MOSCOW ECONOMIC JOURNAL MOSCOW ECONOMIC JOURNAL Московский экономический журнал 2413-046X 91731 10.55186/2413046X_2024_9_12_455 Геоэкология Geoekologiya Геоэкология ANALYSIS OF THE SEASONAL DYNAMICS OF THE VEGETATION INDEX NDVI OF WINTER WHEAT BASED ON LANDSAT 8 SATELLITE MONITORING DATA AND «IN SITU» CONDITIONS Анализ сезонной динамики вегетационного индекса NDVI озимой пшеницы по данным спутникового мониторинга Landsat 8 и в условиях «in situ» https://orcid.org/0000-0002-8348-4391 Зверьков Михаил Сергеевич Zver'kov Mihail Sergeevich mzverkov@bk.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Смелова Светлана Станиславовна Smelova Svetlana Stanislavovna

кандидат биологических наук;

candidate of sciences in biology;

 ФГБНУ «ВНИИ систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга» Коломна Россия Federal State Budgetary Scientific Institution «All-Russian Scientific Research Institute «Raduga» Kolomna Russian Federation ФГБНУ «ВНИИ систем орошения и сельхозводоснабжения «Радуга» Коломна Россия Federal State Budgetary Scientific Institution «All-Russian Scientific Research Institute «Raduga» Kolomna Russian Federation 23 01 2025 23 01 2025 9 12 26 46 09 12 2024 https://qje.su/en/nauka/article/91731/view

В статье отмечается, что в условиях цифровизации мелиоративного земледелия остро стоит задача получения актуальных достоверных исходных данных о состоянии сельскохозяйственных культур в целях прогноза урожайности и оценки эффективности мероприятий. Описываются трудности , возникающие при оперативном установлении сроков наступления фенологических фаз и соответствующих значений NDVI той стадии развития культуры, при которой наблюдаются наиболее благоприятные условия для формирования урожая. Цель настоящего исследования заключалась в анализе результатов оценки значений вегетационного индекса NDVI по данным дистанционного зондирования Земли и наземного мониторинга в условиях in situ для посевов озимой пшеницы. Выявлены общие закономерности динамики значений NDVI для озимой пшеницы, полученных по данным спутникового мониторинга Landsat 8 и в условиях in situ. Минимальные значения во всех случаях регистрировались для голой почвы и всходов. Установлено, что NDVI постепенно растет и максимальных значений достигает в фазу колошения и цветения (0,43 для выборки >5%, 0,35 – для Landsat 8 и in situ). Полученные результаты могут быть использованы для прогноза урожайности озимой пшеницы.

It is noted that in the context of digitalization of reclamation agriculture, the task of obtaining up-to-date reliable initial data on the state of crops in order to predict yields and assess the effectiveness of measures is acute. At the same time, difficulties arise in the prompt establishment of the timing of the onset of phenological phases and the corresponding NDVI values of the stage of culture development at which the most favorable conditions for the formation of yields are observed. The objective of this study was to analyze the results of assessment of NDVI vegetation index values from remote sensing Earth and in situ ground monitoring for winter wheat crops. General patterns of dynamics of NDVI values for winter wheat obtained from Landsat 8 satellite monitoring data and in situ conditions were revealed. Minimum values in all cases were recorded for bare soil and seedlings. Then NDVI gradually grows and reaches its maximum values in the phase of ringing and flowering (0.43 for the sample > 5%, 0.35 for Landsat 8 and in situ). The obtained values can be used to predict winter wheat yield.

 дистанционное зондирование вегетационный индекс озимая пшеница мониторинг NDVI Landsat 8 remote sensing vegetation index winter wheat monitoring NDVI Landsat 8

Zadoks, J.C., Chang, T.T. and Konzak, C.F. A Decimal Code for the Growth Stages of Cereals // Weed Research, 1974. Vol. 14. P. 415-421. DOI: 10.1111/j.1365-3180.1974.tb01084.x. Zadoks, J.C., Chang, T.T. and Konzak, C.F. A Decimal Code for the Growth Stages of Cereals // Weed Research, 1974. Vol. 14. P. 415-421. DOI: 10.1111/j.1365-3180.1974.tb01084.x. Сортовая дифференциация озимой мягкой пшеницы по группам спелости в лесостепи Среднего Поволжья / Н.Н. Захарова, Н.Г. Захаров // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. 2020. № 2(50). С. 91-97. DOI: 10.18286/1816-4501-2020-2-91-97. EDN ERKOEN. Sortovaya differenciaciya ozimoy myagkoy pshenicy po gruppam spelosti v lesostepi Srednego Povolzh'ya / N.N. Zaharova, N.G. Zaharov // Vestnik Ul'yanovskoy gosudarstvennoy sel'skohozyaystvennoy akademii. 2020. № 2(50). S. 91-97. DOI: 10.18286/1816-4501-2020-2-91-97. EDN ERKOEN. Колесниченко В.Т. Озимая пшеница Заларинка в Иркутской области (результаты полевых опытов). М.: Промэкобезопасность, 2003. 306 с. Kolesnichenko V.T. Ozimaya pshenica Zalarinka v Irkutskoy oblasti (rezul'taty polevyh opytov). M.: Promekobezopasnost', 2003. 306 s. Агроэкологическая оценка эффективности фосфогипса в звене севооборота с озимой и яровой пшеницей / Холомьева Л.Н. // дис… канд с.-х. наук. М.: ФГБНУ ВНИИ агрохимии им. Д.Н. Прянишникова, 2024. 169 с. Agroekologicheskaya ocenka effektivnosti fosfogipsa v zvene sevooborota s ozimoy i yarovoy pshenicey / Holom'eva L.N. // dis… kand s.-h. nauk. M.: FGBNU VNII agrohimii im. D.N. Pryanishnikova, 2024. 169 s. Подлесных Н.В. Особенности прохождения этапов онтогенеза, фаз роста и развития, урожайность и качество озимой твердой и мягкой пшеницы в условиях лесостепи Воронежской области // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2015. № 3 (46). С. 11–22. Podlesnyh N.V. Osobennosti prohozhdeniya etapov ontogeneza, faz rosta i razvitiya, urozhaynost' i kachestvo ozimoy tverdoy i myagkoy pshenicy v usloviyah lesostepi Voronezhskoy oblasti // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2015. № 3 (46). S. 11–22. Анализ состояния орошаемых культур по данным дистанционного зондирования Земли с использованием спектрального индекса NDVI / Зверьков М.С., Смелова С.С. // Экология и строительство. 2024. № 1. Analiz sostoyaniya oroshaemyh kul'tur po dannym distancionnogo zondirovaniya Zemli s ispol'zovaniem spektral'nogo indeksa NDVI / Zver'kov M.S., Smelova S.S. // Ekologiya i stroitel'stvo. 2024. № 1. Азотная подкормка современных интенсивных сортов озимой пшеницы в условиях Центрального Нечерноземья / Сандухадзе Б.И., Журавлева Е.В. // Питание растений. 2012. № 2. С. 2–6. Azotnaya podkormka sovremennyh intensivnyh sortov ozimoy pshenicy v usloviyah Central'nogo Nechernozem'ya / Sanduhadze B.I., Zhuravleva E.V. // Pitanie rasteniy. 2012. № 2. S. 2–6. Ambika A.K., Wardlow B., Mishra V. Remotely sensed high resolution irrigated area mapping in India for 2000 to 2015 // Sci Data. 2016. Vol. 3. P. 1–14. DOI: 10.1038/sdata.2016.118. Ambika A.K., Wardlow B., Mishra V. Remotely sensed high resolution irrigated area mapping in India for 2000 to 2015 // Sci Data. 2016. Vol. 3. P. 1–14. DOI: 10.1038/sdata.2016.118. Mazengo, T.E.R., Guo, Z., Liu, X. et al. Effects of irrigation and rainfed practices on Normalized Difference Vegetative Index of Wheat (Triticum aestivum L.) and its Implications on Grain Yield in Northern China // Environ Syst Res. 2023. Vol. 12, 36. DOI: 10.1186/s40068-023-00303-w. Mazengo, T.E.R., Guo, Z., Liu, X. et al. Effects of irrigation and rainfed practices on Normalized Difference Vegetative Index of Wheat (Triticum aestivum L.) and its Implications on Grain Yield in Northern China // Environ Syst Res. 2023. Vol. 12, 36. DOI: 10.1186/s40068-023-00303-w. Использование вегетативного индекса NDVI для прогноза урожайности зерновых культур / С.А. Родимцев, Н.Е. Павловская, С.В. Вершинин [и др.] // Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет). 2022. № 4(65). С. 56-67. DOI: 10.31677/2072-6724-2022-65-4-56-67. EDN IRLXQG. Ispol'zovanie vegetativnogo indeksa NDVI dlya prognoza urozhaynosti zernovyh kul'tur / S.A. Rodimcev, N.E. Pavlovskaya, S.V. Vershinin [i dr.] // Vestnik NGAU (Novosibirskiy gosudarstvennyy agrarnyy universitet). 2022. № 4(65). S. 56-67. DOI: 10.31677/2072-6724-2022-65-4-56-67. EDN IRLXQG. Коротков А.А., Астапов А.Ю. Вегетационный индекс NDVI для мониторинга растительности // Наука и образование. 2020. Т. 3, № 3. С. 131–140. Korotkov A.A., Astapov A.Yu. Vegetacionnyy indeks NDVI dlya monitoringa rastitel'nosti // Nauka i obrazovanie. 2020. T. 3, № 3. S. 131–140. Пришутов К.А., Астапов А.Ю., Рязанова Ю.А. Применение БПЛА для оценки качества растительности // Инженерное обеспечение инновационных технологий в АПК: сб. мат. междунар. науч.-практ. конф. Мичуринск: Мичуринский ГАУ, 2018. С. 212–217. Prishutov K.A., Astapov A.Yu., Ryazanova Yu.A. Primenenie BPLA dlya ocenki kachestva rastitel'nosti // Inzhenernoe obespechenie innovacionnyh tehnologiy v APK: sb. mat. mezhdunar. nauch.-prakt. konf. Michurinsk: Michurinskiy GAU, 2018. S. 212–217. Mapping irrigated areas in Afghanistan over the past decade using MODIS NDVI / Shahriar Pervez, M., Budde, M. & Rowland, J. // Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 149. P. 155–165. Mapping irrigated areas in Afghanistan over the past decade using MODIS NDVI / Shahriar Pervez, M., Budde, M. & Rowland, J. // Remote Sensing of Environment. 2014. Vol. 149. P. 155–165. Gamon J.A., Peňuelas J., Field C.B. A narrow-waveband spectral index that tracks diurnal changes in photosynthetic efficiency // Remote Sensing of Environment. 1992. Vol. 41, № 1. P. 35–44. DOI: 2-s2.0-0026451960. Gamon J.A., Peňuelas J., Field C.B. A narrow-waveband spectral index that tracks diurnal changes in photosynthetic efficiency // Remote Sensing of Environment. 1992. Vol. 41, № 1. P. 35–44. DOI: 2-s2.0-0026451960. Gamon J.A., Serrano L., and Surfus J. The photochemical reflectance index: an optical indicator of photosynthetic radiation use efficiency across species, functional types, and nutrient levels // Oecologia. 1997. Vol. 112, №. 4. P. 492–501. DOI: 10.1007/s004420050337. Gamon J.A., Serrano L., and Surfus J. The photochemical reflectance index: an optical indicator of photosynthetic radiation use efficiency across species, functional types, and nutrient levels // Oecologia. 1997. Vol. 112, №. 4. P. 492–501. DOI: 10.1007/s004420050337. Usefulness of spectral reflectance indices as durum wheat yield predictors under contrasting Mediterranean conditions / Royo C., Aparicio N., Villegas D., Casadesus J., Monneveux P., Araus J. L. // International Journal of Remote Sensing. 2003. Vol 24, № 22. P. 4403–4419. DOI: 10.1080/0143116031000150059. Usefulness of spectral reflectance indices as durum wheat yield predictors under contrasting Mediterranean conditions / Royo C., Aparicio N., Villegas D., Casadesus J., Monneveux P., Araus J. L. // International Journal of Remote Sensing. 2003. Vol 24, № 22. P. 4403–4419. DOI: 10.1080/0143116031000150059. Spectral reflectance to estimate genetic variation for in-season biomass, leaf chlorophyll, and canopy temperature in wheat / Babar M.A., Reynolds M.P., van Ginkel M., Klatt A.R., Raun W.R., Stone M.L. // Crop Science. 2006. Vol. 46, № 3. P. 1046–1057. DOI: 10.2135/cropsci2005.0211. Spectral reflectance to estimate genetic variation for in-season biomass, leaf chlorophyll, and canopy temperature in wheat / Babar M.A., Reynolds M.P., van Ginkel M., Klatt A.R., Raun W.R., Stone M.L. // Crop Science. 2006. Vol. 46, № 3. P. 1046–1057. DOI: 10.2135/cropsci2005.0211. Абдушаева Я. М. Оценка продукционного процесса растений озимой пшеницы по вегетационному индексу // АгроЭкоИнженерия. 2024. № 2(119). С. 18-29. DOI: 10.24412/2713-2641-2024-2119-18-29. Abdushaeva Ya. M. Ocenka produkcionnogo processa rasteniy ozimoy pshenicy po vegetacionnomu indeksu // AgroEkoInzheneriya. 2024. № 2(119). S. 18-29. DOI: 10.24412/2713-2641-2024-2119-18-29. Estimating Wheat Yield with Normalized Difference Vegetation Index and Fractional Green Canopy Cover / Goodwin, A.W., Lindsey, L.E., Harrison, S.K. Paul, P.A. // Crop, Forage & Turfgrass Management. 2018. Vol. 4. P. 1-6. 180026. DOI: 10.2134/cftm2018.04.0026. Estimating Wheat Yield with Normalized Difference Vegetation Index and Fractional Green Canopy Cover / Goodwin, A.W., Lindsey, L.E., Harrison, S.K. Paul, P.A. // Crop, Forage & Turfgrass Management. 2018. Vol. 4. P. 1-6. 180026. DOI: 10.2134/cftm2018.04.0026. Normalized difference vegetation index as a tool for wheat yield estimation: a case study from Faisalabad, Pakistan / Sultana S.R., Ali A., Ahmad A. et al. // Sci World J. 2014 : 725326. DOI: 10.1155/2014/725326. Normalized difference vegetation index as a tool for wheat yield estimation: a case study from Faisalabad, Pakistan / Sultana S.R., Ali A., Ahmad A. et al. // Sci World J. 2014 : 725326. DOI: 10.1155/2014/725326. Маркерные участки цифровой мелиорации сельскохозяйственных земель / А.Е. Касьянов // Экология и строительство. 2020. № 3. С. 21-24. DOI 10.35688/2413-8452-2020-03-003. EDN KNFJIZ. Markernye uchastki cifrovoy melioracii sel'skohozyaystvennyh zemel' / A.E. Kas'yanov // Ekologiya i stroitel'stvo. 2020. № 3. S. 21-24. DOI 10.35688/2413-8452-2020-03-003. EDN KNFJIZ. Применение аэрофотосъемки с применением мультиспектральной камеры в комплексе с нейросетью в сельском хозяйстве / А.С. Сыч, В. Балык, А.И. Поляков, А.В. Карталов // Chronos. 2019. № 9(36). С. 26-28. EDN CYELPR. Primenenie aerofotos'emki s primeneniem mul'tispektral'noy kamery v komplekse s neyroset'yu v sel'skom hozyaystve / A.S. Sych, V. Balyk, A.I. Polyakov, A.V. Kartalov // Chronos. 2019. № 9(36). S. 26-28. EDN CYELPR. Оценка коэффициента земельного использования методами дистанционного зондирования на мелиоративной системе Московской области / Брыль С.В., Беденко А.Е. // Экология и строительство. 2024. № 1. Ocenka koefficienta zemel'nogo ispol'zovaniya metodami distancionnogo zondirovaniya na meliorativnoy sisteme Moskovskoy oblasti / Bryl' S.V., Bedenko A.E. // Ekologiya i stroitel'stvo. 2024. № 1. Анализ мелиоративного состояния оросительных систем Саратовской области / Мазурова И.С. // Экология и строительство. 2024. № 2. Analiz meliorativnogo sostoyaniya orositel'nyh sistem Saratovskoy oblasti / Mazurova I.S. // Ekologiya i stroitel'stvo. 2024. № 2. Weed Mapping in Early-Season Maize Fields Using Object-Based Analysis of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Images / Peña J.M., Torres-Sánchez J., de Castro A.I., Kelly M., López-Granados F. // PLoS ONE. 2013. Vol. 8(10) : e77151. DOI: 10.1371/journal.pone.0077151. Weed Mapping in Early-Season Maize Fields Using Object-Based Analysis of Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Images / Peña J.M., Torres-Sánchez J., de Castro A.I., Kelly M., López-Granados F. // PLoS ONE. 2013. Vol. 8(10) : e77151. DOI: 10.1371/journal.pone.0077151. Чикалова Л.С. Эрозия почвы как фактор, оказывающий влияние на урожайность продукции сельского хозяйства // Экология и строительство. 2023. № 3. Chikalova L.S. Eroziya pochvy kak faktor, okazyvayuschiy vliyanie na urozhaynost' produkcii sel'skogo hozyaystva // Ekologiya i stroitel'stvo. 2023. № 3. Сравнительная характеристика различных вегетационных индексов при оценке состояния растительного покрова кормовых трав / А.А. Комаров, А.Д. Кирсанов, С.Н. Малашин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2021. № 2(63). С. 18-29. DOI 10.24412/2078-1318-2021-2-18-29. EDN LUKMNC. Sravnitel'naya harakteristika razlichnyh vegetacionnyh indeksov pri ocenke sostoyaniya rastitel'nogo pokrova kormovyh trav / A.A. Komarov, A.D. Kirsanov, S.N. Malashin // Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2021. № 2(63). S. 18-29. DOI 10.24412/2078-1318-2021-2-18-29. EDN LUKMNC.