Новая редакция оценки свойств почв мира SoilGrids

Международное сообщество почвоведов уже не первый год работает над созданием и наполнением  глобальной информационной системы SoilGrids о почвах мира, которая используется для цифрового картирования почв на основе глобальной компиляции данных профиля почвы и слоев карт с данными по окружающей среде.

4 декабря 2019 г. в международном центре ISRIC — World Soil Information были обновлены карты свойств почв для всего мира в масштаба 250 м (SoilGrids250m). Была переработана предыдущая версия 2017 года. Первые слои (пространственные прогнозы) доступны для предварительного просмотра, а полная версия с поддержкой веб-просмотра будет выпущена в марте 2020 года на сайте SoilGrids.org.

База данных свойств почв мира SoilGrids

SoilGrids — это информационная система для глобального цифрового картирования почвы, в которой используются современные методы машинного обучения для создания карт пространственного распределения свойств почвы по всему земному шару.

Модель прогнозирования свойств почв SoilGrids состоит из следующих элементов:

  • база данных WoSIS (содержит информацию о свойствах почв по профилю);
  • экологические ковариаты (независимые переменные).

Чтобы создать цифровую карту карту почв мира используется более 230 000 наблюдений профиля почвы из базы данных WoSIS. В качестве ковариатов используются более чем 400 слоев окружающей среды, включая климат, почвенный покров и морфологию местности.

Работают следующие сервисы информационной системы SoilGrids:

WMS: быстрый доступ для визуализации и обзора данных.
WCS: лучший способ получить сегменты карты для определенных регионов мира и использовать SoilGrids в качестве входных данных для других конвейеров моделирования.
WebDAV: загрузка полных глобальных карт в формате VRT.

Глобальные усилия по созданию базы данных WoSIS и информационной системы SoilGrids дополняют деятельность Глобального почвенного партнерства, направленную на развитие системы информации о почве для всего мира (GloSIS).

Глобальные карты свойств почв

Информационная система SoilGrids позволяет создавать глобальные карты свойств почв с шестью стандартными интервалами глубины по почвенному профилю с пространственным разрешением 250 метров. Точность подобного моделирования определяется нижним и верхним пределами 90% -ного интервала прогнозирования. Любой человек может копировать и распространять эти данные, а также может адаптировать и создавать производные материалы с указанием авторства (лицензия CC-BY 4.0.).

Доступны карты следующих свойств почвы:

  • pH,
  • содержание органического углерода в почве,
  • плотность,
  • содержание крупных фрагментов, содержание песка, ила, содержание глины,
  • емкость катионного обмена,
  • общий азот,
  • запас органического углерода.

Для получения дополнительной информации посетите FAQ по SoilGrids.

Обновление SoilGrids в 2020 году

Со времени предыдущего выпуска (2017 г.) SoilGrids значительно эволюционировала как в методологиях, используемых в вычислительной инфраструктуре, так и во входных данных. Можно выделить следующие улучшения:

  • Более широкий выбор наблюдений за почвой: более профильные наблюдения, повышение оценки качества и улучшение и последовательная стандартизация для разных наборов точечных данных.
  • Количественная оценка неопределенности прогнозирования на уровне пикселей с интервалом прогнозирования 90% с использованием Quantile Random Forest.
  • Усовершенствованная процедура калибровки модели и перекрестной проверки для лучшего учета неравномерного пространственного распределения точек данных по всему миру.
  • Улучшен выбор ковариат и настройка параметров модели.
  • Фракции текстуры моделируются и отображаются не независимо друг от друга, а в виде композиционных данных с суммой фракций, ограниченных до 100%.

После внедрения улучшений, в 2020 году стали доступны:

  • прямая связь с оцененными и стандартизированными данными о профиле (точках) почвы;
  • улучшенный выбор ковариатных слоев с использованием рекурсивного устранения признаков;
  • количественная оценка неопределенностей в прогнозах почвы, с использованием интервалов прогнозирования, путем внедрения Quantile Regression Forests;
  • принятия улучшенной и более реалистичной процедуры перекрестной проверки;
  • использования проекции Гуда (гомолосинусоидальная проекция Гуда) — единственной проекции, которая минимизирует угловые и дистанционные искажения одновременно.

Доступные профили почвы (240 тысяч) были пространственно стратифицированы для надежной процедуры перекрестной проверки. На основании распределения наблюдений по стратам для глобального прогноза были выбраны следующие основные свойства: концентрация органического углерода, общее содержание азота, pH воды, емкость катионного обмена (измерено при pH 7), текстура почвы (доля песка, ила и глины ) и объем грубых фрагментов.

Прогнозы делаются на шесть интервалов глубины, как указано в проекте GlobalSoilMap (0–5 см, 5–15 см, 15–30 см, 30–60 см, 60–100 см и 100–200 см). Большой ряд экологических ковариат был скомпилирован и отредактирован для выпуска 2019 года; из этого был выбран набор значимых ковариат для прогнозирования каждого свойства почвы. Это рассматривается как существенное усовершенствование массового подхода, применявшегося в более ранних версиях SoilGrids. Еще одним важным нововведением стало использование алгоритма Quantiles Regression Forest (Python), который позволяет количественно определять неопределенность в прогнозах.

Первым применением нового продукта SoilGrids было вычисление и составление карты запасов углерода в почве для всего мира. В начале 2020 года ISRIC выпустит веб-инструмент с расширенными возможностями визуализации, запросов и загрузки, охватывающий как точечные данные, полученные из WoSIS, так и соответствующие слои SoilGrids250m для повышения удобства работы пользователей.

Карта: глобальное распределение запасов органического углерода в почве (0-30 см, прогноз гомолосинусоидальная проекция Гуда; предварительный выпуск 2019 г.)

К слоям в предварительном просмотре лучше всего обращаться в ГИС (ArcGIS или QGIS) через веб-картографический сервис (WMS); инструкции по подключению к слоям и WMS-ссылки на слои можно найти по адресу https://maps.isric.org/

Сообщество почвоведов продолжает решать некоторые из выявленных проблем, вы можете помочь улучшить SoilGrids, предоставив свой опыт для географических областей, в которых вы находитесь и с которыми больше всего знакомы с экспертной точки зрения. Для этого вам предлагается ответить на несколько вопросов в следующей форме Google, чтобы помочь качественно оценить общие закономерности различных слоев почв в регионах мира. Вы также можете помочь нам, поделившись данными о почвенном профиле и опыте в вашей стране.

Больше подробностей по этой теме можно найти на сайте: https://www.isric.org/

Author: Agroprognoz