Методика оценки содержания гумуса в пахотных землях
Северного Казахстана на основе спутниковых данных

В Казахстане государственными организациями регулярно проводятся работы по определению содержания гумуса в почве на сельскохозяйственных полях. Данные работы включают обследование полей, отбор множества проб, их усреднение на масштабе поля и проведение химического анализа. Производительность этих работ невысока и обследование примерно 100 тысяч полей Северного Казахстана требует длительного времени. Между тем содержание гумуса важный показатель плодородия земли, а соответственно фактор, влияющий на ее цену. В связи с этим существует интерес к развитию дистанционных методов определения содержания гумуса в верхнем слое почв.
Паро-зерновой севооборот является преобладающей формой землепользования в Северном Казахстане. Парование поля происходит раз в 3-6 лет, обычно простым механическим способом (3-4 вспашки в течение вегетационного периода, в зависимости от скорости роста сорных трав). Весной следующего после парования года, сев происходит в практически чистую почву: отсутствуют всходы сорных трав и остатки прошлогодней соломы. Таким образом, существующая технология выращивания яровых зерновых культур (фактической монокультуры Северного Казахстана) включает наличие стадии состояния поля с полностью чистым почвенным покровом.
Коэффициенты отражения от чистого почвенного покрова зависят от нескольких факторов: поверхностной влажности; содержания окрашивающих компонентов (обычно соединения железа); комковатости поверхности почвы; содержания гумуса.
По данным IRS LISS весеннего периода 2005 года в Костанайской области было выбрано паровое тестовое поле, характеризующееся неоднородными спектральными характеристиками и существенным разбросом содержания гумуса в поверхностном слое почвы. В сезоне 2006 года тестовое поле было обследовано и отобрано 55 образцов.
Спутниковые данные IRS LISS с разрешением 23 м (2 канал: 620-680 нм; 3 канал: 770-860 нм) и MODIS с разрешением 250 м (1 канал: 620-670 нм; 2 канал: 841-876 нм) использовались для поиска взаимосвязи между содержанием гумуса в поверхностном слое почвы (0-3 см) и ее спектральными характеристиками. Снимок MODIS-1,2 каналы в формате продукта MOD02 (band reflectance) синхронный по времени со снимком IRS LISS 2,3 каналы использовался для калибровки данных IRS и перевода их канальных значений в величины коэффициентов отражения.
Анализ спектральных характеристик паровых полей показал, что в диапазоне значений гумуса от 2,5 – 5,0 % для темно-каштановой почвы, его концентрация имеет хорошую линейную связь с отношением коэффициентов отражения 3 ко 2 каналу (IRS LISS), R2=0.7025. При этом связь между коэффициентом отражения в 3 канале IRS LISS (влажность почв) и отношением каналов 3/2 весьма слабая, R2=0.1641. Эмпирически установленный вид функции, максимально связанной с содержанием гумуса на поверхности почв имеет вид:
[ (band_3/ band_2) - 1,29*band_3 ]
Таким образом, спектральные характеристики чистых (без растительности) почв могут использоваться для оценки содержания гумуса в их поверхностном слое.