Актуальность. Пахотные почвы являются важнейшим природным ресурсом для растениеводства. Гранулометрический состав почв является одним из ключевых почвенных свойств, определяющих особенности функционирования почв. Для рационального использования и управления почвами необходимы данные о пространственном распределении гранулометрического состава. Существующие наборы данных и почвенные карты характеризуются ограниченными пространственным разрешением и точностью. В настоящее время широкое развитие получил подход цифровой почвенной картографии. Он опирается на представление о почве как функции от факторов почвообразования, предложенное В.В. Докучаевым и формализованное A. McBratney в качестве модели scorpan. Большое количество доступных наборов данных по различным аспектам условий суши потенциально может быть использовано в качестве предикторов почвенных свойств в моделях почвенно-ландшафтных связей.
Цель. Оценить возможность создания карт гранулометрического состава для пахотных земель России с повышенной точностью по отношению к существующим продуктам.
Объект исследования – пахотные земли Российской Федерации. Они занимают 13% от площади страны и преимущественно сосредоточены в центральной лиственно-лесной, лесостепной и степной почвенно-биоклиматической области, включающей серые и каштановые почвы, чернозёмы; в меньшей степени представлена зона дерново-подзолистых почв южной тайги и другие территории.
Методы и результаты.
Был собран набор почвенных данных из нескольких источников, включавший открытые и закрытые наборы данных о распределении фракций гранулометрического состава по классификации USDA (песок, пыль, ил). Данные были приведены к лог-отношениям между песком и пылью и песком и илам (ALR1 и ALR2). В качестве маски пахотных земель использовался композит открытой поверхности почвы по данным Landsat 5 и 8 за 1984–2025 гг., созданный с использованием порогов спектральных индексов NBR2 < 0,09 и NDVI < 0,33 и дополнительной фильтрации по данным OpenStreetMap. Был сформирован набор предикторов из доступных наборов данных, характеризующих различные факторы почвообразования в соответствии с моделью scorpan и потенциально связанных с гранулометрическим составом почв. Полученные предикторы включали композит открытой поверхности почвы, данные SoilGrids, почвенные и литологические карты России (ЕГРПР), модель рельефа и морфометрические показатели GEDTM30, агрегированные данные реанализа климата ERA5-Land, литологическую карту USGS. Все приведены к единому пространственному разрешению (30м). Для точек почвенного опробования были извлечены значения данных предикторов. Предикторы были отфильтрованы с учётом мультиколлинеарности: при коэффициенте корреляции более 0,8 из каждого кластера выбирался один предиктор. На полученном наборе данных обучалась модель градиентного бустинга CatBoost. Для валидации модели использовалась кросс-валидация (5 подвыборок) с метриками R2 и RMSE. На основе наилучшей модели были построены пространственные слои содержания фракций гранулометрического состава. Для оценки пространственной применимости модели использовался подход area of applicability (AOA), характеризующий соответствие признакового пространства территории области, представленной в обучающих данных.
Выводы. Оценена возможность уточнения картографирования гранулометрического состава пахотных почв России. Получена модель с высокими показателями качества, характеризующаяся ограниченной областью применимости, связанной с пространственным покрытием исходных почвенных данных.