Transcript Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb na stokach

Modelowanie zmienności
przestrzennej barwy gleb na
stokach morenowych
Alfred Stach
Zakład Geoekologii IBCiG UAM
Tytułem wprowadzenia



Opracowanie mieści się problemie rozprawy
habilitacyjnej: „Morfodynamika stoków na
morenowym obszarze młodoglacjalnym”.
Główne założenia pracy były już referowane
na zebraniu naukowym IBCiG.
Podstawowy cel: opracowanie modelu
struktury przestrzennej systemu
denudacyjnego stoków na podstawie
analizy pokryw glebowych
Tytułem wprowadzenia cd.

Barwa gleby to syntetyczny wskaźnik
charakteru i natężenia procesu
glebotwórczego:







akumulacji i rozkładu substancji organicznej,
wilgotności i natlenienia,
procesów wietrzeniowych i wytrącania soli,
typu i ilości pierwotnych i wtórnych minerałów glebowych,
aktywności fauny glebowej,
itp.
Jest to parametr, który można szybko mierzyć,
a znormalizowana procedura daje stosunkowo
wysoką dokładność i powtarzalność oznaczeń
Tytułem wprowadzenia cd.


Na powierzchniach stokowych barwa gleby
może być jakościowym wskaźnikiem jej bilansu
wodnego oraz funkcjonowania procesów
denudacyjnych – zmienności przestrzennej
procesów erozji i ługowania gleb.
Może być zatem barwa gleb używana jak
kryterium (jedno z wielu) delimitacji stref
morfodynamicznych – fragmentów kateny
stokowej różniących się pod względem
charakteru i/lub natężenia dominujących
procesów denudacyjnych i akumulacyjnych.
Tytułem wprowadzenia cd.



Do tej pory prezentowano wyniki badań z
dwóch stoków użytkowanych rolniczo,
dotyczące wyłącznie poziomu akumulacyjnopróchnicznego (Ap) gleby.
W niniejszym opracowaniu przedstawione
zostaną dane z trzech stoków (w tym stoku
leśnego), dotyczące barwy całego profilu gleby.
Zastosowano skorygowany algorytm konwersji
barw.
Lokalizacja
stoków:
morfogeneza
Podział strefy marginalnej
fazy pomorskiej w obrębie
lobu Parsęty
(Karczewski 1989, fragment uproszczony)
Lokalizacja stoków:
morfometria
Lokalizacja stoków: morfometria
(stok A i B)
Lokalizacja stoków: morfometria
(stok C)
Badane mikrozlewnie stokowe - A
Stok A o ekspozycji południowej:
podłoże nieprzepuszczalne –
użytkowanie rolnicze. Deniwelacja:
9,95 m. Powierzchnia mikrozlewni
(elementu stoku): 6068 (6090,42)
m2
Badane mikrozlewnie stokowe - B
Stok B o ekspozycji północnowschodniej: podłoże
przepuszczalne – użytkowanie
rolnicze. Deniwelacja: 11,02
m. Powierzchnia mikrozlewni
(elementu stoku): 5540
(5558,9) m2.
Badane mikrozlewnie stokowe - C
Stok C – mikrozlewnia leśna.
Deniwelacja: 11,13 m.
Powierzchnia mikrozlewni
(elementu stoku): 2440
(2468,2) m2.
100
Metodyka:
90
Pobór rdzeni
glebowych - siatka
B0
80
70
60
50
40
30
48
32
A5
A4
A3
B5
B4
B3
A2
20
B2
A2
A3
A4
B1
B2
B3
B4
B5
B6
B7
C0
C1
C2
C3
C4
C5
C6
C7
C8
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D9
E0
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
F0
F1
F2
F3
F4
F5
F6
F7
F8
F9
G0
G1
G2
G3
G4
G5
G6
G7
G8
G9
H0
H1
H2
H3
H4
H5
H6
H7
H8
H9
I3
I4
I5
I6
I7
I9
I2
I8
I1
K3
K4
K5
K6
K7
K8
K9
K2
B1
C6
C5
C4
C3
C2
C1
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
E7
E6
E5
E4
E3
E2
E1
F8
F7
F6
F5
F4
F3
F2
F1
G8
G7
G6
G5
G4
G3
G2
G1
H8
H7
H6
H5
H4
H3
H2
H1
I7
I6
I5
I4
I3
I2
I1
16
A1
10
E10
0
-10
0
-16
-110
K7
L7
K6
L6
K5
L5
K4
L4
K3
K2
L2
F8
F7
K1
L1
M7
M6
M5
M4
M3
M2
M1
N7
N6
N5
N4
N3
N2
N1
H6
O6
O5
O4
O3
O2
P7
P6
P5
P4
P3
P2
-64
E5
B6
D5
C7
D4
B5
R6
R5
R4
R3
S7
S6
S5
S4
S3
K3
K2
A4
B3
A3
B2
A2
H4
K4
K1
G4
I3 D3
I4
I5
I2
D2
I1
C2
H3
F4
G3
H2
F3
E3
C3
-80
F5
K5
E4
C4
B4
R7
G5
D6
C6
A5
H5
F6
E6
B7
A6
O7
-70
G6
D7
C7
-48
-80
H8
L3
L4
L5
H7
L2
L1
G7
E7
L3
-90
G8
E8
-32
-100
G2
F2
H0
E2
-96
A0
-16
0
16
32
48
64
0
10
20
30
40
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Metodyka:
Pobór i opis rdzeni
glebowych
Metodyka:
Problem identyfikacji poziomów genetycznych
gleb w rdzeniach wiertniczych
Możliwe
sekwencje
budowy gleby
w obrębie
kateny
stokowej
Metodyka:
System MUNSELLA opisu barw




jakościowy opis barwy: hue (rodzaj), value (natężenie), chroma (czystość)
np.: 7.5YR 3/4
wprowadzony w 1913 roku,
standard w gleboznawstwie,
brak możliwości analiz ilościowych
Metodyka:
Konwersja barw do systemu RGB
Średnie ważone barwy gleb
na badanych stokach
A
B
C
0 cm
Stok
A
40 cm
B
C
Poziom
Barwa
R-G-B
Munsell - kod
Ap
101-81-57
0.07Y 3.50/3.01
B/C
132-98-63
8.24YR 4.35/4.49
Ap
92-70-55
6.59YR 3.07/2.62
B/C
147-111-67
9.17YR 4.88/5.11
A0
91-83-73
1.17Y 3.49/1.17
B/C
138-110-73
0.02Y 4.76/4.11
80 cm
Zmienność barw poziomów B/C
gleb na badanych stokach
220
200
Zakres nieodstający ch
Mediana
25%-75%
Ekstremalne
Odstające
Wartość składowej barwy
180
160
140
120
100
80
60
40
Stok A
Stok C
Stok B
20
R
G
B
R
G
B
R
Sk ładow e barw y w m ode lu RGB
G
B
Powierzchnia semiwariogramu
empirycznego i modele semiwariancji
Stok A:
składowa R
barwy Ap i
B/C
0.6
A
B
16
A
0.016
14
0.014
13
0.012
12
0.01
11
0.008
10
0.006
9
0.004
8
0.002
7
6
5
4
3
2
1
8
B
7.5
6.5
6
-0.01
4.5
5.5
-0.012
4
-0.014
3.5
360
3
340
5
4.5
D
4
0.018
0.016
3.5
0.014
3
0.012
2.5
0.01
2
0.008
1.5
0.006
0.004
1
0.002
0.5
0
-0.002
-0.004
-0.006
-0.008
-0.01
-0.012
-0.014
-0.016
-0.018
-0.02
E
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
6
-0.002
-0.004
5.5
-0.006
5
-0.008
7
C
0.018
15
C
6.5 -0.0
6
-0.1
5.5
5 -0.2
4.5 -0.3
4
3.5
3
320
2.5
300
2
280
1.5
260
2.5
2
1.5
240
1
220
0.5
200
1
0.5
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
-0.4
Geneza
anizotropowości
barwy Ap
na stoku A?
0m
30m
60m
90m
Morfometria?
+ układ pól i
kierunek
orki
Powierzchnia semiwariogramu
empirycznego i modele semiwariancji
Stok B: składowa R barwy Ap i B/C
Geneza anizotropowości barwy Ap na
stoku B?
4.6
B
4.2
4.6
3.8
16
A
5
C
B
15
4.2
3.4
14
0.010
C
3
2.6
11
0.005
2.2
9
8
1.4
0.04
2.2
0.000
7
1
6
5
-0.04
0.6
-0.12
0.2
-0.16
2100
1
F
1800
0.012
D
1.4
-0.010
2
E
0.00
-0.08
-0.005
0.2
3
1.8
1
0.6
4
0.08
2.6
10
1.8
0.12
3.4
3
13
12
0.16
3.8
E
0.008
-0.20
1600
360
1300
1500
300
1200
0.004
1000
240
0
900
700
180
-0.004
600
400
-0.008
300
120
0
60
-0.012
100
-0.016
0m
30m
-0.02
60m
90m
0
0m
30m
60m
90m
Powierzchnia semiwariogramu
empirycznego i modele semiwariancji
Stok C: składowa R barwy Ap i B/C
Modelowanie zmienności przestrzennej
barwy gleb - poziom Ap na stoku A
60
Składowa G
Składowa R
48
Składowa B
40
32
20
16
0
0
-16
-20
-32
-40
-48
-60
-64
-80
-80
-96
-100
-16
96
0
104
16
112
32
120
48
128
64 -16
0
16
32
48
136
80
64
50
88
96
104
112
120
-16
0
60
16
70
32
80
48
90
64
100
Semiwariancja
Modelowanie zmienności przestrzennej
barwy gleb - poziom Ap na stoku A
0.3
0.3
0.2
0.2
klasa 1
klasa 2
klasa 3
0.1
0.1
3 klasy
klasa 2
klasa 4
4 klasy
0
0
0
20
40
60
80
0.3
Odległość [m]
5 klas
350
0.2
300
Odległość wiąz.
250
200
0.1
klasa 4
klasa 5
150
100
50
0
0
28 25 24 22 27 26 21 23 20 19 18 17 15 14 16 13 12 11
Kod barwy
9
10
8
7
5
6
4
2
3
1
0
20
40
Odległość [m]
60
80
Modelowanie zmienności przestrzennej
barwy gleb - poziom Ap na stoku A
60
3 klasy
48
5 klas
4 klasy
40
32
20
16
0
0
-16
-20
-32
-40
-48
-60
-64
-80
-80
-96
-100
-16
0
16
32
48
64
-16
0
16
32
48
64 -16
0
16
32
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
48
64
Wnioski:

Historia użytkowania/pokrycia terenu jest
najważniejszym czynnikiem decydującym od
odmienności pokrywy glebowej stoków. Gleby
na odmiennych litologicznie i morfometrycznie
stokach użytkowanych rolniczo są pod
względem swej morfologii względnie podobne, i
wyraźnie odróżniają się od pokrywy glebowej
stoku leśnego. Wyraźnie zaznacza się
mozaikowatość gleb na stokach uprawnych w
stosunku do względnej jednorodności pokrywy
glebowej stoku leśnego.
Wnioski:

Gleby uprawne i leśne różnią się również
wyraźnie pod względem prawidłowości
zmienności przestrzennej:


Poziom próchniczno-akumulacyjny na stokach
uprawnych wykazuje anizotropowość struktury
przestrzennej związaną zarówno z rzeźbą, jak
kierunkiem orki.
Poziomy B/C na stokach uprawnych albo nie
wykazują anizotropowości struktury przestrzennej,
albo jest ona odmienna niż w poziomie Ap.
Wnioski:


W glebach leśnych kierunkowość struktury
przestrzennej barwy gleb jest bardzo słabo
zarysowana. Nie zaznacza się również, pod tym
względem, żadna istotna różnica między poziomem
próchnicznym, a poziomami głębiej zalegającymi.
Zasięg podobieństwa barwy gleb na stoku
leśnym jest niewielki (~6 m). Można
przypuszczać, że jest efektem bardziej struktury
drzewostanu, niż jakiegokolwiek innego
czynnika glebotwórczego.
Wnioski:

Zasięg podobieństwa barwy gleb na
stokach uprawnych jest znacznie większy
niż na stoku leśnym i dotyczy to zarówno
poziomów Ap, jak i B/C. Nawiązuje on do
skali elementów morfologicznych stoku
(po uwzględnieniu wpływu orki).