Учёные Межвузовского кампуса Уфы разработали цифровые карты свойств почв Башкортостана

Учёные Межвузовского кампуса Уфы разработали цифровые карты свойств почв Башкортостана

Ученые Уфимского государственного нефтяного технического университета, резидента Межвузовского студенческого кампуса Евразийского НОЦ, совместно с коллегами из Уфимского института биологии УФИЦ РАН разработали цифровые карты основных свойств почв Башкортостана. Исследователи использовали методы машинного обучения, чтобы получить непрерывные трехмерные модели характеристик почв на глубине до одного метра.

Подобную работу с использованием регионального массива данных, по словам авторов проекта, ранее не проводили не только в Башкортостане, но и на территории России. В отличие от традиционных двухмерных карт, которые показывают свойства поверхности или отдельных почвенных горизонтов, новая технология позволяет оценивать характеристики почвы на разных глубинах и видеть их пространственное распределение в объеме.

Речь идет прежде всего о содержании органического углерода и кислотности почв. Эти параметры важны для оценки плодородия земель, экологического состояния территорий и климатических процессов.

Значение такой работы для региона связано не только с развитием науки, но и с ее практическим применением. Заместитель Премьер-министра Правительства Башкортостана министр земельных и имущественных отношений республики Наталья Полянская подчеркнула, что точные цифровые данные о почвах могут использоваться при принятии управленческих решений.

Сегодня очень важно поддерживать и поощрять такие научные решения, использовать их для устойчивого развития сельского хозяйства, экологии и экономики региона в целом. Внедрение современных технологий позволяет перейти от трудоемких ручных методов к точным цифровым инструментам, позволяющим прогнозировать характеристики почв на обширных территориях и принимать управленческие решения на базе надежных данных. Точное знание свойств почв позволит региону эффективнее вовлекать земли в хозяйственный оборот. Мы видим, как научный потенциал Межвузовского кампуса работает на развитие республики, и это полностью соответствует задачам, которые мы ставим в рамках повышения инвестиционной привлекательности региона, отметила Наталья Полянская.

По словам авторов научного проекта, из почвы получают до 90% всех продуктов питания. По этой причине важно проводить мониторинг и оценивать состояние почвы. Традиционная почвенная картография во многом опиралась на полевые обследования и ручную обработку данных. Специалисты изучали отдельные почвенные разрезы, учитывали климат, рельеф, растительность, геологию и другие факторы, после чего переносили полученную информацию на большие территории.

Современная цифровая почвенная картография строится иначе. Компьютерные модели позволяют находить статистические связи между свойствами почв и факторами их формирования, а затем прогнозировать характеристики на территориях, где непосредственные измерения отсутствуют.

Работу учёные Межвузовского кампуса начали ещё в 2020 году. За это время они собрали и систематизировали данные предыдущих исследований, а затем подготовили их для машинного обучения. В итоге в работу вошли 29,4 тыс. измерений содержания органического углерода и более 22,3 тыс. измерений кислотности почв.

Дополнительно исследователи использовали 82 цифровые карты республики, включавшие сведения о климате, рельефе, геологии, гидрологии, почвах и спутниковые данные. Полученные 3D-модели прошли многоступенчатую проверку, в том числе по точности прогнозов, их неопределенности и области применимости.

Наиболее трудоемкой частью проекта стал именно сбор и подготовка исходной информации. Автор проекта, начальник лаборатории искусственного интеллекта в исследованиях окружающей среды УГНТУ Азамат Сулейманов, отметил, что исследователям пришлось объединить разрозненные данные из научных публикаций, отчетов, диссертаций и других источников.

Основная сложность состояла в сборе и гармонизации данных для дальнейшего обучения моделей. Это был самый долгий и трудный процес