Cпутниковая оценка состояния посевов риса в Южном Казахстане на основе данных Sentinel-2 и наземной информации

Существующие системы дистанционного зондирования, с учетом особенностей роста и развития сельскохозяйственных культур и почвенно-климатических условий исследуемой территории, способны дать объективную оценку общего состояния посевов и оценить ожидаемый урожай в конкретном году.
Рисоводство – одно из основных направлений развития сельского хозяйства Казахстана, ориентированное на полное обеспечение населения отечественной продукцией и развитие экспортного потенциала страны. Посевные площади риса расположены на юге Казахстана и составляют около 100 тыс. га. Для проведения исследований и разработки методических основ дистанционной оценки состояния риса была выбрана Кызылординская область, где расположены наибольшие площади посевов (более 85 %) на больших земельных массивах вдоль реки Сырдарья. В рамках настоящего исследования были изучены почвенно-климатические особенности территории (рельеф, уровень залегания грунтовых вод, механический состав и тип почв, засоленность, обеспеченность термическими ресурсами, величина урожайности). В рамках работы проведено зональное деление области на 3 относительно однородные зоны возделывания риса: северная зона (выделяется близким залеганием грунтовых вод, наибольшим засолением, менее обеспеченная термическими ресурсами, наиболее низкой урожайностью – 30-40 ц/га); центральная и южная зоны (с более глубоким залеганием грунтовых вод, менее засоленные, достаточно обеспеченные теплом, почвах разного механического состава, с более высокой урожайностью риса – 50-60 ц/га).
Для оценки состояния риса использовались данные безоблачных снимков Sentinel-2, по которым рассчитаны вегетационные индексы NDVI за 2017 - 2019 гг. Методическую основу спутниковой оценки состояния риса и верификации результатов составляет совместный корреляционный анализ данных NDVI и маршрутных обследований риса по Кызылординской области. Для каждого массива полей выделен информативный период для оценки состояния посевов (период максимального роста и накопления зеленой биомассы), который календарно наступает на исследуемой территории с 3 декады июля по первую половину августа. Спутниковая оценка состояния риса основана на анализе различий в спектральных характеристиках полей риса, учете сроков сева и условий развития посевов с учетов возделываемых сортов, местных почвенно-климатических условий. Оценка термических ресурсов рассчитывается по суммам активных температур за период от даты устойчивого перехода средней температуры воздуха выше 15⁰С по конец августа (время созревания посевов) в конкретном году.
В настоящей работе представлен алгоритм дистанционной оценки состояния риса по отдельным массивам Кызылординской области и результаты верификации с данными наземных обследований. По результатам космического мониторинга и наземным данным в 2018-2019 гг. установлено, что на преобладающей территории Кызылординской области рост и развитие риса проходили в основном при благоприятных термических условиях. В связи с этим состояние посевов на преобладающей территории оценивается на хорошо и отлично. Плохое состояние посевов в условиях 2019 года не наблюдается. На примере отдельных хозяйств приводится детализация состояния посевов риса по полям на основе пиксельного спектрального анализа NDVI для определения неоднородностей распределения зеленой биомассы, неравномерного состояния растений на поле, расчета площадей с неблагополучным состоянием посевов.
Результаты спутниковой оценки состояния риса представляют большой интерес для сельскохозяйственных государственных организаций, страховых компаний, аграрных бирж и корпораций, занимающихся поставками зерна на внутренний рынок и на экспорт. Дистанционные результаты на основе Sentinel-2 позволяют получать объективную оценку о состоянии посевов и складывающихся видах на урожай текущего года. Для самих сельскохозяйственных производителей результаты оценки состояния посевов также очень важны, поскольку они позволяют своевременно выявить неблагополучные участки с посевами и провести мероприятия с целью получения стабильного урожая зерна в хозяйстве.