СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ ПОЧВЫ ОТ ВОДНОЙ ЭРОЗИИ Российский патент 2012 года по МПК G01F17/00 G01N33/24 

Изобретение относится к области охраны почв и может быть использовано для определения потерь почвы при полевом обследовании земель, подверженных эрозии, в научных исследованиях и проектных разработках. Известно, что почва является основным компонентом природных систем, главным средством в сельском и лесном хозяйстве, необходимым условием существования и развития жизни на Земле. При стоке ливневых и талых вод потери почвы на обширной площади за несколько минут или часов могут достигать 500-1500 т/га (слой почвы мощностью 5-15 см). При данных потерях для восстановления смытого слоя почвы естественным путем требуются сотни и тысячи лет. Учет фактических потерь почвы от водной эрозии позволяет определить ущерб от смыва и устойчивость поверхностного слоя к размыванию, способствует разработке эффективных методов предотвращения смыва почвы.

Известен способ определения потерь почвы методом стоковых площадок (Г.П.Сурмач, Водная эрозия и борьба с ней. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976. - С.33-36). Применяют площадки малого, среднего и большого размеров. Однако площадки малого размера искажают картину стока осадков, а на больших участках очень трудно учитывать смыв почвы из-за больших объемов твердого стока. В целом, измерение потерь почвы с помощью стоковых площадок является весьма трудоемким и дорогостоящим.

Известен способ определения потерь почвы от эрозии на основе полевого измерения и расчета объема промоин (струйчатых размывов) вдоль учетных линий в различных частях склона (С.С.Соболев. Защита почв от эрозии и повышение их плодородия. - М.: Сельхозиздат, 1961. - С.17-24). Недостатком данного способа является уменьшение точности в сравнении с методом стоковых площадок. Для повышения точности требуется увеличение учетных линий, что увеличивает трудоемкость работ. Площадь сечения промоины определяют умножением ширины на максимальную глубину, что предопределяет наличие профиля промоины в виде прямоугольника, хотя обычно промоины имеют разнообразную форму. Поэтому указанный способ не позволяет определить потери почвы с достаточной точностью.

Известен фотограмметрический метод определения потерь почвы от смыва (R.Welch, T.R.Jordan, S.A.Thomas. A photogrammetric technique for measuring soil erosion // J. Soil Water Conserv. 1984. V.39. N 3. P.191-194). Для измерения применяют фотокамеры с фокусным расстоянием 35 или 70 мм. Фоторегистрация участка в два срока до и после ливня позволяет подсчитать потери почвы. Перед фотографированием на участке размещают 50-100 белых маркеров. Получение стереофотографий участка до и после ливня завершается расшифровкой стереопары, на что требуется около 2 часов. Недостатком данного способа является высокая стоимость и сложность оборудования для извлечения из стереофотографии необходимой информации. Кроме того, необходимо отдельное фотографирование участка до смыва почвы, что делает его непригодным для полевого обследования земель, подверженных эрозии, на обширной территории.

Известен простой и доступный метод определения потерь почвы от эрозии с помощью штырей на основе измерения уровня поверхности от контрольной метки (Е.И.Рябов. Методы определения фактических потерь почвы от ветровой и водной эрозии в полевых условиях. Ставрополь: Кн. изд., 1996. - С.7-9, 10). Установка штырей на пахотных землях требует постоянного внимания к их расположению в связи с необходимостью проведения полевых работ и последующим изменением уровня поверхности. Предварительная установка штырей в полевых условиях при отсутствии проявления эрозии почв может быть бесполезной.

Известен способ агромониторинга земель сельскохозяйственного назначения (патент RU №2217806 C1, 2002), включающий цветную и/или спектрозональную аэрофотосъемку обследуемых и эталонных полей, дешифрирование вида и состояния сельскохозяйственных растений на них сравнением их фотограмметрических свойств. Указанный способ оценивает состояние посевных площадей, но не определяет эрозионное состояние земель.

Наиболее близким к заявленному способу по максимальному количеству сходных признаков является фотопрофилирование поверхности эродированной почвы с помощью реечного профилографа в виде деревянного или пластикового бруска длиной 1,5 м с параллельными отверстиями через 2 см (И.Е.Егоров. Полевые методы изучения почвенной эрозии. Биология, науки о Земле: Вестник Удмурдского университета, 2009 г., вып.1. - С.163) - прототип. В отверстия вставляют спицы одинаковой длины, высотное положение которых повторяет микрорельеф поверхности створа между крайними реперами, на которые опирается профилограф. Это положение фотографируют, затем на фотографии по поверхности спиц вычерчивают линию профиля. В камеральных условиях по фотографии определяют площадь поперечного сечения и вычисляют объем смытой почвы. Данный способ позволяет методом фотофиксации выделить площадь профиля смытой почвы, а затем на основе фотографии определить объем потерь.

Недостатком прототипа является необходимость применения бруска и установки около 75 спиц через каждые 2 см, что усложняет технологию, увеличивает время измерения и трудоемкость. Кроме того, брусок до 1,5 метра с опорой на два постоянных репера ограничивает возможность измерения водороин шириной более 1,5 м, которые обычно бывают при большом стоке вод. Увеличение размера бруска приведет к увеличению трудоемкости и затрат.

В основу изобретения положена задача создания способа оперативного определения потерь почвы после ливневых дождей или активного снеготаяния с исключением вышеизложенных недостатков, в котором обеспечивается быстрая фотофиксация профиля смытой почвы с увеличением скорости измерения потерь, со снижением стоимости работ и повышением точности по сравнению с прототипом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения потерь почв от эрозии, заключающемся в фотофиксации смыва почвы с помощью профилографа и измерении площади профиля смытой части на фотографии, включают новые операции, отличающиеся тем, что фотофиксацию смытой части осуществляют с помощью шнура (ленты) и/или масштабной линейки, а полученное отображение затем вводят на экран компьютера, где по линии шнура (ленты) или визуально между двумя откосами изображают верхнюю ровную линию профиля, а по очертаниям поверхности несмытой почвы изображают нижнюю линию профиля смытой части, затем с помощью компьютерной программы на основе масштабной линейки вычисляют площадь профиля и объем смытой почвы.

В связи с исключением фотопрофилирования поверхности эродированной почвы с помощью реечного профилографа в известном способе и благодаря включению шнура (ленты) длиной соответственно длине водороины и возможности четкой фотофиксации и/или масштабной линейки осуществляют оперативную и малозатратную фотофиксицию профиля смытой части в полевых условиях, что особенно важно при обследовании земель на обширной площади.

Кроме того, в связи с исключением изготовления фотографии и обработки ее в камеральных условиях в известном способе предложенный способ, благодаря перенесению изображения на экран компьютера и обработке его с помощью компьютерной программы, позволяет оперативно и более точно оконтурить профиль смытой части и вычислить объем потерь почвы.

Описываемый способ поясняется нижеследующими схемами, на которых представлены варианты фотофиксации смыва почвы и его выделения на экране компьютера.

На фиг.1 показано изображение смыва почвы фотофиксацией с использованием шнура (ленты) и масштабной линейки.

На фиг.2 показано последующее выделение профиля смытой почвы на экране компьютера.

На фиг.3 показано изображение смыва почвы фотофиксацией с использованием масштабной линейки.

На фиг.4 показано последующее выделение профиля смытой почвы на экране компьютера.

Способ определения потерь почвы от водной эрозии, в котором путем фотосъемки и введения отображения на экран компьютера выделяют профиль смытой части, осуществляют следующим образом. После ливневого дождя или активного снеготаяния выделяют участок размытой почвы с наличием промоин (эрозионных углублений), затем визуально определяют типичное место для фотофиксации смытой части (фиг.1, фиг.3). Между верхними точками противоположных откосов промоины натягивают шнур или ленту (1) с двумя ограничителями в виде колышков, стержней (2) и таким образом устанавливают верхний горизонтальный уровень смытой части почвы. В наиболее углубленной части промоины вертикально устанавливают масштабную линейку (3). Это положение фотографируют с расстояния, необходимого для получения четкого изображения, располагая цифровой фотоаппарат под углом 45° или менее в зависимости от расстояния между точкой съемки и выбранным местом для фотофиксации. Полученное отображение вводят в компьютерную программу, например Adobe Photoshop CS3 Extended, позволяющую выделять необходимые участки на фотоизображении и определять их площадь (фиг.2, фиг.4). С помощью инструмента программы, например «Лассо», в отображении на экране компьютера по границам откоса и выраженным очертаниям поверхности несмытой почвы (4) визуально оконтуривают нижнюю часть профиля смытой почвы.

Таким образом, с помощью горизонтального уровня и очертания поверхности несмытой почвы на экране компьютера получают изображение профиля смытой почвы (5).

Кроме того, при фотофиксации смыва почвы в солнечный день осуществляют очертание поверхности несмытой почвы на экране компьютера по линии тени от шнура (ленты) (6 на фиг.1), что увеличивает точность измерения. При этом следует учитывать, что в разное время суток линия тени может отклоняться от основания масштабной линейки, что может искажать результаты. Поэтому необходимо довести на экране компьютера линию тени до основания линейки, например с помощью инструмента «Перемещение».

Кроме того, при большом объеме полевых работ после водной эрозии для оперативного определения потерь почвы исключают применение шнура (ленты) с ограничителями в виде колышков, стержней (фиг.3). При этом горизонтальный уровень проводят виртуально на экране компьютера между верхними точками противоположных откосов эрозионного углубления (фиг.4). Целесообразно начинать оконтуривание от основания линейки в обе стороны до верхних точек откосов эрозионного углубления.

Для определения площади полученного профиля смытой почвы (5) с помощью инструмента программы, например «Задать масштаб», задают масштаб на основе масштабной линейки, имеющейся на изображении. Целесообразно для последующих вычислений объема смытой почвы масштаб указывать в метрах. С помощью инструмента «Записать измерения» получают площадь выделенного профиля смытой почвы в м². Объем смытой почвы, выраженной в м³, определяют умножением площади профиля смытой части на длину участка размытой почвы. Целесообразно для фотофиксации выделять участок размытой почвы с наличием промоин (эрозионных углублений) длиной 1 метр, тем самым показатель площади профиля смытой почвы будет равен объему смытой почвы. Массу смытой почвы, выраженной в тоннах, определяют умножением объема смытой почвы на показатель плотности почвы выбранного участка.

Для вычисления потерь почвы, выраженных в м³/га или т/га, по специальной методике в зависимости от программы наблюдений, особенностей земельного участка и степени проявления водной эрозии, определяют учетные линии, количество фотофиксаций, площадь эродированного участка.

Способ определения потерь почвы от водной эрозии относится к области охраны почв и может быть использован для определения потерь почвы при полевом обследовании земель, подверженных эрозии, в научных исследованиях и проектных разработках. Технический результат заключается в создании способа оперативного определения потерь почвы после ливневых дождей или активного снеготаяния, в котором обеспечивается быстрая фотофиксация профиля смытой почвы с увеличением скорости измерения потерь, со снижением стоимости работ и повышением точности по сравнению с прототипом. Способ заключается в том, что осуществляют фотосъемку смытой почвы с помощью шнура (ленты) и/или масштабной линейки. Затем полученное отображение вводят на экран компьютера, где по горизонтальному уровню и очертаниям поверхности смытой почвы выделяют профиль смытой части, далее определяют его площадь и вычисляют объем потерь почвы от водной эрозии. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ определения потерь почвы от водной эрозии, включающий фотофиксацию смыва почвы и измерение площади профиля смытой части почвы, отличающийся тем, что фотофиксацию смытой части осуществляют с помощью шнура (ленты) с ограничителями в виде колышков, стержней и масштабной линейки, или с помощью масштабной линейки, а полученное отображение затем вводят на экран компьютера, где получают изображение смытой почвы, на основе которого с помощью компьютерной программы вычисляют объем потерь почвы от водной эрозии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в солнечный день осуществляют очертание поверхности несмытой почвы на экране компьютера по линии тени от шнура (ленты).