Ideális interpolációs módszer keresése a talajvízszint ingadozás talajfejlődésre gyakorolt hatásának térinformatikai vizsgálatához Dr. Dobos Endre, Vadnai Péter Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Földrajz Intézet XIV. Bányászati, Kohászati és Földtani Konferencia 2012. Március 31.
A World Reference Base for Soil Resources (WRB) nemzetközileg elfogadott diagnosztikai szemléletű talajosztályozási rendszer, mely megfigyelhető, és mérhető diagnosztikai szinteket, tulajdonságokat, és anyagokat különít el és rendel a talajtípusokhoz (Reference Soil Groups). A WRB egyik diagnosztikai tulajdonsága az úgynevezett gleyic colour pattern, amely arra utal, hogy az adott talajban valahol a felső 100 cm-ben talajvíz hatására kialakult glejesedés figyelhető meg. A glejesedés a talajrétegek időszakos vagy állandó vízborítottsága miatt alakul ki, amikor is a reduktív környezetben a talajoldatokban található vas- és mangánvegyületek vegyértékváltása játszódik le. Talajvízglej esetében a szürke mátrixban vörös márványozottság figyelhető meg. A kutatás célja annak vizsgálata, hogy talajvízszint adatok segítségével mennyire becsülhető a glejes rétegek megjelenése a talajokban.
A vizsgálatokhoz a mintaterületen található 880 merőállomás adatait használtuk fel. Ebből az adatbázisból 140 véletlenszerűen kiválogatott pontot kivettünk a későbbi ellenőrzések céljára, és a felszín interpolációkhoz csak a maradék 740 pontot használtuk. Mivel a mért adatok pontosságának megőrzése a vizsgálat szempontjából kulcsfontosságú, az elkészítendő felszínekhez olyan interpolációs módszert kell találnunk, amellyel a mintaterületünk esetében a meglévő, mért adataink felhasználásával, azok értékeit legjobban közelítő felszínt tudunk létrehozni. Az alkalmazott szoftver: ESRI ArcMap 9.3 A felhasznált közelítő eljárások a következők voltak: Spline with Barriers, Topo to Raster, Inverse Distance Weighting, Radial Basis Functions, Ordinary Kriging, Simple Kriging, Universal Kriging, valamint a Regression Kriging
A vizsgált interpolációs módszerekkel készült felszínek összehasonlító statisztikái Interpolation method R R 2 RMSE Min Max Mean Sum Spline With Barriers 0,979 0,958 2,949-9,355 15,723-0,017-2,324 Topo to Raster 0,972 0,945 3,434-14,420 18,941-0,180-25,182 Inverse Distance Weighting 0,972 0,945 3,433-9,713 21,075 0,009 1,263 Radial Basis Functions 0,977 0,955 3,093-11,590 16,826-0,081-11,405 Ordinary Kriging 0,970 0,941 3,508-14,041 18,660-0,214-30,002 Simple Kriging 0,974 0,949 3,301-13,248 17,908-0,138-19,269 Universal Kriging 0,935 0,874 5,250-13,714 21,864-0,474-66,410 Regression Kriging with Texture 0,987 0,974 2,361-8,353 8,177 0,094 13,203 Regression Kriging 0,987 0,974 2,286-8,325 8,225 0,126 17,625 Regression Kriging Terrain 0,992 0,984 1,865-9,072 6,909-0,026-3,634
Regression Kriging A regresszióhoz a vizsgált mintaterület 90m -es SRTM domborzatmodelljét, valamint az ebből származtatott domborzati tényezőket (Lejtőszög, Relief) használtuk fel. Ezekkel készítettünk egy a mért nagyvíz értékeket közelítő felszínt lineáris regresszióval, majd a becsült, és mért értékek közti különbségekből (residual) Ordinary Kriging gel különbségfelszínt hoztunk létre, amit a regressziós felszínhez hozzáadva jóval pontosabb végeredményt kapunk. Mivel a durvább, és finomabb fizikai féleségű talajok eltérő kapillárisvíz-emelő tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért próbaképp a Regression Kriginget módszert nem csak egyben alkalmaztuk a teljes területre, készítettünk egy textúra szerint differenciált változatot is, ahol egy osztályba kerültek az agyag, agyagos-vályog, illetve vályog területek, és egy másik osztályba az ettől durvább szemcseméretűek. Ez azonban nem hozott jelentős javulást a felszínek pontosságában. A terepmagasságot is Regression Kriging gel közelítettük a mérőállomások magasság adatai alapján. A későbbi statisztikai vizsgálatokat a nagyvíz terepmagasságtól mért távolságára, a két felszín különbségére készítettük el.
TIPUS ZONE_CODE COUNT AREA MIN MAX RANGE MEAN STD SUM Láptalajok 1 24089 195121000-1,304 6,187 7,491 1,173 1,257 28258 Csernozjom, durva szemű 2 201829 1634810000-3,994 13,857 17,851 2,852 1,918 575713 Csernozjom, finom szemű 3 546702 4428290000-2,770 14,374 17,144 2,528 1,734 1382160 Szikes, durva szemű 4 20997 170076000-0,353 3,472 3,825 1,426 0,778 29936 Szikes, finom szemű 5 402899 3263480000-1,156 8,664 9,820 1,142 0,653 459942 Réti, durva szemű 6 140685 1139550000-0,396 11,034 11,430 2,269 1,162 319152 Réti, finom szemű 7 635714 5149280000-2,653 9,761 12,415 1,474 0,864 936913
TIPUS ZONE_CODE COUNT AREA MIN MAX RANGE MEAN STD SUM Láptalajok 1 14756 119524000-1,304 1,000 2,304 0,494 0,318 7288 Csernozjom, durva szemű 2 21718 175916000-3,994 1,000 4,993 0,355 0,829 7711 Csernozjom, finom szemű 3 71159 576388000-2,770 1,000 3,770 0,640 0,417 45559 Szikes, durva szemű 4 6976 56505600-0,353 1,000 1,353 0,562 0,308 3923 Szikes, finom szemű 5 194414 1574750000-1,156 1,000 2,156 0,633 0,219 123075 Réti, durva szemű 6 16764 135788000-0,396 1,000 1,396 0,658 0,266 11025 Réti, finom szemű 7 202706 1641920000-2,653 1,000 3,653 0,664 0,287 134686
A potenciálisan glejes területek aránya a vizsgált Agrotopo poligonok teljes területéhez viszonyítva. TIPUS ZONE_CODE COUNT A poligonok teljes területe A potenciálisan glejes terület A potenciálisan glejes területek aránya (%) Láptalajok 1 24089 195121000 58036500 29,74385125 Csernozjom, durva szemű 2 201582 1632810000 101444000 6,21284779 Csernozjom, finom szemű 3 545140 4415630000 178160000 4,034758347 Szikes, durva szemű 4 20997 170076000 38969100 22,91275665 Szikes, finom szemű 5 401824 3254770000 878453000 26,98971049 Réti, durva szemű 6 140685 1139550000 45117000 3,959194419 Réti, finom szemű 7 635714 5149280000 1022950000 19,86588416
További vizsgálatok Szükséges a becsült felszínek pontosságának vizsgálata terepi kontrol adatok segítségével. Esetleg a nagyvíz helyett más, a glejes rétegek mélységét jobban közelítő talajvíz mélység használata az interpolációhoz. A statisztikai vizsgálatok újbóli elvégzése pontosabb, kisebb méretarányú talajtani adatbázisok segítségével. (Pl. Kreybig)
Köszönetnyilvánítás A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
Köszönöm a megtisztelő figyelmet!