Спутниковая оценка агрономически важных свойств пахотных почв с учетом состояния их поверхности
Автор: Прудникова Е.Ю., Савин И.Ю., Грубина П.Г.
Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil
Рубрика: Статьи
Статья в выпуске: 115, 2023 года.
Бесплатный доступ
Спутниковые данные достаточно давно используются для оценки различных свойств пахотных почв. В то же время существуют определенные сложности, связанные с тем, что ряд агрономически важных свойств почв не оказывает непосредственного влияния на спектральную отражательную способность их поверхности, что осложняет дистанционную оценку таких свойств. Кроме того, для получения воспроизводимых моделей необходимо учитывать состояние открытой поверхности почв во время съемки. Целью исследования было провести демонстрацию метода детектирования агрономически важных свойств пахотных почв по спутниковым данным Landsat 8-9 OLI с привлечением информации о состоянии их открытой поверхности на примере тестового поля в Серебряно-Прудском районе Московской области. В зависимости от свойства почвы R2cv моделей, построенных по спутниковым данным Landsat 8-9 OLI, варьировал от 0.57 до 0.91. Наилучшие модели R2cv > 0.8 были получены для органического вещества и сильно скоррелированных с ним свойств, таких как содержание обменных катионов кальция и магния, содержание общего азота, рН водной и солевой вытяжек. Привлечение информации о состоянии открытой поверхности пахотных почв для большинства свойств позволило получить модели более высокого качества и предсказательной способности вне зависимости от срока съемки. На основе полученных моделей в рамках демонстрации метода были построены карты пространственного варьирования агрономически важных свойств пахотных почв. Полученные модели могут быть использованы для дистанционного мониторинга анализируемых свойств пахотных почв тестового поля. В то же время для таких свойств, как содержание обменного калия и соединений фосфора необходим поиск подходов, учитывающих их высокую пространственную вариабельность, а также требуется предварительная оценка информативности сроков съемки, в которые открытая поверхность почвы не трансформирована.
Дистанционные методы, пахотные почвы, агрономически важные свойства, landsat 8-9 oli, состояние открытой поверхности почв
Короткий адрес: https://sciup.org/143180758
IDR: 143180758 | DOI: 10.19047/0136-1694-2023-115-129-159
Список литературы Спутниковая оценка агрономически важных свойств пахотных почв с учетом состояния их поверхности
- Виндекер Г.В., Прудникова Е.Ю., Савин И.Ю. Трансформация открытой поверхности почв под воздействием осадков в модельном эксперименте // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 95. С. 23-40. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2018-95-23-40.
- ГОСТ 26423-85. Почвы. Методы определения удельной электрической проводимости, рН и плотного остатка водной вытяжки.
- ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО.
- ГОСТ 26213-91. Почвы. Методы определения органического вещества.
- ГОСТ Р 54650-2011. Почвы. Определение подвижных соединений фосфора и калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО.
- ГОСТ 26210-91. Почвы. Определение обменного калия по методу Масловой.
- ГОСТ 26107-84. Почвы. Методы определения общего азота.
- Орлов Д.С., Суханова Н.И., Розанова М.С. Спектральная отражательная способность почв и их компонентов. М.: МГУ, 2001. 176 с.
- Почвенная карта совхоза им. Карла Маркса Серебряно-Прудского района Московской области (масштаб 1 : 10 000). М.: Мосгипроводхоз, 1991 г.
- Прудникова Е.Ю., Варламов Е.Б., Чурилин Н.А., Чурилина А.Е. Дифференциация и баланс минералов при трансформации открытой поверхности пахотных почв под воздействием атмосферных осадков // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2019. Вып. 98. С. 105-131. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-98-105-131.
- Савин И.Ю. Влияние ливневого дождя на интегральную отражательную способность поверхности черноземных почв // Почвоведение. 1995. №. 8. С. 976-980.
- Савин И.Ю., Столбовой В.С., Иванов А.Л., Прудникова Е.Ю., Жоголев А.В., Воронин А.Я. Технологии составления и обновления почвенных карт. М.: Перо, 2019. 328 с.
- Bellinaso H., Demattê J.A.M., Romeiro S.A. Soil spectral library and its use in soil classification // Revista Brasileira de Ciência do Solo. 2010. Vol. 34. P. 861-870. https://doi.org/10.1590/S0100-06832010000300027.
- Ben-Dor E., Banin A. Near-infrared analysis as a rapid method to simultaneously evaluate several soil properties // Soil Sci. Soc. Am. J. 1995. Vol. 59 (2). P. 364-372. https://doi.org/10.2136/sssaj1995.03615995005900020014x.
- Ben-Dor E., Goldlshleger N., Benyamini Y., Agassi M.R., Blumberg D.G. The spectral reflectance properties of soil structural crusts in the 1.2‐to 2.5‐μm spectral region // Soil Science Society of America Journal. 2003. Vol. 67 (1). P. 289-299. https://doi.org/10.2136/sssaj2003.2890.
- Chen J., Yuan Zhang M., Wang L., Shimazaki H., Tamura M. A new index for mapping lichen-dominated biological soil crusts in desert areas // Remote Sensing of Environment. 2005. Vol. 96. P. 165-175. https://doi.org/10.1016/j.rse.2005.02.011.
- Deering D.W. Rangeland reflectance characteristics measured by aircraft and spacecraft sensors: Ph.D. Thesis. Texas A&M University. College Station, TX, USA. 1978.
- Demattê J.A., Ramirez-Lopez L., Marques K.P.P., Rodella A.A. Chemometric soil analysis on the determination of specific bands for the detection of magnesium and potassium by spectroscopy // Geoderma. 2017. Vol. 288. P. 8-22. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2016.11.013.
- Fang Q., Hong H., Zhao L., Kukolich S., Yin K., Wang C. Visible and nearinfrared reflectance spectroscopy for investigating soil mineralogy: A review // Journal of Spectroscopy. 2018. Vol. 2018. https://doi.org/10.1155/2018/3168974.
- Huete A.R. A soil-adjusted vegetation index (SAVI) // Remote sensing of environment. 1988. Vol. 25. P. 295-309. https://doi.org/10.1016/0034-4257(88)90106X.
- Jiang Z., Huete A., Didan K., Miura T. Development of a two-band enhanced vegetation index without a blue band // Remote Sensing of Environment. 2008. Vol. 112. P. 3833-3845. https://doi.org/10.1016/j.rse.2008.06.006.
- Karnieli A. Development and implementation of spectral crust index over dune sands // International Journal of Remote Sensing. 1997. Vol. 18. P. 1207-1220. https://doi.org/10.1080/014311697218368.
- Kuang B., Mahmood H.S., Quraishi M.Z., Hoogmoed W.B., Mouazen A.M., Henten E.J.V. Sensing soil properties in the laboratory, in situ, and on-line: a review // Adv. Agr. 2012. Vol. 114. P. 155-223. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-394275-3.00003-1.
- Lesaignoux A., Fabre S., Briotter X., Olioso A. Influence of surface soil moisture on spectral reflectance of bare soil in the 0.4-15 μM domain // 6. EARSeL; Imaging spectroscopy: innivative tool for scientific and commercial environmental applications. 2009. 6 p.
- McFeeters K., Stuart K. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features // International journal of remote sensing. 1996. Vol. 17.7. P. 1425-1432. https://doi.org/10.1080/01431169608948714.
- Mathieu R., Pouget M., Cervelle B., Escadafal R. Relationships between satellite-based radiometric indices simulated using laboratory reflectance data and typic soil color of an arid environment // Remote sensing of environment. 1998. Vol. 66. P. 17-28. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(98)00030-3.
- Mouazen A.M., Kuang B. On-line visible and near infrared spectroscopy for in-field phosphorous management // Soil Till. Res. 2016. Vol. 155. P. 471- 477. https://doi.org/10.1016/j.still.2015.04.003.
- Prudnikova E., Savin I., Vindeker G., Grubina P., Shishkonakova E., Sharychev D. Influence of soil background on spectral reflectance of winter wheat crop canopy // Remote Sensing. 2019. Vol. 11 (16). P. 1932. https://doi.org/10.3390/rs11161932.
- Prudnikova E., Savin I. Some peculiarities of arable soil organic matter detection using optical remote sensing data // Remote Sensing. 2021. Vol. 13. No. 12. P. 2313. https://doi.org/10.3390/rs13122313.
- Rikimaru A., Roy P. S., Miyatake S. Tropical Forest cover density mapping // Tropical ecology. 2002. Vol. 43 (1). P. 39-47.
- Savin I.Y., Vindeker G.V. Some specifics in using optical properties of soil surface for moisture detection // Eurasian Soil Science. 2021. Vol. 54. No. 7. P. 1019-1027. https://doi.org/10.1364/JOT.83.000642.
- Stenberg B., Viscarra Rossel R.A., Mouazen A.M., Wetterlind J. Visible and near-infrared spectroscopy in soil science // Adv. Agr. 2010. Vol. 107. P. 163-215. https://doi.org/10.1016/S0065-2113(10)07005-7.
- Viscarra Rossel R.A., Walvoort D.J.J., McBratney A.B., Janik L.J., Skjemstad J.O. Visible, near infrared, mid infrared or combined diffuse reflectance spectroscopy for simultaneous assessment of various soil properties // Geoderma. 2006. Vol. 131. P. 59-75. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2005.03.007.
- Xiao J., Shen, Y., Tateishi R., Bayaer W. Development of topsoil grain size index for monitoring desertification in arid land using remote sensing // International Journal of Remote Sensing. 2006. Vol. 27. P. 2411-2422. https://doi.org/10.1080/01431160600554363.