План исследования причин и последствий деградации почв в долине реки Меконг (с использованием карт землепользования, демографии и гидрологических наблюдений)
1. Цели и задачи
- Главная цель: установить причины деградации почв и количественно оценить её последствия для экосистемы, сельского хозяйства и гидрологии долины Меконга.
- Задачи: (1) картирование изменений землепользования и оценка скорости потерь почвы; (2) корреляция деградации с демографическими и хозяйственными факторами; (3) оценка влияния на водный режим, осадконакопление и качество воды; (4) рекомендации по мониторингу и восстановлению.
2. Входные данные
- Карты землепользования/покрытия (мультиспектральные спутниковые снимки: Landsat, Sentinel) для нескольких временных слоёв (не менее 3–4 эпох за 20–30 лет).
- Демографические данные: плотность населения, темпы роста, миграция, данные о плотности скота, интенсивности и типах сельхозугодий.
- Гидрологические наблюдения: расход воды $Q(t)$, концентрация взвешенного осадка $C_s(t)$, уровень грунтовых вод, режим паводков, данные о ирригации.
- Полевые данные: профиль почвы (текстура, плотность, SOC), точки измерения SSC, наблюдения эрозионных форм.
- Дополнительно: климатические данные (осадки, температура), топографические карты/ЦМР.
3. Методы обработки данных
- Предобработка спутниковых данных: атмосферная коррекция, геопривязка.
- Классификация землепользования ( supervised или hybrid): получение карты LU/LC для каждой эпохи; оценка точности (confusion matrix).
- Детекция изменений: постректориальная и матричная (transition matrix) для вычисления потоков между классами.
- Расчёт индикаторов:
- Темп изменения площади класса: $r=\frac{A_t-A_0}{A_0\Delta t}$.
- Плотность населения: $D=\frac{P}{A}$.
- Изменение угла наклона/покрытия растительности (NDVI тренды).
4. Оценка эрозии и потерь почвы
- Применить модель RUSLE для пространственной оценки потерь почвы:
$A=RKLSCP$,
где $A$ — годовая потеря почвы (т/га/год), $R$ — эрозионный фактор осадков, $K$ — эрозионная способность почвы, $L,S$ — факторы длины и крутизны склона, $C$ — покровный фактор, $P$ — фактор поддерживающих мероприятий.
- Сравнить результаты RUSLE с полевыми замерами и оценками по осадочным данным.
- Для речных наносов использовать кривые зависимости взвешенной нагрузки от расхода:
$Q_s=a{Q}^b$,
и интегрировать по времени: $S=\int Q_s(t)dt$.
5. Анализ причин (атрибуция)
- Пространственно-временные наложения: GIS-оверлей изменений LU с демографическими картами и участками с высокой потерей почвы.
- Регрессионный и причинно-следственный анализ: множественная регрессия/GLM/GAM, фиксированные эффекты для районов:
$A_i={\beta }_0+{\beta }_1{D}_i+{\beta }_2{I}_i+{\beta }_{3}Slop{e}_i+{\epsilon }_i$,
где $A_i$ — потери почвы в ячейке, $D_i$ — плотность населения, $I_i$ — интенсивность использования (напр., % пашни).
- Временные ряды: тесты на тренд (Mann–Kendall), перекрёстная корреляция между осадками, оттоком и SSC.
- Пространственная статистика: Moran's I, Getis-Ord для кластеров деградации.
6. Оценка последствий
- Для гидрологии: изменение пиковой и базовой составляющей расхода, увеличение/уменьшение осадконакопления в русле, изменение складирования наносов и эродированных участков.
- Для агросектора: связь между потерями почвы и снижением урожайности, изменение площади пригодных земель.
- Для экосистем и качества воды: концентрации взвешенного вещества, ухудшение качества (TSS, питательные вещества), снижение биологического разнообразия при изменении местообитаний.
- Количественные показатели: суммарная годовая потеря почвы $A_{tot}=\sum A_{cell}\times are{a}_{cell}$; годовой вклад в наносы реки $S$ (см. выше).
7. Валидация и оценка неопределённости
- Валидация карт LU полевыми точками и высокоразрешающими снимками.
- Сравнение RUSLE-сценариев с измерениями SSC и отложений.
- Анализ чувствительности параметров модели (факторы $K,C,P$, параметры кривой $a,b$).
- Пропагирование неопределённости с помощью бутстрепа/Monte Carlo.
8. Полевая программа и мониторинг
- Сеть полевых участков по градиенту деградации: измерения SOC, глубины гумусного слоя, плотности, текстуры; установки для измерения SSC и автоматические датчики расхода.
- Периодичность: сезонные замеры + автоматический мониторинг во время паводков.
9. Выводы и рекомендации (ожидаемые)
- Пространственно-временные источники деградации: расширение пашен/плантаций, вырубка леса, нарастание плотности населения и неустойчивые практики орошения.
- Последствия: повышение эрозии, седация русла, ухудшение качества воды, снижение продуктивности земель.
- Рекомендации: целевые зоны восстановления, меры контроля стока (контурная обработка, полосы фильтрации), адаптация ирригации, мониторинг ключевых индикаторов.
10. Примерный план работ и сроки
- Год 0–0.5: сбор данных, предпроектная обработка, классификация LU.
- Год 0.5–1.5: моделирование эрозии, гидрологический анализ, полевые кампании.
- Год 1.5–2: валидация, сценарии, отчёт и рекомендации.
11. Выходы исследования
- Карты изменений землепользования, карты потерь почвы, карта уязвимых зон, отчёт с количественными оценками и рекомендациями по мониторингу и смягчению.
Если нужно, могу привести конкретные наборы переменных для регрессионных моделей или шаблон рабочей карты данных.