Использование данных ДЗЗ и возможностей ГИС для мониторинга озимых сельскохозяйственных культур (с/х)

Украина имеет очень плодородные земли, поэтому на сегодняшний день их рациональное использование, обеспечение охраны, восстановления и повышения плодородия позволит поднять государство на новый уровень развития.
Используя современные дистанционные методы мониторинга и ГИС, возможно обеспечить с/х оперативной информации о состоянии земель, проводить эффективный контроль и управление в использовании сельскохозяйственных земель.

Факторы, влияющие на развитие с/х:

• климатические условия (уничтожение посевов: вымерзание, засуха, наводнение, ураган);
• вредители (уничтожение посевов);
• научный прогресс (использование генно-модифицированных растений);
• загрязнение земель (использование гербицидов и пестицидов, аварии на промышленных объектах).

В Украине и странах Восточной Европы общепринята классификация зерновых культур:

• озимые;
• яровые.

Озимые культуры - однолетние растения, нормальное развитие которых связано с условиями перезимовки - действием пониженной температуры (от 0 до 10 ° С) в течение 30-70 суток и более.
Озимые зерновые культуры высевают осенью и получают урожай зерна на следующий год. Озимые культуры имеют 2 периода активной вегетации: осенний (45-50 дней) и весенне-летний (75-100 дней).
Преимущества озимых с/х культур над яровыми:

• устойчивость к низким температурам и другим неблагоприятным условиям зимовки.
• более урожайные, так как лучше используют весенние запасы влаги в почве.
• они являются хорошим предшественником для яровых растений и уменьшают напряженность весенних и уборочных полевых работ.

Группа озимых культур, которые выращивают на Украине включает:

• хлеба: пшеница - 81%, ячмень - 16%, рожь - 3%.
• масличные растения семейства крестоцветных - озимый рапс.

В Украине посевные площади озимых культур под урожай 2011 г. всех категорий хозяйств составляют 9 млн. 258,3 тыс. га, в частности, сельскохозяйственных предприятий - 7 млн. 549,1 тыс. га, хозяйств населения - 1 млн. 709,2 га , (Государственная служба статистики Украины).
Поэтому космический мониторинг озимых является важной составляющей для сохранения и получения максимально возможного урожайности.
Задачи космического мониторинга:

• определение с/х земель без осенней послеуборочной обработки почвы. и земель, не используемых;
• классификация с/х земель, определение их площади и качества восхождения озимых;
• оценка состояния озимых культур для определения площади деградированных и озимых, погибших:
• от вымерзания (изучение изменения динамики снежного покрова, изучение температурного режима);
• от вымокания (определение возможных районов подтопления);
• от выпревания (оценка снежного покрова);
• от выпирания;
• определение готовности к севу (определение запаса влажности и температуры поверхности).

Вымерзание. Дешифрующие признаки вымерзания: чаще, растения остаются зелеными, а после оттаивания желтеют и засыхают.
Основные условия вымерзания (низкая температура и отсутствие снежного покрова длительное время):
Критическая температура вымерзания озимой пшеницы составляет:
1) средней морозостойкости:

• в фазе кущения - минус 15-18 ° С,
• в фазе проростания - третий лист - минус 12-14 ° С,

2) Морозоустойчивые сорта - минус 19-21 ° С.
Критическая температура для ячменя и рапса - на 3-5 ° С градусов выше.
При высоте снега бильш10 см.

Для осуществления мониторинга с/х угодий на предмет вымерзания применяют данные ДЗЗ и метеорологические данные, а для моделирования - ГИС (рис.1, 2).

Рис. 1. Карты температуры воздуха и снежного покрова; результат повреждения озимых культур вследствие вымерзания.

Рис. 2. Карта индекса снега.

Вымокание. Наибольший вред посевам озимых культур наносит осеннее, а потом еще и весеннее застаивания воды и переувлажнения почвы.
Факторы, влияющие на застаивания талых вод и вымокания растений:
• высокий уровень грунтовых вод,
• плохие водно-физические свойства почвы,
• слабая его водопроницаемость степень отслоения и переувлажнения,
• тяжелый гранулометрический состав,
• выпадение большого количества осадков,
• образование притертой ледовой корки,
• глубокое промерзание почвы,
• медленное нарастание: положительных температур в весенний период.
Кроме того, степень вымокания предопределяется состоянием растений: растения, хорошо взошли, повреждаются меньше, чем слабые, которые успевают образовать лишь два-три, листочки; хорошо закаленные растения и менее ослаблены течение зимнего период также отмечаются большей устойчивостью против вымокания.
Анализируя данные ДЗЗ за разный период возможно выявить с / х угодья, на которых наблюдалось вымокания и определить поля подвержены вымокания (рис. 3).

Рис. 3. Результаты обработки космических снимков; результат повреждения с/х культур вследствие вымокания.

Выпревание. При длительном пребывании растений под глубоким слоем снега они испытывают недостаток не в кислороде, а в запасных веществах, необходимых для нормального дыхания и обмена веществ (рис. 4).
Причины выпревания:
• осеннее переувлажнения,
• недостаток элементов питания и освещения в период появления всходов и кущения,
• выпадение снега на недостаточно промерзший грунт,
• позднее таяние снега весной.

Рис. 4. Результаты повреждения озимых культур вследствие выпревания.

Выпирание. Одной из причин повреждения озимых хлебов является сдувание почвы, что вызывает выпирания растений. Оно возникает вследствие частого замерзания и оттаивания почвы, что зачастую наблюдается ранней весной или в начале зимы, когда морозные ночи сменяются теплыми днями.
Грунт при замерзании в связи с образованием в нем льда расширяется в объеме и вздуваясь, захватывает с собой растения (рис. 5).

Рис. 5. Результаты повреждения озимых культур вследствие выпирания (сдувание) почвы.

Тематическое обработки данных ДЗЗ позволяет проводить классификацию с/х земель, а имея тестовые участки - классифицировать с/х культуры.
На рисунке 6 представлены результаты классификации космических снимков Landsat-5 (TM):
• определение площади пашни, занимаемой озимые культуры;
• определение площади земель без осенней послеуборочной обработки почвы;
• проведена классификация с/х земель, определение их площадь и качество восхождения озимых.

Рис. 6. Результаты обработки космических снимков.

Фенологический календарь развития зерновых культур (рис.7) позволяет выделить основные культуры и этапы их развития на определенной территории.

Рис. 7. Фенологический календарь развития зерновых культур.

С помощью наземных измерений возможно определить тестовые участки на космических снимках, с различными классами с / х культур (рис.8), для последующего автоматического дешифрирования.

Рис. 8. Классификация с/х земель по результатам обработки космических снимков.

Для определения готовности полей к весенне-полевым работам, необходимо получить карты влажности и температуры подстилающей поверхности (рис. 9).

Рис. 9. Карты влажности и температуры подстилающей поверхности.

Данные ДЗЗ и ГИС позволяют проводить мониторинг озимых с / х культур на любой стадии их развития:
• проводить классификацию;
• выявлять проблемные участки с/х растений (погибших: от вымерзания, вымокания, выпревания, выпирания);
• оценить качество восхождения;
• урожайность.

ЛИТЕРАТУРА:

1. В.В. Морозов, С.Я. Плоткин. Моделирования и прогнозирования для проектов ГИС. Учебное пособие. Херсон. Издательство ХГУ. 2007.
2. В.В. Морозов, П.П. Надточий П.П. Управления водными и земельными ресурсами на базе ГИС-технологий. Учебное пособие. Херсон. Издательство ХГУ. 2007.
3. А.В. Чернов. Мониторинг с помощью ДДЗ и практика регионального управления.
4. Д.Э. Плотников, С.А. Барталев. Методы анализа временных рядов спутниковых данных для классификации растительности на примере детектирования озимых культур и степных территорий.
5. Пугачева И.Ю., Шевырногов А.П. Изучение динамики NDVI посевов сельскохозяйственных культур на территории Красноярском края и республики Хакасия.
6. Терехов А.Г. Основные элементы продуктивности Яровой пшеницы Северного Казахстана сезона 2007 в представлении EOS MODIS.

Если Вас интересует карта Киева, тогда обращайтесь.