Определение содержания органического вещества почвы Минской области Беларуси на основе классификаторов градиентного бустинга спутниковых данных

Abstract

Одним из основных показателей проявления процессов деградации почв сельскохозяйственных земель является потеря содержания органического вещества (ОВ) почвы. Поэтому актуальны методики контроля пространственного и временного распределения ОВ как с экологической, так и с экономической точки зрения. В настоящее время данные дистанционного зондирования, в частности набор спутниковых снимков Sentinel-2, могут быть использованы для определения содержания ОВ в поверхностном гумусово-аккумулятивном горизонте почв пахотных земель. Целью данного исследования является использование данных Sentinel-2 и данных полевого почвенного картирования в Беларуси для анализа пространственной точности оценки содержания ОВ и результатов автоматизированного дешифрирования спутниковых снимков на примере Минской области Беларуси. Использован ряд аналитических методов, включая выбор репрезентативных спектральных каналов в качестве входных данных модели, с применением корреляционного анализа Спирмена и классификаторов градиентного бустинга для моделирования в геоинформационных системах. Предлагаемый подход оценивается с позиции достижения высокоточной и быстрой инверсии и пространственного анализа содержания ОВ в генетических типах почв. Точность инверсионной модели оценивалась с использованием независимой базы данных валидации. Результаты пространственного анализа показали, что в модели, основанной на снимках Sentinel-2 в диапазонах B6, B7, B8, B8A и B12, наиболее эффективно применяются производные второго порядка. Модель инверсии отразила самую высокую точность (минимум 93,8 % при среднем 96,2 %), ошибка RMSE составила 0,31, коэффициент Каппа — 0,985. Самое низкое содержание ОВ в пахотных почвах характерно для Березинского района, а самое высокое — для Любанского и Солигорского районов, отличающихся значительной долей гидротехнически мелиорированных сельскохозяйственных земель.