Цифровое почвенное картографирование заболоченной равнины юга криолитозоны Западной Сибири на основе мультиспектральной спутниковой съемки и наземных исследований

Детальные почвенные карты заболоченных равнин севера Западно-Сибирской низменности до сих пор отсутствуют, несмотря на растущее внимание к этому региону со стороны экологов в связи с потеплением климата и его экстенсивным освоением нефтегазодобывающим комплексом. Территория природного парка “Нумто” была выбрана в качестве полигона для исследования возможности почвенного картографирования заболоченных равнин как весьма характерная по набору представленных ландшафтов, свойственных северо-таежной и лесотундровой зонам Западной Сибири, включающему как бореальные, так и мерзлые болотные системы. При составлении почвенной среднемасштабной карты были использованы традиционные методы почвенной съемки и геоботанической индикации почв, а также методы цифрового картографирования почв, основанные на применении машинного обучения. В качестве основы картографирования были выбраны два спутниковых многозональных снимка Landsat-8 с размером пикселя 30 м на местности от 8 сентября 2023 г. Информативность почвенной карты была повышена за счет включения в состав легенды торфяных мезотрофных почв, а также почв влажных регрессивных болот и хасырейных ландшафтов. Для верификации составленной карты было осуществлено: 1) ее сопоставление с 30 детальными почвенными картами микроключей бассейна Казыма; 2) оценка точности с использованием случайных стратифицированных точек (stratified random points); 3) точечное повторное наземное обследование. Точность карты по разным оценкам составила от 75.0% до 78.4%. Наибольшую сложность вызывает картографирование почв мелкоконтурных плоскобугристых торфяников, чередующихся с талыми комплексными болотами с доминированием лишайников на повышенных элементах болотного рельефа. Доминирующим компонентом почвенного покрова на территории парка выступают талые олиготрофные торфяные почвы (доля в составе почвенного покрова 43.5%). Сочетания олиготрофных торфяных почв плоскобугристых и крупнобугристых комплексов занимают 11.3%; подзолы – 13.3%; комплексы олиготрофных торфяных (в том числе влажных регрессивных) и мезотрофных торфяных почв – 8.3%; мезотрофные почвы – 7.1%.

1. Аветов Н.А., Трофимов С.Я. Почвенный покров таежных и пойменных ландшафтов бассейна р. Пякупур Западной Сибири // Почвоведение. 1997. № 1. С. 31–35.

2. Аветов Н.А., Шишконакова Е.А., Кинжаев Р.Р., Арзамазова А.В. Структура почвенного покрова заболоченной равнины северо-таежной подзоны Западной Сибири (бассейн р. Казым) // Почвоведение. 2022. № 2. С. 208–218. DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X22020046.

3. Ахметова Г.В., Токарев П.Н. Использование ГИС-технологий для идентификации болотных почв при обновлении электронной почвенной карты Карелии // ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2020. Т. 26. № 2. С. 66–78. DOI: https://doi.org/10.35595/2414-9179-2020-2-26-66-78.

4. Валеева Э.И., Московченко Д.В., Арефьев С.П. Природный комплекс парка “Нумто”. Новосибирск: Институт проблем освоения Севера СО РАН, 2008. 280 с.

5. Векшина В.Н. Построение цифровых моделей почвенного покрова западной части Большеземельской тундры // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 99. С. 21–46. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2019-99-21-46.

6. Веревкина Е.Л., Лапшина Е.Д. Мир болот природного парка “Нумто”. Характеристика, типология и значение для устойчивого развития. Екатеринбург: “Ассорти”, 2019. 50 с.

7. Гаджиев И.М., Овчинников С.М. Почвы средней тайги Западной Сибири. Новосибирск: Наука, 1977. 152 с.

8. Горячкин С.В. Почвенный покров Севера (структура, генезис, экология, эволюция). М.: ГЕОС, 2010. 414 с.

9. Грибов С.И., Гаськов С.И., Опрышко Н.Ф. Структуры почвенного покрова земельных угодий Ханты-Мансийского автономного округа // Вестник Алтайского гос. аграрного ун-та. 2004. № 4. С. 36–40.

10. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д., Афанасьева Т.В. Таежное почвообразование в континентальных условиях. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1981. 216 с.

11. Долгова Л.С., Гаврилова И.П. Особенности почв средне-и северотаежных подзон Западной Сибири (в пределах Тюменской области) // Природные условия Западной Сибири. 1971. Вып. 1. С. 77–90.

12. Евдокимова Т.И. Почвенная съемка. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. 269 с.

13. Караваева Н.А. Почвы тайги Западной Сибири. М.: Наука, 1973. 167 с.

14. Каверин Д.А., Шахтарова О.В., Пастухов А.В., Мажитова Г.Г., Лаптева Е.М. Составление крупномасштабных почвенных карт ключевых участков в тундре и лесотундре северо-востока Европейской России // География и природные ресурсы. 2012. № 3. С. 140–146.

15. Ковалев Р.В., Волковинцер В.И., Гаджиев И.М., Корсунов В.М., Курачев В.М., Хмелев В.А. Основные черты почвообразования и особенности почв Западно-Сибирской равнины и ее горного юго-восточного окаймления // Доклады сибирских почвоведов к Х Международному конгрессу почвоведов. Новосибирск: Наука, 1974. С. 36–53.

16. Коркина Е.А., Стреляева А.С., Нестерова К.В. Геоинформационный анализ почвенного покрова Среднего Приобья // География и геоэкология на службе науки и инновационного образования. Мат-лы международной науч.-практич. конф., посвященной Всемирному Дню Земли и 100-летию заповедной системы России. Красноярск, 2016. С. 71–74.

17. Московченко Д.В., Губарьков А.А. Температурные режимы почв на южной границе зоны мерзлых болот в Западной Сибири // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2023. Вып. 117. С. 23–51. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2023-117-23-51.

18. Московченко Д.В., Козин В.В. Ландшафтно-экологическое картографирование территории природного парка “Нумто” (ХМАО-Югра) // Ландшафтоведение: теория, методы, ландшафтно-экологическое обеспечение природопользования и устойчивого развития. Материалы XII Международной ландшафтной конференции. Т. 1. Тюмень: Тюменский гос. университет. 2017. С. 220–222.

19. Московченко М.Д. Применение методов машинного обучения для картографирования типов болот на территории природного парка “Нумто” (Западная Сибирь) // Растительность болот: современные проблемы классификации, картографирования, использования и охраны. Материалы V международного научного семинара. Минск: ИВЦ Минфина, 2024. С. 110–116.

20. Смоленцев Б.А. Структура почвенного покрова Сибирских Увалов (северотаежная подзона Западной Сибири). Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. 118 с.

21. Терентьева И.Е., Филиппов И.В., Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Курбатова Ю.А., Максютов Ш. Картографирование таежных болот Западной Сибири на основе дистанционной информации // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2020. Т. 84. № 6. С. 920–930. DOI: https://doi.org/10.31857/S2587556620060102.

22. Терещенков О.М., Кутыев Х.А., Попов Е.Н. Почвенно-экологические карты нефтедобывающих регионов Западной Сибири и методы их составления // Современные проблемы географии и картографии почв. Материалы (тезисы) Всесоюзной конф. М.: ВАСХНИЛ, 1992. С. 67–68.

23. Уфимцева К.А. Почвы южной части таежной зоны Западно-Сибирской равнины. М.: Колос, 1974. 206 с.

24. Фирсова В.П. Почвы таежной зоны Урала и Зауралья. М.: Наука, 1977. 176 с.

25. Фридланд В.М. Структура почвенного покрова мира. М.: Мысль, 1984. 235 с.

26. Шишконакова Е.А., Аветов Н.А., Ананко Т.В., Герасимова М.И., Савицкая Н.В. Болотные торфяные почвы таежной и подтаежной зон Западной Сибири на цифровой модели почвенной карты России масштаба 1 : 2 500 000 в формате классификации почв России // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2020. Вып. 104. С. 223–240. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2020-104-223-240.

27. Шишконакова Е.А., Аветов Н.А., Толпышева Т.Ю. Торфяные почвы бореальных регрессивных болот Западной Сибири: проблемы биологической диагностики и систематики // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2016. Вып. 84. С. 61–74. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2016-84-61-74.

28. Belgiu M., Lucian D. Random forest in remote sensing: A review of applications and future directions // ISPRS journal of photogrammetry and remote sensing. 2016. Vol. 114. P. 24–31. DOI: https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2016.01.011.

29. Congalton R.G. A review of assessing the accuracy of classifications of remotely sensed data // Remote sensing of environment. 1991. Vol. 37. No. 1. P. 35–46.

30. Olofsson P., Foody G.M., Herold M., Stehman S.V., Woodcock C.E., Wulder M.A. Good practices for estimating area and assessing accuracy of land change // Remote sensing of Environment. 2014. Vol. 148. P. 42–57. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.02.015.

31. Heung B., Hung Chak Ho, Zhang J., Knudby A., Bulmer C.E., Schmidt M.G. An overview and comparison of machine-learning techniques for classification purposes in digital soil mapping // Geoderma. 2016. Vol. 265. P. 62–77. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2015.11.014.

32. Wadoux A.M.J.-C., Minasny B., McBratney A.B. Machine learning for digital soil mapping: Applications, challenges and suggested solutions // Earth-Science Reviews. 2020. Vol. 210. 103359. DOI: https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103359.

33. van der Westhuizen S., Heuvelink G.B.M., Hofmeyr D.P. Multivariate random forest for digital soil mapping // Geoderma. 2023. Vol. 431. 116365. DOI: https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116365.