Реализация концепции интеграции пространственных данных о почвах, в том числе, данных об условиях почвообразования, осуществляется в процессе создания иерархической генетической почвенно-ландшафтной классификационной системы [1] и системы мультимасштабных почвенно-ландшафтных карт [2]. Существующие почвенные классификации и карты могут быть использованы только как источники пространственных данных, так как они очень разнородны и отображают почвы не как уникальные (производные) элементы природных ландшафтов (то есть, как результат взаимодействия пород, воздуха, воды, живых и отмерших организмов), а, в основном, как самостоятельные природные тела. Это чрезвычайно осложняет выявление и анализ почвенно-ландшафтных связей, закономерностей географического распространения почв и прогнозирование изменений почвенных свойств.
Создание иерархической генетической почвенно-ландшафтной классификационной системы и системы мультимасштабных почвенно-ландшафтных карт на начальном этапе осуществляется на примере Европейской части России, Саратовской области и ее муниципальных районов. В качестве инструмента интеграции используются ГИС-технологии. Это обусловлено тем, что основополагающим принципом географических информационных систем (ГИС) является обеспечение связи между координатными и атрибутивными пространственными данными. Кроме того, ГИС-картографирование является естественным продолжением традиционного картографирования, но на более высоком, качественно новом уровне. Также, ранее многими исследователями было показано, что применение ГИС-технологий позволяет устранить многие недостатки традиционных почвенных карт, в том числе, существенно повысить их информативность [3]. Наконец, с помощью ГИС-технологий можно интегрировать информацию не только о свойствах почв, но и о факторах почвообразования [4], которая, несмотря на то, что является основой почвенной съемки, на традиционных почвенных картах, как правило, не отображается, в результате чего безвозвратно утрачивается.
Под мультимасштабными почвенно-ландшафтными картами понимаются взаимосвязанные почвенно-ландшафтные карты всех масштабных диапазонов, отображающие интегрированные пространственные данные о почвах и ландшафтах (в том числе, о свойствах основных ландшафтных элементов), согласованные по тематическому содержанию (в пределах всех масштабных диапазонов), приведенные к базовой системе координат (в пределах каждого масштабного диапазона), привязанные к единой географической основе (также в пределах каждого масштабного диапазона). Мультимасштабные почвенно-ландшафтные карты отображают почвы, прежде всего, как производные элементы природных ландшафтов, и только потом как самостоятельные природные тела. Это карты типов вертикальной структуры природных ландшафтов, карты свойств природных почв, а также тех свойств основных ландшафтных элементов, которые эти свойства почв обусловливают и многие другие (например, карты зональных типов коренной растительности и карт почв, формирующихся под ними, карты гранулометрического состава почвообразующих пород и гранулометрического состава почв, формирующихся на этих породах). Мультимасштабные почвенно-ландшафтные карты позволяют проводить анализ условий почвообразования, выявлять почвенно-ландшафтные связи и закономерности географического распространения почв и ландшафтов, прогнозировать изменение их свойств.
Разработанная технология интеграции пространственных данных о почвах включает следующие основные этапы:
• Сбор координатных и атрибутивных пространственных данных о почвах, включая данные о свойствах основных элементов природных ландшафтов, включая самые разные тематические карты (ландшафтные, почвенные, климатические, геологические, растительности, грунтовых вод и другие), общегеографические и топографические традиционные бумажные и электронные карты, цифровые модели рельефа и космические снимки разного масштаба, а также базы данных, научные статьи, монографии, содержащие информацию о почвах и основных элементах ландшафтов (или факторах почвообразования).
• Создание ГИС-проектов для всех масштабных диапазонов – от глобальных до локальных. Ряд масштабных диапазонов для разных территорий Земного шара в зависимости от природных условий может быть разным. По предварительным данным для большей части равнинной территории Европейской части России этот ряд включает следующие масштабные диапазоны: 1: 60 000 000 – 1: 80 000 000; 1: 15 000 000 – 1: 25 000 000; 1: 4 000 000 – 1: 10 000 000; 1 000 000 – 2 500 000; 1: 100 000 – 1: 500 000; 1: 25 000 – 1: 50 000; 1: 5 000 – 1: 10 000; 1: 5000 – 1: 2 000; 1: 500 – 1: 1 000.
• Приведение координатных пространственных данных о почвах к выбранным базовым системам координат.
• Создание квазилегенд, под которыми понимаются точечные слои, привязанные к трансформированным в базовую систему координат растровым изображениям бумажных карт, содержащие взятую из легенд этих карт информацию о почвах и основных ландшафтных элементов и существенно облегчающие работу с большим объемом пространственных данных.
• Создание вручную интегральных полигональных слоев с привязанными к ним таблицами атрибутивных данных на основе экспертных знаний.
• Автоматизированное получение почвенно-ландшафтных карт из интегральных полигональных слоев.
• Размещение атрибутивных пространственных данных о почвах и основных элементах ландшафтов в ячейках иерархической почвенно-ландшафтной классификационной системы.
Интеграция пространственных данных о почвах осуществляется в программной оболочке ГеоГраф ГИС 2.0 удобной для приведения координатных пространственных данных к единой (базовой) системе координат и работы в векторном формате.
В процессе мультимасштабного почвенно-ландшафтного ГИС-картографирования создается, проверяется, расширяется и углубляется иерархическая генетическая почвенно-ландшафтная классификационная система. Расширение классификационной системы осуществляется за счет расширения охвата картографируемой территории и разработки на этой основе новых ветвей классификации, углубление – за счет картографирования во всё более локальных масштабных диапазонах и разработки на этой основе новых, всё более низких иерархических уровней классификации.
Описанная технология интеграции пространственных данных о почвах не имеет аналогов.
Библиографический список
- Nikiforova A.A., Fleis M.E., Borisov M.M. Towards methodologies for global soil mapping // GlobalSoilMap: Basis of the global spatial soil information system. Proceedings of the 1st GlobalSoilMap Conference. 2014. Arrouays et. al. (eds). Leiden, the Netherlands. P. 291-294; Nikiforova A.A., Bastian O., Fleis M.E.,∙ Nyrtsov M.V., Khropov, A.G. Theoretical development of a natural soil-landscape classification system: an interdisciplinary approach // Catena. 2019. Vol. 177, №6. P. 238-245. https://authors.elsevier.com/a/1Yg3w1Dk5AL7EP
- Никифорова А.А., Флейс М.Э., Нырцов М.В. Создание карт природных ландшафтных систем в среде ГИС. В сб.: Новые методы и результаты исследований ландшафтов в Европе, Центральной Азии и Сибири (в пяти томах). Т.2: Изучение и мониторинг процессов в почвах и водных объектах. М., 2018. C. 29-34; Флейс М.Э., Никифорова А.А., Нырцов М.В., Борисов М.М., Хропов А.Г. Создание масштабного ряда почвенно-ландшафтных карт в геоинформационной среде // Известия РАН. Серия географическая. 2016. № 1. С. 147–155.
- Савин И.Ю., Овечкин С.В. Об обновлении среднемасштабных почвенных карт // Почвоведение. 2014. №10. С. 1184-1192; Wielemaker W.G., de Bruin S., Epema G.F., Veldkamp A. Significance and application of the multi-hierarchical land system in soil mapping // Catena. 2001. №43. P. 15-34.
- Hudson B.D. The soil survey as paradigm-based science // Soil Science Society of America Journal. 1992. Vol. 56 (3). P. 836–841; McKenzie N.J., Grundy M.J., Webster R., Ringrose-Voase A.J. Guidelines for surveying soil and land resources. 2nd ed. CSIRO Publishing, 2008; Odgers N.P., Sun W., McBratney A.B., Minasny B., Clifford D. Disaggregating and harmonising soil map units through resampled classification trees // Geoderma. 2014. Vol. 214-215. P. 91-100; Zhu A.X., Hudson B., Burt J., Lubich K., Simonson D. Soil mapping using GIS, expert knowledge, and fuzzy logic // Soil Science Society of America Journal. 2001. Vol. 65 (5). P. 1463-1472.