Разработка комплекса геофизических методов для решения прикладных задач почвенного картирования

Пятый раздел.

В заключительном, пятом разделе проводится оценка возможностей комплекса геофизических методов при решении задач почвенного картирования.

В первой части раздела автором описан рациональный алгоритм спектрально-корреляционного анализа площадных магнитных наблюдений, позволяющий строить формализованные прогнозные экспресс-карты, отражающие неоднородность почвенного покрова.

Анализ и обработку материалов площадных магнитных съемок масштаба 1:100, общей площадью 8400м², автор проводил в программном комплексе "КОСКАД 3D" (Никитин А.А., Петров А.В., Алексашин А. С.), который прекрасно зарекомендовал себя для решения задач геологического картирования.

При анализе магнитных полей автор использовал следующий комплекс признаков: аномальное магнитное поле, статистические характеристики магнитного поля (среднее значение, дисперсия, асимметрия, эксцесс), рассчитанные в скользящем окне и значения полного градиента. Основной задачей использования данного комплекса являлась качественная интерпретация наблюденных магнитных полей с целью разделения их на различные типы, или иными словами классификации по выбранному набору признаков. При проведении расчетов количество выделяемых классов варьировалось от 3 до 15. С точки зрения автора наибольшая сходимость почвенной карты с результатами построения формализованных карт достигается при выборе 4 классов соответствующих основным типам почв, распространенных на данном участке, что проиллюстрировано на рис. 13.

Сопоставляя полученную формализованную карту неоднородности с почвенной, отчетливо видно, что пространственная граница почвы со вторым гумусовым горизонтом (Л₂^hon2cЛ) имеет очень высокую корреляцию с классом 4. Также наблюдается достаточно хорошая корреляция класса 2 с участками распространения серой лесной слабооподзоленной почвы (Л₂^оп2сЛ) и класса 1 с положением серой лесной почвы (Л₂сЛ). Этот результат убедительно доказывает правомерность использования выбранной методики анализа материалов магнитных съемок.

Во второй части раздела обсуждаются возможности использования режимных магнитных наблюдений для мониторинга состояний отдельных генетических горизонтов. Как уже говорилось, почва является сложной, многофазной, динамично изменяющейся под воздействием множества факторов системой. Одним из наиболее негативных процессов, протекающих в почвах, является разрушение (деградация) гумусового горизонта, что приводит к резкому снижению уровня плодородия почв. Поскольку гумусовый горизонт в магнитных полях проявляется как наиболее магнитоактивный слой, можно предположить, что изменение его мощности приведет к нарушению структуры аномального магнитного поля. Для оценки возможности мониторинга таких процессов, посредством магнитных съемок, автором в программе DIPOLI (Ермохин К.М.) было проведено трехмерное магнитное моделирование. Модель была построена на основании фрагмента реальной почвенной карты (рис 14.А), где темным цветом обозначены места присутствия 2-го гумусового горизонта (ВГГ), имеющего мощность 0.2м (рис. 14В). При расчете моделей использовались реальные магнитные свойства гумусового горизонта и вмещающего (переходного) горизонта, определенные по результатам более 1000 полевых измерений магнитной восприимчивости на траншеях. На рисунке 14Г изображено магнитное поле, рассчитанное от этой модели (рис. 14В). Проведенный расчет показывает, что характеристики модельного магнитного поля (14Г) практически совпадают с данными полевой магнитной съемки (рис. 14Б).

Трехмерное моделирование еще раз подтвердило природу выявляемых положительных магнитных аномалий, которые однозначно связаны с присутствием в почвенном разрезе второго гумусового горизонта. Чтобы оценить стабильность и надежность такого решения автор построил ряд магнитных моделей, отражающих деградацию (разрушение) гумусового горизонта. Как видно из рисунков 14 Д и 14 Е <размытый> участок соответствует резкому изменению структуры магнитного поля.

Чтобы удостоверится в возможности использования магнитных данных для оценки стабильности существования неизмененных гумусовых горизонтов автор, на одном из участков, провел режимные наблюдения магнитных полей с периодичностью 3 года. На рис. 15. приведены карты аномального магнитного поля масштаба 1:100 по результатам съемок 2003 и 2006 года. Анализ структуры магнитных полей показывает, что пространственные границы контуров положительных магнитных аномалий, вызванных присутствием в почвенном разрезе ВГГ, практически не изменились, что может интерпретироваться как отсутствие процессов деградации гумусового горизонта.

Материалы этого раздела показывают возможность применения мониторинга магнитных наблюдений для оценки деградации земель, связанной с разрушением гумусового горизонта. Предложенная методика спектрально-корреляционного анализа площадных магнитных наблюдений, позволяет составлять формализованные прогнозные экспресс-карты, отражающие неоднородность почвенного покрова.