Scienty

Фото: img.freepik.com

Разработка методики автоматического определения пастбищ, пострадавших от опустынивания и утраты естественной растительности, была осуществлена исследователями на основе данных дистанционного зондирования Земли отдела технологий спутникового мониторинга ИКИ РАН и их коллеги из Дагестанского федерального исследовательского центра РАН. Они также оценили, как с учетом сезонных вариаций изменялись площади открытых песков в южных регионах России за несколько лет.

Деградация земель, приводящая к опустыниванию, представляет собой серьезную угрозу для сельского хозяйства на глобальном уровне. В Российской Федерации приблизительно 115 миллионов гектаров сельскохозяйственных угодий, расположенных в 36 регионах, находятся под угрозой опустынивания. Для выявления и оценки изменений на этих территориях необходим непрерывный мониторинг, который можно осуществлять с использованием данных со спутников.

Под опустыниванием подразумевают снижение или полную потерю продуктивности земель, вызванную водной эрозией или дефляцией – процессом переноса почвы ветром. Объем пастбищ, лишенных растительного покрова вследствие дефляции, варьируется в зависимости от времени года и климатических условий: в периоды засухи он увеличивается, в более влажные – сокращается. Для создания регулярных карт открытых песков и участков без растительности необходимо уметь идентифицировать их по характерным признакам в данных, полученных со спутников.

С целью решения данной задачи ИКИ РАН и Дагестанский ФИЦ РАН предлагают использовать два показателя: вегетационный индекс NDVI и коэффициент спектральной яркости (КСЯ) в красном диапазоне. Области, не имеющие растительного покрова в течение всего года, характеризуются низким вегетационным индексом и высоким значением КСЯ. Таким образом, можно определить конкретные пороговые значения для этих показателей, которые послужат основой для создания обучающей выборки, необходимой для алгоритмов классификации спутниковых данных дистанционного зондирования. Указанные пороговые значения были определены на основе данных аэросъемки, выполненной исследователями в 2023 году с использованием беспилотных летательных аппаратов в Ногайской степи (Дагестан).

На последующем этапе исследований была изучена российская часть Северного Прикаспия — обширный регион, где наиболее заметны процессы деградации пастбищ в Астраханской области, Ставропольском крае, республиках Дагестан, Калмыкия и Чечня. Задача ученых заключалась в том, чтобы установить, как изменилась площадь открытых песчаных массивов и участков, подверженных дефляции, на юго-востоке европейской части России в период с 2020 по 2024 год, ознаменованный участившимися пыльными бурями, и как происходило восстановление перевеянных песков в более благоприятном 2025 году. В качестве основы для анализа использованы данные, полученные со спутников Landsat-8 и -9 (США) и Sentinel-2 (Европейское космическое агентство).

В результате впервые для территорий России, наиболее уязвимых к опустыниванию, были разработаны карты изменений подвижных песков за несколько лет (2019–2025 гг.), учитывающие их сезонные колебания. Анализ полученных данных свидетельствует, что максимальная площадь открытых песков и дефлированных пастбищ, составлявшая приблизительно 1,5 млн га, наблюдалась в период с 2020 по 2021 год. Данный факт обусловлен экстремальной засухой, избыточным выпасом скота и сильными ветрами с юго-востока, спровоцировавшими масштабные пыльные бури. К весне 2025 года на большей части исследуемой территории были зафиксированы процессы восстановления.

В весенний период 2024 года в указанных областях было отмечено 240 тыс. гектаров пастбищ, лишенных растительного покрова. Летом и в начале осени 2024 года на большей части исследуемого региона наблюдались неблагоприятные гидротермические условия, спровоцировавшие масштабную пыльную бурю в конце сентября. В результате площадь перевеянных песков увеличилась почти до 700 тыс. гектаров. Весной 2025 года было зафиксировано около 200 тыс. гектаров открытых песков и дефлированных участков. Таким образом, приблизительно 500 тыс. гектаров пастбищ, лишенных растительного покрова после пыльных бурь 2024 года, частично покрылись растительностью к весне 2025 года. Однако следует принимать во внимание, что восстановленная растительность представлена преимущественно однолетними растениями, и при неблагоприятных внешних факторах процессы дефляции могут усилиться.

Данное исследование открывает путь к более глубокой проработки вопроса опустынивания и послужит основой для разработки будущей системы контроля за состоянием земель, находящихся в опасности. Эта система создается в сотрудничестве с Министерством сельского хозяйства РФ и ФГБУ «Росагрохимслужба».

В рамках исследования были определены основные компоненты технологии спутникового мониторинга деградации аридных пастбищ Российской Федерации, выполненной под руководством заведующего лабораторией мониторинга наземных экосистем отдела технологий спутникового мониторинга ИКИ РАН профессора Барталева Сергея Александровича вошла в список наиболее значимых результатов, полученных ИКИ РАН в 2025 г. и представленных в Отделение наук о Земле Российской академии наук. Исследование выполнено в рамках темы ИКИ РАН «Мониторинг» (госрегистрация № 122042500031-8) с использованием сервиса « Вега-Science» и инфраструктуры Центра коллективного пользования «ИКИ-Мониторинг».

1. Шинкаренко С.С., Барталев С.А., Биарсланов А.Б., Полтарин В.С. Определение сезонных изменений в размерах открытых песчаных участков и подверженных дефляции территорий с использованием данных дистанционного зондирования высокой четкости и алгоритмов машинного обучения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Том 22. Номер 3. С. 207-221. DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-3-207-221
2. Шинкаренко С.С., Барталев С.А., Биарсланов А.Б., Чэн Д. В 2024-2025 годах будет проведен мониторинг динамики изменения площадей открытых песчаных территорий и дефлированных пастбищ на юго-востоке европейской части России. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2025. Том 22. Номер 4. Страницы 387–396. DOI: 10.21046/2070-7401-2025-22-4-387-396

Информация предоставлена пресс-службой ИКИ РАН