Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 3. С. 152-163
Спутниковый мониторинг зимней промывки пашни от вторичного засоления на примере ирригационного массива «Голодная степь» (Южный Казахстан)
Н.Н. Абаев
1, 2 , Г.Н. Сагатдинова
1 , Ю.А. Маглинец
3 , Е.Н. Амиргалиев
1 , И.Ю. Савин
4, 5 , А.Г. Терехов
1 1 Институт информационных и вычислительных технологий, Алматы, Казахстан
2 РГП «Казгидромет», Алматы, Казахстан
3 Институт космических и информационных технологий СФУ, Красноярск, Россия
4 Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Москва, Россия
5 Российский университет дружбы народов, Москва, Россия
Одобрена к печати: 25.04.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-152-163
В Центральной Азии на территории Казахстана, в бассейне трансграничной р. Сырдарьи на границе с Узбекистаном, находится часть (140 тыс. га) крупного массива орошения — «Голодная степь». В регионе практикуется наиболее дешёвый способ ирригации — полив по бороздам. Такая сельскохозяйственная практика требует большого количества воды для ирригации, что способствует поднятию уровня засоленных грунтовых вод и активизирует процессы вторичного засоления полей. Наиболее широко распространённым способом рассоления сельскохозяйственных земель в регионе считается относительно недорогая процедура зимней промывки полей. В процессе промывки на пашне формируются водные зеркала, которые могут существовать до нескольких месяцев. При этом чем сильнее засолены поля, тем большее количество воды рекомендуется использовать для промывки почвы. Спутниковый мониторинг водных зеркал, формирующихся в период январь – февраль на территории ирригационного массива, позволяет параметризировать процедуру очистки полей от вторичного засоления. В данном исследовании с помощью системы Google Earth Engine были проанализированы архивы спутниковых данных Landsat-8, 9 и Sentinel-1, -2 за период январь – февраль 2017–2022 гг. Были созданы сезонные маски водных зеркал, накопленные за январь – февраль. Карты отклонений сезонных характеристик от среднего многолетнего уровня представляют собой важную информацию об активности мероприятий по борьбе с вторичным засолением поливной пашни в отдельные годы. Многолетние оценки распространённости водных зеркал в процессе зимней промывки характеризуют средний многолетний уровень вторичной засоленности поливной пашни региона. Полученная в результате исследования информация может представлять интерес в качестве отдельного компонента мониторинга вторичной засоленности пашни региона, а также для планирования мероприятий, направленных на улучшение работы региональной ирригационно-дренажной инфраструктуры.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, водное зеркало, мониторинг поливной пашни, вторичное засоление, зимняя промывка полей
Полный текстСписок литературы:
- Воробьёв О. Н., Курбанов Э. А. Оценка затопления растительного покрова в республиках Марий Эл и Чувашия при подъёме Чебоксарского водохранилища до отметки 68 м по данным ДЗЗ // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 214–225. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-3-214-225.
- Мамедов Э. А. Изучение засоленных земель и солончаков с помощью космически методов // Исслед. Земли из космоса. 1985. № 1. С. 60–61.
- Панкова Е. И., Мазиков В. М., Исаев В. А., Ямнова И. А. Опыт использования аэрофотоснимков для характеристики засоления почв неорошаемых территорий сероземной зоны // Почвоведение. 1978. № 3. С. 82–85.
- Рамазанов А., Якубов Х. Промывные и влагозарядные поливы. Ташкент: Изд-во «Мехнат», 1988. 192 с.
- Терехов А. Г. Спутниковая диагностика изменений сельскохозяйственного водообеспечения Синьцзян Уйгурского автономного района КНР на основе эффекта охлаждения поверхности пашни при ирригации по данным 2002–2019 гг. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 7. С. 131–141. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-7-131-141.
- Терехов А. Г., Абаев Н. Н., Маглинец Ю. А. Спутниковый мониторинг состояния оазисов реки Амударьи в период 2003–2020 гг. на основе анализа эффекта охлаждения пашни в результате ирригации // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 5. С. 123–132. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-123-132.
- Терехов А. Г., Сагатдинова Г. Н., Мурзабаев Б. А. Принципы региональной оценки многолетней засоленности пашни в Казахстанском секторе долины реки Сырдарьи по данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 2. С. 169–179. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-2-169-179.
- Шинкаренко С. С., Солодовников Д. А., Барталев С. А., Васильченко А. А., Выприцкий А. А. Динамика площадей водохранилищ полуострова Крым // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т 18. № 5. С. 226–241. DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-5-226-241.
- Abbas A., Khan S., Hussain N., Hanjra M. A., Akbar S. Characterizing soil salinity in irrigated agriculture using a remote sensing approach // Physics and Chemistry of the Earth. 2013. V. 55–57. P. 43–52. DOI: 10.1016/j.pce.2010.12.004.
- Bannari A., Guédon A. M. Communications in soil science and plant analysis mapping slight and moderate saline soils in irrigated agricultural land using advanced land imager sensor (EO-1) data and semi-empirical models // Communications in Soil Science and Plant Analysis. 2016. V. 47. P. 1883–1906. DOI: 10.1080/00103624.2016.1206919.
- Craig M., Merchant M., Boychuk L., Hopkinson Ch., Brisco B. Automated SAR image thresholds for water mask production in Alberta’s Boreal Region // Remote Sensing. 2020. V. 12. No. 14. Art. No. 2223. DOI: 10.3390/rs12142223.
- Kitamura Y., Yano T., Honna T., Yamamoto S., Inosako K. Causes of farmland salinization and remedial measures in the Aral Sea basin — Research on water management to prevent secondary salinization in rice-based cropping system in arid land // Agricultural Water Management. 2006. V. 85. Iss. 1–2. P. 1–14. DOI: 10.1016/j.agwat.2006.03.007.
- Laiskhanov S. U., Otarov A., Savin I. Y., Tanirbergenov S. I., Mamutov Z. U., Duisekov S. N., Zhogolev A. Dynamics of soil salinity in irrigation areas in South Kazakhstan // Polish J. Environmental Studies. 2016. V. 25. P. 2469–2475. DOI: 10.15244/pjoes/61629.
- Li Y. Research Progress of Remote Sensing Monitoring of Soil Salinization // IOP Conf. Ser.: Earth and Environmental Science. 2021. V. 692. Art. No. 042007. DOI: 10.1088/1755-1315/692/4/042007.
- Li L., Liu H., He X., Lin E., Yang G. Winter Irrigation Effects on Soil Moisture, Temperature and Salinity, and on Cotton Growth in Salinized Fields in Northern Xinjiang, China // Sustainability. 2020. V. 12. Art. No. 7573. DOI: 10.3390/su12187573.
- Lobell D. B., Lesch S. M., Corwin D. L., Ulmer M. G., Anderson K. A., Potts D. J., Doolittle J. A., Matos M. R., Baltes M. J. Regional-scale Assessment of Soil Salinity in the Red River Valley Using Multi-year MODIS EVI and NDVI // Environmental Quality. 2010. V. 39. Iss. 1. P. 35–41. DOI: 10.2134/jeq2009.0140.
- Manjusree P., Kumar L. P., Bhatt Ch. M., Rao G. S., Bhanumurthy V. Optimization of Threshold Ranges for Rapid Flood Inundation Mapping by Evaluating Backscatter Profiles of High Incidence Angle SAR Images // Intern. J. Disaster Risk Science. 2012. V. 3. No. 2. P. 113–122. DOI: 10.1007/s13753-012-0011-5.
- McFeeters S. K. The use of the Normalized Difference Water Index (NDWI) in the delineation of open water features // Intern. J. Remote Sensing. 1996. V. 17. No. 7. P. 1425–1432. DOI: 10.1080/01431169608948714.
- Özelkan E. Water Body Detection Analysis Using NDWI Indices Derived from Landsat-8 OLI // Polish J. Environmental Studies. 2020. V. 29. No. 2. P. 1759–1769. DOI: 10.15244/pjoes/110447.
- Pengnian Y., Zia-Khan S., Wei G., Zhong R., Aguila M. Winter Irrigation Effects in Cotton Fields in Arid Inland Irrigated Areas in the North of the Tarim Basin, China // Water. 2016. V. 8. Iss. 2. Art. No. 47. DOI: 10.3390/w8020047.
- Rukhovich D. I., Pankova E. I., Chernousenko G. I., Koroleva P. V. Long-term salinization dynamics in irrigated soils of the Golodnaya Steppe and methods of their assessment on the basis of remote sensing data // Eurasian Soil Science. 2010. V. 43. P. 682–692. DOI: 10.1134/S1064229310060098.
- Scudiero E., Corwin D. L., Anderson R. G., Yemoto K., Clary W., Luke Z., Todd W. Remote sensing is a viable tool for mapping soil salinity in agricultural lands // California Agriculture. 2017. V. 71. No. 4. P. 231–238. DOI: 10.3733/ca.2017a0009.
- Singh A. N., Dwivedi R. S. Delineation of salt-affected soils through digital analysis of Landsat MSS data // Remote Sensing. 1989. V. 10. No. 1. P. 83–92. DOI: 10.1080/01431168908903849.
- Sorg A., Mosello B., Shalpykova G., Allan A., Clarvis M. H., Stoffel M. Coping with changing water resources: The case of the Syr Darya river basin in Central Asia // Environmental Science and Policy. 2014. V. 43. P. 68–77. DOI: 10.1016/j.envsci.2013.11.003.
- Volkmar K. M., Hu Y., Steppuhn H. Physiological responses of plants to salinity: A review // Canadian J. Plant Science. 1998. V. 78. No. 1. P. 19–27. DOI: 10.4141/P97-020.
- Wang N., Peng J., Xue J., Zhang X., Huang J., Biswas A., He Y., Shi Zh. A framework for determining the total salt content of soil profiles using time-series Sentinel-2 images and a random forest-temporal convolution network // Geoderma. 2022. V. 409. Art. No. 115656. DOI: 10.1016/j.geoderma.2021.115656.
- Wang Y., Zhao Y., Yan L., Deng W., Zhai J., Chen M., Zhou F. Groundwater regulation for coordinated mitigation of salinization and desertification in arid areas // Agricultural Water Management. 2022. V. 271. Art. No. 107758. DOI: 10.1016/j.agwat.2022.107758.
- Xiucheng Y., Zhao S., Qin X., Zhao N., Liang L. Mapping of Urban Surface Water Bodies from Sentinel-2 MSI Imagery at 10 m Resolution via NDWI-Based Image Sharpening // Remote Sensing. 2017. V. 9. No. 6. Art. No. 596. DOI: 10.3390/rs9060596.
- Yin X., Feng Q., Zheng X., Zhu M., Wu X., Guo Y., Wu M., Li Y. Spatio-temporal dynamics and eco-hydrological controls of water and salt migration within and among different land uses in an oasis-desert system // Science of the Total Environment. 2021. V. 772. Art. No. 145572. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2021.145572.