Почвенное картографирование

Это надежный метод получения пространственной и временной информации о почвах.

Почвенная карта представляет собой уменьшенное и обобщенное в заданном масштабе изображение почвенного покрова на плоскости (топографической основе), построенное по математическим законам, в определенной системе условных обозначений. В зависимости от практических целей различают детальные, крупномасштабные, среднемасштабные, мелкомасштабные и обзорные карты.

Почвенные карты делятся на общие и специальные. На общих картах показывают географическое распределение генетических разностей почв (типов, подтипов).

К специальным относятся карты, предназначенные для решения различных производственных задач: карты типов местообитаний лесных пород, почвенно-экологические, почвенно-мелиоративные, почвенно-агрохимические, почвенно-эрозионные карты, карты химического загрязнения почв и др.

Почвенная карта служит основой для планирования видов землепользования, лесоустройства, оценки экономической и экологической целесообразности использования территорий для производственной деятельности, оценки биологической продуктивности лесов, разработки систем управления почвенным плодородием. Получить подробные данные о строении почвенного покрова лесных

территорий можно лишь методом полевого картографирования почв. Заданная цель картографирования лесных территорий определяет масштаб будущей карты.

Масштаб карты — это степень уменьшения расстояний и площадей на карте относительно соответствующих расстояний и площадей на местности.

Детальными называются карты масштаба от 1 : 200 (в 1 см 2 м) до 1 : 2 000 (в 1 см 20 м), крупномасштабными — от 1 : 5 000 (в 1 см 50 м) до 1 : 50 000 (в 1 см 500 м), среднемасштабными — от 1 : 100 000 (в 1 см 1 км) до 1 : 200 000 (в 1 см 2 км), мелкомасштабными — от 1 : 300 000 (в 1 см 3 км) до 1 : 1 000 000 (в 1 см 10 км), обзорными — 1 : 2 500 000 и мельче.

Почвенный покров представляет собой непрерывное (континуальное) образование. При его картографировании главной задачей является выделение однотипных дискретных контуров — почвенных ареалов, площадь которых можно отобразить на карте заданного масштаба.

Классификация почв позволяет выделять в пространстве разные однородные ареалы по классификационным признакам и выявлять закономерности распространения почв в пределах заданной территории (структуру почвенного покрова — СПП). Каждый классификационный выдел занимает определенный ареал. Чем выше таксономический уровень описания почвы, тем большую площадь эта почва занимает. Чем крупнее масштаб карты, тем больше возможностей показать на ней ареалы почв низких таксономических уровней: родов, видов, разновидностей.

Классификация почв — основа перехода от континуального почвенного покрова к дискретному его изображению на карте.

Для целей лесного хозяйства при планировании лесоустроительных и других мероприятий, составлении проектов размещения лесных массивов, полезащитных лесных полос, мелиоративных объектов, научно-исследовательских и селекционных станций, питомников, садов и парков применяются крупномасштабные почвенные карты: от 1 : 25 000 до 1:50 000. Для их составления необходимо выполнить крупномасштабное картографирование почвенного покрова в поле. Материалы крупномасштабного картографирования являются основными и для генерализации изображения почвенного покрова при создании карт более мелкого масштаба.

Цель крупномасштабного полевого картографирования состоит в выявлении на местности контуров, занятых почвенными разновидностями. За наименьшую пространственную единицу приняты элементарные однородные по механическому составу почвенные ареалы — ЭПА. Они могут быть охарактеризованы содержанием, геометрией контуров и положением в структуре почвенного покрова.

Содержание ЭПА определяется классификационным положением образующей его почвы наиболее низкого таксономического уровня.

Геометрия ЭПА описывается его площадью, формой и степенью изрезанности границ. Площадь ЭПА колеблется в очень широком диапазоне. Для солонцов типичны мелкие ареалы (до 0,5 м²), для подзолистых почв — средние (до 1,5 га), для чернозёмов — крупные (более 1,5 га). По форме ЭПА делятся на три группы: изоморфные, вытянутые и линейные. Для первых отношение длины наибольшей оси к длине наименьшей не превышает 2, для вторых находится в пределах от 2 до 5, для третьих — больше 5. Выявление границ ЭПА, их нанесение на карту и увязка с соседними контурами проводятся, как правило, в поле.

Положение в СПП определяется положением ЭПА в почвенных комбинациях: сочетаниях, мозаике, комплексах, пятнистости, вариациях, ташетах.

При составлении крупномасштабной почвенной карты оценивается возможность нанесения на карту всех ЭПА, площадь которых позволяет наносить их на карту заданного масштаба. Минимальный размер ЭПА, который может быть показан на карте масштаба 1 : 25 000, составляет 1,25 га. Для карты масштаба 1 : 50 000 минимальный размер ЭПА почти в 5 раз больше — около 6,0 га. ЭПА площадью менее 20 га невозможно поместить на карту масштаба 1 : 100 000, хотя на карте масштаба 1 : 10 000 этот же ЭПА занимает площадь 20 см². Даже при составлении крупномасштабных карт невозможно представить на них все встречающиеся в природе ЭПА. Эта проблема решается методом картографической генерализации.

Картографическая генерализация ПП — это выделение и отображение на карте наиболее существенных для целей картографирования особенностей строения ПП, выявление закономерностей взаиморасположения мелких почвенных контуров и определение их места в СПП. При наличии множества мелких по площади ЭПА, не поддающихся нанесению на карту в данном масштабе, выделяются сложные почвенные контуры, где основной фон составляют

преобладающие почвы. Однотипные мелкоареальные почвы, входящие в выделенный контур, показывают условными знаками, характеризующими их место в СПП и доли (%) от площади контура. При этом придерживаются следующих градаций: до 10%, 10—25 (30)%, от 26 (31) до 50%.

Генерализация контуров ПП при составлении почвенных карт выполняется следующими методами.

Метод преобладающей почвы, или классификационный метод, состоит в объединении ЭПА, близких по классификационному положению, в контур, получающий наименование от более таксономически высокой классификационной единицы. При использовании этого метода генерализации карта дает сведения о господствующей почве в показанном на карте контуре.

Метод компонентов ПП предусматривает учет наряду с компонентами ПП соотношения площадей, занимаемых отдельными почвами, объединенными в один контур. При использовании этого метода генерализации карта дает сведения обо всех компонентах ПП.

Метод структуры почвенного покрова заключается в анализе состава и характеристики взаимосвязей мелких однотипных ареалов ПП и закономерностей их взаиморасположения в доминирующей мезоструктуре СПП. На карте отображаются контуры границ почвенных комбинаций, например, сочетаний. При использовании этого метода генерализации карта дает дополнительные сведения о характере связей между компонентами ПП, его сложности и контрастности. От точности определения СПП зависит информативность почвенных карт, как мелкомасштабных, так и крупномасштабных.

В лесном хозяйстве применяются в основном крупномасштабные почвенные карты.

Основы крупномасштабного почвенного картографирования. Крупномасштабное почвенное картографирование включает три периода: подготовительный камеральный, полевую съемку и заключительный камеральный.

В настоящее время эффективность и качество картографирования достигается за счет использования информационных технологий. К ним относятся компьютерное и специальное научное оборудование, программное обеспечение. Они могут быть использованы на всех этапах работы.

Подготовительный период включает сбор и систематизацию имеющихся картографических, литературных, дистанционных и фондовых материалов по объекту съемки, анализ их полноты и качества. В него входят также сбор материала по характеристике факторов дифференциации почвенного покрова в электронной форме (векторной и растровой), спектрозональных космических снимков и аэрофотоснимков, цифровых моделей рельефа исследуемой территории. Для почвенного картирования могут быть полезны снимки, выложенные в свободном доступе в сети Интернет.

Содержание подготовительного периода следующее:

• географическая привязка объектов съемки;
• подбор материалов и подготовка картографической основы (топографические карты, аэрокосмические снимки и фотоплан местности);
• изучение материалов о факторах почвообразования по имеющимся сведениям о почвах и особенностях строения почвенного покрова;
• составление предварительного систематического списка почв;
• выбор масштаба съемки (может быть задан), исходя из цели;
• составление предварительного макета почвенной карты.

В подготовительный этап входит также экспорт (ввод) карт, точек и маршрутов в навигационное оборудование, планируемое к использованию в поле, перевод в цифровую форму бумажных вариантов карт и загрузка материалов в компьютер.

В ходе подготовительного периода составляется максимально полный цифровой образ картографируемой территории. При составлении почвенных карт лесных территорий используются различные картографические материалы, планы лесоустройства, текстовые, графические документы о природных условиях: климате, рельефе, почвах, почвообразующих породах, растительности, грунтовых и поверхностных водах.

Для оптимизации полевого картирования почв предварительно создается контурная основа почвенной карты. Она представляет собой контурную сетку предполагаемого расположения почвенных ареалов на исследуемой территории. Контурная основа — это теоретическая схема ПП, построенная исходя из законов связи почв с факторами почвообразования, определяющими дифференциацию ПП. Облегчить подготовку контурной основы может использование геоинформационных систем. Факторная основа включает карты элементов мезорельефа, почвообразующих и подстилающих пород, уровней грунтовых вод. На их базе до выезда в поле составляется макет почвенной карты.

Макет почвенной карты служит наглядной основой целенаправленного полевого изучения почв и подробной съемки ПП. Цель создания контурной основы макета — представить собранную и

систематизированную информацию о ПП в виде почвенных контуров, составить предварительную легенду к почвенной карте, определить объем и конкретное содержание полевых работ до выхода в поле.

Для составления макета почвенной карты необходимо искать связи почв и почвенных комбинаций с факторами почвообразования, отображая их на контурной основе. Систематизированная в виде группировок информация о рельефе, почвообразующих породах, коренной лесной растительности с дистанционными изображениями территории сопоставляется со списком почв, информацией о структуре почвенного покрова. Исходя из полученных связей между почвами и индикаторами наносятся в условных знаках контуры однотипных почвенных ареалов.

Цель сопоставления макета с результатами полевых съемок состоит также в выяснении приуроченности определенных ареалов почв и ПК к конкретным формам рельефа, почвообразующим породам, коренной лесной растительности и к рисунку фотоизображений и дистанционных съемок. Установленные таким образом почвенно-ландшафтные связи позволяют распространять (экстраполировать) найденные закономерности на аналогичные ареалы по сходству «индикаторов» соответствующих им почв или ПК.

Анализ почвенно-ландшафтных связей включает установление типов закономерной изменчивости почв по рельефу и относительно гидрографической сети, составление индикационных таблиц «почва — рельеф», «почва — рельеф — литология», «почва — степень увлажненности местности», «почва — коренной тип леса» и «почва — изображение поверхности». Могут обнаружиться и другие параметры индикации почв.

Полевая съемка (полевые исследования) включает следующие виды работ:

• заложение точек опробования (почвенных разрезов, почвенных ям, полуям, прикопок в соответствии с нормами съемок для данного масштаба и категорией сложности территории);
• уточнение на местности определенных по макету границ и форм почвенных контуров;
• морфологическое описание и отбор почвенных образцов для физико-химической, микроморфологической и микробиологической характеристики (биономического анализа) почв, уточнения классификационной принадлежности почвы;
• картирование почвенного покрова участков, не обеспеченных соответствующей почвенной информацией.

Из технических средств наиболее востребован при почвенной съемке GPS- или ГЛОНАСС-навигатор, позволяющий точно определять координаты почвенных разрезов и привязывать их к карте.

Используя ноутбуки и планшетные полевые компьютеры, в полевых условиях можно работать с настольными ГИС, например, ArcGis и MapInfo.

Сочетание в ГИС слоев информации о рельефе, почвообразующих породах, растительности, лесоустройстве и других характеристиках изучаемой территории существенно повышает качество почвенного картографирования.

Полевые исследования по содержанию работ разделяются на два этапа. Первый этап направлен на составление полного списка почв, установление закономерностей ПП, создание системы ландшафтных индикаторов и включает рекогносцировочные маршруты с макетом и изучение почв на ключевых участках. Исследованиями должны быть охвачены все типы угодий, рельефа, дистанционных изображений, коренных лесов и выделенные почвенные ареалы.

Важную роль в диагностике почвенных контуров играют древесные породы с избирательной требовательностью к почвенным условиям (ель, сосна, ольха, ясень, дуб и др.). Так, наличие в сосняках ели, дуба, осины является верным признаком для выделения почвенных контуров. Смежные таксационные древостой естественного происхождения, имеющие сходную типологическую структуру, бонитет и состав, как правило, соответствуют одному почвенному контуру. Всю полученную во время съемок новую информацию, касающуюся конкретных контуров, наносят на макет почвенной карты. Обработку и систематизацию материалов ключевых и маршрутных исследований, составление уточненных индикационных таблиц проводят после нанесения на карту всей полученной во время почвенных съемок информации.

На втором этапе полевой съемки отвечают на вопросы, возникшие при составлении авторского оригинала карты, уточняют предварительно выделенные контуры, определяют положение, долю и содержание новых ареалов, а также дополняют индикационные таблицы.

Заключительный камеральный период включает составление окончательного варианта карты с учетом результатов анализа отобранных образцов при генерализации почвенных неоднородностей на соответствующем масштабу картографирования уровне СПП. Основная задача этого периода заключается в составлении векторной модели распределения почв в пространстве и цифровой почвенной карты.

Цифровая карта позволяет оперативно находить местонахождение разрезов по их номеру или название почвы заданного места, а также получать описание точек и информацию о занимаемых почвенными контурами площадях.

Совмещение цифровых образов пространственных данных о почвах, рельефе, почвообразующих породах, климатических характеристиках, растительности, глубине залегания грунтовых вод и лесоустройстве открывает новые возможности для анализа лесорастительных свойств территории и проектирования систем управления почвенным плодородием в целях повышения производительности лесов.

Работа на объекте завершается составлением объяснительной записки к почвенной карте, которая включает следующие данные:

• характеристику почв и почвенного покрова;
• описание факторов дифференциации ПП;
• лесохозяйственную интерпретацию почвенной информации;
• анализ почвенных и природных условий региона, оказывающих влияние на продуктивность лесных насаждений.

В объяснительную записку по требованию заказчика могут быть включены дополнительные специфические для данной территории сведения.