Засоление почв

5.3. Картирование распространения  засоления

   Коррекция и классификация разновременных цифровых изображений Landsat ТМ проводилась в системе ERDAS IMAGINE с учетом характеристик почв и форм рельефа, данных полевых и лабораторных исследований, привязанных к географическим координатам с использованием системы GPS. Классификация изображений включала классификацию с обучением, использование эталонов, выбор наилучшей комбинации диапазонов и определение пикселов методом максимальное правдоподобия. На стадии обучения из почвенной базы данных были выбраны репрезентативные образцы отдельных классов. Однородные по спектральным характеристикам объекты были определены с использованием метода классификации с обучением. Для уменьшения источников спектральных помех маска изображения была преобразована с использованием карты форм рельефа. Полученные классификации были интегрированы на стадии, следующей после классификации. Для оценки точности классификации для каждого набора данных Landsat ТМ были подсчитаны матрицы ошибок. Соответственно, две карты, отображающие типы засоления, распределение и степень засоления за девятилетний период  ( с 1986 по 1994 годы) были получены и использованы как входные данные для построения моделей, оценивающих природу, площадь, степень и достоверность изменений, проводившихся в этой области. Были выделены девять классов почв: от незасоленных до щелочных.

5.4. Моделирование засоления, распространения,  встречаемости и степени засоления

   Дополнительные оценки прироста площадей засоления земель, скорости распространения и степени засоления были получены по классифицированным спутниковым изображениям с использованием метода нечетких множеств. Язык графического пространственного моделирования (SML) программного обеспечения ERDAS - мощный инструмент, позволяющий комбинировать слои информации, формировать сценарий моделирования (например, опасности засоления) и осуществлять перекодировку, основанную на определенных правилах. В результате была создана модель мониторинга и прогноза засоления. Путем объединения классифицированных изображений 1986 и 1994 гг. была создана карта и таблица, содержащая все возможные изменения за этот период времени.

Для оценки достоверности, происхождения  и величины изменений были созданы  три экспертных системы. Используя  метод нечетких множеств и экспертные оценки, вероятность текущих изменений  была определена по cтепени подобия конкретному зафиксированному изменению. Это позволило объединить знания из многочисленных дисциплин (таких, как гидрология, геология, почвоведение и др.) в базовые наборы правил. Эксперты классифицировали вероятность изменений с использованием "коэффициента достоверности" в диапазоне от 0 до 1 как: абсолютно схожие (с достоверностью, равной 1), очень похожие (0,9), схожие (0,6), схожие и несхожие (0,5), несхожие (0,4), очень несхожие (0,2), абсолютно несхожие (0).

   Эти вероятности были включены в ГИС c использованием правила "Если-То". Затем все изменения, полученные в результате сравнения данных 1986 и 1994 гг., были проанализированы и показаны на карте с помощью условного знака, определяющего сходство. Например, в использовавшейся модели изменения степени солености или щелочности на одну градацию рассматривались как крайне похожие, когда по характеристикам области было маловероятно, что почвы на данном участке могут меняться от незасоленных до сильносоленых в течение девятилетнего периода наблюдений. Так как модель классификации определяет различия между солеными и щелочными участками, можно выявить природу и тенденцию изменений засоленности, то есть, может ли какая-нибудь территория стать более соленой, более щелочной или иметь смешанные засоленно-щелочные характеристики. Такая информация важна для принимающих решения руководителей и органов планирования землепользования, так как мелиоративные меры должны применяться в зависимости от типа засоления.

Результатом моделирования  явились три карты: "сходства изменений", "природы изменений" и "степени  изменений". Эти карты были затем  совмещены с информацией о  ландшафте, и была получена карта "опасности  засоления почв".

Рис. 4. Карта опасности засоления почв в долине Пуната-Клиза в Восточной Кордильере в районе города Кочабамба.

   ГИС обеспечила возможность анализа данных из многочисленных источников, таких как: концентрация солей и их состав в связи с расположением в ландшафте; распределение типов солей и степени засоления; состав анионов, реакция солей и электропроводность. Определение пространственного соответствия между этими параметрами улучшает точность прогноза. Высокое пространственное соответствие между ареалами параметров и признаками деградации почв, идентифицированными на местности, позволило установить вероятность распространения засоления на области, еще им не пораженные. Таким образом, итоговая карта прогноза опасности засоления показывает области, которые уже являются засоленными или щелочными и, в соответствии с моделью, имеют тенденцию к росту засоленности. Для отображения опасности засоления была построена непрерывная цветовая шкала в диапазоне от светло-желтого, соответствующего территориям со слабой опасностью к засолению, до темно-красного для областей с очень высокой степенью опасности засоления. Карта также отражает эволюцию процессов деградации земель, связанной с засолением почв, за период с 1986 по 1994 годы и распределение засоленности по территориям, сложенным одинаковыми материнскими породами и с одинаковыми типами рельефа.

Результаты исследования показали, что 70% сельскохозяйственных земель изменились в сторону щелочности, 15% - засоления, 12% - засоления/щелочности и 3% не затронуты этими процессами. Последние представляют собой освободившиеся из-под воды территории при снижении уровня водохранилища Ангостура. Наблюдается  тенденция к увеличению щелочности, особенно на высоких равнинах Клизы. Это связано с природой осадочных  отложений, сформированных карбонатными горными породами. Изменения в  направлении засоленно-щелочных классов  наблюдаются в пониженных частях ландшафта, таких как болотистые участки и относительно плоские  формы рельефа. Наиболее деградированные  области приурочены к низинным плоским  участкам.

   И, наоборот, слабо засоленные/щелочные области соответствуют относительно высоким равнинным формам рельефа, к которым по полевым и лабораторным данным приурочены почвы с грубой структурой. Результаты анализа показывают, что материнская порода, расположение в рельефе и сухой климат, который снижает выщелачивание, но увеличивает миграцию растворимых солей к поверхностным горизонтам, являются главными факторами, обусловливающими пространственное распространение солей и соды на исследуемых областях.

   Результаты, полученные за счет комплексного использованием ГИС и технологий обработки данных дистанционного зондирования, могут помочь правительству и местным управленцам предотвратить дальнейшую деградацию засоленных почв и, где это еще возможно, восстановить их плодородие. Представленный здесь подход является относительно дешевым и быстрым методом оценки распространения текущего и возможного будущего засоления почвы на региональном уровне, обеспечивает информационную поддержку при разработке планов эффективного управления территориями [5 ].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. История исследования засоления почв.

   В 1932 г. выдающимся  почвоведом и геохимиком академиком                   Б.Б. Полыновым в связи с изучением почв Поволжья в Почвенном институте им. В.В. Докучаева была основана солевая лаборатория. Задачей исследований было выявление закономерности распространения засоленных почв, изучение их генезиса, классификации, оценка роли грунтовых вод в процессах соленакопления, изучение миграционной способности различных солей, разработка приемов мелиорации. В 1936 г. лаборатория начинает исследования в Средней Азии. В Голодной степи организуется стационар, на котором впервые ведут режимные наблюдения за миграцией солей в орошаемых почвах.

   Результаты работ  в Голодной степи послужили  фундаментом для разработки теории  вторичного засоления почв и  методов борьбы с засолением  орошаемых земель. Были установлены  закономерности и стадийность  процессов вторичного засоления  почв, сезонной динамики солей;  проанализирована роль природных  и хозяйственных причин засоления  на примере крупных ирригационных  систем в оазисах Средней Азии.

   В 1939 г. по инициативе сотрудников солевой лаборатории в Почвенном институте созывается Всесоюзное совещание. На нем были сформулированы предложения по борьбе с засолением орошаемых земель и освоению перелогов на базе комплексной мелиорации при непременном осуществлении работ по искусственному дренажу грунтовых вод. Была намечена программа исследований и мелиоративных работ на орошаемых землях, на основе которой в послевоенное время исследования распространяются на более широкую территорию аридной и полуаридной зон.

   В 1946 г. по заданию Правительства Почвенным институтом организуется Кура-Араксинская экспедиция, во время которой были изучены мелиоративные условия обширной области Восточного Закавказья, выявлена роль геохимических и исторических факторов в современном засолении почв, а также глубинных процессов в первичном и вторичном засолении, показана связь солевых процессов с историей и условиями формирования аккумулятивных форм поверхности. Все это существенно обогатило мелиоративное почвоведение. Были разработаны и методы мелиоративной оценки земель

   В Кура-Араксинской экспедиции впервые разработаны принципы почвенно-мелиоративного районирования, сформулированные в работе "Закономерности процессов соленакопления в пустынях Арало-Каспийской низменности". В книге "Применение дренажа при освоении засоленных земель" определены требования к дренажу и задачи мелиоративного и эксплуатационного периодов.

   Большое значение для обоснования теории дренажа и выявления поведения солей в системе почва - грунтовые воды - глубинные воды имели работы  А.Т. Морозова. Им была предложена теория конвективно-гравитационного передвижения солей объясняющая механизм перераспределения солей по вертикальному профилю на большие глубины и законы поступления минерализованных вод в дрены.

   Большое внимание уделялось изучению состава и динамики почвенных растворов в засоленных и орошаемых почвах. Лаборатория провела большие исследования в зоне Главного туркменского канала. Впервые организуется комплексный стационар на такырах⁴, где испытываются различные виды мелиоративных обработок и культуры-освоители. Результаты отражены в монографии: "Такыры Западной Туркмении и пути их сельскохозяйственного освоения".

   Наряду с изучением засоленных почв большое место в работах лаборатории уделялось изучению свойств, географии и генезиса других почв аридной зоны.

   Исследования, которые в пятидесятые годы лаборатория выполняла в Западной Сибири, явились основой для разработки и проектирования мелиоративных мероприятий. Материалы Барабинской экспедиции обобщены в монографиях Н.И. Базилевич "Типы засоления природных вод и почв Барабы" (1953), "Геохимия почв содового засоления" (1965), "Лесостепные солоди" (1967).

   В 1956 г. лаборатория засоленных почв преобразована в отдел генезиса и мелиорации засоленных почв. Руководителем становится В.В. Егоров. Им разработан геоморфолого-генетический метод комплексной мелиоративной оценки земель и принципы почвенно-мелиоративного районирования. Результаты исследований обобщены в монографии "Почвообразование и условия оросительных мелиораций в дельтах Арало-Каспийской низменности" (1959).

   В 1959-1966 гг. проведены почвенно-мелиоративные исследования пойменных земель в низовьях реки Волги, разработан прогноз их засоления, сформулирована концепция генезиса слитости и выпущена монография "Мелиоративные проблемы освоения пойм степной зоны" (Ф.И. Козловский, Э.А. Корнблюм, 1972).

   В 1962 г. в сухостепной зоне Заволжья в районах нового орошения организован Кисловский опорный пункт. На его основе исследуются изменения почв при орошении, закономерности вертикального и горизонтального перераспределения солей при комплексном почвенном покрове, особенности геохимических процессов на орошаемых массивах и прилегающих неорошаемых территориях.

   В 1967 году была разработана и издана новая классификация засоленных почв, которая до настоящего времени широко используется в научных разработках и в практических целях.

   Многолетние исследования на землях древнего и нового орошения в Мургабском оазисе и других районах зоны Каракумского канала в Туркменской ССР позволили охарактеризовать особенности процессов почвообразования и соленакопления, создать новую классификацию почв орошаемых оазисов, схему мелиоративной группировки почв, а также предложить новые теоретические принципы расчета критического солевого режима орошаемых земель в зависимости от глубины и минерализации грунтовых и солености оросительных вод.

   Разработаны принципы и методы перспективного почвенно- мелиоративного районирования с учетом современного состояния земель и прогноза засоления почв при орошении.

   В Голодной степи на землях нового орошения, где мелиоративная практика встретилась с непредвиденными трудностями освоения сильнозасоленных и сильногипсоносных почв шлейфа подгорной равнины с неблагоприятными фильтрационными свойствами, организованы стационарные наблюдения за промывками и освоением таких почв на фоне горизонтального и вертикального дренажа. Разработаны методы солевой съемки почв под промывки с учетом пространственной неоднородности засоления.

   Совместно с другими почвенными учреждениями Советского Союза отделом составлены карты типов химизма засоления почв СССР в масштабе 1:2500000 по регионам (Европейская часть СССР, Средняя Азия, Западная и Восточная Сибирь, Казахстан).

   Работа продолжалась на Голодностепском и Кисловском опорных пунктах.

    В этот период большое внимание уделялось методическим вопросам. Одним из первых среди почвоведов Ф.И. Козловский применил геостатистические методы исследования для решения почвенных задач, в частности, для оценки пространственного распределения солей. Им разработана структурно-функциональная и математическая модель ландшафтно-геохимических процессов миграции солей. Исследуются особенности трансформации содержания и состава солей в стандартной водной вытяжке по сравнению с почвенными растворами при естественной влажности, а также возможности использования ионоселективных электродов для оценки засоления. В.А. Молодцов и В.П. Игнатова разработали метод определения состава обменных катионов в горизонтах, содержащих карбонаты, гипс и водорастворимые соли. Начаты работы по созданию дистанционной диагностики засоления орошаемых почв хлопкосеющей зоны. Разработана методика крупномасштабной солевой съемки солонцовых территорий с применением машинного дешифрирования аэрофотоснимков. Составлена Почвенно-мелиоративная карта Срединного региона (М 1:1000000) в связи с планировавшейся переброской части стока сибирских рек в районы Средней Азии. В ней использован оригинальный метод мелиоративной оценки земель.