Інструменти прогнозування ерозії ярів можуть призвести до покращення управління земельними ресурсами
Ерозія ґрунту є серйозною проблемою для сільськогосподарського виробництва, впливаючи на якість ґрунту та викликаючи попадання забруднюючих речовин у водні шляхи. Серед усіх стадій ерозії ґрунту ярова ерозія є найбільш тяжкою фазою, коли через поле прорізаються великі канали. Як тільки яри розвиваються, з ними важко впоратися за допомогою плитки; вони вимагають комплексного підходу вздовж ураженої області.
Дослідники з Університету Іллінойсу розробили систему моделювання, яка використовує дані дистанційного зондування навколишнього середовища для більш точного прогнозування схильності до ярозової ерозії. Ця прогностична модель дозволяє землевласникам та природоохоронним агентствам спрямовувати управлінські ресурси до найбільш уразливих районів.
«Процеси ерозії складно передбачити, тому що на них впливає дуже багато факторів, включаючи діяльність фермерів, клімат, опади, температуру, розвиток рослинності, топографію та багато інших змінних, які постійно змінюються з часом. Ми хотіли врахувати більше їх. Мінливості у просторі та часі у нашій моделі, щоб зменшити невизначеність прогнозу», — каже Хорхе Гусман, доцент кафедри сільськогосподарської та біологічної інженерії (ABE) Університету I та співавтор статті, опублікованої в Журнал гідрології: регіональні дослідження .
Дослідники провели дослідження в окрузі Джефферсон, штат Іллінойс, де 59% земель використовується для сільськогосподарського виробництва, в першу чергу кукурудзи та соєвих бобів. Цей регіон є типовим для просапних культур на Середньому Заході.
"Ми передбачаємо геопросторове місце розташування ярози ярів на основі просторових і тимчасових даних високого дозволу, отриманих від супутникового зондування", - говорить Чонхо Хан, докторант ABE і провідний автор статті.
«Ми використовували модель максимальної ентропії, або MaxEnt, для прогнозування областей з високою ймовірністю ярозової ерозії. Як правило, дослідники зосереджуються на статичних змінних, таких як ґрунт, висота та ухил, але ми додали тимчасові змінні, такі як опади та рослинність, тому що ерозія сильно залежить від зростання врожаю, температури та інтенсивності опадів», — каже Хан.
«Наприклад, в Іллінойсі характерні бімодальні дощі з сильнішими опадами у весняний та осінній сезони. Нам необхідно враховувати тимчасову мінливість цих факторів».
Додавання динамічних змінних допомогло дослідникам створити структуру моделювання, яка точніше відбиває складність чинників, які впливають ерозію.
Щоб підтвердити результати моделювання з фактичним розташуванням ярів, Хан і Гусман проаналізували дані LiDAR із Центру обміну геопросторовими даними штату Іллінойс, нанесені на карту з просторовим роздільною здатністю 2 метри, що забезпечує виявлення поверхневого світла в повітрі для всього штату Іллінойс. Порівнюючи зображення за два різні роки, вони могли точно визначити зміни висоти поверхні, які можуть вказувати на утворення ярів. Потім ці ідентифіковані розташування були відфільтровані та оброблені, щоб виключити пряме втручання людини, таке як видобуток корисних копалин, будівництво та інші види діяльності, а також звузити виведення ярів до точності LiDAR.
Загалом дослідники виявили, що 7,4% сільськогосподарських угідь у районі дослідження мають підвищений ризик розвитку ярозової ерозії.
Серед усіх розглянутих факторів ухил, землекористування, сезонна добова максимальна кількість опадів та органічна речовина показали найбільший внесок у прогнозування ярів. Дослідники також виявили, що просторово-часові зміни рослинного покриву та опадів мають вирішальне значення для прогнозування утворення ярів у сільськогосподарських районах.
Їхній підхід можна застосовувати в сільськогосподарських районах Середнього Заходу США, які мають схожі параметри землекористування та навколишнього середовища.
"Основна ідея полягає в тому, що якщо ми знатимемо, де з більшою ймовірністю розвиватимуться яри, ми зможемо почати впроваджувати методи управління земельними ресурсами", - говорить Гусман. «Багато інструментів та програм доступні для управління ерозією та поживними речовинами. Завдання у тому, як оптимізувати ці зусилля ефективніше. Землевласники, спільноти, політики та природоохоронні агенції можуть використовувати наші інструменти для цільових програм та процесів, що направляють ресурси туди, де вони найбільше потрібні. "
Співавторами дослідження є Чонхо Хан, Хорхе Гусман та Марія Чу.
Також читайте: