Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Оценка засоления орошаемых почв Нижнего Поволжья с использованием аэрофотоснимков

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Оценка засоления орошаемых почв Нижнего Поволжья с использованием аэрофотоснимков"

. ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕПСГИЗЫСКАНИЯМ, ИССЛЕДОВАНИЯМ, ПРОЕКТИРОВАНИЮ И СТРОИТЕЛЬСТВУ ВОДОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ „СОВ ИНТЕРВОД"

На правах рукописи УДК 631.4 (282.247.41): 528.7

ГОРОХОВА ИРИНА НИКОЛАЕВНА

ОЦЕНКА ЗАСОЛЕНИЯ ОРОШАЕМЫХ ПОЧВ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОФОТОСНИМКОВ

06.01.02 - мелиорация и орошаемое земледелие

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 1992 г.

Работа выполнена, в ПО "СОВДгТЕРВОД "

Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Толчельников В.С.

Официальна оппоненты: доктор технических наук Панферова Н.И.

кандидат технических наук Харитонов В.А.

Ведущая организация: Научно-исследовательское и проехтыо—

** изыскательское обьеданеше "Союэводпроехх"

Защита состоится "Лв " хн-кх^» ¡9^5 г. в " М " часов' на заседании специализированного совета Д 099.00.01 при проиэ- . . водственном объединении "СОВЛНТЕРВЦД " ш адресу: 129344,Иоск-ва, ул. Енисейская, дом '¿. ' . .

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять на имя ученого секретаря института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Ш "СОВ-ИКГЕРГД".

Автореферат разослан " Z3 п рл&лйо 199Д. г.

Ученый секретарь специализированного совета & Д. o-99.Ca.0l, к.г.и. . ' ^ З.С. Заднепрянец

Актуальность темы. За последнее десятилетие площади орошаемых земель в Чижнем Поволжье активно расширились и, как следст --вие, обострилась проблема вторичного засолении почв. В связи с этим дли районов орошиемого Зимледелия н-гоОходима объективная информация о засоленных почвах. Орошаемы.» почвы Нижнего Поволжья являются сложным объектом исследование, что связано с комплексностью почвенного покрова и наличием исходного и вторичного засоления почв. Материалы аэро-и космо<|ч>тосъемки и автоматизированные приемы их обработки помогают получить информацию о засоленных почвах, площади их распространения и тенденции развития.

Цель и задачи исследовали.:. Целью проведенных исследований является разработка методов оценки засолении орошаемых почв в сухостепнои и полупустынное, зонах Нижнего Поволжья с использованием черно-белых панхроматических аэроснимков и автоматизированных приемов их обработки.

В соответствии с основной целью необходимо было решить следующие задачи:

I. Уточнить оптимальное время проведения аэрофотосъемки.

'¿. Ралрийотать доишфровочные признаки засоленных орошаемых почв сухостепно;; И полупустынно!! зон Нижнего Поволжья.

0. Оценить возможность дешифрирования по аэроснимком степени засоления почв.

1. Определить .состав полевых работ для обоснования дешифро-вочных признаков,

о. Найти корреляционную связь между одним из ионов и суммой ' токсичных солел в целях сокращения общего количества химических «лализов почв.

С. Составить программу автоматизированной обработки результатов химических анализов.

7. Разработать автоматизированную технологию оценки засоления орошаемых почв по аэрофотоснимкам.

Научна.-! новизна. Н диссертационной работе представлены методы оценки засоло-ния орошаемых почв в сухостепнои и полупустынной зонах Нижнего Поволжь" с использованием черно-белых панхроматических аэрофотоснимков и автоматизированные приемы их обработки , где впервые:

- к -

а) разработана система деишфровочных признаков засоленных орошаемых почв для различного режима увлажнения, которая позволяет четко разграничить участки исходного и вторичного засоления почв, что способствует принятию обоснованных решении по их мелиорации;

б) система деишфровочных признаком засоленных орошаемых -почв разработана по состоянию люцерны, которая может служить индикатором засоления при дешифрировании аэрофотоснимков. По-, скольку преобладающе!' культурой в исследучыых районах является люцерна, это позво.^ет охватить дешифрированием значительную ' часть территории; . .. ,'.'"... •.:

в) разработана автоматизированная технология оценки засоления орошаемых почв в сухостешкж и полупустынной зонах Нижнего Поволжья. В автоматизированной технологии обработка аэрофотоснимков осуществлялась на основе последовательного применения дискриминантного и структурного подхода к распознаванию об-раз'ов, что повысило качество распознавания. Для структурного анализа засоленных почв разработаны словарь признаков и дерево принятия решении.

Практическая значимость и реализация работы. Разработанные методы позволяют оценить состояние орошаемых земель и принять первоочередные меры по их улучшению. Сопоставление материалов, лдлученных за ряд лет,и глубокий анализ природных условий исследуемых районов позволит проследить направленность процесса засоления и разработать коренные меры по мелиорации почв и реконструкции оросительных систем* Предложенные методы применимы для оценки экологической обстановки региона,составления мелиоративного и земельного кадастров.

С применением данных методов были составлены карты засоления .орошаемых почв на Генераловскую и Светлоярскую оросительные системы Волгоградской области, которые используются в Волгоградской ^идрогеологсмелиоративкои партии для ^оставления мелиоративного кадастра.

Фактические материал. В основу работы положены материалы исследований, проведенные на Генераловскол и Светлоярской оросительных системах в течение ¡¿-х полевых сезонов ( 1УЬ9-УОгг),

- О -

дайны» химических анализов поча, материалы аэрофотосъемки и др.

Апиобвция имботы. Основные положения и результаты исследовании бкли доложены на Всесоюзном съизде почвоведов года, на конференции молодых учоних и специалистов института "Союз-гипроводхоз" в мае г., на конференции Госцентра "Природа" а октябре года, на конференции по использованию аэрокосм«-ческол информации, проводившееся Барнаульским Государственным университетом в году.

Публикации. Результаты проведенных исследований, были опубликованы в 3 печатных работах. .

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из источников и о-приложений. Объем работы страницы текста, таблиц, оо рисунков, карты.

Автор выражает искреннгю благодарность сотрудникам отдела

изыскание Ш "Совинтсрвэд" к.т.н. 14.4. *ейгину ву за ценные консультации и помощь в работе.

и Л.В. Черншш-

Глава I. История развития дистанционных методов а исследовании засоленных почв

С развитием аэро- и космофотосъимки стало возможным по-но- ' воцу изучать и картировать засоленные почвы аридных территории.

Первые публикации появились в оо-х годах (Myers and others. 1966; Керзум» Земан, 1У07 ). Но наиболее полные исследования орошаемых засоленных почв с применением аэрофотоснимков в стране начали проводиться с года ( 11анкова, Мазиков , lWo, 1976; Ыазиков, 1Уо1 ). аналогичные подходы стали использоваться при работах с космоснимками ( Емельянов, Горбачев, Харитонов, 19ои ; Харитонов, 19Ы.; Нанкова, Головина и др., 1Ус6; Соловьев, 1Уй9 ). Параллельно ила разработка методов дистанционной диагностики заселенных почв на целинных и богарных землях ( Выошв-кин, Антонова, Крар ова, 1976; Козловскии, Королюк, 1900;

Машедов, 19оа ).

активно разрабатывается проблема оценки засоления почв по аэро- и космофотоснимкам за рубежом, и уровень решения этой проб-

лемы примерно соответствует отечественному ( Sinanworig and others, I9öj; Doniinguer*,Carballo,iyo<; Myers, lyoo; Manchanda, I9&J, ; Ka nie I, Dae Is , I9oo ).

Большинство авторов при дешифрировании аэро- и космосним-ков использовали визуальные и визуально-инструментальные методы, опирающиеся на оценку состояния растительности и знание ландшафтно-индикационных связей.

Созданием методов автоматизированной обработки видеоинформации занимается ряд отечественных учреждений. Большой вклад в разработку автоматизированных технологий оценки засоления орошаемых почв внесли сотрудники IIU "Совинтервод" ( Минскии, Ба/-кин, Соловьев, 1990; Шуклин, I99U ). В зарубежной литературе также рассматривается опыт использования, автоматизированных линий по обработке спутниковой видеоинформации для составления карт засоления ( Venkataratnam , I9oü, 19а^ ).

Глава «¿. Краткая характеристика природных условий Нижнего Поволжья ( сухостепная и полупустынная зоны )

Раноны исследования - орошаемые земли Генераловскои и Свет-лоярской оросительных систем расположены в сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья. Генераловская оросительнаасиотемй занимает часть склона Северных Ергеней, вплотную примыкая к Цимлянскому водохранилищу. Светлоярская расположена южнее г. Волгограда. между р.Волга и оз. Сарпа, занимая часть Прикаспийской , низменности. V . 1

Выбранные оросительные системы расположены в различных геоморфологических областях и районах, различных почвенных зонах и t являются репрезентативными для исследуемого региона, поэтому результаты проведенных исследовании верныдигпоч»рухостятнойи полупустынной зон Нижнего Поволжья. .

Согласно.литературным данным ( Алексеевская, *едюков и др., 1961; Ляхова, 1961, Николаев, 196^; Большаков и др.; 1964, Радов, 1966, Дегтярева, Жулидова, I97b; Большев, 197<:; Ьазилевич и др., 1973; Зимовец, 1970; I9t& и др. ) и нашим исследованиям природные условия исследуемы' районов отличаются следующими особенностями:

- Ь -

I. Относительной молодость«) территорий, в геологическом прошлом котор»1Х характерно преобладание морских условии оеад-конакоплсния над континентальными и наличием засоленных осадочных пород.

'к. Слабоволнистым и равнинным характером территорий, которые вызывает слабую естественную. дрекированносгь поверхностных и грумтоиых вод.

о. Особенности климата - высокие летние температуры, низкая относительная влажность воздуха. Все это активизирует испарение с поверхности почвы и при условии близкого залегания минерализованных грунтовых вод вызывает их засоление. Иалоо количество атмосферных осадков обуславливает слабое выщелачивание содей.

4. Характерен микрорельоф и связанная с ним комплексность почвенного покрова с преимущественным распространением солонцов, зональных почв ( каштановых и светло-кавтановых ) и лугово-кад-тановых почв иикрозаладин.

Глава о. Особенности солевого режима почв Нижнего• Поволжья

Почвенному покрову сухостепной и полупустынной зон Нижнего Поволжья свойственно, широкое распространение исходно засоленных почв. Среди них преобладают солонцы и солшцеватые почвы. Для них характерен сульфатный, реже-хлорцдный типы засоления. В солонцовых горизонтах отмечается содовое засоление.'

Сохранение основних запасов солей в солонцах в целинных и богарных условиях свкзывапт с процессами реликтового соленакоц-ленмя и горизонтально-бокового перераспределения солей меяду почвами комплекса ( Ковда, ДО46; Зиновец, ДО/О, Х9Ь4 и др.). Зональные почвы занимают промежуточное положение по засолению, а почвы микрозападин не засолены.

Длительный период орошения в бездренажннх условиях оказывает отрицательное воздействие на солевой и водны/, режимы почв и грунтовых вод. Строители во водохранилищ и оросительных каналов приводит к изменению гидродинамических условии, инфильтрации

- ь -

оросительных вод из каналов и, как следствие, резкому подъему уровня грунтовых вод. Происходит постепенная трансформаций условий почвообразования от ирригацмонно-автоморфных к иррига-ционно-гидроморфным ( Минами«., 1У7о; Садлецкая, 199о ) особенно быстро при открытой оросительной сети, поверхностных способах полива и перчполивах. В ирригационно-гидроморфных условиях почвообразования возникает ороцесс вторичного засоления почв, прежде всего в солонцах и каштановых солонцеватых почвах. Лугово-.саштаногыо почвы микрозалццин засоляются в последних») очередь ( Зиовец, 19Ь* ). Химизм засоления в условиях орошения изменяется от сульфатно-кальциевого к хлоридно-суль-фатио-натриевому.

Глава 4. Диагностика засоления почв по данным химических анализов и приемы их автоматизированной обработки

Для сокращения объема аналитических работ рекомендуется использовать данные сокращенных водных вытяжек, в которых определяются не все ионы солеи, а отдельные, наиболее информативные, которые четко коррелируют с суммой токсичных солей.

Данные химических анализов почвенных образцов Ренераловс-кой и Светлоярской оросительных систем с целью обоснования выбора наиболее информативного иона были подвергнуты статистическому анализу. Проверке.подвергались сумма токсичных солеи ( $ток. ), ионы натрия ( N8 ) и хлора ( С1 ). Такой выбор определялся тем, что„на обеих системах характерно распространение хлоридно-сульфатно-натриевого, сульфатно-натриевого и хло-ридно-натриевого типов засоления почв.

Нам* установлено, что распределения данных 3 ток. »На и С1 отличаются от нормального, поэтому в качестве оценки коэффициента корреляции был выбрал коэффициент ранговой корреляции Спир;иен. г5 ( Статистическое исследование зависимостей, 19ЬЗ). Полученные значения г* помещены в таблицу I.

Таблица I

•' Выборка сокращенного :_______.___________Тд____._____П_1 ;

:___________ :__Светлоярск^_ОгС,£Генер^овская_ОлС. •

Иа ' и, 90Л и,9ив

• С1 ' О.баО • .

О четко/ коррелятивно/ связи можно говорить,если коэффициент коррекции рввин О,У, поэтому дальности» исследования проводились между Вт1Ж. и N3 .

Проверка значимости коэффициентов показала, что коэффициенты рангоеоп корреляции ститисгически значимы, а корреляционная связь м^-жду вьЮорк&ми существенна, Быиокий коЗ([фици-ент ранговог корреляции Спирмина свидетельствует о линеинои зависимости микду !Уа и .''„тк.1 • А"" определения математического выражения, связывающего значения Мл и Б™«, была принята модель просто/, линейно!', регрессии, описываемая уравнением: ,

Зщж." а ♦ в Ма, гдо

в - коэффициент регрессии, а - свободны;', член

уравнения регрессии

Параметры регрессии а и в определялись по методу наименьших квадратов ( Статистическое исследование зависимостей, 196« ).

Вычисленные уравнения регрессии имеют следуюцин вид:

^щс? » 0,и14 и,06ч мг-экв/1ио г.п. ( Генераловская

О.С. )

" '0,01а + 0,и?6 мг-экв/10и г.п. ( Светлоярская

0.0. )

Прямые, построенные по уравнениям регрессии с исходными данными, приведены на рис.

- а -

Зависимость содержания катиона натрия от суммы токсичных

Ка, т-ш/т г.п.

Рис. ¿.Генераловская оросительнад система

- У -

Д?п автоматизированной обработки исходных данных была разработана программа, а которую заложены вышеприведенный уравнения рогрмссии, позволяющая оперативно определить средневзвешенную величину в метровок и полуметровом слое, степень и тип засоления почв по данным полного к сокращенного анализов водной вытяж-■ки*

Глав* Оценка засолении орошаемых почв Нижнего Поволжья с использованием аэрофотоснимков

Разработанные дистанционные методы оценки засоления орошаемых почв для районов Средний Азии не могут в полной мере использоваться в сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья. В исследуемых ра/онах Нижнего Поволкья широко развито природное или исходное засоление почв. Длительны«', период орошении привел к возникновению очагов вторичного засоления и наложению вторичного засоления на исходное. Проведенные исследования били направлены на выявление и разграничение участков с различным вариантом засоления почв ( Горохова, ) - исходным и вторичным.

При составлении карт эасоллнич орошаемых почв на территорию Генераловской и Светлоярской оросительных систем использовались черно-белые панхроматические аэроснимки масштабов I: '¿о ООО -I: 50 ООО. Предварительно анализировались геоморфолого-литологи-чоские и почвенные карты, рассматривался уровень залегании и минерализации грунтовых вод за рад последних лет.

Известно, что засоление поча вызывает выпады сельскохозяйственных культур, которые хороц^ фиксируются на аэроснимках. Поскольку на исследуемых землях преобладающей сельскохозяйственной культурой является люцерна, дешифровачннз признаки засоленных почв разрабатывались по состоянию люцерны. Разработанные деамфро-вочные признаки засоленных орошаемых почв по черно-белым панхроматическим аэроснимкам оказались едикыки для Генераловскол и Светлоярской оросительных систем и, следовательно, и для почв сухо-степной и полупустынной зон Нижнего Поволжья.

Анализ материалов аэ- -»съемки показал, что оптимально использовать »аэросъемку, сделанную в год составления карт засоления в период с конца мая до середины июня. Аэроснимки, отснятые

в предыдущие несколько лет и другое время, могут использоваться выборочно.

Фотоизображение вкладов люцерны на аэрофотоснимках меняется в зависимости от условий увлажнения почв, поэтому дешифро-вочные признаки засоленных почв разрабатывались для различных условий увлажнения раздельно.

•

I. Ирригационно-автоморфнье условия ( УГВ> о м )

В развитии почв грунтовые воды не принимают участил, уровень их нижр ô м. »угоизображение полей о люцерной на аэроснимке представляет собой совокупность темно-серых и белых то-•нов. Темно-серый фототон соответствует участкам с люцерной в хорошем состоянии и почтам, практически rie засоленным в метровой толще.

Светлые вкрапления соответствуют выпадай люцерны. Рисунок выпадов характеризуется как крапчатый и полосчатый светло-серого и белого тоно». На местности эти выпады вызываются солонцами, у которых солонцовый горизонт располагается на грубине от 6 до Iô-Ib см, а размеры в"п«дов составляют несколько квадратных метров. На снимках такие выпады самостоятельно не выделяются, а в совокупности образуют крапчатый и полосчатый рисунок,разме- -ром до о,И мм^. Иногда появляются мелкие пятна. В этом случае солонцы индицируют исходное засоление почв, которое начинает Отмечаться под солонцовым или уже в солонцовом горизонте, в 1-ом полуметре. Глубокие солонцы , с расположением солонцового горизонта глубже 16-20 см выпадов люцерны не вызывают, а засоление у них отмечается с конца 1-ого метра. Определить степень засоления исходно засоленных почв по аэрофотоснимкам крайне сложно, т.к. выпады сельскохозяйственной культуры вызываются не только засолением, но и крайне неблагоприятными водно-физическими свойствами солонцов ( см. таблицу 2 ).

Таблица 2

Распределение засоленных почв,приурочен.:ых к выпадам

люцерны в ирригационно-ьвтоычрфных условиях ( УГВ>6 и.)

Степень засоления

Оросительная система

Светлоярекая,члюч.уч.1 :Генераловская,ключ.уч.1

к-во сква-^всооя.ность *к-восква-: вероятность

жин ¡событии : кии • события ■

•(0-1) ; : (0-1 )

.Чэзасолеьо I 0,06 3 0,21

Слаб ал 2 0.1? . si ' iï Ал

Оросительная листом*

Степень Светлоирская,ключ.уч.1 Ггнораловская.юиоч.уч Д

засол ими и -----------------------------------------------

к~во скви- веионтность к-во сква- вороатность хин событие жчи соОития __________________________< u-I ) _ ( U-I )

Средняя о ü.jl i u.uvu

Сильная 4 о,<о> 1 и,и7а

Оч.сильная ч O.fcO

Всего Ю 2 14 Z* 1,0

П. Лрриг*дионно-грунтово-гидромо1л!'нне условия ( УГВ o-.i м ) Почвы рааииваютсл преимущественно под влиянием увлажнения оросит <?л.,ними водами и атмосферными осадками и подлипали*тех в нижней части лочвинного профиля грунтовыми водами. Темник с}ото-тон на снимках соответствует участкам, покрытым лщкрноч в хорошем состоянии и почвам ичзасоленнцм в метровой толще. Свотлыи -выпадам, связанным С солонцами. Наряду с этим на аэроснимках можно выделить выпады крупнопятнистые размером до одного и более см^. Фототон -'светло-сьры!*. На местносги такой рисунок соответствует бывшим падинам, плоскодонным поникенилм площадью до 10 га. В богарных и целинных условиях они заняты лугово-каштановымк почвами, довольно богатн гумусом и лишены легкорастворимых солеи. Ни оросительных системах поля с такими почвами используют с применением влагозарндкового полива, ^ительныи период орошения приводит к тоцу, что уже в ирригационно-грунтово-гидроморфных условиях эти почвы засоляются. Это происходит из-за боле« тесной связи с грунтовыми водами. Такие почвы характерны для Светлонрскои оросительное системы. Преобладает спзвозасоленывпочвы. ( Таблица Ii ).

Таблица j

Распределение заоолашшх почв, приуроченных к выпадам люцерны в ирригационно-грунтово-гидроморфных условиях ( Л'д м )

: Степень : Светлоирская o.e., ключевой уч-к Z ____.

: засоления : сквахин вероятность события(и-1)

: —- I 7 2 ' " Ъ

Незасолсно I ü,oö

- 1г -

I

ю

4

. Ч> 0

1о

____а___

0,06 и,ко

л; / о ■■;■ : о ■2-1.0

Слаб ли Средняя Сильная Оч,сильная Всего

о. Ирригационно-гидроморфиые условия ( УГВ 3-1.Р м ) Почвы развиваются при уровне грунтовых вод от 1,0 до 3 м от поверхности. Близкое залегание грунтовых вод,в той или мной степени минерализованных, вызывает процесс вторичного засоления почв. Рисунок выпадов люцерны на аэроснимках пятнистым и делится на: а) мелкопятнистыи, размером до ¡£ мм^ и не превышающий 0,!> га на местности; б) пятнистым, размером до 9 мм^ на снимках или 1-1,0 га на местности. Фототон-сеетдосерыА, белый. Такси рисунок выпадов соответствует вторично засоленным почвам сильной и очень сильной степени независомо от размеров пятен С таблица 4 ).

Таблица 4

Распределение засоленных почв, приуроченных к выпадам люцерны в ирригационно-гидроморфных условиях ( УГВ<3 м )

Степень засоления

Светлрярская,ключевой уч-к 3

Оросительные системы

енераловская о.е., ключевой, уч-к ¿,4

К-во сква-:вероятность2 к-во сква-

жин .события . •( и-1 ) жин .собЫти'я -•( 0-1 )

Незасолено 0 0 ■ 0 0

Слабая 2 0,03 0 : 0

Средняя 15 0,25 • ■ 2 и,Ь

Сьльгая 12 0,20 ' г-> 0,40

Оч.сильная 31 0,51 7 0.47,

Всего 60 2-1,0 • 1о

- и -

Темно-сирыйкомпонент пятнистого неоднородного контура характеризуется слабым-средним засолением почв. Мелкопятнистый -незаселенным - слабоэасолинным.

4, Ицжгалиоино-переувлакнцнные условия ( УГВ<1.о м )

Почвы избыточно увлажнены н заболочены. Такие условия сформировались на 1'енерало»скои оросительнои системе в результате строительства Цимлянского водохранилища и длительного периода орошения. Выкдиниынме засоленных грунтовых »од привело к заболачивание и засолению лоч» на значительной площади. Сформировался луговой солончак, которые выглядит на аэроснимке как однородное темно-серое больших размеров пнтно, обрамленное цепочкой мелких белых пятин. Почий характеризуются сильным и очень сильным засолением.

Разработанные д»:аифро»очные признаки засоленных орошаемых поч* сведены вмести ■ таблицу О.

Талбица Ь

дошифровочные признаки засоленмых ( 0-100 см )

орошаемых поч» Гинораловскои и Светлоярско!)

оросительных систем . •

:Условия : 1ип конту- :-°тотон .Рисунок ,ума«не- , рд аэ- .компо- . выпадов 'ния почв ' роснимк« 'нента ' люцерны . : контура : на аэро-• ' .на аэро-< снимке , : "снимке " Вариант засоления почв Степень засоления почв

; 1 : к о : ч 6 0

Ирригац-автом.

иГВ>ом)

Однородный Томно-сер. Неоднородный Темно - сер.

Светлосерый болы.'

полосчатый, исх.

крапчатый

Неяасол. Незасол.

От слаб, до сильн.

Ирригац-грунт-гид-ром. ( ШЗ

о-о )

Неоднородней

сирии

Светло-Сер., Оелыи

.Свотло-• сер.,

белым'.--.

ПОЛОСЧйТЫН

кралчигий

-крупно-пятнистый

ИСХ.

Незасолен. От слаб.до

СИЛЬНОГО

вторнч.Нреимущ.слабое и среднее

г

Ирригац- Цооднфодный гидроиорф. . ( УТВ 0-1,b и )

Темно- ■

Серый

Светло- мелко-

сер. , 'плтнис-

белый тыл

Темно-

серый

•торичн. Неэаеол. слабое

вторич. Сильн.м оч.сильный

Слабо-вторич. среднее

Ирригац. переувл. ( УГВ <1,5м)

Однородный

Светлосер. , белый

Темно-серый

пятнис- вторич. Сильн.м

тыи оч.снльн.

крупно- . вторич. Сильн. и

пятнис- очень

ТЫЙ СИЛЬН.

Приведенные дешифровочные признаки позволяют определить степень засоления каждого компонента неоднородного вьщела на аэрофотоснимке. Очевидно, что степень засоления почв неоднородного вццела в целом ( в нашем случае орошаемого поля ) бу- * дет зависеть от долевого участия светлого компонента на поле.

Принимая во внимание, что 70/ь и более данных химических ' анализов почвенных образцов на обеих системах составляют почвы х^оридно-сульфатного типа засоления, была рассчитана схема определения степени засоления почв орошаемого поля в иррн--гацломно-гидроморфных условиях, в зависимости от процентного участия светлого хокпонета. Расчеты проводились по наиболее часто встречающимся значениям выиорок. . :

Схем* определения степени засоления почв орошаемого

поля ( ирригационно-гидроморфныо условия )

Площадь выпадов составляет до площади поля - почвы слабоэасолены.

Площадь выпадов составляет ¿0—40,о - почвы в средней степени засолены.

Площедь выпадов 40«, - почвы сильно и очень сильно засолены.

Полевые работы проводились на ключевых участках и маршрутах. Ключевые участки составляли Не меное 10,, от общей, площади оросительных систем и'охватывали различные геоморфологические районы и зоны увлажнения почв. Они позволили оценить информативность люцерны для дистанционной диагностики засоле-ных почв, обосновать делифровочиыа признаки, откорректировать участки, не имеющие оптимального срока аэросъемки, выявить природу неясных вццелов на аэрофотоснимках.'

Ланнь/е хим. анализов обрабатывались статистически по всей совокупности почвенных разрезов, соответствующих определенным компонентам фотоизображения.

Статистический анализ засоления почв говорит об ас;;-иетричком, логнормальном характере распределения, что отражает разнообразие условий формирования орошаемых почв. '

Статистические показатели засоления почв для различных условий увлажнения представлены в таблице

Твбджв» ?

Ст&тксткчесехв пс/хааатвхл г ас oís mu поч) iß^^l]

'ЛИОНЕ хия

____Ïeasjiaj.i>ic4«a ___________ï.____________________

I TPUUH VniffitlHFUV ^ ' * Г1П ГЯ f W» ^ Wf ли* и»

" 1 темный хокпонент ' cíe«Щ, rc.ipo««ií '__тгмнь^ кью^век» ' ___егетаы» icç ircseHT

пп ума*-.- -i—i—i- -i— Т Т Т Т Т —I--Т —1 I I—1— Т —I I ^т т г —(—

нения Í Í ' í 1 !*-*°f i i i ' * î«-»of ! ! 1 j !k-íoJ | ' ! Î 'i-ji B04Í X IЭС—; 15 a cw x V : a схм| * î О ,сш и *rJ S 0 си«

II 1 I ! I 'ххя ' ' _ J_____' _ 1*И"_- '__L L 1ж*я i I III (.ra .

I. Кpytr- 0,09 0,17 ; 0,08 16 0,22 0,8* 0,16 1* 0,CB 0,26 C.Ü7 15 0,55 1,00 0,39 И

«лто- 0,03 С.lb 0,03 0,22 0,03 00,08 0,5*

иорф- - - • выв

¿. Ирриг- 0,07 0,12 0,0b » С,Э 1,13 • 0,Ь 16 0,1« 0,26 0,07 15 0,1?. 0,35 0,15 15

грувт- 0,03 С,иЗ .0,03 -0tS6 0,03 С.0% 0,10 .0,08

гадро- • ••■"■■ • • Kopie.

3. Ирр«г- 0,54 0,52 0,23 10 1,02 1,67 0,87 15 0,31 0,83 0,25 10 1,3$ ., ^,00 0,99 60

• t.» 0,21 С.38 0,5® • О.Ц г,23 • 0,10- 1,23

i. йрри- 1.28 1,в9 1,1« 10 - - ----- > - - .

' перс- . 0,62 0,65 • " .

)КШ* • . • •

• не»

Для выявления причин засоления орошаемых почв и пятнистости его проявления был достроен и рассмотрен комплексном профиль на Г\:нераловскои оросительной системе, пересекающие участки с разнообразными геолого-литологическими.геоморфологическими,гидрогеологическими условиями, характерными почвенными комплексами и пятнами выпадов люцерны-различной величины С р^с. Л ). В ир-ригационно-автоморфных условиях пятнистые выпади люцерны размером несколько квадратных метров обусловлены солонцами. Солонцы преимущественно милонатриовые и в разног, степени засолены. Отрицательные! водно-фиэичоские сво/.сгва солонцов и их засоленность вызывают выпады сельскохозяйственных культур. В ирригационно-гидроморфных условиях высокий уровень грунтовых вод ( 1,о- ом) и сильная минерализация ( <(-Ю г/л ) привели к формированию солончаков площадью в несколько сот квадратных метров. Ядрами для формировелия солончаков послужили солонцы, иэначах ..но засоленные. Отсутствие дренажа в сочетании с завышенными поливными нормами превратили эти ядра в фитили, проявляющиеся на повепхнос.и в виде устойчивых пятен выпадов.

Глава 0. Разработка автоматизированной технологии ■•■ ■■■■■■■. оценки засоления орошаемых почв Нижнего

_ Поволжья по аэрофотоснимкам

Разработанная технология обработки черно-белых панхроматических аэроснимков для. оценки засоления орошаемых почв Нижнего Поволжья позволяет из множества объектов на снимке выделить поля с люцерной, выпады сельскохозяйственной культуры на поле,исключив из обработки выпады,не связанные с засолением почв ( полосы от поливальных агрегатов, вымочки от скопления оросительной 'воды и т.д. ), провести анализ оставшихся выпадов и определить . вариант засоления почв и степень засоления вторично засоленных почв.

В автоматизированном технологии отдельные этапы работают полностью.в автоматическом режима. Реализация проводилась на базе программ, внедренных в отделе изысканий ПО "Совинтервод" и используемых при решении широкого класса задач. Технология базировалась на конкретном комплексе обработки аэрокосмических материалов ( КОАКЫ ), но может быть реализована на любой другой аналогичной системе, оборудованной средствами ввода/вывода и средствами интерактивной, -обработки. '

высот, M, АБС. в.

- Х9 -

Автоматизированная технология разбита на 4 этапа:

I этап - выделение и паспортизация полей с люцерной;

П этап,- определение и паспортизиция внутренней структуры каждого поля.

Для реализации этапов используется единыи подход, который в первом приближении можно разбить на '¿. подэтапа: I) сегментацию, как этапное решение задачи по тоновым характеристика« и 2 ) классификацию на "объект" и "фон" в рамках структурного подхода к распознаванию образов. .

I) При разделении снимка на 2 класса объектов используется разработанный авторами ( Минский, Феигин, 19с>о,19оЬ,1990) двухступенчатый алгоритм сегментации изображения. Используя данный алгоритм с применением блоков поэлементном неконтролируемой классификации и сегментации получаем совмещенное изображение контурной карты и поэлементно классифицированного ( объект-фон ) изображения. Все вцделенные объекты паспортизируются и их метрические и яркосткые характеристики заносятся в структуру дэ-нных. Здесь же, по проценту принадлежащих области точек, каждая область в целом классифицируете? как объект или фон. Далее проводится генерализация областей по масштабу ( удаление малых по площади помех ) и по признаку совпадения класссификационных меток.

'¿) Для анализа геометрической формы объекта используются такие характеристики как округлость,расчлененность и др., в зависимости от его конкретной физической природы. Геометрические и яркостные параметры объектов переводятся в набор логических предикатов и далее проводится построение классификационного решающего дерева.

Структура данных описания выделенных объектоь включает следующие элементы:

- аннотированную поконтурную запись изображения;

- граф смежности областей;

- паспорта объектов

В разработанной технологии данный блок применяется дважды к различным понятие 1 "объекта" и "фона" с различными входными количественными и качественными характеристиками ( I и П этиш). По окончании Х-ого этапа целесообразно использование интерактивного режима для редакции дешифровшлком контурной карты полай, которая служит входом для последующих работ.

П этап - Редакция паспортов внутренней структуры полек

1У - Определение варианта и степени засоления почв

- ¡¿и -

По размеру выпадов на поле определяете« вариант эаоешмз ПОЧВ.В результате обработки экспериментальных данных были получены следующие пороговые значения: если раэмор выпадов но превышает 0, га, то данное поле относится к варианту исходного засоления почы. При больших плоцодях - к ьарцанту вторично засоленных почв, Поля с и-горично засоленными почвами разделяются по степени ласо-ления согласно предложенной схема.

Технология рассчитана на обработку фотоизображении участков ъ и^ригационно-автомор'.ных и ирр^гационно-гидроморфных условиях увлажнения почв. Участки в ирригационно-грунтово-гидро-мор;т« и ирригщдионно-переувлажноцных условиях рассматривались ь инторактиьном режиме. Вся технология представлена 9 таблице У.

.Таблица 7

Автоматизированная технология оценки засоления орошаемых почв по аэрофотоснимкам

Название этапа ¡ Входное/ : Содесукание этапа Режим : : выходные : к : обработки-.

___________„А'ШЕЫ.г____________

I •___ ь____:__■

I. выделение и пас- Вход: полу- I. Неконтролируемая Автомати-портиэация полей тоновой аз- поэлементная ческий с люцерной. роснимок. классификация-

снимка на2класса.

к. Сегментация изоб- . ражения.

о. .ормирование структуры данных выделенных облаете;!.

4. Генерализация по масштабу.

5. Генерализация по совпадению яркост-ных классификационных у.зток.

■О. Виделоние "объекта" (полей.с люцерно.:) методом структурной .классификации.

2

П. Определение и паспортизация внутренней структуры полей.

Выход: поля с люцерной.

Вход: поля с люцерной.

7. Интерактивная редакция контурно!! карты.

Интерактивный

111. Редакция;паспортов внутренней структуры

Выход: характеристики элементов внутренней структуры полей.

Р 'од: характ^рйС' тики элементов

внутренней струк туры полей.

Выход:характерно гики выпадов люцерны.

1. Кзконтролируе- Автомати-мая поэлемент- ческии нал классификация всех точек палейка2класса.

2. Формирование структуры данных выделенных элементов каждого поля.

3. Сегментация каждого поля.

.4. Генерализация по масштабу.

Ь. Генерализация по совпадению яркостных классификационных меток.

6. Разделение эле- • ментов внутренней структуры методом структурной; класси-. фикации.

I.Разделение полей с люцерной на:

- поля без выпадов люцерны;

- поля с выпадами люцерны.

'2. Редакция паспортов с выпадами.

- на -

I

1У. Определение Вход: харак-варианта и теристики вы-степени падов люцерны,

л ас олени л

оиход: 1)поля

.почв

с исходным и вторичным засолением почв; к) определение 'степени засолении вторично насоленных почв орошаемого поли

I.Определение Лвтоматичес-,^-ного учас- кии

тин выпадов . ,

от площади поля.

<2. Разделение поле.! с выпадами люцерны на поля с исходным и вторичным засолением почв.

3.Определение

степени засо- •

ления вторично засоленных почв поля. •

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

8 результате проведенных исследований разработаны методы оценки засоления ороааемых почв в сухостепной и полупустынной зонах Нижнего Поволжья с использованием черно-белых панхроматических аэрофотоснимков и получены следующие основные результаты:

I. Р&зработлгч де:иифровочныо признаки засоленных орошаемых почв, которые оказались едиными для ГекераловсксЯ и Свет-лоярской. оросительных систем.Поскольку исследуемые системы охватывают различные геоморфологические области и рш.оны, почвенные зоны, разнообразные гидрогеологические условия, т.е. являются представительными для исследуемого региона, то деаифро-вочнми признаки едины и пршлениыы длз почв сухостепнойяпалупустын-ной эол Нижнего Поволжья. . •

'¿. Д-.шифровочные признаки засоленных оролаемых почв впервые разработаны по состоянию люцерны,'которая может служить ин-

*икатором засоления при дешифрировании аэрофотоснимков. Поскольку преобладающей сельскохозяйственной культурой на орошаемых каштановыхисветло-кащтановых почвах Нижнего Поволжья является июцерна, это позволяет охватить дешифрированием значительную *асть исследуемой территории.

3. Впервые двшифровочные признаки разработаны с учетом различного режима увлажнения почв, что позволяет разграничить участки с различным вариантом засоления почв: исходным ( преимущественно в солонцах ) и вторичным. Такоо разграничение помогает принять обоснованные решения по мелиорации орошаемых почв.

4. Деошфровочные признаки засоленных орошаемых почв позволили определить вариант засоления, степень засоления вторичьо засоленных почв, долевое участие на поло исходно засоленных почв. Цостоверность дешифрирования составила не менее 70,ь.

6. В целях сокращения общего количества анализов водной вытяжки почв статистическими исследованиями установлена корреляционная связь между катионом натрия и суммой токсичных солей и- составлены уравнения линейной регрессии, связывающие эти значения.. Это дало возможность до 70,и почвенных образцов анализировать по сокращенной методике. •

' 6. Составлена программа автоматизированной обработки данных химических анализов почвенных образцов, которая при значительном объеме материала помогла быстро определить средне-взвешенную величину в метровом и полуметровом слоз, степень и тип засоления почв по данным полной и сокращенной водной вытяжки почв.

7. Впервые разработана автоматизированная технология оценки засорения орошаемых почв по аэроснимкам для сухостепной и полупустынной зон Нижнего Поволжья,в которой:

а) отдельные этапы работают полностью в автоматическом режи- -ме, что позволяет провести оперативное ( до 20 мин. I снимок ) дешифрирование снимков;

б) автоматизированная обработка аэрофотоснимков осуществляется на основе последовательного применения дискриминант-ного и структурного подхода к распознаванию образов, что повышает качество распознавания за счет использования

как яркостных,так и геометрических характеристик;

в) для структурного анализа засоленных почв впервые используются разработанные словарь признаков и дерево принятия решений; ,

г) из множества объектов на снимке выделлютел поля с люцерной, выпади сельскохозяйственной культуры на поле,исключаются из обработки выпады не связанные с засолением почв, анализируются оставшиеся выпади и определяется вариант и степень вторично засоленных почв. Результатом обработки являются контурные карты и характеристики полей.

Ь. Проведенная работа позволила решить ряд методических задач: уточнены оптимальнее сроки проведения аэрофотосъемки, определена для разработки делис* иоьочних признаков наиболее информативная сельскохозяйственная культура - люцерна, разработаны де-шифровочные признаки засоленных оролаемьос почв, уточнен состав полевых работ д,.,! обоснования дешифровочных признаков, требования к автоматизированном обработке аэроснимков и составлению карт засоления орошаемых почв.

9. С использованием разработанных методов были составлены карты засоления орошаемых почв Генерала векой и Светлоярской оросительных систем в масштабах I: оО uuv и I: ко oüü соответственно.

Разработанные методы позволяют оценить.состояние оро-аемых земель и принять первоочередные меры по их улучшение« Ведение регулярных наблюдений и сопоставление материалов исследований за ряд лет помогают проследить направленность процесса засоления и разработать коронные м.ры по мелиорации почв и улучшению экологической обстановки региона. Предложенные методы применимы для составления мелиоративного а земельного кадастров, разработки мер по охране окружающей среди.

Вместе с тем, предложенные методы не позволяют оценить по аэрофотоснимкам степень заолени.ч исходно засоленных почв, засоление орошаемых почв по состоянию других сельскохозяйственных культу^.и эти вопросы требуют своего разрешения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

I. Горохова H.H. Исследование космической фотосъемки для определения вторичного засоления орошаемых почв в пределах сухо-степной зоны Волгоградской области. Тез, докл. Ш съезда ВОП-Но-ьосибирск, 1969.

к. Горохова И.Н., Седлецхан Ю.А., Черкьтев Л.В. Паспортизацш орошаемых земель Нижнего Поволжья с использованием материалов дистанционно!" зондироианик. Ö кн.: Научно-технические достижения и

юредовой опыт в топографо-геодеэическом и картографическа »роизводстве. Ы., информ. сборник 1Д1ШГАиК ГУГК СССР,

3. Горохова И.Н. Опыт использования аэрофотоснимков для ¡оставления карт засоления орошаемых почв в сухостоиной зоне волгоградской области. - В кн. Аэрокосмические методы иссле-;ований при мелиоративном и водохозяйственном строительстве. 1., ньучн.трудов ВО "Союзводпроект", 1990.