Московский экономический журнал 10/2021

image_pdfimage_print

Научная статья

Original article

УДК 622.332

doi: 10.24411/2413-046Х-2021-10626 

МОНИТОРИНГ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ ГИССАРСКОЙ ДОЛИНЫ РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАНА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА МНОГОСПЕКТРАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ СНИМКОВ

MONITORING OF IRRIGATED LANDS OF THE GISSAR VALLEY OF THE REPUBLIC OF TAJIKISTAN BASED ON ANALYSIS MULTI-SPECTRAL SATELLITE IMAGES

Алиев Нозим Нумонович, старший преподаватель кафедры управления земель и кадастра, Таджикский аграрный университет имени Шириншоха Шотемура, Республика Таджикистан, г. Душанбе, соискатель кафедры почвоведения, экологии и природопользования ФГБОУ ВО «Государственный университет по землеустройству, Россия, г. Москва,  nnozim@gmail.com

 Aliev Nozim Numonovich, Senior Lecturer of the Department of Land administration and cadastre, Tajik Agrarian University named after Shirinshoh Shotemur, Republic of Tajikistan, Dushanbe, Postgraduate student of the Department of Soil Science, Ecology and Nature Management, FSBEI HE «State University of Land Use Planning, Russia», Moscow, nnozim@gmail.com

Аннотация. Представлены результаты исследований по мониторингу орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистан. Выявлены и сгруппированы в отдельные классы негативные процессы, возникающие на орошаемых землях Гиссарской долины. Были определены фактические площади орошаемых земель Гиссарской долины на основе многоспектральных снимков со спутника Landsat 7 и Landsat 8 с помощью программного обеспечения ArcGis. С целью разработки рекомендаций по принятию оптимальных управленческих решений проведён анализ изменения площади покрытия растительностью на территории Гиссарской долины, а также изучена динамика изменения площади покрытия водой/снегом на территории долины за период с 2010 по 2019 годы.

Abstract. The results of research on the monitoring of irrigated lands of the Gissar Valley of Republic Tajikistan are presented. The negative processes occurring in the irrigated lands of the Gissar Valley have been identified and grouped into separate classes. The actual areas of irrigated lands of the Gissar Valley were determined on the basis of multispectral satellite images from Landsat 7 and Landsat 8 using the ArcGIS software. In order to develop recommendations for making optimal management decisions, the analysis of changes in the area of vegetation coverage on the territory of the Gissar Valley was carried out, and the dynamics of changes in the area of water/snow coverage on the territory of the valley for the period from 2010 to 2019 was studied.

 Ключевые слова: мониторинг земель, орошаемые земли, геоинформационные технологии, спутниковые снимки, многоспектральный анализ, Гиссарская долина, Республики Таджикистан

Keywords: land monitoring, irrigated lands, geoinformation technologies, satellite images, multispectral analysis, Gissar Valley, Republic of Tajikistan 

По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организацией Объединённых Наций (ФАО) территория Республики Таджикистан составляет 14,1 млн. га, однако сельскохозяйственные угодья занимают только 4,7 млн. га или 28% (на начало 2020 г.). Из общей площади земель сельскохозяйственного назначения на пашню приходится 15%, под многолетними насаждениями отведено 3%, остальные 82% — это пастбища и сенокосы [1].  В 2018 г. общая численность населения страны выросла до 9,1 млн. чел. (прирост – 52% по сравнению с 1998 г.), в том числе численность сельского населения за 20-летний период выросла с 4,4 до 6,6 млн. чел., поэтому в стране усиливается дефицит качественных земель для сельскохозяйственного производства.

Другим лимитирующим основным фактором развития земледелия в Таджикистане является орошение.  В советский период площадь орошаемых земель увеличивалась с 300 тыс. га в 1950 г. до 714 тыс. га в 1990 г. После 1990 г., когда страна стала независимым государством, рост площадей орошаемых земель сократился и на начало 2020 г. насчитывалось 747 тыс. га. 

Объектом исследования являются орошаемые земли Гиссарской долины, которая проходит с востока на запад вдоль южных склонов Гиссарского хребта и на северной границе Хатлонской области (рис.1). Площадь долины при длине около 100 км и ширине до 20 км в середине округляется до 200 тыс. га, что составляет примерно 30% орошаемых земель Таджикистана. Поэтому, в развитии орошаемого земледелия и сельскохозяйственного производства в целом, Гиссарская долина играет особую роль.

Исходя из технического оснащения, ирригационные системы Таджикистана подразделяются на несколько категорий: современные оросительные системы; оросительные системы с магистральными каналами без антифильтрационного покрытия и отсутствием гидротехнических сооружений; оросительные системы с восстановленными сетями и крупными магистральными каналами; оросительные системы, которые недостаточно оборудованы.

По оптимистическим оценкам автора не более 40% ирригационных систем страны позволяют осуществить внедрение новых технологий, например, таких как подземное и капельное орошение, которые позволили бы существенно повысить производственно-экономические показатели эффективности ирригации. Для перехода к новым технологиям необходимо провести комплекс мер, включая всеобщую инвентаризацию оросительных систем, и осуществить интегрированное управление земельными и водными ресурсами на основе мониторинга орошаемых земель с использованием ГИС-технологий и принципов «умного землеустройства» [2-5].

Негативные процессы, возникающие на орошаемых землях Гиссарской долины, можно сгруппировать в следующие классы: природный, техногенный, социальный; в свою очередь каждый из предыдущих классов подразделяется на следующие: детальный, локальный, региональный, субрегиональный и государственный.

Информационное обеспечение оценки состояния земель должно базироваться на совокупности информационных систем, отражающие состояние всей природной среды. Учитывая, что общее число показателей мониторинга может достигать 350 и более, необходимо их сформировать в наиболее значимые группы показателей для выполнения мониторинга орошаемых земель Гиссарской долины с применением геоинформационных систем [6].

Для проведения анализа состояния орошаемых земель Гиссарской долины выбраны основные факторы, оказывающие негативное влияние на состояние земель долины на региональном уровне, на основе которых был сделан выбор наиболее информативных показателей из групп регионального уровня на локальном уровне [7-9]. Для этого в первую очередь были определены фактические площади орошаемых земель Гиссарской долины на основе многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landst 8 с помощью программного обеспечения ArcGis.

Для определения площади орошаемых земель были определены площади покрытия растительностью на территории Гиссарской долины с помощью анализа многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landst 8 и программного обеспечения ArcGis по формуле, по которой определены значения в пределах от -1 до 1, при этом за области, покрытые растительностью, принимаются значения выше 0,2:

NDVI = (NIR-Red)/(NIR+Red),                                    (1)

где NIR – значения пикселов из ближнего инфракрасного канала, а Red – значения пикселов из красного канала. Формула этого индекса базируется на том, что в красной области спектра – Red (0,6-0,7 мкм) лежит максимум поглощения солнечной радиации хлорофиллом растениями, а в инфракрасной области – NIR (0,7-1,0 мкм) находится область максимального отражения клеточных структур листа.

Таким образом высокая фотосинтетическая активность, связанная с густой растительностью, ведет к меньшему отражению в красной области спектра и большему в инфракрасной. Отношение этих показателей друг к другу позволяет четко отделить растительные объекты от всех прочих [10-12]. В процессе этого анализа были получены карты NDVI на каждый месяц с 2010 по 2019 годы. Пример такой карты за 9 сентября 2019 года показан на рисунке 2.

На этом рисунке зеленым цветом показана густая растительность, а красным ее полное или почти полное отсутствие. Далее мы выделили по каждой карте только те пиксели, которые показывают растительность, то есть со значением выше 0,2 и проследили изменения в площади покрытия растительностью на протяжении 2010-2019 годов. На рисунке 3 показано изменение площади.

В результате проведенного анализа многоспектральных спутниковых снимков со спутника Landsat 7 и Landst 8 с помощью программного обеспечения ArcGis получены графики изменения площади растительности на сентябрь месяц каждого года с 2010 по 2019 и по каждому месяцу по годам с 2010 по 2019 (рис.4).

Следующим этапом в проведении исследований было определение площади покрытия водой на территории Гиссарской долины с помощью анализа многоспектральных спутниковых снимков по формуле, в пределах значений от -1 до 1, при этом за области, покрытые водой, принимаются значения выше 0:

MNDWI = (Green – SWIR) / (Green + SWIR),                    (2)

где Green – значения пикселов из зеленого канала, а SWIR – значения пикселов из коротковолнового инфракрасного канала. Данная формула создана на основании того, что коротковолновые инфракрасные полосы более чувствительны к содержанию влаги как в почве, так и в растительности, и в комбинации с зеленым каналом позволяют достаточно надежно отделить водно-болотных угодий от сухих земель. В процессе этого анализа мы получили карты MNDWI на каждый месяц с 2010 по 2019 годы. Пример такой карты за 9 сентября 2019 года показан на рисунке 5.

На этом рисунке отмечены водные ресурсы, остальная территория представляет собой высокую степень их отсутствия.

Далее мы выделили по каждой карте только те пиксели, которые показывают воду, то есть со значением выше 0 и проследили изменения в площади покрытия водой на протяжении 2010-2019 годов.

На рисунке 6 показано изменение площади покрытия водой каждый сентябрь с 2013 по 2019 год.

На рисунке 7 представлены графики изменения площади покрытия водой за каждый месяц с 2010 по 2019 год и за каждый месяц в 2019 году, соответственно.

Следующим этапом было определение участков, относящихся к орошаемым землям с помощью полученных данных по растительности и покрытия водой. В результате, нами получены данные о площади покрытия водой и площади орошаемых земель за период с 2010 по 2019 годы.

Таким образом анализ многоспектральных спутниковых снимков позволил оценить общее состояние орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистана для последующего принятия эффективных управленческих решений.

Список источников

  1. Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database [Электронный ресурс] / – URL: https://www.fao.org/faostat/en/#home (дата обращения: 01.11.2021).
  2. Volkov S.N., Shapovalov D.A., Nilipovskiy V.I. International scientific integration in the field of land management: experience and prospects. В сборнике: Scientific research of the SCO countries: synergy and integration. Proceedings of the International Conference. 2020. С. 27-35.
  3. Волков С.Н., Шаповалов Д.А., Нилиповский В.И. Международная интеграция в области землеустройства – новые подходы и перспективы / С.Н. Волков, Д.А. Шаповалов, В.И. Нилиповский // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2020. – № 10 (189). – С. 5–13.
  4. Minh L.Le., Van T.N., Nilipovskiy V. Geoinformation technologies in land management: application and development trends // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020. – Sofia, 2020. – Scopus – Рp. 499–506.
  5. Нилиповский В.И., Алиев Н.Н. Использование ГИС-технологий для мониторинга орошаемых земель: опыт и перспективы // Материалы международной научно-практической конференции «Адаптация сельскохозяйственной отрасли к изменениям климата: проблемы и пути их решения», посвящённой 30-летию государственной независимости Республики Таджикистан и 90-летию со дня основания Таджикского аграрного университета имени Шириншоха Шотемура 20 октября 2021 года. Сборник научных статей. – Душанбе, 2021. – С. 334 – 338.
  6. Лепехин П.П. Информационно-моделирующая система для решения региональных экологических проблем / А.А. Мурашева, П.П. Лепехин. // Науки о Земле.- 2015. – №. 1. – С. 24-32.
  7. Мурашева, А.А. Формирование комплексной информационной системы природопользования региона / А.А. Мурашева // Аграрная наука. – 2005. – №8. – С. 9–12.
  8. Рахмихудоев Г., Алиев Н.Н. Геоинформационная система ведения локального мониторинга эколого-мелиоративного состояния орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистан / Г. Рахмихудоев, Н.Н. Алиев // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2017. – №1. – С. 89–92.
  9. Васильев И.А. Актуализация показателей государственного мониторинга земель для оптимизации землепользования в сельском хозяйстве // И.А. Васильев. Дис. 25.00.26 – Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – М.:2013, 166с.
  10. Ахмадов Х.М., Гулмахмадов Д. К., Некушоева Г., Хисайнов Н. Проблемы опустынивания и пути их решения в Таджикистане // Доклады ТАСХН, Душанбе, 2006. – № 9-10. – С. 59-65.
  11. Бондур В.Г. Аэрокосмические методы и технологии мониторинга нефтегазоносных территорий и объектов нефтегазового комплекса // Исследование Земли из космоса, 2010. – С. 3-17.
  12. ШаповаловД.А. Методические основы мониторинга земель: учебное пособие / Д.А. Шаповалов, П.В.Клюшин, A.A. Мурашева. М., 2010. – 238 c.

References

  1. Food and Agriculture Organization Corporate Statistical Database – URL: https://www.fao.org/faostat/en/#home (accessed: 01.11.2021).
  2. Nilipovskij V.I., Aliev N.N. Ispol’zovanie GIS-tehnologij dlja monitoringa oroshaemyh zemel’: opyt i perspektivy // Materialy mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Adaptacija sel’skoho-zjajstvennoj otrasli k izmenenijam klimata: problemy i puti ih reshe-nija», posvjashhjonnoj 30-letiju gosudarstvennoj nezavisimosti Respubliki Tadzhikistan i 90-letiju so dnja osnovanija Tadzhikskogo agrarnogo univer-siteta imeni Shirinshoha Shotemura 20 oktjabrja 2021 goda. Sbornik nauch-nyh statej. – Dushanbe, 2021. – P. 334 – 338. [in Russian]
  3. Lepehin P.P. Informacionno-modelirujushhaja sistema dlja reshenija regional’nyh jekologicheskih problem / A.A. Murasheva, P.P. Lepehin. // Nauki o Zemle.- 2015. – №. 1. – P. 24-32. [in Russian]
  4. Volkov S.N., Shapovalov D.A., Nilipovskiy V.I. International scientific integration in the field of land management: experience and prospects // Scientific research of the SCO countries: synergy and integration. Proceedings of the International Conference. 2020. P. 27-35.
  5. Volkov S.N., Shapovalov D.A., Nilipovskij V.I. Mezhdunarodnaja integracija v oblasti zemleustrojstva – novye podhody i perspektivy / S.N. Volkov, D.A. Shapovalov, V.I. Nilipovskij // Zemleustrojstvo, ka-dastr i monitoring zemel’. – 2020. – № 10 (189). – P. 5–13. [in Russian]
  6. Minh L.Le., Van T.N., Nilipovskiy V. Geoinformation technologies in land management: application and development trends // 20th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2020. – Sofia, 2020. – Scopus – Рp. 499–506.
  7. Murasheva, A.A. Formirovanie kompleksnoj informacionnoj si-stemy prirodopol’zovanija regiona / A.A. Murasheva // Agrarnaja nauka. – 2005. – №8. – P. 9–12. [in Russian]
  8. Rahmihudoev G., Aliev N.N. Geoinformacionnaja sistema vedenija lokal’nogo monitoringa jekologo-meliorativnogo sostojanija oroshaemyh zemel’ Gissarskoj doliny Respubliki Tadzhikistan / G. Rahmihudoev, N.N. Aliev // Zemleustrojstvo, kadastr i monitoring zemel’. – 2017. – №1. – P. 89–92. [in Russian]
  9. Vasil’ev I.A. Aktualizacija pokazatelej gosudarstvennogo monitoringa zemel’ dlja optimizacii zemlepol’zovanija v sel’skom hozjajstve // I.A. Vasil’-ev. Dis. 25.00.26 – Zemleustrojstvo, kadastr i monitoring zemel’. – M.:2013, 166p. [in Russian]
  10. Ahmadov H.M., Gulmahmadov D. K., Nekushoeva G., Hisajnov N. Problemy opustynivanija i puti ih reshenija v Tadzhikistane // Doklady TASHN, Dushanbe, 2006. – № 9-10. – P. 59-65. [in Russian]
  11. Bondur V.G. Ajerokosmicheskie metody i tehnologii monitoringa neftegazonosnyh territorij i ob#ektov neftegazovogo kompleksa // Is-sledovanie Zemli iz kosmosa, 2010. – P. 3-17. [in Russian]
  12. Shapovalov D.A. Metodicheskie osnovy monitoringa zemel’: uchebnoe posobie / D.A. Shapovalov, P.V. Kljushin, A.A. Murasheva. M., 2010. – 238 p. [in Russian]

Для цитирования: Алиев Н.Н. Мониторинг орошаемых земель Гиссарской долины Республики Таджикистана на основе анализа многоспектральных спутниковых снимков // Московский экономический журнал. 2021. № 10. URL: https://qje.su/nauki-o-zemle/moskovskij-ekonomicheskij-zhurnal-10-2021-48/ 

© Алиев Н.Н., 2021. Московский экономический журнал, 2021, № 10.