3rd Global Workshop on Digital Soil Mapping at Utah State University,

3rd Global Workshop on Digital Soil Mapping at Utah State University, 30 September - 3 October 2008

Даниил КозловМария Конюшкова

Современное состояние цифровой почвенной картографии: методы, достижения, ограничения и подходы к их преодолению;

результаты региональных исследований

ЦИФРОВАЯ ПОЧВЕННАЯ КАРТОГРАФИЯ компьютерное производство цифровых карт почв и их свойств. Ориентирует исследователей на использование современных технических средств измерения первичной полевой информации (GPS, полевые сканеры, лаборатории и др.), использования информации о переменных (факторах) среды (ЦМР, ДДЗ, геологические карты и др.), ее унифицированного хранения и обработки методами пространственного анализа (ГИС, геостатистика, ДЗ, математические и статистические модели).

DIGITAL SOIL MAPPINGthe creation and population of spatial soil information systems by the use of field and laboratory observational methods coupled with spatial and non-spatial soil inference systems (Alex MacBratney, 2008)

Hengl, T. 2003. Pedometric mapping: bridging the gaps between conventional and pedometric approaches. PhD thesis,

2004

1-й международный симпозиум по ЦПК, Монпелье, сентябрь 2004

ЦПК

2003 2005 2006 20082007

• 2-й международный симпозиум по ЦПК, Рио-де-Жанейро, июль

• Деловая встреча рабочей группы ЦПК на WCSS в Филадельфии, июль

• GlobalSoilMap.net

1990 …Публикации пионерных

работ(США,

Австралия, Франция,

…)

1980-1993

http://www.usyd.edu.au/su/agric/acpa/people/alex/AlexMcB.htmhttp://www.usyd.edu.au/research/opportunities/supervisors/607

Maria L.Mendonça-Santos

Budiman Minasny

Janis Boettinger

Philippe Lagacherie

David Rossiter


66 ДОКЛАДОВ 99 УЧАСТНИКОВ ИЗ 16 СТРАН


ТЕМАТИКА СЕССИЙ:

1 ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЦПК

2НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ПОЧВЕННОМ ОПРОБОВАНИИ И ИНДИКАЦИОННЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ В ЗАДАЧАХ ЦПК

3 ТЕХНОЛОГИИ ПОЛЕВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ

4 МЕТОДЫ ЦПК И ОЦЕНКА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ

5 ГЛОБАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ПОЧВЕННЫЕ КАРТЫ

6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЦПК

7PROTOCOL AND CAPACITY BUILDING FOR MAKING DIGITAL SOIL MAPPING OPERATIONAL

0 ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЦПК, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ


Альфред Хартеминк (Alfred Hartemink), ISRIC, Нидерланды

Soil are Back on the Global Agenda

В НАСТОЯЩЕЕ ВРЕМЯ ПОТРЕБНОСТЬ В ПОЧВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ СТРЕМИТЕЛЬНО РАСТЕТ

ОБЩЕЕ ПАДЕНИЕ ИНТЕРЕСА К ПОЧВОВЕДЕНИЮ с НАЧАЛА 1980-х

• Конкурирующие организации

• Уменьшение финансирования на 31% с 1994 по 2005 годы

• Снижение интереса к сельскому хозяйству

• Не оправдавшиеся ожидания

ПРИЧИНЫ

• Сдвиг интересов в сторону климата

• Недальновидность руководства

• Число почвоведов: 20 в 1987 → 5 в 2008

1950

1970

1990

1995

2008

сельское хозяйство

продовольствие

«окружающая среда»

устойчивость

изменения климата

управление

продовольствие, биотопливо, энергия

«Педобарометрический индекс»

2005 - БЫСТРЫЙ РОСТ ВОСТРЕБОВАНОСТИ

• Число обращений к почвенной терминологии

(HUMAN DEVELOPMENT REPORT 1990 – 2007)

• Общее число публикаций• Предложения работы ↑


Сабина Грюнвальд (Sabine Grunwald), университет Флориды

Обзор Публикаций по ЦПК

• 90 статей по ЦПК (Geoderma и др.)

• 14 критериев оценки исследования (данные, методы, стоимость и т.п.)

1 ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЦПК

ОБСУЖДАЛОСЬ• ПОЛЕВЫЕ ОПИСАНИЯ, КАРТЫ• ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ• КАЧЕСТВО• СОПОСТАВЛЕНИЕ

ИНФРАСТРУКТУРА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ

ISRIC-WISE global soil profile datasetEIONET - European Environmental Observation and Information Network)EuDASM - the European Digital Archive of Soil MapsCSIRO - АвстралияThe Harmonized World Soil Database 1km raster 1:1 000 000e-SOTER project - September 2008 until February 2012

www.iiasa.ac.at/Research/LUC/luc07/External-World-soil-database/HTML/index.html

1 ДОСТУПНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЦПК

http://soildatamart.nrcs.usda.gov/StatusMap.aspx

National Soil DataBase (NSDB) • 6500 описаний (1 описание на 1400 км2)

• + региональные базы данных

• систематические описания

• дополнительные массивы описаний в рамках тематических проектов (геохимия и т.п.)

• низкая плотность данных, проблема сопоставления/совместимости

• разнобой содержания, масштабов, форматов крупномасштабных карт

• электронная национальная почвенная карта 1:1 000 000 – CanGIS, постоянно совершенствуется (SLC v3.2)

http://sis.agr.gc.ca/cansis/nsdb/index.html

SOIL LANDSCAPES OF CANADA







http://sis.agr.gc.ca/cansis/nsdb/slc/index.html

КИТАЙ• масштабные почвенные исследования

• серия национальных карт 1:14 000 000 – 1:500 000

• растровые карты 10 км, 5 км, 2 км

• цифровые карты почв и почвенных свойств

• 12 000 почвенных профилей

• две системы почвенной классификации

• генетическая СССР (GSCC) – основная

• таксономическая (CST) – перспективная

• карта 1:1 000 000 в CST

БРАЗИЛИЯ• SIGSOLOS - the Brazilian Geo-referenced Soil Information System

• национальная почвенная карта 1:5 000 000• для отдельных штатов 1:250 000• 2600 почвенных профилей• плохое качество атрибутивной и пространственной информации

ГОЛЛАНДИЯ• более 16 000 почвенных профилей• детальные картографические материалы: ЦМР, история землепользования, гидрогеология и др.

ДАНИЯ• более 10 000 описаний• более 10 000 в ближайшие 2 года по единой программе (запасы почвенной органики)• национальная карта 1:50 000

НОВАЯ ЗЕЛАНДИЯ• национальная карта 1:250 000 (1954 -1968)• составляют методами ЦПК карты 1:50 000

АВСТРАЛИЯ, КОЛУМБИЯ, ИНДИЯ - …


ТОЛЬКО 10% ИССЛЕДОВАНИЙ ПОСВЯЩЕНО

РАЗВИТИЮ НОВЫХ МЕТОДОВ, БОЛЬШИНСТВО

РАБОТ – ПРИМЕНЕНИЕ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ

НА НОВЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Сабина Грюнвальд (Sabine Grunwald), университет Флориды

Обзор Публикаций по ЦПК

Цель исследования

Почвенные характеристики

%

Изменение климата почвенный углерод 28

Изменения средыN, P, K и др.тяжелые металлы 24.4

Деградация почв• засоление• подкисление• эрозия

8.9

Почвенное картографирование

• классы почв• грансостав, плотность, влажность

7.8

40.0

КАКИЕ ПОЧВЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ В МОДЕЛЯХ?

• обычны измерения только в верхнем горизонте почвы

• 27.7% исследований – разные слои

• фиксированные глубины чаще чем диагностические горизонты

• 1 статья – 3D представление почвы

ОБЪЕКТ ИЗМЕРЕНИЯ и МОДЕЛИРОВАНИЯ, ПОЛЕВЫЕ ДАННЫЕ


ИНДИКАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ, ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

S C O R P A N ФАКТОРЫ

56 11 28 26 10 +1 ? %

23% -Полевые сенсоры 12% - электромагнитное излучение 9% - электрокондуктивность (ECa) 1% - магнитометрия (Mag)

17% - ДДЗ → (S, O, P)


ENVIRONMENTAL COVARIATES, CLORPT …

Докучаев, 1898, Глинка, 1912, Jenny, 1941, McBratney, 2003

Сабина Грюнвальд


ЧТО НОВОГО?

• латинский гиперкуб (cLHS) – обоснование положения и количества точек полевого опробования по набору индикационных основ (развитие идеи McBratney, 2003)

• динамические структуры как характеристика почвенных свойств (A-Xing Zhu)

• возраст почвы как scorpAn фактор (на основе геоморфологического анализа, Jey S. Noller)

• разномасштабный анализ рельефа, как проблема влияния пространственного разрешения и размера скользящего квадрата на вычисляемое значение характеристики рельефа (Thorsten Behrens, Zhu)

• Новые морфометрические характеристики рельефа

Evar cLHS

3 ТЕХНОЛОГИИ ПОЛЕВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ

1. Мировая библиотека почвенной спектрометрии• proximal soil sensing (PSS), Dr. Raphael Viscarra Rosse

• вертикальный отражательный профиль• Vis-NIR +midIR диапазоны• разнообразие почв мира• с апреля 2008 года 40 участников из 27 стран

2. Полевое почвенное спектрометрирование

• Содержание глины, углерода (США, Дания)

• Углерод R2=0.23 (поле), R2=0.56 (лаборатория)

• Глина R2=0.12 (поле), R2=0.23 (лаборатория)

• Возможно, но только для контрастных территорий

3. Электромагнитная индукция (EMI)

• Почвенно-гидрологические параметры

4. ГЕОРАДАРНЫХ исследований НЕ БЫЛО !?!

4 НОВЫЕ МЕТОДЫ ЦПК И ОЦЕНКИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ

ЧТО ОБСУЖДАЛОСЬ?• сравнение возможностей разных методов на одних данных• поиск гибридных методов: кригинг + линейная регрессия, +

нейронные сети, + классификация с обучением, • оценка информативности переменных SCORPAN• точность результатов (верификация, кросс-верификация)• оценка неопределенности - uncertainty (разные метрики)


Сложность почвенных

интерпретаций полученных отношений

Сложность количественных

методов

6 1 1 1 10

6 4 2 2

3 2 10 4 4

10 2 5 2

1 1 5 7 1

1 2 3 4 5очень

простыевсесторонние, комплексные

5

4

3

2

1

МАТЕМАТИКИ VS ПОЧВОВЕДОВ?

всесторонние, комплексные



ОБУЧАЮЩАЯ ВЫБОРКА

ДАННЫЕ ПОЧВЕННОГО ОПРОБОВАНИЯ

ПРОВЕРКА

ПРОВЕРКА

МОДЕЛИ

РЕЗУЛЬТАТА819 точек

130 точек

614 точек

205 точек

СХЕМА ПРОВЕРКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЦПК

ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ

6 ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЦПК

• информационные средства хранения и визуализации результатов ЦПК (terraGIS)

• приложения ЦПК:

• ветровая эрозия, • биохимические циклы элементов

В ОБСУЖДЕНИИ

• стандартизация результатов ЦПК vs адаптация к конкретным целям и задачам

• Как вести диалог с пользователем: предоставлять доступную информацию (проинтерпретированную), неопределенность (uncertainty)

7PROTOCOL AND CAPACITY BUILDING FOR MAKING

DIGITAL SOIL MAPPING OPERATIONAL

ТЕНДЕНЦИИ:↓ Снижение стоимости полевого опробования +↑ Повышение стоимости компьютерной обработки


РЕАЛЬНОСТЬ

методический поиск < ЦПК < методика

В государственных службах (USDA-NRCS)

используются методы НЕ «цифрового» почвенно-

экосистемного картографирования

КАКУЮ ВЫГОДУ ДАДУТ МЕТОДЫ ЦПК В

ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ РАБОТЕ ???

ЭКОСИСТЕМНОЕ КАРТОГРАФИРОВАНИЕ ЛЕСНОГО РАЙОНА КАРИБУ БРИТАНСКОЙ

КОЛУМБИИ, КАНАДА: РЕЗУЛЬТАТЫ, УРОКИ И ПОЛЬЗОВАТЕЛИ

Боб МакМиллан (Robert MacMillan)

1:20 000

4 года – 4 специалиста – 8.2 млн га –– 2.8 млн $ – 0.34 $/га

ПРИНЦИПЫ И УРОКИ:1. Четкая схема исследования и формулировка

понятия успех2. Результат/средства3. Командная работа4. Максимальная простота рабочей модели

Стоимость $3.50/га → $0.20/га.

Скорость картирования 150,000 → 2 млн га/чел*год

Точность – 69%

?1900

2008

2012

Documents

3rd Global Workshop on Digital Soil Mapping at Utah State University,