Визначення та оцінювання кількісних показників родючості грунтів методами дистанційного зондування Землі

Abstract

У процесі аналізу сучасної системи проведення моніторингу на землях сільськогосподарського призначення визначено основні чинники, що впливають на зниження родючості ґрунтів. Обґрунтовано доцільність застосування методів дистанційного зондування Землі для визначення та оцінювання показників родючості ґрунту. Досліджено рівень наявності зв’язку між спектральною енергетичною яскравістю ґрунту і вмістом гумусу на основі статистичної залежності, визначено значущість такого зв’язку. Розглянуто чинники, що впливають на спектральну яскравість ґрунту у різних діапазонах електромагнітного випромінювання. Виявлено статистичний лінійний регресійний зв’язок між спектральною яскравістю ґрунту та вмістом гумусу, визначеним наземними методами. На підставі обернених лінійних залежностей оцінено точність модельованого вмісту гумусу. Запропоновано нові моделі визначення та оцінювання вмісту гумусу на основі спектральних яскравостей та спектральних індексів видимого та інфрачервоного діапазонів електромагнітного випромінювання. В результаті обчислення середньоквадратичного відхилення фактичного вмісту гумусу від модельованого визначено найточніші моделі, що характеризуються мінімальними похибками.

Дан анализ современной системы проведения мониторинга на землях сельскохозяйственного назначения и определены основные параметры, влияющие на снижение плодородия почв. Обоснована целесообразность применения методов дистанционного зондирования Земли для определения и оценки показателей плодородия почвы. Исследована степень наличия связи спектральной энергетической яркости почвы и содержания гумуса на основании статистической зависимости, определена значимость такой связи. Рассмотрены параметры, влияющие на спектральную яркость почвы в различных диапазонах электромагнитного излучения. Изучена статистическая линейная регрессионная связь между спектральной яркостью почвы и содержанием гумуса, полученным наземными методами. На основании обратных линейных зависимостей смоделированы значения содержания гумуса и произведена оценка их точности. Предложены новые модели определения и оценки содержания гумуса на основе спектральных яркостей и спектральных индексов видимого и инфракрасного диапазонов электромагнитного излучения. В результате вычисления среднеквадратического отклонения фактического содержания гумуса от моделируемого определены наиболее точные модели, характеризующиеся минимальными погрешностями.

Purpose. The aim of the research is to identify and evaluate the quantitative soil fertility indicators, based on the on ground and satellite research of the agricultural lands of different landscape zones in Zakarpattia. Design/methodology/approach. The proposed methodology is founded on the usage of linear mathematical regression dependence of the actual humus level in the soil indicator and spectral energetic brightness of pixels of multi-spectral space images. New models were built which correlate the humus level on brightness of channels and spectral indices of visible and infrared spectrum of electromagnetic emission, ratios of correlation were identified, confidence intervals and mean square deviation of the calculated humus level in soil indicator from the actual humus level indicator. Findings. In establishing statistical linear relation of the spectral brightness of pixels on the sections under study and the relevant humus level indicators, it was found out that there is the tightest reverse linear dependence in the red spectral channel of the visible spectrum. To improve the methodology of identifying quantitative indicators of humus level in soil based on the data of spectrophotometric analysis of landscape zones, we propose new models of dependence of humus level on brightness channels and spectral indicators of visible and infrared electromagnetic spectrum. Practical value/implications. We have tested 13 different new models of the dependence of the humus level on brightness channels and spectral indicators. It was revealed that the most efficient way in determining quantitative indicators of the humus level in soil, based on the data of satellite and on-the-ground observations, is to use the power dependence of brightness in different spectral ranges (Blue, Green, Red, NIR, SWIR1, SWIR2), since the mean square deviation of the calculated humus level indicator from the actual humus level indicator in the given model is minimal and equals 0,52. This approach allows us to obtain operational and reliable information on the quantitative indicator of the humus level in soil for rational managerial decision-making aimed at applying agrotechnical measures to prevent soil fertility decrease in landscape zones in Zakarpattia.