Mapa zagrożenia erozyjnego gruntów rolnych w Małopolsce na podstawie klasyfikacji OBIA obrazów teledetekcyjnych oraz analiz przestrzennych GIS

• Autorzy: Wężyk P. , Drzewiecki W. , Wójtowicz-Nowakowska A. , Pierzchalski M. , Mlost J. , Szafrańska B.

Warianty tytułu

The map of agricultural land erosion risk assesment of Malopolska voivodeship (Poland) based on OBIA of remotely sensed data and GIS spatial analyses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zjawisko erozji wodnej należy do głównych przyczyn degradacji gleb w Europie. Stanowi ono również główny czynnik degradujący gleby na obszarze Małopolski - regionu o najwyższym stopniu zagrożenia erozyjnego w skali Polski. Występując lokalnie, w zależności od warunków fizjograficznych, może stanowić poważny problem gospodarczy i środowiskowy. Silne zróżnicowanie fizjograficzne oraz różne formy pokrycia i użytkowania terenu województwa małopolskiego, stanowiły główną potrzebę przeprowadzenia oceny zagrożenia erozyjnego i nasilenia stopnia degradacji gleb. Projekt realizowany dla Urzędu Marszałkowskiego Województwa Małopolskiego miał na celu identyfikację obszarów, które w największym stopniu narażone są na degradację(erozję potencjalną, czyli taką, jaka miałaby miejsce na polu użytkowanym jako czarny ugór bez stosowania zabiegów przeciwerozyjnych oraz erozję aktualną, czyli z uwzględnieniem aktualnej struktury użytkowania i stosowanych zabiegów przeciwerozyjnych) przez co w pierwszej kolejności wymagają wdrożenia skutecznych metod ochrony gleb użytkowanych rolniczo. W projekcie wykorzystano wysokorozdzielcze zobrazowania satelitarne systemu RapidEye z lat 2010-2011 oraz cyfrowe ortofotomapy lotnicze (RGB). Dane teledetekcyjne poddano zaawansowanej technologicznie klasyfikacji obiektowej (ang. OBIA - Object Based Image Analysis) w oprogramowaniu eCognition (Trimble Geospatial) wspartej analizami przestrzennymi GIS. Ocenę nasilenia erozyjnej degradacji gleb województwa małopolskiego przeprowadzono w oparciu o modelowanie z wykorzystaniem algorytmu USLE (ang. Universal Soil Loss Equation). Jest to najszerzej rozpowszechniony na świecie model erozyjny. W latach 90-tych XX wieku powstała nowa (zmodyfikowana) wersja modelu do określania erozji gleb, tj. (R)USLE. Ocena zagrożenia gleb województwa małopolskiego w aspekcie erozji potencjalnej wykazała, iż jedynie 15% powierzchni terenów użytkowanych rolniczo w województwie nie jest w zasadzie zagrożone erozją wodną. Na obszarze 28.6% terenów rolnych występuje natomiast potencjalnie średnie lub większe zagrożenie erozyjne - mogące skutkować trwałą degradacją profilu glebowego. Tereny zagrożone występują w największym nasileniu w południowej - górzystej części województwa. Ocena przeprowadzona w aspekcie erozji aktualnej pokazuje jednocześnie, iż rzeczywisty aktualny poziom zagrożenia erozyjnego jest znacznie niższy od potencjalnego. Ponad 40% terenów rolniczych nie jest obecnie narażonych na występowanie zjawisk erozji wodnej gleb, a erozja na poziomie średnim lub wyższym stwierdzana jest dla 10% powierzchni tych obszarów. Oznacza to, iż sposób prowadzenia gospodarki rolnej w znacznym stopniu ogranicza występowanie zjawisk erozyjnych. Podsumowując w przypadku województwa małopolskiego zagrożenie erozyjne użytków rolnych należy ocenić jako średnio-wysokie i dość mocno zróżnicowane terytorialnie. Zastosowana metodyka prac poza dużą oszczędnością czasu jaką przyniosła klasyfikacja obiektowa (OBIA) wykazała także możliwość wykorzystania modelu erozji (R)USLE dla jednostek administracyjnych o znacznej powierzchni, takich jak: powiat czy województwo.

EN

In 2011 the Marshal Office of Malopolska Voivodeship decide to evaluate the vulnerability of soils to water erosion for the entire region. The special work-flow of geoinformation technologies was used to fulfil this goal. First of all, the soil map had to be updated to include changes in land use and land cover which took place since 1960s, when most of them were made. The process of soil map updating had to be realised with very high degree of automation, because of the large area to be mapped (ca. 15 000 km sq.) and limited time period (ca. 3 months for complete erosion risk assessment). The approach used was based on the Object Based Image Analysis (OBIA) of orthophotomaps from both high resolution satellite images (RapidEye) and digital aerial photographs and applied GIS spatial analyses. Soil map with up-to-date land use and land cover information, together with rainfall data, detailed Digital Elevation Model and statistical information about areas sown with particular crops created the input information for erosion modelling in GIS environment. Soil erosion risk assessment was based on (R)USLE approach. Both, the potential and the actual soil erosion risk were assessed quantificatively and qualitatively. The soil erosion risk assessment for Malopolska Voivodeship showed that only 15% of the agricultural land in the region is generally free of the risk of water erosion. For the 28.6% of agricultural land the potential medium or higher risk of erosion exist - which can result in permanent degradation of the soil profile. The study was presented in forms of digital thematic maps and reports prepared for the entire area of Malopolska Voivodeship and each administrative district as well.

Słowa kluczowe

PL

erozja wodna gleb; mapa glebowo-rolnicza; analiza obiektowa obrazu; RapidEye; model USLE; analiza przestrzenna GIS

EN

water soil erosion; digital soil map; object oriented image analysis; RapidEye; USLE model; GIS spatial analysis

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 24
• Strony: 403--420
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz.

Twórcy

autor

Wężyk P.

• Laboratorium Geomatyki, KEkL, Wydział Leśny, UR w Krakowie, tel. [phone] fax: [phone]

autor

Drzewiecki W.

• AGH w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska

autor

Wójtowicz-Nowakowska A.

• ProGea Consulting, Kraków

autor

Pierzchalski M.

• ProGea Consulting, Kraków

autor

Mlost J.

• ProGea Consulting, Kraków

autor

Szafrańska B.

• AGH w Krakowie, Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska
• Urząd Marszałkowski Województwa Małopolskiego

Bibliografia

• 1. Arnoldus H.M.J., 1977. Methodology used to determine the maximum potential average annual soil loss due to sheet and rill erosion in Morocco [w:] Assessing Soil Degradation. FAO Soils Bulletin, Vol. 34, Rome.
• 2. Coutinho M.A., Tomas P.P., 1995. Comparison of Fournier with Wischmeier rainfall erosivity indexes [w:] Proceedings First International Congress, European Society for Soil Conservation (ESSC), Silsoe. CAB International.
• 3. Desmet P.J., Govers G., 1996. A GIS procedure for automatically calculating the USLE LS factor on topographically complex landscape units. Journal of Soil and Water Conservation, Vol. 51 (5).
• 4. Dobrzański B., Gliński J., Guz T., Pomian J., 1962. Charakterystyka erodowanych gleb dorzecza Czarnej Wody. Roczniki Nauk Rolniczych, Vol. 96, seria D, s. 63-92.
• 5. Drzewiecki W., 2008. Sustainable land-use planning support by GIS-based evaluation of landscape functions and potentials. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. 37, B7, s. 1497-1502.
• 6. Foster G.R., Wischmeier W.H., 1974. Evaluating irregular slopes for soil loss prediction. Transactions of ASAE, Vol. 12.
• 7. Goovaerts P., 1999. Using elevation to aid the geostatistical mapping of rainfall erosivity. Catena, Vol. 34, s. 227-242.
• 8. Jadczyszyn, J., Stuczyński, T., Szabelak P., Wawer R., Zieliński, M., 2003. History and Current Status of Research and Policies Regarding Soil Erosion in Poland. R. Francaviglia (ed.) Agricultural Impacts on Soil Erosion and Soil Biodiversity: Developing Indicators for Policy Analysis. Proceedings from an OECD Expert Meeting, Rome, Italy, March 2003, pp. 201-210.
• 9. Józefaciuk, A., Józefaciuk, Cz., 1992. Zagrożenie erozją wodną w Polsce. Pamietnik Puławski, 101 supl., pp.23-50. Komornicki T. 1958. Gleba „cerkla wzorcowego” w Jaworkach k/Szczawnicy. Roczniki Nauk Rolniczych, Vol. 72, z. 3, seria F, s. 993-1014.
• 10. Koreleski K., 1992. Próby oceny natężenia erozji wodnej. Zeszyty Naukowe Akademii Rolniczej im. H. Kołłątaja w Krakowie, Sesja Naukowa , Vol. 35. Koreleski K., 2005. Wybrane zagadnienia przeciwerozyjnej ochrony gleb w świetle wymogów zrównoważonego rozwoju. Acta Agrophisica, Vol. 5 (1), s. 49-55.
• 11. Licznar P, 2003. Modelowanie erozji wodnej gleb. Zeszyty naukowe Akademii Rolniczej we Wrocławiu, nr 456, Monografie XXXII.
• 12. Licznar P., 2004. Prognozowanie erozyjności deszczy w Polsce na podstawie miesięcznych sum opadów. Archiwum Ochrony Środowiska, Vol. 30, numer 4, s. 29 -39.
• 13. Licznar P., 2006. Artificial neural networks aided annual rainfall erosivity factor values calculation in Poland. Bonn, Gesellschaft fur Informatik, Land- und Ernahrungswirtschaft im Wandel -Aufgaben und Herausforderungen fur die Agrar und Umweltinformatik, Referate der 26.
• 14. Mitasova H., Hofierka J., Zlocha M., Iverson R. L., 1996. Modeling topographic potential for erosion and deposition using GIS. International Journal of Geographic Information Science, Vol. 10 (5).
• 15. Moore I.D., Burch G.J., 1986. Physical basis of the length-slope factor in the Universal Soil Loss Equation. Soil Science Society Journal, Vol. 50 (5).
• 16. Moore I.D., Wilson J.P., 1992. Length-slopefactors for the Revised Universal Soil Loss Equation: Simplified method of estimation. Journal of Soil and Water Conservation, Vol. 47.
• 17. Renard K. G., Foster G. R., Weesies G. A., McCool D. K., Yoder D. C., 1997. Predicting Soil Erosion by Water: A Guide to Conservation Planning With the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). U.S. Department of Agriculture, Agriculture Handbook, Vol. 703.
• 18. Renard K. G., Freimund J. R., 1994. Using monthly precipitation data to estimate R-factor in the revised USLE. Journal of Hydrology, Vol. 157, s. 287-306.
• 19. Schmidt R.-G., 1989. Erosionswiderstandsfunktion [w:] Marks R., Muller M.J., Leser H., Klink H.-J. (red.): Anleitung zur Bewertung des Leistungsvermogens des Landschaftshaushaltes (BA LVL). Forschungen zur Deutschen Landeskunde Band 229, ZentralaussuŔ fur deutsche Landeskunde, Selbstverlag, Trier.
• 20. Stuczyński T., Koza P., Łopatka A., Duer I., Jadczyszsyn J., 2010. Raport z analizy wskaźników produktu, rezultatu i oddziaływania określonych dla osi 2 PROW 2007-2013 oraz wybranych pytań oceniających zawartych w podręczniku wspólnych ram monitorowania i oceny . Wytyczne (CMEF) wraz z określeniem źródeł i dostępności danych. IUNG-PIB, Puławy2010. Dokument elektroniczny dostępny pod adresem: www.minrol.gov.pl/pol/content/download/28450/158380/file/Rap_z_analizy_wskaznikow.pdf
• 21. Urbański K., 2008. Metodyka dokumentowania chemicznych przekształceń gleb na terenach przemysłowych. Rozprawa doktorska. Katedra Kształtowania i Ochrony Środowiska, AGH w Krakowie
• 22. Urząd Statystyczny w Krakowie, 2011. Raport z wyników województwa małopolskiego. Powszechny Spis Rolny 2010. Kraków.
• 23. Wawer R., Nowocień E., Podolski B., 2005. Real and Calculated K USLE Erodibility Factor for Selected Polish Soils, Polish Journal of Environmental StudiesVol. 14, No 5, s. 655-658.
• 24. Wężyk P., Pierzchalski M., Szafrańska B., Korta G., 2012. Aktualizacja mapy glebowo-rolniczej z wykorzystaniem klasyfikacji obiektowej (OBIA) zobrazowań teledetekcyjnych oraz analiz przestrzennych GIS. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 23, 2012, s. 477-488.
• 25. Winchell M.F., Jackson S.H., Wadley A.M., Srinivasan R., 2008. Extension and validation of geographic information system-based method for calculating the Revised Soil Loss Equation length-slope factor for erosion risk assessments in large watersheds. Journal of Soil and Water Conservation, Vol. 63, 3, s. 105-111.
• 26. Wischmeier W. H., Smith D.D., 1978.Predicting Rainfall Erosion Losses