AGRIS - 

2018

Voronin, A.Ya., The V.V. Dokuchaev Soil Science Inst., Moscow

The aim of the work was to search for indicators of the humus horizon thickness in chernozem soils based on the data of ground penetrated radar (GPR) surveying. Investigating was conducted on a test site located in the Tula region, Russia. Arable podzolized chernozems are main soil kind in the area, part of soil was eroded in varying extent. To the beginning of the research, the fields were plowed to a depth of 25 cm, and there was no vegetation and stubble on the surface. In parallel with GPR profiling in the field, soil was drilled to determine the low depth of the humus horizon. Based on the linked analysis of GPR profiling data and the field determination of the humus horizon thickness, a new indicator was proposed, namely the coefficient of asymmetry of the modal value of the peak of the spectral density of the first-period reflected pulse of the GPR, obtained at a frequency of 100 MHz. The proposed indicator demonstrates a good statistical relationship with the thickness of the humus horizon of chernozem. For the test region, a regression model of this relationship has been developed; its determination coefficient is about 0.82. To calculate the thickness of the humus horizon (А+АВ), it is suggested to use the bottom line of the second period of the spectral density of the reflected signal, which correlates well with the actual data. The developed approach can be used to map the thickness of the humus horizon in the chernozem soils of the research region. Theoretically, this approach can be extended to soils in other regions. | Целью работы был поиск индикаторов мощности гумусового горизонта черноземных почв по данным георадарной съемки. Исследования проведены в 2015 г. на тестовом участке, расположенном в Тульской области, с преобладанием пахотных оподзоленных черноземов, в том числе в различной степени эродированных. К началу исследований почвы поля были вспаханы на глубину до 25 см, растительность и стерня на поверхности отсутствовали. Параллельно с георадарным профилированием в поле проведено бурение почв для определения нижней границы гумусового горизонта. На основе сопряженного анализа данных георадарного профилирования и полевого определения мощности гумусового горизонта, которая варьировала в среднем от 45 до 59 см, был предложен новый показатель - коэффициент асимметрии модального значения вершины спектральной плотности георадарного импульса первого периода отраженного сигнала, получаемого с частотой 100 Мгц. Показатель характеризуется хорошей статистической связью с мощностью гумусового горизонта черноземных почв. Для региона исследований построена регрессионная модель этой связи с коэффициентом детерминации около 0,82. Для расчета мощности гумусового горизонта предложено использовать нижнюю границу второго периода спектральной плотности отраженного сигнала, который хорошо коррелирует с фактическими данными. Для региона исследований построена регрессионная модель связи с коэффициентом детерминации около 0,86. Разработанный подход может быть использован для картографирования мощности гумусового горизонта в черноземных почвах региона исследований. Теоретически данный подход может быть распространен и на почвы других регионов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Lapenko, N.G. | Eroshenko, F.V. | Storchak, I.G. | Dudchenko, L.V. | Shestakova, E.O., North-Caucasian Federal Scientific Agrarian Center, Stavropol

Existing methods for assessing natural grass stands are complex and subjective. Therefore, the goal of our research was to establish the possibility of using data from Earth remote sensing to characterize natural grass stands and a degree of their degradation. The objects of the study were natural communities located in the territory of Stavropol Krai. On the basis of the carried out ground geobotanical survey, the degree of degradation of the selected plots was established: Sengileevskoe – 0 points (non-degraded); Kiankiz – 3 points (highly degraded). The dynamics of the NDVI vegetation index of the selected plots during the growing season on average over 2016–2017 (MODIS data) were determined. Grass stands, the most contrasting in the degree of degradation, had ambiguous differences in the NDVI value over the entire vegetation period. The difference in the values of the vegetation index during the period from the end of April to the end of October was 45.3% in favour of the Sengileevskoe plot, and from the beginning of the vegetation to the end of April it was 43.5% in favour of the Kiankiz plot. Therefore, NDVI calculated from satellite images of low spatial resolution (250 m) cannot fully be a criterion for evaluating natural grass stands. We assumed that for these purposes an indicator of the proportion of the area occupied by either well developed or poorly developed vegetation can be used. Therefore, in the summer period, the area of plots with NDVI values of a certain range was determined in increments of 0.1 (data of high spatial resolution of Sentinel 2). The maximum differences were observed when the areas were compared with a vegetative index in the range of 0.1–0.4. Their share was 1.13% at the Sengileevskoe plot and 98.85% at the Kiankiz plot. These results of the analysis of high-resolution satellite data confirmed the results of ground-based geobotanical surveys, indicating large differences in the state of grass stands and the degree of degradation of the selected plots. | Существующие методы оценки природных травостоев сложны и субъективны. Цель исследований было установить возможность использования данных дистанционного зондирования Земли из космоса для характеристики природных травостоев и степени их деградации. Объекты исследования – природные сообщества, находящиеся на территории Ставропольского края. На основании проведенного наземного геоботанического обследования была установлена степень деградации выбранных полигонов: Сенгилеевское – 0 (недеградированный); Кианкиз – 3 (сильнодеградированный). Была определена динамика вегетационного индекса NDVI выбранных полигонов в период вегетации в среднем за 2016–2017 гг. (данные MODIS). Травостои, максимально контрастные по степени деградации, имели неоднозначные различия по величине NDVI в течение всего периода вегетации. Разница значений вегетационного индекса периода конец апреля – конец октября составляла 45,3% в пользу полигона Сенгилеевское, а с начала вегетации и до конца апреля – 43,5% в пользу полигона Кианкиз. Поэтому NDVI, рассчитанные по космоснимкам низкого пространственного разрешения (250 м), не могут в достаточно полной мере характеризовать природные травостои. Для оценки гипотезы о возможности использования для таких целей показателя доли площади полигона, занятой либо хорошо развитой, либо плохо развитой растительностью, в летний период была определена площадь полигонов со значениями NDVI определенного диапазона с шагом в 0,1 (данные высокого пространственного разрешения Sentinel 2). Максимальные различия наблюдались в том случае, когда сравнивали площади с вегетационным индексом, находящимся в диапазоне 0,1…0,4. На полигоне Сенгилеевское на их долю приходилось 1,31%, Кианкиз – 98,85%. Такие результаты анализа спутниковых данных высокого разрешения подтвердили результаты наземных геоботанических обследований, свидетельствующие о больших различиях в состоянии травостоев и степени деградации, выбранных полигонов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation