Возможности использования данных тепловой съемки для детектирования основных параметров плодородия пахотных почв
Автор: Грубина П. Г., Савин И. Ю., Прудникова Е. Ю.
Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil
Рубрика: Статьи
Статья в выпуске: 105, 2020 года.
Бесплатный доступ
Проведен анализ возможности использования результатов тепловой съемки для детектирования параметров плодородия серых лесных и аллювиальных пахотных почв на примере ключевого участка в Тульской области. Совместно с отбором 25 образцов почв из слоя 0-10 см проводилась съемка открытой поверхности почв с использованием тепловизора FLIR VUE 512 и измерение спектральной отражательной способности почв. По результатам корреляционного анализа было установлено, что наиболее тесные связи наблюдаются с такими параметрами плодородия почв: содержание гумуса, азота, обменных магния и калия. Коэффициент корреляции между содержанием гумуса и отражением в видимой и ближней ИК-областях, а также со средним значением показаний тепловизора превышает 0.81. В разных диапазонах видимого спектра корреляция отражения с содержанием обменного магния и калия ниже, чем в тепловой области, где коэффициент корреляции с содержанием обменного магния составляет 0.81, а с содержанием обменного калия - 0.65. Построены степенные регрессионные уравнения для детектирования по отражению в тепловой области спектра таких параметров плодородия почв как содержание гумуса (R2 = 0.74), обменного калия (R2 = 0.68) и обменного магния (R2 = 0.72). Регрессии, полученные с данными тепловизора и с данными отражения в видимом и ближнем ИК-диапазонах, близки по качеству для детектирования содержания гумуса и обменного калия, а для детектирования обменного магния немного выше. Полученные результаты показывают, что тепловая съемка применима для детектирования наиболее значимых параметров плодородия почв тестового поля и может быть использована в качестве основы для их оперативного дистанционного мониторинга.
Тепловизор, ик-диапазон, агрохимические показатели плодородия почв, спектральная отражательная способность почв, тульская область
Короткий адрес: https://sciup.org/143173096
IDR: 143173096 | DOI: 10.19047/0136-1694-2020-105-146-172
Список литературы Возможности использования данных тепловой съемки для детектирования основных параметров плодородия пахотных почв
- Агроклиматический справочник по Тульской области. Л.: Гидрометеоиздат, 1958. 128 с.
- Анциферов А.Ю. Технологические особенности идентификации состояния почв методами дистанционного зондирования // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2012. С. 76-80.
- Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат. 1986 г. 416 с.
- Карманов И.И. Спектральная отражательная способность и цвет почв как показатели их свойств. М.: Колос, 1974. 351 с.
- Качинский Н.А. Физика почвы. Часть 1. М.: Высшая школа, 1965. 321 с.
- Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ "Росинформагротех", 2003. 240 с.
- Михайлова Н.А., Орлов Д.С. Оптические свойства почв и почвенных компонентов. М.: Наука, 1986. 119 с.
- Обухов А.И., Орлов Д.С. Спектральная отражательная способность главнейших типов почв и возможности использования диффузного отражения при почвенных исследованиях // Почвоведение. 1964. № 2. С. 83-93.
- Орлов Д.С., Суханова Н.И., Розанова М.С. Спектральная отражательная способность почв и их компонентов. М.: МГУ, 2001. 176 с.
- Ратников А.И. Почвы Тульской области: Автореф. дисс. … канд. с.-х. наук. М., 1960. 25 с.
- Редькин Ф.Б., Геннадиев А.Н., Савин И.Ю. Антропогенно измененные почвы севера Среднерусской возвышенности: эволюция и классификация // Ветн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1996. № 2. С. 31-36.
- Савин И.Ю. Современный спутниковый мониторинг почв и посевов: достижения и проблемы // В сборнике: Применение средств дистанционного зондирования земли в сельском хозяйстве. 2015. С. 29-32.
- Савин И.Ю., Симакова М.С. Спутниковые технологии для инвентаризации и мониторинга почв в России // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 5. С. 104-115.
- Симакова М.С., Савин И.Ю. Использование материалов аэро-и космической съемки в картографировании почв: пути развития, состояние, задачи // Почвоведение. 1998. № 11. С. 1339-1347.
- Сорокина Н.П. Структура почвенного покрова пахотных земель: Типизация, картографирование, агроэкологическая оценка: Дисс. … докт. с.-х. наук: 03.00.27. М., 2003. 294 с.
- Чинилин А.В., Савин И.Ю. Потенциальные возможности дистанционной индикации характера почвообразующих и подстилающих пород черноземных почв по цветовым характеристикам их поверхности // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2018. № 1. С. 48-59.
- Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: МГУ, 2005. 432 с.
- Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия. М.: Колос, 2002. 584 с.
- Camargo L.A., Marques J., Barron V., Ferracciu Alleoni L.R., Barbosa R.S., Pereira G.T. Mapping of clay, iron oxide and adsorbed phosphate in Oxisols using diffuse reflectance spectroscopy // Geoderma. 2015. Vol. 251. P. 124-132.
- Coutinho M.A.N., Alari F. de O., Ferreira M.M.C. Influence of soil sample preparation on the quantification of NPK content via spectroscopy // Geoderma. 2019. Vol. 338. P. 401-409.
- Csillag F., Pasztor L., Biehl L.L. Spectral band selection for the characterization of salinity status of soils // Remote Sensing of Environment. 1993. Vol. 43 (4). P. 231-242.
- Dhawale N.M., Adamchuk V.I., Prasher S.O., Rossel R.A.V., Ismail A.A., Kaur J. Proximal soil sensing of soil texture and organic matter with a prototype portable mid-infrared spectrometer // European journal of soil science. 2016. Vol. 66. P. 661-669.
- Hong Y., Yu L., Chen Y., Liu Y., Cheng H. Prediction of Soil Organic Matter by VIS-NIR Spectroscopy Using Normalized Soil Moisture Index as a Proxy of Soil Moisture // Remote sensing. 2018. Vol. 10. 28 p.
- Islam K., Singh B., McBratney A. Simultaneous Estimation of Several Soil Properties by Ultra-Violet, Visible, and Near-Infrared Reflectance Spectroscopy // Australian Journal of Soil Research. 2003. Vol. 41. P. 1101-1114.
- Leng P., Song X., Li Z.L., Wang Y., Wang D. Effects of vegetation and soil texture on surface soil moisture retrieval using multi-temporal optical and thermal infrared observations // International journal of remote sensing. 2015. Vol. 36. P. 4972-4985.
- Ma F., Du C., Zhou J. A Self-Adaptive Model for the Prediction of Soil Organic Matter Using Mid-Infrared Photoacoustic Spectroscopy // Soil science society of America journal. 2016. Vol. 80. P. 238-246.
- Nanni M.R., Dematte J.A.M. Spectral reflectance methodology in comparison to traditional soil analysis // Soil science society of America journal. 2006. Vol. 70. P. 393-407.
- Palombo A., Pascucci S., Loperte A. Soil Moisture Retrieval by Integrating TASI-600 Airborne Thermal Data // Sensors. 2019. Vol. 19. P. 1515.
- Rossel R.A.V., Walvoort D.J.J., McBratney A.B., Janik L.J., Skjemstad J.O. Visible, near infrared, mid infrared or combined diffuse reflectance spectroscopy for simultaneous assessment of various soil properties // Geoderma. 2006. Vol. 131. P. 59-75.
- Rossel R.A.V., Rizzo R., Dematte J.A.M., Behrens T. Spatial Modeling of a Soil Fertility Index using Visible-Near-Infrared Spectra and Terrain Attributes // Soil science society of America journal. 2010. Vol. 74. P. 1293-1300.
- Sanchez J.M., French A.N., Mira M., Hunsaker D.J., Thorp K. R., Valor E., Caselles V. Thermal Infrared Emissivity Dependence on Soil Moisture in Field Conditions // IEEE transactions on geoscience and remote sensing. 2011. Vol. 49. P. 4652-4659.
- Soriano-Disla J.M., Janik L.J., Rossel R.A.V., Macdonald, L. M. McLaughlin M.J. The Performance of Visible, Near-, and Mid-Infrared Reflectance Spectroscopy for Prediction of Soil Physical, Chemical, and Biological Properties // Applied spectroscopy reviews. 2014. Vol. 49. P. 139-186.
- Stenberg B., Rossel R.A.V., Mouazen A. M., Wetterlind J. Visible and near infrared spectroscopy in soil science // Advances in agronomy. 2010. Vol. 107. P. 163-215.
- Vasat R., Kodesova R., Boruvka L., Klement A., Jaksik O., Gholizadeh A. Consideration of peak parameters derived from continuum-removed spectra to predict extractable nutrients in soils with visible and near-infrared diffuse reflectance spectroscopy (VNIR-DRS) // Geoderma. 2014. Vol. 232-234. P. 208-218.
- Wang Y., Peng J., Song X., Leng P., Ludwig R., Loew A. Surface Soil Moisture Retrieval Using Optical/Thermal Infrared Remote Sensing Data // IEEE transactions on geoscience and remote sensing. 2018. Vol. 56. No. 9. P. 5433-5442.
- Xia Y., Ugarte C.M., Guan K., Pentrak M. Developing Near- and Mid-Infrared Spectroscopy Analysis Methods for Rapid Assessment of Soil Quality in Illinois // Soil science society of America journal. 2018. Vol. 82. No. 6. P. 1415-1427.
