонентов окружающей среды староосвоенных регионов (на примере Белгородской области). М.: МГУ, 2006. 123 с.
Элементарные почвообразовательные процессы: Опыт концептуального анализа, характеристика, систематика. М.: Наука, 1992. 184 с.
Agricultural Baseline Projections to 2013, Staff Report WAOB-2004-1. Office of the Chief Economist, US Department of Agriculture, 2004.
Alewell C., Borrelli P., Meusburger K., Panagos P. Using the USLE: Chances, challenges and limitations of soil erosion modelling // International Soil and Water Conservation Research. 2019. Vol. 7 (3). P. 203-225.
DOI: 10.1016/j.iswcr.2019.05.004
Angelini M.E., Heuvelink G.B.M. Including spatial correlation in structural equation modelling of soil properties // Spat. Stat. 2018. Vol. 25. P. 35-51.
DOI: 10.1016/j.spasta.2018.04.003
Angelini M.E., Heuvelink G.B.M., Kempen B. Multivariate mapping of soil with structural equation modelling // European J. of Soil Science. 2017. Vol. 68 (5). P. 575-591.
DOI: 10.1111/ejss.12446
Angelini M.E., Heuvelink G.B.M., Kempen B., Morras H.J.M. Mapping the soils of an Argentine Pampas region using structural equation modelling // Geoderma. 2016. Vol. 281. P. 102-118.
DOI: 10.1016/j.geoderma.2016.06.031
Arrouays D., Mcbratney A., Bouma J., Libohova Z., Richer-de-forges A.C., Morgan C.L.S. et al. Impressions of digital soil maps: The good, the not so good, and making them ever better // Geoderma Regional. 2020. Vol. e00255.
DOI: 10.1016/j.geodrs.2020.e00255
Bockheim J.G., Gennadiyev A.N. The value of controlled experiments in studying soil-forming processes: A review // Geoderma. 2009. Vol. 152. №. 3-4. P. 208-217.
DOI: 10.1016/j.geoderma.2009.06.019
Bui E.N., Hancock G.J., Wilkinson N.S. ‘Tolerable' hillslope soil erosion rates in Australia: Linking science and policy // Agriculture, Ecosystems & Environment. 2011. Vol. 144. Iss. 1. P. 136-149.
DOI: 10.1016/j.agee.2011.07.022
Chaplot V., Lorentz S., Podwojewski P., Jewitt G. Digital mapping of A-horizon thickness using the correlation between various soil properties and soil apparent electrical resistivity // Geoderma. 2010. Vol. 157. Iss. 3-4. P. 154-164.
DOI: 10.1016/j.geoderma.2010.04.006
Decision X/2 strategic plan for biodiversity 2011-2020 and the aichi biodiversity targets. Nagoya. 2012. URL: https://www.cbd.int/sp/.
Digital soil mapping with limited data / A. Hartemink, A. McBratney, L.M. Mendosa-Sanyos (Eds). Springer. 2008. 445 p.
Dotterweich M. The history of human-induced soil erosion: Geomorphic legacies, early descriptions and research, and the development of soil conservation - A global synopsis // Geomorphology. 2013. Vol. 201. P. 1-34.
DOI: 10.1016/j.geomorph.2013.07.021
Flanagan D. Pedotransfer functions for soil erosion models // Developments in Soil Science. 2004. Vol. 30. P. 177-193.
DOI: 10.1016/S0166-2481(04)30011-5
Guerra C.A., Pinto-Correia T., Metzger M.J. Mapping Soil Erosion Prevention Using an Ecosystem Service Modeling Framework for Integrated Land Management and Policy // Ecosystems. 2014. Vol. 17. P. 878-889.
DOI: 10.1007/s10021-014-9766-4
Lozbenev N., Smirnova M., Bocharnikov M., Kozlov D. Digital Mapping of Habitat for Plant Communities Based on Soil Functions: A Case Study in the Virgin Forest-Steppe of Russia // Soil Systems. 2019. No. 3. P. 19.
DOI: 10.3390/soilsystems3010019
Ma Y., Minasny B., Malone B.P., Mcbratney A. Pedology and digital soil mapping (DSM) // Eur. J. of Soil Sci. 2019. Vol. 70. P. 216-235.
DOI: 10.1111/ejss.12790
Martinez-Mena M., Carrillo-Lopez E., Boix-Fayos C., Almagro M., García Franco N., Diaz-Pereira E., Montoya I., de Vente J. Long-term effectiveness of sustainable land management practices to control runoff, soil erosion, and nutrient loss and the role of rainfall intensity in Mediterranean rainfed agroecosystems // Catena. 2020. Vol. 187. P. 104352.
DOI: 10.1016/j.catena.2019.104352
McBratney A.B., Santos M.L.M., Minasny B. On digital soil mapping // Geoderma. 2003. Vol. 117. P. 3-52.
DOI: 10.1016/S0016-7061(03)00223-4
Minasny B., McBratney A. Digital soil mapping: a brief history and some lessons // Geoderma. 2016. Vol. 264. P. 301-311.
DOI: 10.1016/j.geoderma.2015.07.017
Sommer M., Augustin J., Kleber M. Feedbacks of soil erosion on SOC patterns and carbon dynamics in agricultural landscapes - The CarboZALF experiment // Soil and Tillage Research. 2016. Vol. 156. P. 182-184.
DOI: 10.1016/j.still.2015.09.015
Thematic Strategy for Soil Protection (COM2006.231). Communication from the Commission to the Council, the European Parliament, the European Economic and Social Committee and the Committee of Regions. Brussels, 2006. URL: https://www.eea.europa.eu/policy-documents/soil-thematic-strategy-com-2006-231.
Transforming our world: The 2030 agenda for sustainable development, 2015. URL: https://sustainabledevelopment.un.org/content/documents/21252030%20Agenda%20for%20Sustainable%20Development%20web.pdf.
Van der Kroef I., Koszinski S., Grinat M. Digital mapping of buried soil horizons using 2D and pseudo-3D geoelectrical measurements in a ground moraine landscape // Eur J Soil Sci. 2020. Vol. 71. P. 10-26.
DOI: 10.1111/ejss.12842
Van Oost K., Govers G., Desmet P. Evaluating the effects of changes in landscape structure on soil erosion by water and tillage // Landscape Ecology. 2000. Vol. 15. P. 577-589. DOI: 10.1023/A:1008198215674.
Van Rompay A., Verstraeten G., Van Oost K., Govers G., Poesen J. Modelling mean annual sediment yield using a distributed approach // Earth Surface Processes and Landforms. 2001. Vol. 26 (11). P. 1221-1236.
DOI: 10.1002/esp.275
Vanwalleghem T., Gomez J.A., Infante Amate J., Gonzalez de Molina, M., Vanderlinden, K., Guzm an G., Laguna A., Giraldez J.V. Impact of historical land use and soil management change on soil erosion and agricultural sustainability during the Anthropocene // Anthropocene. 2017. Vol.17. P.13-39.
DOI: 10.1016/j.ancene.2017.01.002
Webster R., Burrough P.A. Multiple discriminant analysis in soil survey // European Journal of Soil Science. 1974. Vol. 25 (1). P. 120-134
Yaghobi A., Khalilimoghadam B., Saedi T., Rahnama M. The effect of exclosure management on the reduction of SOC loss due to splash erosion in gypsiferous soils in Southwestern Iran // Geoderma. 2018. Vol. 319. P. 34-42.
DOI: 10.1016/j.geoderma.2017.12.037

Еще

Статья научная