Wpływ próchniczności gleb na zróżnicowanie tonu zdjęcia lotniczego gleby

R O C Z N IK I G L E B O Z N A W C Z E T . X X V III, N R 1, W A R S Z A W A 1977

ST A N IS Ł A W B IA ŁO U SZ , K AZIM IER Z KO ZIEJ, H E L E N A PR ZEW O R SK A

W PŁY W PR ÓCH NICZN OSCI GLEB NA ZRÓŻNICOW ANIE TONU ZD JĘ C IA LOTNICZEGO

L aboratorium G leb o zn a w stw a In sty tu tu G eod ezji G ospodarczej P o litech n ik i W arszaw sk iej

W STĘP

W celu poznania praw idłow ości rządzących rozm ieszczeniem gleb o różnej zaw artości próchnicy, jak też w celach prak ty czn y ch pom ocne jest karto g raficzn e ujęcie w yników badań. W ykonyw ane są nieraz m apy procentow ej zaw artości próchnicy w w arstw ie ornej, m iąższości poziom u próchnicznego czy też ogólnej zaw artości próchnicy w tonach na h ek tar. Oczywiście m ow a tu o k a rto g rafii w ielkoskalow ej; są to najczęściej m apy nakładow e, uzu pełniające do m ap glebow ych.

G ranice k o n tu ró w ch a ra k te ry z u ją c y ch piróchniczność gleb o p arte są z reg u ły na k o n tu ra c h jednostek glebow ych. Na ogół w k o n tu rz e tej sa­ m ej jedn o stk i glebow ej zachow ana jest podobna próchniczność, ale nie zawsze. P o w oduje to p ew n e niedokładności w m apach próchniczności gleb.

J e d n ą z m etod pozw alających n a dokładniejsze opracow anie m ap za­ sobności gleb w próchnicę m oże być fo to in te rp re tac ja. W edług ogólnej zasady w m iarę w zrostu próchnicy gleba jest coraz ciem niejsza, będzie też m iała coraz ciem niejszy obraz n a zdjęciu lotniczym .

P o w sta je więc pytanie, jak ie m in im aln e zm iany w ilości próchnicy spow odują już zm ianę zaczernienia n eg a ty w u zdjęcia lotniczego i zm ia­ nę to n u na odbitce pozytyw ow ej oraz odw rotnie: czy na podstaw ie zróż­ nicow ania to nu zdjęcia m ożna w nioskow ać o próchniczności gleb, a jeże­ li tak, to z jak ą dokładnością.

Z agadnienie to m a jeszcze d rugi aspekt, ogólniejszy. Zróżnicow aniu typologicznem u gleb tow arzyszą zm iany w ilości i składzie jakościow ym próchnicy. T ak więc i właściwości poziom u próchnicznego są czynnikam i, k tó re m ożna brać pod uw agę p rzy u sta la n iu granic k o n tu ró w poszczegól­ n y c h jed n o stek glebow ych w yróżnianych n a m apach gleb.

czym różnice w próchniczności gleb m ożna w ykorzystać do ustalen ia kon­ tu ró w jednostek glebow ych przew idzianych w legendzie m apy, a nie tylko ko ntu rów w edług zaw arto& i próchnicy?

W PŁYW PR Ó CH NICY N A OBR AZ PO W IER ZC H N I GLEBY N A ZDJĘCIU LO TNICZYM

Na obraz pow ierzchni gleby na zdjęciu lotniczym w pływ a szereg czyn­ ników [1, 2]. Je d n y m z w ażniejszych jest ilość i skład jakościow y p ró ch ni­ cy. P rzyp om nijm y , że obraz pow ierzchni gleby zależy od ilości energii z arejestro w an ej n a em ulsji negatyw u, a ta zależy bezpośrednio od ilości energii odbitej od pow ierzchni. W pływ próchnicy na ilość energii o d bitej w yraża się bezpośrednio i pośrednio [4]. Bezpośrednio, poniew aż w m ia rę w zrostu zaw artości próchnicy gleba sta je się ciem niejsza, pochłania co­ raz w ięcej energii, coraz m niej odbija. Gęstość optyczna n e g aty w u bę­ dzie m alała, a obraz na odbitce pozytyw ow ej będzie coraz ciem niejszy. Na p rzy k ład w spółczynnik jasności w ynosi dla piasku kw arcow ego 0,35, dla gleby bielicow ej w ytw orzonej z piasku 0,13, dla czarnoziem u — 0,03 [6]. Pośrednio poniew aż próchnica m a duże znaczenie s tru k tu r ot wórcze, a zdolność odbijania św iatła od pow ierzchni gleby zależy rów nież od s tru k tu ry pow ierzchni. G leby rozpylone i bezstirukturalne (pow ierzchnie gładkie) rozpraszają w ięcej św iatła niż gleby stru k tu ra ln e (pow ierzchnie chropow ate).

G leby o w iększej zaw artości próchnicy m ają więc ciem niejszy obraz na zdjęciach lotniczych zarów no przez sw oją m niejszą jasność, jak i przez chropow atość.

Rozw ażając zagadnienie dokładniej dochodzim y do stw ierdzenia, że w ażna jest nie tylko ogólna zaw artość próchnicy, ale i jej skład jakościo­ wy. Różne fra k c je zw iązków próchnicznych m ają różne zabarw ienie i różne właściwości stru k tu ro tw ó rc ze [3, 5].

K w asy hum inow e w łaściw e w y k azu ją b arw ę bru n atn o szarą, kw asy ulrninow e — b ru n a tn ą , fulw ow e — żółtą lu b czerw onaw ą. Te sam e zw iązki próchniczne m ogą mieć różną b arw ę zależnie od w aru nk ów pow staw ania, stan u skupienia i zaw artości wody. N atom iast na trw ałość gruzełków w y w ierają w pływ kw asy hum inow e, a szczególnie ulrninow e tw orzące się podczas obum ierania korzonków roślin [3, 5].

W glebie tylko niew ielka część zw iązków próchnicznych zn ajd u je się w stanie w olnym , gdyż przew ażnie zw iązane są one z m in eraln ą częścią gleby. P rzy ro zp a try w a n iu w p ły w u sk ła d u jakościowego p róchnicy n a m orfologię poziom u próchnicznego należałoby więc b rać pod uw agę b a r ­ wę połączeń próchniczno-m in eraln y ch i ich w zajem ne proporcje. Nie m a jed n ak obecnie dostatecznych danych, aby u system atyzow ać to zagadnie­ nie. O przem y się więc na p roporcjach w ydzielanych dotychczas pow szech­ nie frakcji: kw asach hum inow ych i fulw ow ych.

W p ły w ilo ści p róch n icy na ton zd jęcia lo tn iczeg o g leb y 119

S tosunek kw asów hum inow ych do fulw ow ych h /f m oże być przy po­ dobnej ogólnej zaw artości próchnicy w skaźnikiem szarości poziom u próchnicznego. Im stosu n ek ten jest w iększy, ty m poziom próchniczny jest ciem niejszy. Przykładow o: w czarnoziem ie zdegradow anym zaw ie­ rają cy m 2,77% próchnicy w yniósł on 1,00, a w czarn ej ziem i p rzy 2,80% próchnicy — 1,51. Pow ierzchnia tej czarnej ziem i była więc znacznie ciem niejsza od pow ierzchni czarnoziem u. P ow ierzchnia gleb płow ych i pseudoglejow ych zaw ierający ch około 2 % próchnicy, p rzy sto su n k u h /f około 0,50 jest jaśniejsza od pow ierzchni czarn ej ziem i o w iele więcej, niż by to w ynikało tylko z różnicy 0,8% w zaw artości próchnicy.

Spodziew ać się należy, że w pływ próchniczności na obraz gleby na zdjęciu lotniczym będzie się zm ieniał w m iarę zw iększania w ilgotności [1J. W arto byłoby stw ierdzić, czy będzie on w iększy, gdy gleba jest w ilgot­ niejsza, czy też gdy gleba jest suchsza. W pływ ilości i składu jakościow e­ go próchnicy n a jasność gleby m ożna ująć ilościowo przez pom iar w spół­ czynnika jasności, krzy w y ch sp ek tro foto m etry cznych i pom iar barw y. S ta ­ now ić to będzie przedm iot oddzielnego opracow ania. Tu ograniczyliśm y ek sp ery m en t do fotografow ania gleb o różnej zaw artości próchnic}7. P rzedm io tem oceny będą zm iany gęstości optycznej neg aty w u zdjęcia i tonu o d b itek pozytyw ow ych.

EK SPER Y M EN T L A B O R A T O R Y JN Y

Fotografow ano w w aru n k ach la b o ra to ry jn y c h 9 próbek glebow ych 0 zaw artości próchnicy od 0 do 5,69% (tab. 1). W celu w yelim inow ania w p ływ u s tru k tu ry glebę ro zta rto i .przesiano pcrzez sito 1 m m. Aby po­ znać, w jak i sposób zw iększająca się w ilgotność m odyfikuje w pływ próchnicy, pró b ki były:

— w ysuszone w 105°C,

— nasycone w odą do w ilgotności około 10%, — nasycone do w ilgotności około 20%.

D la piasku luźnego ze w zględu n a jego m niejszą pojem ność w odną p rzy jęto w ilgotności m niejsze o około połowę. F otografow ano na bło­ nie pan ch ro m atycznej N P 15 i ortoch rom atycznej k o ntrastow ej. A nalizę przeprow adzono na odbitkach pozytyw ow ych (rozróżnianie tonu, rys. 1) 1 bezpośrednio n a negatyw ie (pom iar gęstości optycznej, tab. 1, rys. 2). Pom iar gęstości optycznej w ykonyw ało na fo tom etrze FM -58 dwóch obserw atorów po 5 pow tórzeń każdy, razem 10 pow tórzeń. Ś red n i błąd ary tm ety c zn e j w yniósł około 0,01 D dla błony panchrom atycznej i po­ niżej 0,01 D dla błony o rtochrom atycznej. W yniki pom iarów uzyskane n a błonie panch ro m atyczn ej dla gleb św ieżych (wilgotność około 10%) i dla w ilgotnych (wilgotność około 20%) nie są tu podane ze w zględu na znaczne różnice w ilgotności m iędzy pró bk am i tej sam ej partii.

W yniki pomiarów g ę s t o ś c i o p t y c z n e j negatyw ów - M eapurement r e s u l t s o f th e o p t i c a l d e n s i t y o f n e g a t iv e Nr p r o f i l u P r o f i l e No. Z a w a rto ść p r ó c h n ic y % Humus c o n t e n t %

B ło n a p a n chrom atyczn a P a n c h ro m a tic f il m B ło n a o r to c h r o m a ty c z n a Orthochrom a t i c f il m G ieb a - S o i l w ilg o t n o ś ć g le b y s o i l m o is t u r e g ę s t o ś ć o p ty c z n a n egatyw u o p t i c a l d e n s i t y o f n e g a t iv e w i lg o t n o ś ć g le b y G H20 na 10 0 g g le b y s o i l m o is t u r e G H20 p er 1 0 0 g o f s o i l g ę s t o ś ć o p ty c z n a n egatyw u o p t i c a l d e n s i t y o f ne g a t iv e w ilg o t n o ś ć g le b y G H20 na 100 g g le b y s o i l m o is t u r e G H^O per 100 g o f s o i l g ę s t o ś ć o p ty c z n a negatyw u o p t i c a l d e n s i t y o f n e g a t iv e w ilg o t n o ś ć g le b y G H20 na 1 00 g s le b y e o .il m o is t u r e G H20 per 100 g o f n o i l gęstOŚĆ o p t y c z n a n e gatyw u o p t i c a l d e n s i t y o f n e g a t iv e 1 p ia s e k r z e c z n y r i v e r sand ś la d t r a c e 1 ,0 5 0 , 8 1 6 , 7 0 , 4 0 1 1 ,8 0 , 3 7

2 b ru natn a w ytw orzona z l e so u , erodow ana eroded brown s o i l d e v e lo p e d from i.-ü s a 0 , 9 3 о о in о r-l 1 ,0 1 о о in о гН 0 ,6 0 1 0 ,7 0 , 2 9 2 1 ,0 0 , 2 6

3 b i e lic o w a w ytw orzon a z p i a s ­ ku p o d z o lic c o i l d e v e lo p e d from sand 0 ,9 8 a) a. 3 X) 1 ,0 0 а] Р. 3 тЭ 0 , 4 9 8 , 9 0 ,1 7 1 8 ,0 0 , 1 4

4 płow a V/y t ’.vorzona z p y łu o o i l l e s s i v e d e v e lo p e d from s i l i 1 ,4 6 •Hя 'Ö 0 ,9 7 •н н 'О 0 ,5 0 9 , 7 0 , 2 2 2 0 ,7 0 , 2 5 5 6 c z a rn a m ie n ia zd eg ra d o w a n a , w ytw orzona z g l i n y d eg ra d ed b la c k e a r t h d e v e l o ­ ped f r o n loam c z a r n o z ie m zdegradow any d eg ra d ed ch ernozem 1 ,9 6 2 ,4 8 i о о in о гН 0 ,9 1 0 ,8 9 1 о о m о гН 0 , 4 1 0 , 4 0 9 .5 9 .6 0 , 2 0 0 ,1 8 1 5 ,8 2 1 ,0 0 , 1 4 0 , 2 4 7 c z a r n o z ie m 6 ła b o zd egradow a­

ny w ea k ly d e g ra d ed chernozem 3 ,0 0 •e S о 0 ,7 4 £

S

W p ły w ilo ści p róch n icy na ton zd jęcia lo tn iczeg o gleb y 12 1

R ys. 1. G leba sucha, błona p an ch rom atyczn a

1 — p ia s e k r z e c z n y , 2 — g le b a b r u n a tn a w y t w o r z o n a z le s s u e r o d o w a n a , 3 — g le b a b ie lic o w a

w y tw o r z o n a z p ia s k u , 4 — g le b a p ło w a w y tw o r z o n a z p y łu , 5 — c z a r n a z ie m ia z d e g r a d o w a n a w y t w o r z o n a z g lin y , 6 — c z a r n o z ie m z d e g r a d o w a n y , 7 — c z a r n o z ie m s ła b o z d e g r a d o w a n y ,

8 — c z a r n a z ie m ia w ła ś c iw a w y tw o r z o n a z p y łu , 9 — g le b a m u r s z o w o - m in e r a ln a

D ry soil, p a n ch rom atic film

1 — r iv e r s a n d , 2 — e r o d e d b r o w n s o il d e v e lo p e d fr o m lo e s s , 3 — p o d z o lic s o il d e v e lo p e d

f r o m s a n d , 4 — s o i l le s s iv é d e v e lo p e d fr o m s ilt , 5 — d e g r a d e d b la c k e a r t h d e v e lo p e d fr o m lo e m , 6 — d e g r a d e d c h e r n o z e m , 7 — w e a k l y d e g r a d e d c h e r n o z e m , 8 — p r o p e r b la c k e a r t h

d e v e lo p e d f r o m s ilt, 9 — m u c k y - m in e r a l s o il

'0.0 1.0 2.0 3.0 1.0 5.0 6.0

ZAWARTOŚĆ PRÓCHNICY % -H U M U S CONTENT

R ys. 2. Z m iany g ęsto ści op tyczn ej n eg a ty w u za leżn ie od z a w a rto ści p róch n icy 1 — b ło n a p a n c h r o m a ty c z n a — g le b a w y s u s z o n a w 105°C, 2 — b ło n a o r to c h r o m a t y c z n a — g leb a '

w y s u s z o n a w 105°C, 3 — b ło n a o r to c h r o m a ty c z n a — g le b a ś w ie ż a (10% w o d y )

O ptical d en sity o f th e n e g a tiv e d ep en d in g on th e h um us co n ten t in soil

1 — p a n c h r o m a tic fil m , s o il d r ie d u p a t th e t e m p e r a tu r e o f 105°C, 2 — o r to h r o m a t ic f i l m r

A N A L IZ A W Y N IK Ó W I W N IO SK Ó W

W edług zróżnicow ania ton u na odbitce pozytyw ow ej m ożna w izualnie w ydzielić w obrazach prób ek suchych 4 g ru p y gleb:

S top ień szarości Ton O d p ow iad ająca

w iz u a ln ie w /g M u n sella próch n iczn ość

ja sn o sza ry N 7 do 8 piasek b ezp róchniczny

szary N 5 0,9 do 1,5%

ciem n oszary N 2 do 3 2,0 do 2,5°/o

czarny N 1,5 p o w y żej 3%

W yniki pom iarów gęstości optycznej neg atyw ów przedstaw iono na rys. 2. Z k rzyw ych w ynika co n astęp u je.

1. W m iarę w zro stu zaw artości próchnicy zm niejsza się gęstość optyczna negatyw u. O dstępstw o w p rzy p ad k u gleby m urszow o -m ineral- nej tłum aczy się tym , że próchnica jest tu luźno zw iązana z m in e raln ą częścią gleby. P ojedyncze nie zw iązane z p róchnicą ziarna piasku zw ięk­ szają jasność gleby. G dyby to b y ł na p rzy k ład czarnoziem o tej sam ej zaw artości próchnicy, k rzy w a praw dopodobnie łagodniej opadałaby w dalszym ciągu.

2. Jed n o stk ow a zm iana zaw artości próchnicy d a je w iększą zm ianę gęstości optycznej n a błonie o rtochrom atycznej niż na p anchrom atycz- nej.

3. Nierównomieirność przebiegu k rzy w y ch tłum aczyć należy w pływ em składu jakościov ego próchnicy dw óch sąsiadujących gleb i różnicam i w ich jasności sp e k tra ln e j. Na p rzy k ład n a błonie ortochrom atycznej ta sarna gęstość optyczna obrazu gleby bielicow ej i pyłow ej, m im o różnicy 0,48% zaw artości próchnicy, spow odow ana jest pew ną hydrom orficznością gleby bielicow ej i w yw ołanym ty m ściem nieniem jej próchnicy. Po­ dobnie w p rzy p ad k u czarnej ziem i zdegradow anej (próbka 5 = 1,96% próchnicy) i czarnoziem u zdegradow anego (próbka 6 = 2,48% próchnicy). P rzy różnicy 0,5% w zaw artości p róchnicy n ie m a różnicy w gęstości optycznej. Spow odow ane jest to w yższym stosunkiem h /f w czarnej zie­ mi.

4. Z m iana gęstości optycznej n eg aty w u ró w na trz y k ro tn e m u śred n ie­ m u błędow i średniej ary tm ety c zn e j z 10 pom iarów odpow iada zm iania w zaw artości próchnicy średnio o:

— 0,3% dla błony p an ch ro m aty czn ej w przedziale prób od 1 do 8, — 0,15% dla błony orto ch ro m aty czn ej w przedziale prób od 1 do 8. W artości te m ody fiku ją się nieco w poszczególnych przedziałach próch- niczności.

5. Z w iększenie w ilgotności gleby zm niejsza różnice w jasności ich po­ w ierzchni i już p rzy zaw artości około 10% wody niem ożliw e jest rozróż­ nienie poszczególnych gleb n a podstaw ie różnic w próchniczności. P rz y

W p ły w ilo ści p róch n icy na ton zd jęcia lo tn iczeg o g leb y 123

w ilgotności około 20% dochodzi błyszczenie frag m en tó w pow ierzchni. W yników pom iarów p rzy tej w ilgotności nie przedstaw iono na w ykresie.

6. Z u sta le ń p u n k tu 5 w ynika, że dla uchw ycenia różnic w próchnicz-

ności gleb n ajk o rzy stn iejszy będzie okres, kiedy gleba nie jest p o k ry ta zieloną roślinnością, a jej pow ierzchnia jest w ysuszona. W Polsce byw a ta k najczęściej p rzy końcu okresu w egetacyjnego, zw ykle w e w rześniu.

Do u zyskania wzorców m ogących służyć do autom atycznego k a rto w a ­ nia próchniczności gleb z zastosow aniem m ik ro den sytom etrów w spółpra­ cu jących z ko m p u teram i potrzeba jeszcze obszernych b ad ań n a w iększym m ateriale, uw zględniających skład próchnicy i krzyw e sp ektrofo to- m etry czn e gleb. K onieczne jest rów nież pow iązanie b ad ań la b o ra to ry j­ nych z pom iaram i z pew nej wysokości, poniew aż n iek tó re w zorce uzyska­ ne w lab o ra to riu m są m ało p rzy d a tn e do analizy obrazów o trzy m an ych ze znacznych wysokości, obciążonych w pływ em szeregu czynników atm o ­ sferycznych.

L IT E R A T U R A

[1] B i a ł o u s z S., M i r o s z K., S i m l a M.: W p ływ w ilg o tn o ści g leb y na zróż­ n ico w a n ie ton u zdjęcia lotn iczego. W druku.

[2] G i r a r d M. C.: In terp rétation de q elq u es fa cteu rs p éd ologiq es a partir de p h otograp h ies aerienn es, en rela tio n a vec d iffe r e n te s saison s et d iffe r e n te s é m u l­ sions. A ctes du I l l - e S y m p o siu m In tern a tio n a l de P h o to -In terp réta tio n D resd en 1970, 925—947.

[3] K o n o n o w a M.: S u b sta n c je organiczne gleb y. PW RiL, W arszaw a 1968. [4] M ietodika so sta w le n ija k ru p n om assztab n ych p o czw ien n y ch kart s p rim ien ie-

n ijem m a tieria ło w aerofotosjom k i. M oskw a 1965.

[5] M u s i e r o w i c z A.: P róch n ica gleb. PW RiL, W arszaw a 1960.

[6] T o l c h i e l n i k o w J.: O p ticzesk ije sw o jstw a łan d szafta. L en in grad 1974.

С. Б иалоуш , К. К озей , X. П ж ев оск а ВЛ И Я Н И Е ПЕРЕГН ОЙНО СТИ ПО ЧВ Н А Д И Ф Ф Е РЕ Н Ц И А Ц И Ю ТОН А А ЭРО Ф О ТО С Н И М К А Л аборатория почвоведени я института хозяй ствен н ой геодезии, В арш авская поли техн и к а Р е з ю м е В лабораторн ы х усл ови я х ф отогр аф и р ов ал и на п анхром атическ ой и орто­ хром атической эм ульсии образцы почв с разны м содер ж ан и ем гум уса и при тр ех вар и антах в лаж ности. П ы тались вы яснить какая им еется связь м е ж д у о бо- гащ енностью почв гумусом и оптической плотностью негатива при р азн ы х ур ов н ях влаж ности. В с у х и х о бр азц ах изм ен ению оптической плотности на вел и ч и н у равн ую утроенном у знач ению ош ибки среднего изм ерен ий соответствовали разни цы в со д ер ж а н и и гумуса: 0,3% для панхром атическ ой п л енки и 0,15% для о р тохр о­

матической пленки. П ри 10% в л аж н ости оптическая плотность негатива была одинак овой для всех почв. Р езул ьт аты могут быть использован ы для уточнения эталонов при автом ати­ ческом оконтуривапии почв с одинаковы м содер ж ан и ем перегноя (гумуса) п р и ­ м еняя ан али з аэроснимков по м етоду эквиденситом етрии. S . B IA Ł O U S Z , W . K O Z IE J , H . P R Z E W O S K A

EFFECT OF H U M U S CONTENT IN SO IL ON THE TONE D IF FE R E N T IA T IO N OF THE A E R IA L PH O TO G R A PH S

In stitu te of A p p lied S u rv ey s, S oil S cien ce L aboratory, W arsaw T ech n ical U n iv ersity

S u m m a r y

A t u se of th e film covered w ith pan ch rom atic or orthochrom atic em u lsy, soil sam p les w ith d ifferen t h um us con ten t and th ree m oistu re v arian ts, w ere p h o to ­ graphed. T he relation sh ip b etw een th e hu m u s co n ten t in s o ir and th e optical d en sity of th e n eg a tiv e w as d eterm in ed for d ifferen t so il m oistu re lev els.

In dry soil sam p les, th e ch an ge of th e op tical d en sity by th e v a lu e eq u a l to th e th reefo ld m ean error of arith m etic m ean of th e m easu rem en t, corresponded w ith d ifferen ces in th e h u m u s con ten t, viz.: 0.3% for th e p an ch rom atic and 0.15 fo r th e orthochrom atic film .

A t th e m oistu re of 10% th e optical d en sity of th e n eg a tiv e w as sim ilar for a ll soils.

T he resu lts can be u sed for th e esta b lish m en t of p attern s in a u to m a tica l p lo t­ tin g contours of soils w ith an eq u al h um us con ten t, at th e a n a ly sis of a eria l p h o ­ tographs by th e eq u id en sito m a try m ethod.

D r S ta n i s l a w B ia lousz

I n s t y t u t G e o d e z j i G o s p o d a r c z e j P o li te c h n i k i W a r s z a w s k i e j