Determination of eroded chernzem soils of the right-bank steppe of Ukraine using the “soil line”

Abstract

У цій статті оцінюється інформаційний зміст параметрів «ґрунтових ліній», побудованих за даними з дистанційних мультиспектральних зображень. Така процедура необхідна для дистанційної ідентифікації ґрунтового покриву Правобережної степу України та нанесення його на карту для практичного використання. Ми використовували зображення, зроблені в червоній (RED) та інфрачервоній (NIR) частинах спектра сканером OLI, який знаходиться на супутнику США Landsat-8. Для роботи з даними мультиспектральних зображень використовувалася географічна інформаційна система QGIS. Також були використані методи аналізу графічних та статистичних даних. Під час обробки отриманої супутникової інформації для поверхонь агроландшафтів без рослинності були сформовані зразки яскравості в червоній (RED) та інфрачервоній (NIR) частинах спектра для конкретних дослідницьких ділянок з не еродованими та еродованими звичайними та південними чорноземами. На основі цих даних були побудовані «ґрунтові лінії» та проведено статистичний аналіз значень та параметрів рівняння NIR = f (RED). Ґрунтові лінії, побудовані в гіперспектральному просторі, можна використовувати для ідентифікації та картографування різних підтипів чорноземів та їх еродованих відмін для умов Правобережної степу України. Параметри лінії ґрунту (β1, β0), а також величина коефіцієнта детермінації (r2) є статистично значущими щодо специфічних характеристик хімічного складу цих ґрунтів, зокрема із вмістом гумусу, карбонати та (для чорнозему південного) проявів солонцюватості. Унікальність спектральних характеристик різних підтипів чорнозему доведена статистичним аналізом значень яскравості в червоній та інфрачервоній частинах спектра.

Soil lines have been created using data from multi-spectral imagery to identify and map the soil cover of the Right-Bank Steppe of Ukraine. Images taken by the Operational Land Imager mounted on Landsat-8 were analysed using the QGIS geographical information system along with graphical and statistical analysis. Brightness in the red (RED) and near-infrared (NIR) parts of the spectrum was measured for bare soil landscapes and compared with field data from research sites on non-eroded and eroded Ordinary and Southern chernozem. On the basis of these data, soil lines were constructed. Statistical analysis of the samples and parameters of the equation NIR = f (RED) shows the uniqueness of the spectral characteristics of various sub-types of chernozem; the parameters of the soil line (β1, β0) and the magnitude of the coefficient of determination (r2) are statistically significant for specific soil characteristics, in particular the content of humus, carbonates, and (for Southern chernozem) sodicity. Soil lines built in hyperspectral space can be used to identify and map various sub-types of chernozem and their eroded variants.