ИСТИНА

Состояние плодородия почв является наиболее важным фактором, обуславливающим возможности устойчивого развития эффективного земледелия. В настоящее время в связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства все большее значение приобретает проблема комплексной оценки агроэкологического состояния земельного фонда, анализа динамики почвенного плодородия в связи с технологической спецификой возделывания различных видов сельскохозяйственных культур. Особое значение эти проблемы имеют в засушливых регионах, где механизмы поддержания экологической устойчивости пахотных почв характеризуются невысоким уровнем регенерационного потенциала в обеспечении стабильности функционирования агроценозов при деструктивном воздействии негативных факторов. В данной ситуации одним из важнейших направлений в решении задач сбалансированного землепользования является формировании системы комплексной оценки состояния аграценозов, динамики их почвенного плодородия. Учитывая значительные площади сельскохозяйственных земель, все в большей степени востребованы методы дистанционной диагностики состояния почвы, которые в последние десятилетия наиболее активно разрабатываются на основе применения спутниковых систем космического зондирования поверхности Земли. Пространственное разрешение и временная частота изображений космического зондирования существенно повысились. Это позволяет оценивать почвенные показатели в высоком пространственном разрешении за счет увеличения объема данных и повышения эффективности их обработки. Однако применение дистанционных методов и геоинформационных технологий в изучении агроланшафтов с точки зрения системного подхода, как в отечественных, так и в зарубежных научных исследованиях, в недостаточной степени развито. Крайне ограничены исследования, связанные с выявлением и оценкой уровня сопряженности показателей почвенного плодородия, полученных с использованием методов полевых и лабораторных исследований, с диагностическими признаками дистанционного зондирования качественных характеристик почв. Важнейшими задачами проекта является повышения эффективности землепользования, сохранения плодородия почвы на основе минимизации ее обработки, а также оптимизации ассортимента возделываемых сельскохозяйственных культур с учетом региональных особенностей агроклиматических условий. На основе материалов, полученных с применением спутниковых систем дистанционного зондирования Земли, методов полевой калибровки и наземной верификации планируется проведение исследований с целью уточнения и выделение диагностических признаков дистанционного зондирования, характеризующих почвенное плодородие пахотных земель. Определены возможности практического применения синтезированной и одноканальной космической съемки для дистанционной диагностики плодородия агроценозов Крыма. Разработаны способы обработки мультиспектральных космических снимков с использованием методов синтеза изображений для решения задач оценки динамики качественных характеристик почв. Создана компьютерная модель для прогнозирования сценариев трансформации пахотных почв агроландшафтов полуострова. По итогам системной обработки и обобщения научных результатов, полученных в процессе выполнения трехлетних исследований, будут разработаны рекомендации по поддержанию почвенного плодородия на основе совершенствования системы технологий обработки пахотных земель и оптимизации ассортимента культивируемых растений с учетом региональной специфики агроклиматических условий.

The state of soil fertility is the most important factor determining the possibilities for the sustainable development of efficient farming. Currently, due to the intensification of agricultural production, the problem of comprehensive assessment of the agroecological state of the land fund, analysis of the dynamics of soil fertility in connection with the technological specifics of the cultivation of various agricultural crops is becoming increasingly important. These problems are of particular importance in arid regions, where the mechanisms for maintaining the ecological stability of arable soil are characterized by a low level of regeneration potential in ensuring the stability of the functioning of agrocenoses under the destructive influence of negative factors. In this situation, one of the most important areas in solving problems of balanced land use is the formation of a system of comprehensive assessment of the status of agrotsenozov, the dynamics of their soil fertility. Considering the large areas of agricultural land, methods of remote diagnostics of the state of the soil, which have been most actively developed in recent decades through the use of satellite systems for satellite sensing of the Earth’s surface, are increasingly in demand. The spatial resolution and temporal frequency of the images of space sensing increased significantly. This allows us to evaluate soil indicators in high spatial resolution by increasing the volume of data and increasing the efficiency of their processing. However, the use of remote sensing methods and geo-information technologies in the study of agrofan shafts from the point of view of the systems approach, both in domestic and in foreign scientific research, is not sufficiently developed. Extremely limited are studies related to identifying and assessing the level of contingency of soil fertility indicators obtained using field and laboratory research methods with diagnostic indications of remote sensing of soil quality characteristics. The most important objectives of the project are to increase the efficiency of land use, preserve soil fertility by minimizing its processing, as well as optimizing the range of cultivated crops, taking into account regional features of agroclimatic conditions. Based on materials obtained with the use of satellite systems of remote sensing of the Earth, methods of field calibration and ground-based verification, it is planned to conduct studies to clarify and highlight the diagnostic signs of remote sensing characterizing the soil fertility of arable land. The possibilities of practical application of the synthesized and single-channel space imagery for remote diagnostics of the fertility of Crimea's agrocenoses are determined. Methods for processing multispectral space images using image synthesis methods for solving problems of assessing the dynamics of soil quality characteristics have been developed. A computer model has been created for predicting scenarios of arable soil transformation in the peninsula agrolandscapes. Following the results of systematic processing and generalization of scientific results obtained in the course of three-year studies, recommendations will be developed for maintaining soil fertility based on improving the system of processing of arable land and optimizing the assortment of cultivated plants to the regional specifics of agro-climatic conditions.

На первом этапе реализации проекта будут разработаны принципы организации и заложена база долгосрочного мониторинга пахотных земель на территории региона проведения исследований, что позволит оценивать и анализировать тенденции динамики их состояния. Выполнены работы по адаптации и совершенствованию методов компьютерного сканирования оптических свойств почвы с целью повышения точности и возможности детальной оценки особенностей визуализации показателей ее гумусного состояния. С использованием реперных объектов полевых наблюдений и лабораторных методов оптического сканирования будет изучена динамика содержания гумуса отдельных типов почвы в различных вариантах их агротехнологической эксплуатации. На основе материалов, полученных с применением спутниковых систем дистанционного зондирования Земли, методов полевой калибровки и наземной верификации будут поведены исследования с целью уточнения и выделение диагностических признаков дистанционного зондирования, характеризующих почвенное плодородие пахотных земель. Выполнена математическая оценка уровня корреляции результатов компьютерного сканирования оптических характеристик почв с показателями дистанционной диагностики её спектральной отражательной способности и поглощения электромагнитного излучения в различных диапазонах зондирования. Материалы данных исследований послужат основой для разработки методов интегральной оценки сопряженности показателей почвенного плодородия, полученных с использованием методов полевых и лабораторных исследований, с диагностическими признаками дистанционного зондирования качественных характеристик почв.

Использование цифровых фотокамер для изучения оптических свойств почв сопряжено с рядом неудобств, связанных с необходимостью строго выдерживать условия проведения съемки, включая расстояние до объекта, экспозицию, освещенность и т.д. и использовать единый эталон. В ходе реализации проекта планируется изучение связи между оптическими характеристиками почв, получаемых в лабораторных условиях с использованием сканера, и результатами изучения их отражательной способности путем дистанционного зондирования специально подобранных объектов на основных типах почв степного и предгорного Крыма. 18-410-230024 «Теоретико-методологические основы моделирования информационно-управляющей инфраструктуры развития региональной экономики на основе применения отечественных результатов космической деятельности» (руководитель Гришин И.Ю.), 18-410-910011 «Системный анализ регионального хозяйственного комплекса Республики Крым и разработка адаптивной бизнес-модели его развития на основе технологий цифровой экономики» (Руководитель Тимиргалеева Р.Р.). В распоряжение коллектива будет предоставлено научное и лабораторное оборудование Лаборатории лесоведенияи и Лаборатории фитомониторинга «Никитского ботанического сада – Национального научного центра РАН», Центра коллективного пользования научным оборудованием "Экспериментальная физиология и биофизика" Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского, для проведения наиболее сложных вычислений, связанных с обработкой изображений - Суперкомпьютер «Ломоносов» Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В.Ломоносова.

1) Изучены и освоены методы космического мониторинга. На основе анализа программ компьютерного обеспечения обработки и материалов спутникового зондирования сформирована технологическая система и определена структура космического зондирования пахотных почв Крыма с выделением основных фиксируемых параметров дистанционного наблюдения. 2) Рекогносцировочное обследование пахотных почв полуострова позволит выделить участки в наиболее крупных земельных массивах для закладки и формирования системы постоянных пробных площадей при организации долгосрочных полевых наблюдений. 3) На основе маршрутного обследования и инструментального изучения на постоянных и временных пробных площадях будет проведена оценка структуры и состава наиболее распространенных типов почв в регионе исследований. 4) Разработана система и структура космического зондирования пахотных почв Крыма, определены основные фиксируемые параметры дистанционной диагностики. 5) Сформирована электронная база данных космического зондирования территории Крыма высокого разрешения с использованием спутниковых систем Sentinel-2А, 2В и Landsat-7, 8. 6) По результатам стратификации спутниковых данных и с использованием имеющихся картографических материалов будут выделены реперные объекты для закладки базовых площадок изучения качественных характеристик пахотных почв, организация системы долгосрочных наблюдений. 7) В пределах наиболее крупных земельных массивов будет проведено маршрутное обследование и детальное изучение на постоянных и временных пробных площадях их структуры и состава пахотных почв. 8) С использованием материалов спутникового зондирования создана секторальная схема массивов пахотных земель Крыма с фиксацией территориального распределения преобладающих по занимаемой площади типов почв. 9) Выделены натурные объекты для детализации и уточнения характеристик, полученных с использованием космической съемки. 10) По итогам первого этапа проведения исследований будет выполнена систематизация материалов спутникового зондирования пахотных почв полуострова.