Post on 13-Jan-2016
description
Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb na
stokach morenowych
Alfred StachZakład 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 akumulacyjno-próchnicznego (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.
Lokalizacjastoków: 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 północno-wschodniej: podłoże przepuszczalne – użytkowanie rolnicze. Deniwelacja: 11,02 m. Powierzchnia mikrozlewni (elementu stoku): 5540 (5558,9) m2.
Badane mikrozlewnie stokowe - CStok C – mikrozlewnia leśna. Deniwelacja: 11,13 m. Powierzchnia mikrozlewni (elementu stoku): 2440 (2468,2) m2.
Metodyka:
Pobór rdzeniglebowych - siatka
- 1 6 0 1 6 3 2 4 8 6 4
- 9 6
- 8 0
- 6 4
- 4 8
- 3 2
- 1 6
0
1 6
3 2
4 8
A 2A 3A 4A 5
B 1B 2B 3B 4B 5
C 1C 2C 3C 4C 5C 6
D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7
E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 7
F 1F 2F 3F 4F 5F 6F 7F 8
G 1G 2G 3G 4G 5G 6G 7G 8
H 1H 2H 3H 4H 5H 6H 7H 8
I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7
K 1K 2K 3K 4K 5K 6K 7
L 1L 2L 3L 4L 5L 6L 7
M 1M 2M 3M 4M 5M 6M 7
N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7
O 2O 3O 4O 5O 6O 7
P 2P 3P 4P 5P 6P 7
R 3R 4R 5R 6R 7
S 3S 4S 5S 6S 7
- 1 1 0 - 1 0 0 - 9 0 - 8 0 - 7 0 - 6 0 - 5 0 - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0- 1 0
0
1 0
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
A 1 A 2 A 3 A 4
B 0 B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7
C 0 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 C 7 C 8
D 0 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 D 7 D 8 D 9
E 0 E 1 E 2 E 3 E 4 E 5 E 6 E 7 E 8 E 9 E 1 0
F 0 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8 F 9
G 0 G 1 G 2 G 3 G 4 G 5 G 6 G 7 G 8 G 9
H 0 H 1 H 2 H 3 H 4 H 5 H 6 H 7 H 8 H 9
I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 I 6 I 7 I 8 I 9
K 2 K 3 K 4 K 5 K 6 K 7 K 8 K 9
H 0
H 2
H 3
H 4
H 5
H 6
H 7
H 8
G 8
G 7
G 6
G 5
G 3
G 2
F 3
F 4
F 5
F 6
F 7
F 8
E 8
E 7
E 6
E 5
E 4
E 3
E 2
D 3
D 5
D 6
D 7
C 7
C 6
C 7
C 4
C 3
B 2
B 3
B 4
B 5
B 6
B 7
A 6
A 5
A 4
A 3
A 2
A 0
L 1L 2
L 3L 4
L 5
K 1K 2
K 3K 4
K 5
I 2
I 3I 4
I 5
F 2
D 2I 1
C 2
D 4
G 4
0 1 0 2 0 3 0 4 0
Metodyka:
Pobór i opis rdzeniglebowych
Metodyka:
Problem identyfikacji poziomów genetycznych gleb w rdzeniach wiertniczych
Możliwe sekwencje budowy glebyw 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 glebna badanych stokach
80 cm
40 cm
0 cmA B C
Stok Po-ziom
Barwa
R-G-B Munsell - kod
A Ap 101-81-57 0.07Y 3.50/3.01
B/C 132-98-63 8.24YR 4.35/4.49
B Ap 92-70-55 6.59YR 3.07/2.62
B/C 147-111-67 9.17YR 4.88/5.11
C A0 91-83-73 1.17Y 3.49/1.17
B/C 138-110-73 0.02Y 4.76/4.11
Zmienność barw poziomów B/Cgleb na badanych stokach
R G B R G B R G B
Składowe barwy w modelu RGB
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
War
tość
skł
ado
wej
bar
wy
Mediana 25%-75% Zakres nieodstających Odstające Ekstremalne
Stok A Stok CStok B
Powierzchnia semiwariogramu empirycznego i modele semiwariancji
Stok A: składowa R barwy Ap i B/C
Geneza anizo-tropowości barwy Ap na stoku A?
Morfo-metria?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
-0.014
-0.012
-0.01
-0.008
-0.006
-0.004
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
-0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
A B C
E
-0 .02
-0.018
-0.016
-0.014
-0.012
-0.01
-0.008
-0.006
-0.004
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.018D
0m 30m 60m 90m
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5
7
7.5
8
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
5.5
6
6.5A B C
+ 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?
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
-0.010
-0.005
0.000
0.005
0.010
-0.20
-0.16
-0.12
-0.08
-0.04
0.00
0.04
0.08
0.12
0.16
-0.02
-0.016
-0.012
-0.008
-0.004
0
0.004
0.008
0.012
0
60
120
180
240
300
360
A B C
D E
0m 30m 60m 90m
0.2
0.6
1
1.4
1.8
2.2
2.6
3
3.4
3.8
4.2
4.6
0.2
0.6
1
1.4
1.8
2.2
2.6
3
3.4
3.8
4.2
4.6
5
0
300
600
900
1200
1500
1800
2100
100
400
700
1000
1300
1600
B C
E F
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
-16 0 16 32 48 64
-96
-80
-64
-48
-32
-16
0
16
32
48
-16 0 16 32 48 64 -16 0 16 32 48 64
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
96 104 112 120 128 136
80 88 96 104 112 120
50 60 70 80 90 100
Składowa R Składowa G Składowa B
Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb - poziom Ap na stoku A
0 20 40 60 80
Odleg łość [m ]
0
0.1
0.2
0.3
Se
miw
ari
an
cja
klasa 1
klasa 2
klasa 3
0
0.1
0.2
0.3
klasa 2
klasa 4
0 20 40 60 80
Odleg łość [m ]
0
0.1
0.2
0.3
klasa 4
klasa 5
3 k la sy 4 k la sy
5 k la s
K o d b arwy
Od
leg
łość
wią
z.
0
50
100
150
200
250
300
350
28 25 24 22 27 26 21 23 20 19 18 17 15 14 16 13 12 11 9 10 8 7 5 6 4 2 3 1
Modelowanie zmienności przestrzennej barwy gleb - poziom Ap na stoku A
-16 0 16 32 48 64
-96
-80
-64
-48
-32
-16
0
16
32
48
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-16 0 16 32 48 64
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
-16 0 16 32 48 64
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
3 klasy 4 klasy 5 klas
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).