Гічка М.М. Наукове обгрунтування використання методів дистанційного зондування в моніторингу грунтів

Короткий зміст

РОЗВИТОК МЕТОДІВ ДИСТАНЦІЙНОГО

ЗОНДУВАННЯ ҐРУНТІВ

У даному розділі наведено ретроспективний огляд основних етапів розвитку методів ДЗ ґрунтів. Зроблено критичний аналіз проведених досліджень. Показано, що на сьогоднішній день ще недостатньо вивченими залишаються питання дистанційного визначення агрофізичних показників ґрунту та глибини гумусованого профілю, а також доцільності проведення сумісних дистанційних зйомок у різних діапазонах спектру. Обговорюється, також, проблема відсутності цілісного бачення місця методів ДЗ в системі моніторингу ґрунтів. Встановлено потенційне значення даного дисертаційного дослідження у вирішенні проблем використання методів ДЗ в моніторингу ґрунтів.

ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Дослідження проводилися на двох основних та декількох допоміжних полігонах. Полігон №1 (основний) розташований у с. Черкаські Тишки Харківського району Харківської області (ґрунтовий покрив полігону представлений чорноземами типовими важкосуглинковими середньо- та малоглибокими). Полігон №2 (основний) розташований у Новотроїцькому та Генічеському районах Херсонської області (ґрунтовий покрив полігону представлений темно-каштановими та лучно-каштановими легкоглинистими ґрунтами різного ступеню солонцюватості). Допоміжні полігони розташовані у Вовчанському, Печенізькому та Куп’янському районах Харківської області.

            Дослідження складалося з чотирьох етапів: 1) радіолокаційний експеримент (в точках,  де проводилася радіолокаційна зйомка, визначалися певні  ґрунтові характеристики, після чого ґрунтові та радіолокаційні параметри підлягали математико-статистичній обробці, з метою встановлення відповідних залежностей); 2) експеримент з проведення сумісної зйомки у оптичному та мікрохвильовому діапазонах (в точках,  де проводилася радіолокаційна зйомка, визначалися яскравість ґрунту, вміст гумусу, вологість та характеристики структурно-агрегатного складу ґрунту, після чого визначалася здатність радіолокаційної зйомки до врахування стану ґрунтової поверхні при дистанційному визначенні вмісту гумусу в ґрунті); 3) георадарний експеримент (в точках, де проводилася георадарна зйомка, було закладено ґрунтові розрізи, після чого проведено порівняння георадарних даних та даних опису ґрунтових профілів);                        4) систематизація знань про сучасний стан розвитку методів ДЗ в моніторингу ґрунтів (виявлення переваг і обмежень методів ДЗ та характеристика стану розвитку окремих методів ДЗ щодо визначення певних ґрунтових властивостей, з урахуванням результатів власних досліджень). В залежності від змісту кожного з етапів нами визначалися певні ґрунтові, оптичні, радіолокаційні та георадарні параметри.

            З метою одержання величин параметрів, які характеризують окремі фізичні та хімічні властивості досліджених ґрунтів, було використано стандартні методи аналізу, прийняті в ґрунтознавстві. У відібраних зразках нами визначалися наступні показники: гранулометричний склад (за МВВ 31-497058-010-2005), мікроагрегатний склад (за МВВ 31-497058-011-2005), структурно-агрегатний склад та  водостійкість структури (за МВВ 31-497058-012-2005), щільність будови ґрунту (за ДСТУ ISO 11272-2001), питома вага твердої фази ґрунту (за МВВ 31-497058-013-2005), відносна масова вологість ґрунту (за ГОСТ 28268-89), вміст гумусу в ґрунті (за ДСТУ 4289:2004), показник рН_водний  (за ГОСТ 26423-85).

            Розрахункові характеристики, такі як шпаруватість ґрунту, об’ємна вологість ґрунту, показники структурно-агрегатного складу та мікрооструктуреності отримувалися загальноприйнятими методами (Вадюнина, Корчагина, 1973, Воронин, 1986, Хитров, Чечуева, 1994).

Шорсткість ґрунтової поверхні визначалася профілометром, який вимірює висоти нерівностей поверхні з точністю до 5 мм за кроку 10 мм.

            Для виконання радіолокаційної зйомки, яка проводилась сумісно із співробітниками Інституту радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, було використано двохчастотну вимірювальну систему сантиметрового та міліметрового діапазонів з безперервним випромінюванням, монтовану на вантажному автомобілі ГАЗ-66, яка представляє собою дві радіолокаційні станції (РЛС) з антенними пристроями, що встановлені на загальній антенній колонці та дозволяють отримати відбиті сигнали з однієї ділянки поверхні. Довжини хвиль, на яких працюють РЛС – 8 мм та 3,2 см; потужність  випромінювання – 50 мВт; поляризації випромінювання та прийому – горизонтальна і вертикальна. Нами використовувалися радіолокаційні дані, які було отримано при куті випромінювання, що дорівнював 60 градусам.

З метою одержання даних, що характеризують яскравість ґрунтів, зразки підлягали польовій та лабораторній фотозйомці та приведенню до цифрової форми. В такій формі, в геоінформаційній системі TNT lite, було обраховано середньозважену (за площею) яскравість ґрунтового зразка. Для того, щоб дані лабораторної і польової фотозйомки були співставними, їх нормували за середнім значенням.

            Для виконання георадарної зйомки, яка проводилась сумісно із співробітниками Інституту радіофізики та електроніки ім. О.Я. Усикова НАН України, використано георадар „ЗОНД-10” (виробництва НВО „Радар”, м. Рига), який являє собою прилад, що складається з випромінюючої та приймальної антен, які з’єднані лініями зв’язку і синхронізації та блоком обробітку і зберігання інформації (комплект антен георадару та програмне забезпечення для обробки георадарної інформації розроблено відділом радіоінтроскопії Інституту радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України). Робоча частота зйомки 250 МГц.

Отримані на різних етапах дослідження ґрунтові дані, з одного боку, а також оптичні, радіолокаційні та георадарні дані, з іншого боку, підлягали кореляційному, регресійному (в тому числі множинному), дисперсійному та кластерному аналізам.