CC BY
0
4.1.6. - Лесоведение, лесоводство, лесные культуры, агролесомелиорация, озеленение, лесная пирология и таксация (сельскохозяйственные науки)
УДК 631 DOI: 10.34736/FNC.2024.124.1.004.31-39
Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга понижений мезорельефа в зоне опустыненных степей
Иван Александрович Болговм, e-mail: bolgov-ia@vfanc.ru, аспирант, ORCID: 0009-0003-3174-6382 Асель Нурлановна Берденгалиева, м.н.с., ORCID: 0000-0002-5252-7133
«Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук» (ФНЦ агроэкологии РАН), e-mail: info@vfanc.ru, 400062, пр. Университетский, 97, г. Волгоград, Россия
Аннотация. В засушливых условиях юга Европейской части России, расположенной в зонах сухой степи и полупустыни, в последние десятилетия наблюдается тенденция сокращения пахотных земель и использования их в качестве пастбищ. Интенсификация отгонно-пастбищного животноводства приводит к чрезмерным нагрузкам на природные сообщества, деградации растительного покрова и опустыниванию. Для предотвращения негативного воздействия на ландшафты эффективным может оказаться создание лесных насаждений. В зонах сухих степей и полупустынь лесомелиоративные мероприятия целесообразно проводить на участках понижения рельефа, которые характеризуются лучшими почвенным и гидрологическими характеристиками и благоприятны для роста деревьев. Цель работы - выявление участков на территории исследования, наиболее подходящий для проведения лесомелиорации. В качестве объекта исследования был выбран наиболее репрезентативный участок - территория Александрово-Гайского района Саратовской области. Определение лесопригодных участков производилось методом картографирования отрицательных форм рельефа (понижений, заполняемых в весенний период водой) на основе космических снимков спутников Sentinel-2 и Landsat-5,7,8 и расчета индекса MNDWI. В полупустынной зоне понижения мезорельефа классифицируются на крупные (лиманы), средние (падины) и микрорельефы (например, западины). Также использовались метеоданные системы АИСОРИ для выявления характеристик, влияющих на гидрологический режим понижений, и данные официальной статистики. Были картографированы 7,1 тыс. га пахотных земель и 254,6 тыс. га необрабатываемых полей, которые используются преимущественно как пастбища. Проведена оценка лесопригодных участков, площадь которых составляет 18,8 тыс. га. В результате анализа полученных данных о площадях заливания и метеоданных установлено, что гидрологические условия понижений рельефа зависят от поверхностного стока талых вод, глубины промерзания почвы в зимний период и мощности снежного покрова. Рост среднегодовой температуры воздуха на территории исследования ведет к уменьшению наполняемости водой понижений, что необходимо учитывать при лесомелиорации.
Ключевые слова: агроландшафты, деградация земель, опустынивание, геоинформационные технологии, дистанционное зондирование, понижения мезорельефа.
Финансирование. Работа выполнена в рамках государственного задания ФНЦ агроэкологии РАН НИР № 122020100311-3 «Теоретические основы функционирования и природно-антропогенной трансформации агролесоландшафтных комплексов в переходных природно-географических зонах, закономерности и прогноз их деградации и опустынивания на основе геоинформационных технологий, аэрокосмических методов и математико-картографического моделирования в современных условиях».
Цитирование. Болгов И.А., Берденгалиева А.Н. Использование данных дистанционного зондирования для мониторинга понижений мезорельефа в зоне опустыненных степей // Научно-агрономический журнал. 2024. 1(124). С. 31-39. DOI: 10.34736/FNC.2024.124.1.004.31-39
Поступила в редакцию: 16.01.2024 Принята к печати: 11.03.2024
N у
м о м -и
и
S о
Введение. Климатические и социально-экономические изменения в России в период 1990-2000-х гг. привели к тому, что значительные площади земель, которые ранее использовались в земледелии, оказались заброшенными [4; 7]. Достаточно велика доля неиспользуемой пашни, которая находится на юге страны, где достаточно неблагоприятные для выращивания сельскохозяйственных культур почвенно-климатические условия. Фактически такие земли в настоящее время либо исполь-
зуются в качестве пастбищ, либо полностью заброшены, что ведет к интенсификации ландшафтных пожаров [12]. Чрезмерные пастбищные нагрузки в засушливых и полузасушливых условиях приводят к деградации растительного и почвенного покрова вплоть до их опустынивания и полной утраты продуктивного слоя [9; 11; 21], поэтому требуется проведение фитомелиоративных, в том числе лесомелиоративных мероприятий для повышения устойчивости подобных ландшафтов [1; 3; 22].
> (Q
3 y
м )
31
^ - Для контактов / Corresponding author
В зоне опустыненных степей и северных пустынь Волго-Уральского междуречья довольно сложные лесорастительные условия, что обуславливается недостатком атмосферного увлажнения, высокими температурами и значительной степенью засоления почв [6; 10]. Тем не менее возможно создание лесных насаждений в понижениях рельефа в зоне опустыненных степей (полупустынь), которые находятся в лучших условиях увлажнения из-за перераспределения атмосферных осадков, характеризуются лугово-каштановыми почвами, в то время как зональными являются каштановые, светло-каштановые, солонцы и их комплексы [14]. Подобные понижения рельефа достаточно широко распространены в Волгоградском и Саратовском Заволжье, согласно лесомелиоративной классификации они относятся к лесомелиоративному типу «в», т.к. имеют дополнительный источник увлажнения из-за перераспределения атмосферных осадков. Такие неглубокие понижения рельефа округлой или неправильной формы, представляющие собой мелководные озера, заполняемые водой весной, пересыхающие летом и превращающиеся в низинные болота или луга, называются лиманами [15; 16]. Прекращение выращивания сельскохозяйственных культур, угроза опустынивания пастбищ и наличие участков с удовлетворительными лесорастительными условиями позволяют создавать куртинные насаждения [3]. По этим причинам становится актуальной необходимость определения местоположения понижений рельефа и их площади.
Новизна исследования заключается в проведе-
^ нии мониторинга изменения площадей водного
гч
° зеркала и определении пространственного положения отрицательных форм мезорельефа средст-^ вами геоинформационных технологий и дистан-^ ционных методов на территории исследования. § Целью исследования являлось определение на° иболее лесопригодных участков на юго-востоке Е Саратовской области методами дистанционного § зондирования Земли.
< Материалы и методы. В качестве территории £ исследования для апробации подходов к картогра-1 фированию понижений рельефа в зоне опустынен-<л ных степей выбран Александрово-Гайский район ^ Саратовской области, который расположен на ее о юго-востоке у границы с Казахстаном. В район-^ ном центре находится одноименная метеостанция Александров Гай (34391). По территории района протекают 2 реки: в центральной части района -го Большой Узень, и на юго-западе района - Малый Узень. Наблюдается большое количество искусст->| венных каналов для орошения, также здесь распо-
0 ложена Малоузенская система лиманного ороше-| ния [15].
§ Картографирование понижений рельефа достаточно затруднено из-за их относительно не-£ большого размера, что предъявляет требования ^ к пространственному разрешению спутниковых
1 данных. Наличие в открытом доступе данных ди-
станционного зондирования высокого пространственного разрешения спутников миссий Landsat и Sentinel-2 дает возможность их выделить [19].
В Волгоградском Заволжье выполнялись подобные работы с использованием вегетационного индекса NDVI [8]: в лучших условиях увлажнения в понижениях рельефа растительный покров отличается от окружающего ровного пространства, в том числе и сезонной динамикой вегетационного индекса [13], поэтому данный подход может быть оправдан. Тем не менее степная растительность обладает достаточно большой межгодовой и сезонной изменчивостью, из-за чего использование вегетационных индексов, чувствительных к растительной фитомассе, не всегда может подходить для данных целей. Поэтому наиболее увлажненные участки, которые зачастую заливаются талыми водами, могут быть выделены на основе индексов, предназначенных для определения водоемов и переувлажненных участков, например, NDWI, MNDWI и др.
Для определения границ водных объектов рекомендуются индексы NDWI и MNDWI [5; 18]. Но NDWI имеет больше ошибок в случае с переувлажненной почвой [17], что может наблюдаться на свежевспаханных полях в весенний период, по этой причине в данном исследовании применялся индекс MNDWI.
Индекс MNDWI определяется по формуле [23]: MNDWI = (GREEN-SWIR)/ (GREEN+SWIR), где: GREEN - зелёный канал,
SWIR - коротковолновый инфракрасный канал (длина волны 2,2 мкм).
Для расчетов значений указанных индексов использовался сервис Вега - Science [9; 20], который предоставляет доступ к спутниковым данным второго уровня обработки с коррекцией атмосферных искажений и радиометрической калибровкой, а также рассчитанных на их основе вегетационных индексов. При картографировании водной поверхности использованы данные с космических аппаратов Sentinel-2, Landsat-5, 7, 8. После выгрузки данные были обработаны в программе QGIS, где выделялось водное зеркало на основе эмпирически подобранного порогового значения MNDWI для водных объектов, равное -0,2. Спутниковые данные выбирались на апрель-май, когда обводненность понижений рельефа была максимальной (табл. 1). Контроль точности осуществлялся визуальным сравнением полученной маски водного зеркала со спутниковым изображением. Кроме ежегодных значений площадей водного зеркала (рис. 1) была определена суммарная площадь всех участков, заливаемых водой за период исследований - 1984-2022 гг. Границы используемых и неиспользуемых пахотных земель определялись экспертным дешифрированием по спутниковым данным Landsat за 1984 и 2022 гг. [4].
Метеоданные (месячные суммы осадков, средняя температура, суточные значения температуры почв по глубинам и мощности снежного по-
крова) были загружены из автоматизированной информационной системы обработки режимной информации АИСОРИ (http://aisori-m.meteo.ru). За глубину промерзания принималась максимальная
глубина с зафиксированными отрицательными температурами почв. На метеостанции Александров-Гай ведутся наблюдения за температурами почв на глубинах 20, 40, 80, 160, 240 и 320 см.
Таблица 1. Даты использованных спутниковых снимков
Дата снимков Спутник Дата снимков Спутник Дата снимков Спутник
12.04.1984 Landsat-5 10.04.2001 Landsat-7 11.04.2016 Landsat-8
18.04.1986 Landsat-5 22.04.2002 Landsat-7 07.04.2017 Landsat-8
04.04.1990 Landsat-5 19.04.2004 Landsat-5 27.04.2018 Sentinel-2
07.04.1991 Landsat-5 03.04.2007 Landsat-5 22.04.2019 Sentinel-2
28.04.1993 Landsat-5 24.04.2009 Landsat-5 11.04.2020 Sentinel-2
24.04.1994 Landsat-5 20.04.2010 Landsat-5 01.04.2021 Sentinel-2
27.04.1995 Landsat-5 23.04.2011 Landsat-5 16.04.2022 Sentinel-2
13.04.1996 Landsat-5 19.04.2013 Landsat-8
07.04.2000 Landsat-7 02.04.2015 Landsat-8
Рисунок 1. Спутниковые изображения территории исследований: 24.04.1994 (а), 13.07.1994 (б), 20.04.2010 (в), 00
26.06.2010 (г), 16.04.2022 (д), 09.07.2022 (е) 4
Площадь, тыс.га а)
Вся посевная площадь
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
Рисунок 2. Динамика посевных площадей (а) и поголовья скота (б)
гм о гм
гм
Е
<
Ф
о
М и
гм о гм
гм
и
га 1
Глубина снежного покрова рассчитывалась при покрытии снегом не менее 50% территории вокруг метеостанции. Определялись как средние, так и максимальные и среднемаксимальные среднемесячные значения за зиму и год. Данные о величинах посевных площадей и поголовья скота были загружены из базы данных показателей муниципальных образований Саратовской области (https://rosstat.gov.ru/ dbscripts/ти^^ munst63/ DBInet.cgi).
Результаты и обсуждение. Согласно Атласу почв РФ [10] в Александрово-Гайском районе 259,5 тыс. га сельскохозяйственных угодий, из которых 36,8 тыс. га пашни, 28,9 тыс. га сенокосов и 193,6 тыс. га пастбищ. По данным сельскохозяйственной переписи 2006 г. в районе было 22,9 тыс. га пашни и 16,3 тыс. га залежей (https://64.rosstat.gov. гиДоМег/28075). Актуальная величина площади посевных площадей в районе составляет от 9 до 20 тыс. га (рис. 2). В результате дешифрирования спутниковых данных картографировано 161,8 тыс. га пахотных земель в период 1984-2022 гг., из них 154,6 тыс. га необрабатываемых и 7,1 тыс. га обрабатываемых земель (рис. 3). Таким образом, большая часть залежных земель, которые использовались ранее для выращивания сельскохозяйст-
венных культур, в настоящее время имеют другое назначение (в основном пастбища и сенокосы). В районе в последние годы отмечается тенденция роста поголовья крупного рогатого скота на 50% к 2022 г. по сравнению с 2012 г., количество которого примерно выровнялось с овцами и козами (рис. 2). Тенденции роста поголовья скота свидетельствуют о том, что создаваемые защитные лесные насаждения в районе должны носить преимущественно пастбищезащитные и мелиоративнокормо-вые функции.
Карта-схема максимальной площади водного зеркала за весь период исследований дает представление о распространении понижений рельефа. В настоящее время заливание водой носит нерегулярный и кратковременный характер, поэтому эту территорию можно отнести к лесомелиоративному типу «в», соответственно здесь могут быть проведены лесомелиоративные работы согласно методическим рекомендациям [3].
Таким образом, получена оценка наиболее лесо-пригодных участков - 18,8 тыс. га (рис. 3в).
Поверхностный сток талых вод в водоемы зависит от снегозапаса, влажности и глубины промерзания почв [3]. Поэтому интерес представляет анализ взаимосвязей указанных характеристик
Рисунок 3. Спутниковые изображения 01.07.1984 (а), 07.05.2022 (б), максимальные площади водного зеркала (в),
распределение пашни и залежи на 2022 год (г)
и площадей временных водоемов в понижениях (рис. 4). В юго-западной части района расположена Малоузенская система лиманного орошения, которая наполняется не только талыми водами и пойменными водами реки Малый Узень, но и по системе каналов из Волгоградского водохранилища. Поэтому взаимосвязи характеристик, обуславливающих поверхностный сток, и динамика площади водного зеркала на этом участке должны рассматриваться отдельно. Большая часть обводненных лиманов Малоузенской системы орошения используется в качестве сенокосов, поэтому лесные насаждения здесь могут снизить полезную площадь сенокошения. Необходимость и возможность проведения здесь лесомелиоративных мероприятий требует дополнительных исследований.
Наибольшее влияние на наполняемость понижений талыми водами оказывают атмосферные осадки (г=0,77, р<0,01), причем не только в холодное полугодие. Возможно, что это связано с ростом
поверхностного стока талых вод при увеличении влажности верхних горизонтов почвы [2]. В меньшей степени площадь водного зеркала связана с максимальной за зиму глубиной промерзания (г=0,21, р<0,1) и практически не зависит от мощности снежного покрова. Рост температур способствует уменьшению площадей заливаемых талыми водами понижений (г=-0,74, р<0,01) и сокращению периода их наполнения. Отчасти это может быть связано с трудностями картографирования быс-тровысыхающих понижений, поскольку в весенний период из-за частой облачности количество доступных спутниковых изображений снижено. Это может приводить к пропуску и недоучету реальных площадей заливаемых весной понижений. Тенденции климатических изменений в районе направлены на рост температур (значимость тренда р<0,05), при этом значимых изменений сумм осадков, мощности снежного покрова и глубины промерзания почв не отмечено (рис. 4).
N <
м о м -и
и
м о
> со
3 <
м )
25 20 15 10
Плошлль.тыс. га
а)
у - 0,3075-1+ 622.9S RÍ= Û, J 709 *
• ♦
1930
1990
1995
20 ¡XI
2005
2010
3015
2025
t,c* ó)
• V = 0.05-161 101.77 R! = 0.31 £6
• < ЯлЩ-Ш..... .....»**" • * • • • * *
• - - - - - - - -1
1580
lyS5
1990
1995
20(10
2005
2010
2015
2020
2025
Сумма о садков, мм —» » в)
•< • у -l,422Ss +.1167,3 R- = 0,0474
• ..... . ..... * • • •
www . * 1 •
• -- - *
- - - - - - -1
19S0
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
Снежный [ТОкрон, см • г)
* • Ï5--*
• > v —U.U.ÍOM В1 = Ö,00?3
* • • • .
ш • -
J>- - • - t.* -1-1- - * • -1-1
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
90 80 70 <¡0 50 40 30 20 10
Глубина * • д
|][ЮНГ[}'1!1Н]1Н, I'll * у = - 0,2 291s+506.08
А - * • К' - 0.0283 « i
- * » * * л___________ 4 • 1* •
* Т • а
—• ■ - » *
-- - - - - - -1-1
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
2020
2025
ra X
Рисунок 4. Динамика площади водного зеркала (а), температуры воздуха(б), годовой суммы осадков (в),
снежного покрова (г), глубины промерзания (д)
В то же время наполняемость водой понижений значимо сокращается: после 2010 г. только в отдельные годы отмечены 5-7 тыс. га водного зеркала. Этот факт должен учитываться при планировании лесомелиоративных мероприятий на пастбищах района. Среднее количество дней со снегом (при мощности более 5 см и покрытии более 50%) в районе составляет 70-80 дней, что достаточно для функционирования защитных лесных насаждений в понижениях рельефа [3].
Выводы. В результате исследования определено пространственное размещение понижений в Александрово-Гайском районе на основе геоинформационного картографирования водного зеркала по данным дистанционного зондирования Земли. Анализ землепользования по спутниковым снимкам и данным статистики показал, что большая часть сельскохозяйственных угодий используются в качестве пастбищ. В условиях роста поголовья скота возможно проведение фитомели-оративных мероприятий по созданию пастбище-защитных лесных насаждений. Выявленные понижения рельефа общей площадью 18,8 тыс. га могут быть отнесены к лесомелиоративному типу «в».
Литература:
1. Агролесомелиорация. 5-е изд., переработ. и доп. / под ред. А.Л. Иванова, К.Н. Кулика. Волгоград: ВНИАЛМИ, 2006. 746 с. Режим доступа: https://vfanc.ru/wp-content/ uploads/2022/12/agrolesomelioracziya-1.pdf
2. Барабанов А.Т. Эрозионно-гидрологическая оценка взаимодействия природных и антропогенных факторов формирования поверхностного стока талых вод и адаптивно-ландшафтное земледелие. - Волгоград: Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук, 2017. 188 с. Режим доступа: https://vfanc. ru/wp-content/uploads/2023/04/barab_.pdf
3. Беляев А.И., Кулик К.Н., Манаенков А.С. [и др.] Методические рекомендации по фитомелиоративной реконструкции деградированных и опустыненных пастбищ Российской Федерации инновационными экологически безопасными ресурсосберегающими технологиями. -Волгоград: ФНЦ агроэкологии РАН, 2021. 68 с. Режим доступа: https://vfanc.ru/wp-content/uploads/2021/12/ rekomendaczii-okonchat.pdf
4. Болгов И.А., Берденгалиева А.Н. Анализ пространственной структуры сельскохозяйственных угодий юга Саратовского Заволжья // Научно-агрономический журнал. 2023. 4(123). С. 60-67. Э01: 10.34736/ FNC.2023.123.4.009.60-67
5. Васильченко А.А. Анализ основных методов выделения водного зеркала с помощью спектрозональ-ных данных ДЗЗ // Грани познания. 2021. № 2(73). С. 4-8. Режим доступа: https://elibrary.ru/download/ elibrary_45688572_61445901.pdf ЕЭ^ НКАТВР
6. Воротников И.Л., Панфилов А.В., Колотырин К.П. Влияние эколого-экономических рисков на состояние агроландшафтов Саратовского Заволжья // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2012. № 1(25). С. 21-25. Режим доступа: https://cyberleninka. ru/article/n/vliyanie-ekologo-ekonomicheskih-riskov-na-sostoyanie-agrolandshaftov-saratovskogo-zavolzhya
7. Гусев В.А., Пичугина Н.В. Проблемы современного землепользования на примере полупустынной зоны Саратовского Заволжья // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Науки о Земле. 2009. Т.9. № 1. С. 20-23. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/ article/n/problemy-sovremennogo-zemlepolzovaniya-na-primere-polupustynnoy-zony-saratovskogo-zavolzhya
8. Конюшкова М.В. Цифровое картографирование почв солонцовых комплексов Северного Прикаспия. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2014. 316 с. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/tsifrovoe-kartografirovanie-pochv-solontsovyh-kompleksov-severnogo-prikaspiya1
9. Кулик К.Н., Н.А. Ткаченко Адаптивно-ландшафтная трансформация малопродуктивных и деградированных земель Волгоградского Заволжья // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2013. № 2(30). С. 3-8. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/adaptivno-landshaftnaya-transformatsiya-maloproduktivnyh-i-degradirovannyh-zemel-volgogradskogo-zavolzhya
10. Мамин В.Ф., Вронская Л.В. Состояние лиманов как пример антропогенной регрессии локальных луговых экосистем // Известия Нижневолжского агроуниверси-тетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 3(63). С. 88-95. Э01: 10.32786/20719485-2021-03-08.
11. Национальный доклад «Глобальный климат и почвенный покров России: проявление засухи, меры предупреждения, борьбы, ликвидация последствий и адаптационные мероприятия (сельское и лесное хозяйство)» (под редакцией Р.С.-Х. Эдельгериева). 2021. Том 3. М.: ООО «Издательство МБА», 700 с.
12. Павлейчик В.М. Широтно-зональная неоднородность развития травяных пожаров в Заволжско-Ураль-ском регионе // Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН. 2019. № 2. С. 1-14. Э01: 10.24411/23049081-2019-12013
13. Рулев А.С., Канищев С.Н., Шинкаренко С.С. Анализ сезонной динамики NDVI естественной растительности Заволжья Волгоградской области // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13, № 4. С. 113-123. Э01: 10.21046/2070-74012016-13-20-113-123
14. Рулев А.С., Юферев В.Г., Рулев Г.А. Почвенно-гео-морфологическая катена «Малый сырт - Прикаспий» // Геоморфология. 2020. № 1. С. 22-33. Э01 10.31857/ S0435428120010125
15. Тарасенко П.В., Туктаров Р.Б. Современное эколо-го-мелиоративное состояние инженерных систем лиманного орошения полупустынной зоны Саратовского Заволжья // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 1. С. 421. Режим доступа: https://science-education.ru/ru/article/view?id=8309
16. Туктаров Р.Б., Онаев М.К., Жумаева К.Р. Использование ГИС-технологий для мониторинга лиманов // Наука и образование. 2022. № 1-2(66). С. 84-92. Э01: 10.52578/2305-9397-2022-1-2-84-92
17. Шинкаренко С.С., Барталев С.А., Берденгалиева А.Н., Выприцкий А.А. Динамика площадей водоёмов Западного ильменно-бугрового района дельты Волги // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 4. С. 285-290. Э01 10.21046/2070-7401-2021-18-4-285-290
18. Шинкаренко С.С., Дорошенко В.В., Берденгалиева А.Н. Динамика площади гарей в зональных ландшафтах
N <
м о м и
=и
м о
> со
3 <
м )
юго-востока европейской части России // Известия Российской академии наук. Серия географическая. 2022. Т. 86. № 1. С. 122-133. DOI: 10.31857/S2587556622010113
19. Юферев В.Г., Кулик К.Н., Рулев А.С., Мушаева К.Б., Кошелев А.В., Дорохина З.П. Геоинформационные технологии в агролесомелиорации. - Волгоград. ВНИАЛМИ. 2010. 102 с.
20. Loupian E., Burtsev M., Proshin A., Kashnitskii A., Balashov I., Bartalev S., Konstantinova A., Kobets D., Radchenko M., Tolpin V., Uvarov I. Usage Experience and Capabilities of the VEGA-Science System. Remote Sensing. 2022;14(1):77. DOI: 10.3390/rs14010077
21. Pugacheva A.M., Belyaev A.I., Trubakova K.Yu., Romadina O.D. Regional Climate Changes in Arid Steppes and their Connection with Droughts. Arid Ecosystems. 2022; 12(4):353-360. DOI: 10.1134/s2079096122040187
22. Rulev A.S., Pugacheva A.M. Formation of a New Agroforestry Paradigm. Herald of the Russian Academy of Sciences. 2019;89(5):495-501. DOI: 10.1134/ S1019331619050071
23. Xu H. Modification of Normalized Difference Water Index (NDWI) to Enhance Open Water Features in Remotely Sensed Imagery. International Journal of Remote Sensing. 2006;27:3025-3033. DOI: 10.1080/01431160600589179
DOI: 10.34736/FNC.2024.124.1.004.31-39
Remote Sensing Data Using for Mesorelief Depressions Monitoring
in the Desolate Steppe Zone
Ivan A. Bolgov™, e-mail: bolgov-ia@vfanc.ru, Post-graduate, ORCID: 0009-0003-3174-6382 Asel' N. Berdengalieva, Junior Researcher, ORCID: 0000-0002-5252-7133 «Federal Scientific Centre of Agroecology, Complex Melioration and Protective Afforestation of the Russian Academy of Sciences» (FSC of agroecology RAS), e-mail: info@vfanc.ru, 400062, Universitetskiy Prospekt 97, Volgograd, Russia
Abstract. In the arid conditions of the southern European part of Russia, located in the dry steppe and semi-desert zones, there has been a tendency to reduce arable land and use it as pastures in recent decades. Intensification of semi-nomad animal husbandry leads to excessive stress on natural communities, degradation of vegetation cover and desertification. Creation of forest plantations may be effective for preventing a negative impact on landscapes. In areas of dry steppes and semi-deserts, ^ it is advisable to carry out forest reclamation
0 measures in terrain lowering areas, which are ir characterized by the best soil and hydrological ^ characteristics and are favorable for tree growth. ^ The purpose of the work is to identify the sites | in the study area that are most suitable for forest ° reclamation. The region of the Alexandrovo-Gaisky E district of the Saratov Region was chosen as the § research object as the most representative site. The ™ determination of forest-suitable areas was carried £ out by negative landforms (depressions filled with
1 water in the spring) mapping based on Sentinel-2 oq and Landsat-5,7,8 satellite images and MNDWI index ^ calculating. In the semi-desert zone, mesorelief o depressions are classified into large (estuaries), ip medium (padinas) and microrelief (for example,
zapadinas). Weather data from the AISORI system, as well as official statistics, were also used to identify ™ characteristics affecting the hydrological regime of depressions. 7.1 thousand hectares of arable land »g and 254.6 thousand hectares of non-arable land,
0 which are mainly used as pastures, were mapped.
1 The assessment of forest-suitable sites, the area of ° which is 18.8 thousand hectares, has been carried
out. As a result of the data obtained on the flooding £ areas and meteorological data analysis, it was found ^ that the hydrological conditions of relief depressions i depend on the surface runoff of meltwater, the
depth of soil freezing in winter and the thickness of snow cover. An increase in the average annual air temperature in the study area leads to a decrease in the water content of depressions, which must be taken into account during forest reclamation.
Keywords: agricultural landscapes, desertification, land degradation, geoinformation technologies, remote sensing, mesorelief lowering
Funding. The work was carried out within the framework of the state task for the FSC of agroecology RAS No. 122020100311-3 «Theoretical foundations of the functioning and natural-anthropogenic transformation of agroforestry complexes in transitional natural and geographical zones, as well as patterns and forecast of their degradation and desertification based on geoinformation technologies, aerospace methods and mathematical cartographic modeling in current conditions».
Citation. Bolgov I.A., Berdengalieva A.N. Remote Sensing Data Using for Mesorelief Depressions Monitoring in the Desolate Steppe Zone. Scientific Agronomy Journal. 2024;1(124):31-39. DOI: 10.34736/FNC.2024.124.1.004.31-39 Received: 16.01.2024 Accepted: 11.03.2024
References:
1. Agroforestry. 5th ed., reworked. and additional / edited by A.L. Ivanov, K.N. Kulik. Volgograd. VNIALMI Publ. house. 2006. 746 p. (In Russ.). Access mode: https://vfanc.ru/wp-content/uploads/2022/12/agrolesomelioracziya-1.pdf
2. Barabanov A.T. Erosion and hydrological assessment of the interaction between natural and anthropogenic factors in the meltwater surface runoff formation and adaptive landscape agriculture. Volgograd. FSC of agroecology RAS Publ. house. 2017. 188 p. (In Russ.) Access mode: https:// vfanc.ru/wp-content/uploads/2023/04/barab_.pdf
3. Belyaev A.I., Kulik K.N., Manaenkov A.S. [et al.]. Methodological recommendations for the phytomeliorative reconstruction of degraded and desolate pastures of the
Russian Federation with innovative environmentally friendly resource-saving technologies. Volgograd. VNIALMI Publ. house. 2021. 68 p. (In Russ.) Accessmode: https:// vfanc.ru/wp-content/uploads/2021/12/rekomendaczii-okonchat.pdf
4. Bolgov I.A., Berdengalieva A.N. Agricultural land spatial structure analysis in the south of the Saratov TransVolga region. Nauchno-agronomicheskij zhurnal = Scientific Agronomy Journal. 2023; 4(123): 60-67. (InRuss.)DOI: 10.34736/FNC.2023.123.4.009.60-67
5. Vasil'chenko A.A. Analysis of the water mirror main analysis methods using remote sensing spectral data. Grani poznaniya. 2021;2(73):4-8. (In Russ.) Accessmode: https:// elibrary.ru/download/elibrary_45688572_61445901. pdfEDN: HKATBP
6. Vorotnikov I.L., Panfilov A.V., Kolotyrin K.P. The environmental and economic risks influence on the state of agricultural landscapes of the Saratov Trans-Volga region. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie = Izvestia of the Lower Volga Agro-University Complex. 2012;1(25):21-25. (In Russ.) Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/ vliyanie-ekologo-ekonomicheskih-riskov-na-sostoyanie-agrolandshaftov-saratovskogo-zavolzhya
7. Gusev V.A., Pichugina N.V. Problems of contemporary land use on the example of the semi-desert zone of the Saratov Trans-Volga region. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya Nauki o Zemle = Izvestiya of Saratov University. Earth Sciences. 2009;9(1):20-23. (In Russ.) Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/ problemy-sovremennogo-zemlepolzovaniya-na-primere-polupustynnoy-zony-saratovskogo-zavolzhya
8. Konyushkova M.V. Digital mapping of the saline complexes soils of the Northern Near-Caspian region. Moscow. KMK Publ. house. 2014. 316 p. (In Russ.) Access mode: https:// cyberleninka.ru/article/n/tsifrovoe-kartografirovanie-pochv-solontsovyh-kompleksov-severnogo-prikaspiya1
9. Kulik K.N., Tkachenko N.A. Adaptive landscape transformation of unproductive and degraded lands of the Volgograd Trans-Volga Region. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie = Izvestia of the Lower Volga Agro-University Complex. 2013;2(30):3-8. (In Russ.) Access mode:https://cyberleninka.ru/article/n/adaptivno-landshaftnaya-transformatsiya-maloproduktivnyh-i-degradirovannyh-zemel-volgogradskogo-zavolzhya
10. Mamin V.F., Vronskaya L.V. The state of estuaries as an example of anthropogenic regression of local meadow ecosystems. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie = Izvestia of the Lower Volga Agro-University Complex. 2021;3(63):88-95. (In Russ.) DOI: 10.32786/2071-94852021-03-08
11. National report «Global climate and soil cover of Russia: manifestation of drought, its prevention and control measures, elimination of consequences and adaptation measures (agriculture and forestry)» (edited by R.S.-H. Edelgeriev). 2021. 3. Moscow. LLC «Izdatel'stvo MBA» Publ. house, 700 p. (In Russ.)
12. Pavlejchik V.M. Latitudinal-zonal heterogeneity of the grass fires development in the Trans-Volga-Ural region. Byulleten' Orenburgskogo nauchnogo tsentra. 2019;2:1-14. (In Russ.) DOI: 10.24411/2304-9081-2019-12013
13. Rulev A.S., Kanishchev S.N., Shinkarenko S.S. Analysis of the NDVI natural vegetation seasonal dynamics in the Volga region of the Volgograd Region. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa = Current problems in remote sensing of the Earth from Space. 2016; 13(4):113-123. (In Russ.) DOI: 10.21046/2070-7401-201613-20-113-123
14. Rulev A.S., Yuferev V.G., Rulev G.A. «Maly Syrt -Near-Caspian region» soil-geomorphological catena. Geomorfologiya i Paleogeografiya. 2020;1:22-33. (In Russ.) DOI: 10.31857/S0435428120010125
15. Tarasenko P.V., Tuktarov R.B. Current ecological and reclamation condition of estuary irrigation engineering systems in the semi-desert zone of the Saratov TransVolga region. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern problems of science and education. 2013;1:421. (In Russ.) Access mode: https://science-education.ru/ru/ article/view?id=8309
16. Tuktarov R.B., Onaev M.K., Zhumaeva K.R. The use ofGIS technologies for estuaries monitoring. Nauka i obrazovanie. 2022;1-2(66):84-92. (In Russ.) DOI: 10.52578/2305-93972022-1-2-84-92
17. Shinkarenko S.S., Bartalev S.A., Berdengalieva A.N., Vypritskij A.A. Dynamics of the reservoirs areas in the Western Estuaries-Hilly region of the Volga river Delta. Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa = Current problems in remote sensing of the Earth from Space. 2021;18(4):285-290. (In Russ.) DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-4-285-290
18. Shinkarenko S.S., Doroshenko V.V., Berdengalieva A.N. The burnt area dynamics in the zonal landscapes of the South-East of the European part of Russia. Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya. 2022;86(1):122-133. (In Russ.) DOI: 10.31857/S2587556622010113
19. Yuferev V.G., Kulik K.N., Rulev A.S., Mushaeva K.B., Koshelev A.V., Dorokhina Z.P. Geoinformation technologies in agroforestry. Volgograd. VNIALMI Publ. house. 2010. 102p. (In Russ.)
20. Loupian E., Burtsev M., Proshin A., Kashnitskii A., Balashov I., Bartalev S., Konstantinova A., Kobets D., Radchenko M., Tolpin V., Uvarov I. Usage Experience and Capabilities of the VEGA-Science System. Remote Sensing. 2022;14(1):77. DOI: 10.3390/rs14010077
21. Pugacheva A.M., Belyaev A.I., Trubakova K.Yu., Romadina O.D. Regional Climate Changes in Arid Steppes and their Connection with Droughts. Arid Ecosystems. 2022; 12(4):353-360. DOI: 10.1134/s2079096122040187
22. Rulev A.S., Pugacheva A.M. Formation of a New Agroforestry Paradigm. Herald of the Russian Academy of Sciences. 2019;89(5):495-501. DOI: 10.1134/ S1019331619050071
23. Xu H. Modification of Normalized Difference Water Index (NDWI) to Enhance Open Water Features in Remotely Sensed Imagery. International Journal of Remote Sensing. 2006;27:3025-3033. DOI: 10.1080/01431160600589179
N у
M
0
M N
N
S
1
> (Q
3 y
Авторский вклад. Авторы настоящего исследования принимали непосредственное участие в планировании, выполнении и анализе данного исследования, ознакомились и одобрили представленный окончательный вариант. Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Author's contribution. Authors of this research paper have directly participated in the planning, execution and analysis of this study. Authors of this paper have read and approved the final version submitted. Conflict of interest. Authors declare no conflict of interest.
M )
