ИНТЕГРАЦИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ О ПОЧВАХ

1. Современное состояние исследований по интеграции пространственных данных о почвах. В настоящее время координатные пространственные данные о почвах представляют собой разнородные и несогласованные между собой бумажные (традиционные) и электронные тематические карты, которые создавались и создаются на основе разных концепций, в разных системах координат и масштабах, с использованием разных географической и классификационной основ. Атрибутивные пространственные данные о почвах также не образуют единой системы и представляют собой разнообразные базы данных, цифры и тексты. Такая ситуация крайне затрудняет сравнение, анализ и обмен пространственных данных о почвах и обусловливает признание необходимости их интеграции [1]. Однако в настоящее время исследования проводятся преимущественно по пространственной, географической и горизонтальной интеграции с последующим автоматизированным согласованием данных и в пределах отдельных масштабных диапазонов (или масштабов) [2]. Среди немногих исследований по вертикальной интеграции можно назвать исследование Самсонова [3] по мультимасштабному картографированию рельефа.

Попытки применения системного подхода, разработанного Bertalanffy [4], в почвоведении и других естественных науках немногочисленны и мало успешны [5]. Современные теории классификации в основном игнорируются [6].

Пространственные данные о почвах интегрируются следующими основными способами:

• В глобальном масштабе – путем параллельного создания разными группами ученых, не связанных друг с другом, единой классификации почв [23; 24] и глобальной почвенной карты [7].

• В региональных и локальных масштабах – путем создания почвенных карт на основе современных технологий, математических и статистических методов педометрики и численных (количественных) классификаций [8].

• Путем использования географических информационных систем (ГИС) и проведения в их среде оверлейных и других операций.

2. Междисциплинарный подход к интеграции пространственных данных о почвах. Интеграция пространственных данных о почвах, включая данные об условиях почвообразования, является фундаментальной проблемой почвоведения. Такая интеграция должна быть глобальной, то есть, всеобъемлющей, пространственной, географической, тематической, горизонтальной, вертикальной, с учетом изменений данных во времени. Под пространственной интеграцией понимается приведение пространственных данных к базовой системе координат (в пределах каждого масштабного диапазона), под географической – привязка пространственных данных к единой географической основе (в пределах каждого масштабного диапазона), под тематической – согласование пространственных данных на основе единой иерархической генетической почвенно-ландшафтной классификации (в пределах всех масштабных диапазонов) [9]. Горизонтальная интеграция означает интеграцию в пределах одного масштабного диапазона, вертикальная – интеграцию в пределах всех масштабных диапазонов. Как показывает наш опыт, решение проблемы интеграции пространственных данных о почвах возможно на основе системного подхода, заключающегося в рассмотрении объектов как систем и элементов систем, современных теорий классификации и фундаментальных концепций ландшафтоведения и почвоведения (прежде всего, определения почв В.В. Докучаева). Для целей глобальной интеграции почвы классифицируются и картографируются не только как самостоятельные природные системы, но и как производные элементы природных ландшафтных систем, то есть, с учетом их двойственной природы [10].

3. Ожидаемые результаты интеграции пространственных данных о почвах. Ожидаемыми результатами интеграции пространственных данных о почвах являются иерархическая генетическая почвенно-ландшафтная классификационная система и система мультимасштабных почвенно-ландшафтных карт, создаваемая в среде ГИС.

Нулевой уровень классификационной системы представлен исходным множеством всех природных ландшафтов Земли как с почвами, так и без почв. На I, II и III уровнях классификационными признаками являются состав ландшафтных элементов (наличие/отсутствие почв), стабильность/изменчивость вертикальной структуры ландшафтов, а также ее тип. На последующих уровнях классификации ландшафты делятся в соответствии с существенными свойствами их основных элементов, определяющими существенные свойства почв. В результате последовательное деление ландшафтов с почвами приводит к последовательному делению почв. Деление почв и ландшафтов осуществляется до тех пор, пока не будут достигнуты индивидуальные (отдельные) природные ландшафты и почвы, характеризующиеся однородностью своих свойств. Выбор и ранжирование классификационных признаков осуществляется в соответствии с разработанными правилами.

Разрабатываемая классификационная система кладется в основу легенд мультимасштабных почвенно-ландшафтных карт, под которыми понимается система взаимосвязанных и согласованных карт всех масштабных диапазонов, отображающих интегрированные пространственные данные о почвах, включая данные об условиях почвообразования, на всех уровнях – от глобального до локального. Отличительной особенностью таких карт является отображение почв как производных элементов природных ландшафтов и как самостоятельных природных тел.

Глобальная интеграция пространственных данных о почвах в мировом масштабе (как результат совместных усилий научного сообщества почвоведов и многих других ученых) будет означать:

• Cовершенствование теории генезиса и географии почв.

• Переход классификации и картографирования почв на качественно новый, более высокий уровень.

• Раскрытие ноных законов эволюции почв.

• Возможность точного прогнозирования изменений свойств почв при изменении окружающей среды и разных видах использования.

• Формирование общего научного языка в почвоведении.

Глобальная интеграция пространственных данных о почвах будет иметь также большое практическое значение, в том числе, для инвентаризации почв, их оценки и рационального природопользования.

5. Заключение. В результате исследования разработана теоретическая концепция интеграции пространственных данных о почвах, что имеет большое научное и практическое значение. Проводившиеся до сих пор исследования по интеграции пространственных данных о почвах не ведут к решению проблемы глобальной интеграции этих данных, так как не нацелены на создание единой иерархической генетической почвенно-ландшафтной классификационной системы и системы мультимасштабных почвенно-ландшафтных карт.

1. Basher L.R. Is pedology dead and buried? // Australian Journal of Soil Research. 1997. №35. P. 979-94; Brevik E.C., Calzolari C., Miller B.A., Pereira P., Kabala C., Baumgarten A., Jordán A. Soil mapping, classification, and pedologic modeling: history and future directions // Geoderma. 2016. №264. P. 256-274; Bui E.N., Moran C.J. Disaggregation of polygons of surficial geology and soil maps using spatial modelling and legacy data // Geoderma. 2001. №103. P. 79-94.
2. Берлянт А.М. Геоинформационное картографирование. М., 1997; Рухович Д.И., Вагнер В.Б., Вильчевская Е.В., Калинина Н.В., Королева П.В., 2011. Проблемы использования цифровых тематических карт на территорию СССР при создании ГИС “Почвы России” // Почвоведение.  №9. С. 1043–1055; McKenney M. Geometric and thematic integration of spatial data into maps // IEEE Intern. Conf. on Infor. Reuse and Integr., August 2010, Las Vegas. USA, 2010. P. 201-206.
3. Самсонов Т.Е. Мультимасштабное картографирование рельефа на основе создания баз геоданных. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук. М., 2010.
4. Bertalanffy L. General System Theory: Foundations, development and applications. New York, 1968.
5. Карпачевский Л.О. Лес и лесные почвы. М., 1981; Солнцев В.А. Системная организация ландшафтов: проблемы методологии и теории. М., 1981; Juma N.G. The pedosphere and its dynamics: a systems approach to soil science. Vol. 1: Introduction to soil science and soil resources. Edmonton, 1999; Phillips J.D. On the relations between complex systems and the factorial model of soil formation (with discussion). Geoderma. 1998. №86 (1-2). P. 1-21.
6. Покровский М.П. Введение в классиологию. Екатеринбург, 2014; Рожков В.А. Классиология и классификация почв // Почвоведение. 2012. №3. С. 259–269; Розова С.С. Классификационная проблема в современной науке. Новосибирск, 1986; Субботин А.Л. Классификация. М., 2001; Parrochia D. Mathematical theory of classification // Knowledge Organization. 2017. Vol. 45. P. 184-201.
7. Hartemink A.E., Krasilnikov P., Bockheim J.G. Soil maps of the world. Geoderma. 2013. Vol. 207-208. P. 256-267.
8. Рожков В.А. Формальный аппарат классификации почв // Почвоведение. 2011. №12. С. 1411–1424; Hughes P.A., McBratney A.B., Minasny B., Campbell S. End members, end points and extragrades in numerical soil classification. Geoderma. 2014. Vol. 226-227. P. 365-375.
9. Никифорова А.А., Флейс М.Э., Борисов М.М. Тематическая интеграция пространственных данных о природных элементах ландшафтов в среде ГИС // Известия РАН. Серия географическая. 2014. №1. С. 85-93.
10. 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; Nikiforova A.A., 2019. Soil classification, In: Hjørland B., Gnoli C. (eds.) ISKO Encyclopedia of Knowledge Organization. http://www.isko.org/cyclo/soil; Nikiforova A.A. and Fleis M.E., 2018. A universal soil classification system from the perspective of The General Theory of Classification: A review. Bulletin of Geography: Physical Geography Series, 14, 5–13. https://content.sciendo.com/view/journals/bgeo/14/1/article-p5.xml

Все статьи автора «Никифорова Александра Александровна»