3rd Global Workshop on Digital Soil Mapping at Utah State University, 30 September - 3 October 2008 Даниил Козлов Мария 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 MAPPING the 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 Pedometric mapping: bridging the gaps between conventional and pedometric approaches. PhD thesis,

й международный симпозиум по ЦПК, Монпелье, сентябрь 2004 ЦПК 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, …)

Maria L. Mendonça-Santos Budiman Minasny Janis Boettinger Philippe Lagacherie David Rossiter

3rd Global Workshop on Digital Soil Mapping at Utah State University, 30 September - 3 October ДОКЛАДОВ 99 УЧАСТНИКОВ ИЗ 16 СТРАН

3rd Global Workshop on Digital Soil Mapping at Utah State University, 30 September - 3 October 2008 ТЕМАТИКА СЕССИЙ: 1ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЦПК 2 НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ПОЧВЕННОМ ОПРОБОВАНИИ И ИНДИКАЦИОННЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ В ЗАДАЧАХ ЦПК 3ТЕХНОЛОГИИ ПОЛЕВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ПОЧВЕННЫХ СВОЙСТВ 4МЕТОДЫ ЦПК И ОЦЕНКА НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ РЕЗУЛЬТАТОВ 5ГЛОБАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ ПОЧВЕННЫЕ КАРТЫ 6ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЦПК 7 PROTOCOL AND CAPACITY BUILDING FOR MAKING DIGITAL SOIL MAPPING OPERATIONAL 0ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЦПК, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

0 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 в сельское хозяйство продовольствие «окружающая среда» устойчивость изменения климата управление продовольствие, биотопливо, энергия «Педобарометрический индекс» БЫСТРЫЙ РОСТ ВОСТРЕБОВАНОСТИ Число обращений к почвенной терминологии (HUMAN DEVELOPMENT REPORT 1990 – 2007) Общее число публикаций Предложения работы

0ПОЧВОВЕДЕНИЕ И ЦПК, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ 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.)

1ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЦПК ОБСУЖДАЛОСЬ ПОЛЕВЫЕ ОПИСАНИЯ, КАРТЫ ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ КАЧЕСТВО СОПОСТАВЛЕНИЕ ИНФРАСТРУКТУРА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ ISRIC-WISE global soil profile dataset EIONET - European Environmental Observation and Information Network) EuDASM - the European Digital Archive of Soil Maps CSIRO - Австралия The Harmonized World Soil Database 1km raster 1: e-SOTER project - September 2008 until February

1ДОСТУПНЫЕ ПОЧВЕННЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ЦПК

National Soil DataBase (NSDB) 6500 описаний (1 описание на 1400 км 2 ) + 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: – CanGIS, постоянно совершенствуется (SLC v3.2) SOIL LANDSCAPES OF CANADA

КИТАЙ масштабные почвенные исследования серия национальных карт 1: – 1: растровые карты 10 км, 5 км, 2 км цифровые карты почв и почвенных свойств почвенных профилей две системы почвенной классификации генетическая СССР (GSCC) – основная таксономическая (CST) – перспективная карта 1: в CST

БРАЗИЛИЯ SIGSOLOS - the Brazilian Geo-referenced Soil Information System национальная почвенная карта 1: для отдельных штатов 1: почвенных профилей плохое качество атрибутивной и пространственной информации ГОЛЛАНДИЯ более почвенных профилей детальные картографические материалы: ЦМР, история землепользования, гидрогеология и др. ДАНИЯ более описаний более в ближайшие 2 года по единой программе (запасы почвенной органики) национальная карта 1: НОВАЯ ЗЕЛАНДИЯ национальная карта 1: ( ) составляют методами ЦПК карты 1: АВСТРАЛИЯ, КОЛУМБИЯ, ИНДИЯ - …

2 НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ПОЧВЕННОМ ОПРОБОВАНИИ И ИНДИКАЦИОННЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ В ЗАДАЧАХ ЦПК 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 климатапочвенный углерод 28 Изменения среды N, P, K и др. тяжелые металлы 24.4 Деградация почв засоление подкисление эрозия 8.9 Почвенное картографирование классы почв грансостав, плотность, влажность 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 2 НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ПОЧВЕННОМ ОПРОБОВАНИИ И ИНДИКАЦИОННЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ В ЗАДАЧАХ ЦПК

ИНДИКАЦИОННЫЕ ОСНОВЫ, ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ SCORPANФАКТОРЫ ?% 23% -Полевые сенсоры 12% - электромагнитное излучение 9% - электрокондуктивность (ECa) 1% - магнитометрия (Mag) 17% - ДДЗ (S, O, P) 2 НОВЫЕ ПОДХОДЫ В ПОЧВЕННОМ ОПРОБОВАНИИ И ИНДИКАЦИОННЫЕ ПЕРЕМЕННЫЕ В ЗАДАЧАХ ЦПК ENVIRONMENTAL COVARIATES, CLORPT … Докучаев, 1898, Глинка, 1912, Jenny, 1941, McBratney, 2003 Сабина Грюнвальд

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

3ТЕХНОЛОГИИ 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 R 2 =0.23 (поле), R 2 =0.56 (лаборатория) Глина R 2 =0.12 (поле), R 2 =0.23 (лаборатория) Возможно, но только для контрастных территорий 3.Электромагнитная индукция (EMI) Почвенно-гидрологические параметры 4. ГЕОРАДАРНЫХ исследований НЕ БЫЛО !?!

4НОВЫЕ 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)

Сабина Грюнвальд

Сложность почвенных интерпретаций полученных отношений Сложность количественных методов очень простые всесторонние, комплексные МАТЕМАТИКИ VS ПОЧВОВЕДОВ? всесторонние, комплексные Сабина Грюнвальд

ОБУЧАЮЩАЯ ВЫБОРКА ДАННЫЕ ПОЧВЕННОГО ОПРОБОВАНИЯ ПРОВЕРКА МОДЕЛИ РЕЗУЛЬТАТА 819 точек 130 точек 614 точек 205 точек СХЕМА ПРОВЕРКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЦПК ПРОВЕРКА ТОЧНОСТИ

6ПРАКТИЧЕСКОЕ 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)

7 PROTOCOL AND CAPACITY BUILDING FOR MAKING DIGITAL SOIL MAPPING OPERATIONAL ТЕНДЕНЦИИ: Снижение стоимости полевого опробования + Повышение стоимости компьютерной обработки Сабина Грюнвальд 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: года – 4 специалиста – 8.2 млн га – – 2.8 млн $ – 0.34 $/га ПРИНЦИПЫ И УРОКИ: 1.Четкая схема исследования и формулировка понятия успех 2.Результат/средства 3.Командная работа 4.Максимальная простота рабочей модели Стоимость $3.50/га $0.20/га. Скорость картирования 150,000 2 млн га/чел*год Точность – 69%

?