Сергей Климов Измерил Обезвоживание Почвы На Херсонщине

Местный Контекст: Разрушение Каховськой Дамбы

6 июня 2023 года из-за подрыва Каховской дамбы была высвобождена вода, которая затопила окрестные территории. Перед этим, в феврале 2022 года, Россия начала полномасштабное вторжение в Украину и оккупировала близлежащие территории и дамбу. Разрушение такого стратегически и локально важного сооружения повлияло на весь регион, а новость о нем облетела мир. Люди из близлежащих деревень спешно пытались эвакуироваться из зоны затопления. Местные флора и фауна попали в еще более затруднительное положение. Флора, конечно, оказалась под водой вместе со многими историческими и культурными памятниками.

Дамба, построенная в 1950-х годах, имела ряд проблем. Во время строительства водохранилища избыточное количество воды затопило близлежащие территории, заставив граждан эвакуироваться. Как и в 2023 году, местным жителям пришлось упаковать вещи и в одно мгновение покинуть свои дома, свою историю и культуру. Однако за последние 67 лет сформировался новый микро и микроклимат, даже ландшафт, появились новые поселения, культура и история. Это все было смыто большим наводнением в прошлом году. Когда вода отступила, на поверхности оказалось много старых памятников, включая кладбища и древние артефакты. На дне Каховского водохранилища обнаружены разнообразные исторические объекты, когда-то изображавшие повседневную жизнь человека.

Кроме того, весной 2024 года на территории разрушенного водохранилища появился исторический Великий Луг, спустя почти год после трагедии. Даже Геродот упоминал об этой местности в своей «Книге истории 4: Мельпомена» ^{Suprunenko V. P. (2015). Velikiy Lug Zaporizhia. 248 p.}. Так постепенно восстанавливается естественный строй и расцветает Великий Луг.

Фокус: Водный Стресс Окружающих Полей

И хотя экосистема возвращается в свое первоначальное состояние, другие последствия подрыва дамбы нельзя назвать положительными. Относительно тёплый климат Херсонской области почти идеально подходит для сельского хозяйства, если бы не частая летняя засуха. Именно поэтому местные фермеры и производители сельскохозяйственных культур полагаются на орошение полей, что изначально привело к потребности построения Каховской дамбы и водохранилища.

Северо-Крымский канал поставлял воду из дамбы на юг Украины и в Крым. Сейчас, соединенные с ним каналы значительно обмелели, поскольку вода разлилась, а затем вернулась в Днепр. Наша научная команда внимательно следила за процессом.

После разрушения дамбы уровень воды в канале резко упал, оставив без воды ирригационные системы, поддерживающие выращивание разных культур на тысячах гектаров сельскохозяйственных угодий.

Алексей Кривобок

Эксперт по научным решениям в EOSDA

Теперь почвам сильно не хватает воды для сохранения плодородия и баланса солей. Кроме обеспечения условий для эволюции почв вода была необходима для питания, покрытия расходов на транспирацию растений и регулирования температуры почв. Однако масштаб ущерба был неясен, и для изучения проблемы потребовались квалифицированные ученые, вооруженные передовыми технологиями.

Исследование: Определение Уровней Водного Стресса В Почве

Сергей Климов, доцент Национального университета водного хозяйства и природопользования (НУВХП), Ровно, Украина уже использовал решение EOSDA в своей работе. Он демонстрирует дистанционное зондирование как ценный инструмент для своих студентов в нескольких курсах. На курсе Гидроинформатика Сергей показывает EOSDA Crop Monitoring как источник гидроинформационных данных. Студенты могут использовать демо-версию и следовать его подходу к мониторингу и анализу наводнений. Они изучают также NDWI (нормализованный разностный водный индекс), определяя, как растения сохраняют воду на определенных полях. В другом курсе под названием “Сенсоры и исполнительные элементы” Сергей показывает студентам изображения с EOSDA LandViewer, чтобы продемонстрировать, как дистанционное зондирование может помочь отслеживать разные условия и изменения ландшафта на определенных территориях.

Ознакомившись с этими решениями, Сергей решил рассчитать возможный недостаток воды в результате разрушения Каховской дамбы. Для установления рисков потери плодородия сухих степных почв исследован уровень увлажненности по данным дистанционного зондирования Земли. Была выбрана группа полей в Херсонской области, как одного из основных аграрных регионов Украины, для выявления изменений в условиях выращивания сельскохозяйственных культур. Общая площадь полей составила 7277 га.

Сергей и его коллега рассматривали вегетационный сезон 2022 года, за год до разрушения дамбы, и использовали два индекса для определения возможных уровней водного стресса — NDVI (нормализованный разностный вегетационный индекс) и NDMI (нормализованный разностный индекс влажности). Они хотели подсчитать продуктивность почвы, потерянную из-за нарушения орошения. Выбранную область с обоими мультиспектральными индексами можно увидеть на картинке ниже.

Затем все числа были сведены в таблицу распределения:

Анализ данных показал, что более 23% полей в начале периода вегетации имели значение NDVI менее 0.2, что указывало на проблемы с всходами растений в начале вегетации. В вегетационный период низкие значения индекса NDVI (менее 0.5) также свидетельствовали о проблемах роста растений. В мае количество таких полей выросло до 48%, а в июле — до 69%. При этом чем больше растительности покрывало почву, тем больше становился NDMI. К примеру, в марте NDMI меньше -0.2 можно было увидеть на 62% полей, тогда как в июне это число свалилось до 7% ^{Kozishkurt, S., & Klimov, S. (2023). Remote sensing of the Earth to assess the risks of loss of fertility of dry steppe soils during a water crisis. Modeling, Control and Information Technologies: Proceedings of International Scientific and Practical Conference, (6), 214–217. https://doi.org/10.31713/MCIT.2023.066.}.

Искусственное орошение существенно влияло на вегетационный покров полей, и чем больше росло растений, тем больше влаги могла удерживать почва. Отсутствие полива может привести к немедленной деградации почвы, а соответственно и опустынению территории. В своем исследовании Сергей пришел к выводу, что без контролируемого орошения “со временем земли станут непригодными для выращивания сельскохозяйственных культур или использования их в качестве пастбищ”. Эти исследования могут стать основой плана восстановления земель в будущем.

Однако провести это исследование было бы невозможно, если бы не данные EOSDA Crop Monitoring. Платформа позволила ученым получить доступ к большим территориям и дистанционно оценивать состояние почвы, не пребывая физически на полях.

Поскольку мы тоже работаем с фермерами, то и там используем дистанционное зондирование. И для мелких фермеров важно знать, правильно ли они поливают поля. К примеру, в Радехове [Львовская область] голубика не терпит переувлажнения. Дистанционное зондирование и инструменты позволяют нам видеть уровень влаги в почве. Проверки в полях подтверждают данные. Следовательно, EOSDA Crop Monitoring является очень удобным инструментом.

Сергей Климов

Доцент Кафедры гидротехнического строительства и гидравлики, НУВХП

Перспективы: Дистанционное Зондирование Является Ключом К Решению Удаленных Проблем

Используя дистанционное зондирование, фермеры, производители сельскохозяйственных культур и даже исследователи могут легко выявлять отдаленно такие разные параметры, как недостаток или избыток воды в почве или уровень вегетации. Такие решения, как EOSDA Crop Monitoring могут обеспечить значительную часть данных для любого исследования.

Мне нравятся ваши платформы, потому что ими может воспользоваться практически каждый. Чтобы во всем разобраться, не нужно иметь особых знаний. Индексы и легенды объяснены очень подробно.

Сергей Климов

Доцент Кафедры гидротехнического строительства и гидравлики, НУВХП

В исследовании Сергей изучал возможную ситуацию с нехваткой воды в Херсонской области, и этот сценарий, скорее всего, осуществится. Дамба и, как следствие, Северо-Крымский канал были отличным источником воды для тамошних полей. Так что сейчас земли агропредпринимателей остались безводными. В 2023 году ООН оценила общие потери сельскохозяйственной продукции, вызванные разрушением Каховской дамбы, в 406,6 миллиона долларов США ^{The Post Disaster Needs Assessment report of the Kakhovka Dam Disaster. (2023). Government of Ukraine and the United Nations (2023, October).}. Долгосрочное влияние очень трудно подсчитать, поскольку мы говорим о потерях урожая каждый год после взрыва и до конца войны и потере плодородия почв, опустынивание территории.

В итоге это тематическое исследование иллюстрирует, как технология дистанционного зондирования играет ключевую роль в исследовании и урегулировании продовольственных и экологических кризисов, особенно в сельском хозяйстве. Предоставляя подробную информацию об уровне влажности почвы и состоянии растительности, такие инструменты позволяют своевременно принимать решения на основе данных, которые могут помочь снизить потери продуктивности почв и поддержать усилия по восстановлению земель. Поскольку проблемы, связанные с климатом, растут, дистанционное зондирование становится необходимым для устойчивого управления ресурсами и устойчивости в уязвимых сельскохозяйственных регионах.