Учёные МКУ разработали цифровые карты свойств почв Башкирии

Исследователи использовали методы машинного обучения, чтобы получить непрерывные трехмерные модели характеристик почв на глубине до одного метра.

Подобную работу с использованием регионального массива данных, по словам авторов проекта, ранее не проводили не только в Башкортостане, но и на территории России. В отличие от традиционных двухмерных карт, которые показывают свойства поверхности или отдельных почвенных горизонтов, новая технология позволяет оценивать характеристики почвы на разных глубинах и видеть их пространственное распределение в объеме.

Речь идет прежде всего о содержании органического углерода и кислотности почв. Эти параметры важны для оценки плодородия земель, экологического состояния территорий и климатических процессов.

Значение такой работы для региона связано не только с развитием науки, но и с ее практическим применением. 

По словам авторов научного проекта, из почвы получают до 90% всех продуктов питания. По этой причине важно проводить мониторинг и оценивать состояние почвы. Традиционная почвенная картография во многом опиралась на полевые обследования и ручную обработку данных. Специалисты изучали отдельные почвенные разрезы, учитывали климат, рельеф, растительность, геологию и другие факторы, после чего переносили полученную информацию на большие территории.

Современная цифровая почвенная картография строится иначе. Компьютерные модели позволяют находить статистические связи между свойствами почв и факторами их формирования, а затем прогнозировать характеристики на территориях, где непосредственные измерения отсутствуют.

Работу учёные Межвузовского кампуса начали ещё в 2020 году. За это время они собрали и систематизировали данные предыдущих исследований, а затем подготовили их для машинного обучения. В итоге в работу вошли 29,4 тыс. измерений содержания органического углерода и более 22,3 тыс. измерений кислотности почв.

Дополнительно исследователи использовали 82 цифровые карты республики, включавшие сведения о климате, рельефе, геологии, гидрологии, почвах и спутниковые данные. Полученные 3D-модели прошли многоступенчатую проверку, в том числе по точности прогнозов, их неопределенности и области применимости.

Авторы рассчитывают использовать результаты исследования в сельском хозяйстве, экологическом мониторинге и климатических исследованиях. Новые карты должны повысить точность оценки запасов почвенного углерода и кислотности в масштабах всей республики.

Исследование продолжается. Сейчас в горных районах Урала проводятся дополнительные полевые работы, чтобы расширить массив данных. В дальнейшем команда планирует применять и более современные методы цифрового моделирования.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России по теме оценки эмиссии и поглощения парниковых газов экосистемами Евразийского карбонового полигона и поиска технологических решений для декарбонизации Башкортостана.