AGRIS - 

2019

Shinkarenko, S.S. | Kosheleva, O.Yu., Federal Research Centre of Agroecology, amelioration and protective afforestation RAS, Volgograd

Under the conditions of climatic changes and the growth of anthropogenic loads, it is very important to correctly determine the productivity of agricultural landscapes in order to optimally plan their use and to avoid degradation. For these purposes, remote sensing data and geo-information technologies (GIS) are widely used. Presented are the results of the development of the sectoral GIS of pasture resources of the Volgograd region in the QGIS program. The attribute information of the GIS layers includes data on livestock numbers for 2008-2017, land use in the municipal districts of the region, and pasture loads are calculated. Since a significant part of the pasture land of the right-bank part of the region is not used, and the loads are localized on the areas adjacent to settlements and farms, the USGS Land Use/Land Cover System land use data was used to analyze them. Based on these materials, a layer mask has been created for pasture lands for their subsequent analysis separately from other categories of lands. The greatest pasture loads in the Volga regions of the region, at the same time, pasture productivity is the smallest. On the basis of the long-term NDVI values calculated by the average for the growing season, 16-day MODIS composites, spatial characteristics of pasture productivity of the region are shown. NDVI values decrease from northwest to southeast, which corresponds to the direction of the aridity gradient. Large values of the index are characteristic of large beams and intrazonal landscapes of river valleys, negative forms of the mesorelief in the Trans-Volga region, which is associated with the best conditions for moistening and the presence of tree-shrub vegetation vegetative throughout the season. In the future, the NDVI values for each year will be analyzed, empirical and analytical curves of index values for each municipal district of the region will be determined. | В условиях климатических изменений и роста антропогенных нагрузок очень важно правильно определять продуктивность агроландшафтов, чтобы оптимально планировать их использование и избегать деградации. Для этих целей широко используются данные дистанционного зондирования Земли и геоинформационные технологии (ГИС). Представлены результаты разработки отраслевой ГИС пастбищных ресурсов Волгоградской области в программе QGIS. В атрибутивную информацию слоев ГИС включены данные о поголовье скота за 2008-2017 гг., землепользовании в муниципальных районах области, рассчитаны пастбищные нагрузки. Поскольку значительная часть пастбищных земель правобережной части области не используется, а нагрузки локализованы на прилегающие к населенным пунктам и фермам участки, для их анализа использованы данные о землепользовании USGS Land Use/Land Cover System. По этим материалам создан слой-маска пастбищных земель для их последующего анализа отдельно от других категорий земель. Наибольшие пастбищные нагрузки наблюдаются в заволжских районах области, в то время как продуктивность пастбищ здесь наименьшая. На основе среднемноголетних значений NDVI, рассчитанных по средним за вегетационный сезон 16-ти дневным композитам MODIS, показаны пространственные особенности продуктивности пастбищ области. Значения NDVI снижаются с северо-запада на юго-восток, что соответствует направлению градиента аридности. Большие значения индекса характерны для крупных балок и интразональных ландшафтов речных долин, отрицательными формами мезорельефа в Заволжье, что связано с лучшими условиями увлажнения и наличием древесно-кустарниковой растительности, вегетирующей в течение всего сезона. В дальнейшем будут проанализированы значения NDVI за каждый год, определены эмпирические и аналитические кривые обеспеченности значений индекса для пастбищ каждого муниципального района региона.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2019

Storchak, I.G. | Chernova, I.V. | Eroshenko, F.V. | Voloshenkova, T.V. | Shestakova, E.O., North-Caucasian Federal Scientific Agrarian Center, Stavropol Region

Lack of nitrogen leads to a decrease in yield and grain quality in winter wheat plants. Therefore, it is necessary to monitor nitrogen nutrition throughout the period of growth and development of plants, which will quickly assess the need for fertilizing to obtain high yields of quality grain. Therefore, the aim of the study was to establish the possibility of using the normalized difference vegetation index (NDVI) to control the nitrogen content in winter wheat plants in the Stavropol territory. The work was performed in federal state budgetary scientific institution "North-Caucasian Federal Agricultural Research Centre" at the production of winter crops. Selection of plant samples (sheaf material) was carried out according to the generally accepted method. Repeated - 4x. Determination of the chemical composition of plant organs was carried out by the method of V. T. Kurkaev with co-authors, and the content of chlorophyll - Milaeva and Primak. Since the quality of winter wheat grain directly depends on the nitrogen supply of plants, the relationships between the nitrogen content in winter wheat plants and the values of the vegetation index NDVI were studied. High correlation coefficients between these indicators are obtained. Thus, the average of R corr fields.in 2012 it was equal to -0.89, and in 2013 and 2014 -0.82. In addition, due to the dependence of nitrogen content on the amount of chlorophyll, it was possible to analyze the correlation between these indicators and NDVI fields, which showed that a stable relationship (inverse) is observed in the case of the amount of chlorophyll per unit biomass (mg/g), which is estimated on average at -0.79. The interrelation between grain quality and earth remote sensing data is revealed. It is most clearly seen in the case of the maximum and average NDVI for the period from the resumption of spring vegetation to full ripeness of winter wheat. Scientific novelty. For the first time in the conditions of unstable humidification of the Stavropol territory, a high inverse correlation between the vegetation index NDVI and the nitrogen content in winter wheat plants was determined, which on average is estimated by the correlation coefficient equal to -0.84. | Недостаток азота приводит к снижению урожая и качества зерна у растений озимой пшеницы. Поэтому необходимо контролировать азотное питание в течение всего периода роста и развития растений, что позволит оперативно оценить потребности в минеральных подкормках с целью получения высоких урожаев качественного зерна. Цель исследования - установить возможность использования нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI) для мониторинга растений озимой пшеницы на предмет содержания азота в условиях Ставропольского края. Работа выполнена на производственных посевах озимой пшеницы. Отборы растительных образцов (сноповой материал) проводили по общепринятой методике. Повторность - четырехкратная. Определение химического состава органов растений проводили по методике В. Т. Куркаева с соавторами, а содержание хлорофилла - по Милаевой и Примак. Так как качество зерна озимой пшеницы напрямую зависит от обеспеченности растений азотом, были изучены взаимосвязи между содержанием азота в растениях озимой пшеницы и значениями вегетационного индекса NDVI. Получены высокие коэффициенты корреляции между этими показателями. Так, в среднем по полям R corr. в 2012 г. был равен -0,89, а в 2013 и 2014 гг. -0,82. Кроме того, ввиду зависимости содержания азота от количества хлорофилла удалось провести анализ корреляционной связи между этим показателям и NDVI полей, который показал устойчивую обратную связь с количеством хлорофилла в единице биомассы (мг/г) (в среднем оценивается величиной -0,79). Выявлена взаимосвязь между качеством зерна и данными дистанционного зондирования Земли. Наиболее явно она прослеживается в случае с максимальным и средним NDVI за период от возобновления весенней вегетации до полной спелости зерна озимой пшеницы.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Voronin, A.Ya., The V.V. Dokuchaev Soil Science Inst., Moscow

The aim of the work was to search for indicators of the humus horizon thickness in chernozem soils based on the data of ground penetrated radar (GPR) surveying. Investigating was conducted on a test site located in the Tula region, Russia. Arable podzolized chernozems are main soil kind in the area, part of soil was eroded in varying extent. To the beginning of the research, the fields were plowed to a depth of 25 cm, and there was no vegetation and stubble on the surface. In parallel with GPR profiling in the field, soil was drilled to determine the low depth of the humus horizon. Based on the linked analysis of GPR profiling data and the field determination of the humus horizon thickness, a new indicator was proposed, namely the coefficient of asymmetry of the modal value of the peak of the spectral density of the first-period reflected pulse of the GPR, obtained at a frequency of 100 MHz. The proposed indicator demonstrates a good statistical relationship with the thickness of the humus horizon of chernozem. For the test region, a regression model of this relationship has been developed; its determination coefficient is about 0.82. To calculate the thickness of the humus horizon (А+АВ), it is suggested to use the bottom line of the second period of the spectral density of the reflected signal, which correlates well with the actual data. The developed approach can be used to map the thickness of the humus horizon in the chernozem soils of the research region. Theoretically, this approach can be extended to soils in other regions. | Целью работы был поиск индикаторов мощности гумусового горизонта черноземных почв по данным георадарной съемки. Исследования проведены в 2015 г. на тестовом участке, расположенном в Тульской области, с преобладанием пахотных оподзоленных черноземов, в том числе в различной степени эродированных. К началу исследований почвы поля были вспаханы на глубину до 25 см, растительность и стерня на поверхности отсутствовали. Параллельно с георадарным профилированием в поле проведено бурение почв для определения нижней границы гумусового горизонта. На основе сопряженного анализа данных георадарного профилирования и полевого определения мощности гумусового горизонта, которая варьировала в среднем от 45 до 59 см, был предложен новый показатель - коэффициент асимметрии модального значения вершины спектральной плотности георадарного импульса первого периода отраженного сигнала, получаемого с частотой 100 Мгц. Показатель характеризуется хорошей статистической связью с мощностью гумусового горизонта черноземных почв. Для региона исследований построена регрессионная модель этой связи с коэффициентом детерминации около 0,82. Для расчета мощности гумусового горизонта предложено использовать нижнюю границу второго периода спектральной плотности отраженного сигнала, который хорошо коррелирует с фактическими данными. Для региона исследований построена регрессионная модель связи с коэффициентом детерминации около 0,86. Разработанный подход может быть использован для картографирования мощности гумусового горизонта в черноземных почвах региона исследований. Теоретически данный подход может быть распространен и на почвы других регионов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2018

Lapenko, N.G. | Eroshenko, F.V. | Storchak, I.G. | Dudchenko, L.V. | Shestakova, E.O., North-Caucasian Federal Scientific Agrarian Center, Stavropol

Existing methods for assessing natural grass stands are complex and subjective. Therefore, the goal of our research was to establish the possibility of using data from Earth remote sensing to characterize natural grass stands and a degree of their degradation. The objects of the study were natural communities located in the territory of Stavropol Krai. On the basis of the carried out ground geobotanical survey, the degree of degradation of the selected plots was established: Sengileevskoe – 0 points (non-degraded); Kiankiz – 3 points (highly degraded). The dynamics of the NDVI vegetation index of the selected plots during the growing season on average over 2016–2017 (MODIS data) were determined. Grass stands, the most contrasting in the degree of degradation, had ambiguous differences in the NDVI value over the entire vegetation period. The difference in the values of the vegetation index during the period from the end of April to the end of October was 45.3% in favour of the Sengileevskoe plot, and from the beginning of the vegetation to the end of April it was 43.5% in favour of the Kiankiz plot. Therefore, NDVI calculated from satellite images of low spatial resolution (250 m) cannot fully be a criterion for evaluating natural grass stands. We assumed that for these purposes an indicator of the proportion of the area occupied by either well developed or poorly developed vegetation can be used. Therefore, in the summer period, the area of plots with NDVI values of a certain range was determined in increments of 0.1 (data of high spatial resolution of Sentinel 2). The maximum differences were observed when the areas were compared with a vegetative index in the range of 0.1–0.4. Their share was 1.13% at the Sengileevskoe plot and 98.85% at the Kiankiz plot. These results of the analysis of high-resolution satellite data confirmed the results of ground-based geobotanical surveys, indicating large differences in the state of grass stands and the degree of degradation of the selected plots. | Существующие методы оценки природных травостоев сложны и субъективны. Цель исследований было установить возможность использования данных дистанционного зондирования Земли из космоса для характеристики природных травостоев и степени их деградации. Объекты исследования – природные сообщества, находящиеся на территории Ставропольского края. На основании проведенного наземного геоботанического обследования была установлена степень деградации выбранных полигонов: Сенгилеевское – 0 (недеградированный); Кианкиз – 3 (сильнодеградированный). Была определена динамика вегетационного индекса NDVI выбранных полигонов в период вегетации в среднем за 2016–2017 гг. (данные MODIS). Травостои, максимально контрастные по степени деградации, имели неоднозначные различия по величине NDVI в течение всего периода вегетации. Разница значений вегетационного индекса периода конец апреля – конец октября составляла 45,3% в пользу полигона Сенгилеевское, а с начала вегетации и до конца апреля – 43,5% в пользу полигона Кианкиз. Поэтому NDVI, рассчитанные по космоснимкам низкого пространственного разрешения (250 м), не могут в достаточно полной мере характеризовать природные травостои. Для оценки гипотезы о возможности использования для таких целей показателя доли площади полигона, занятой либо хорошо развитой, либо плохо развитой растительностью, в летний период была определена площадь полигонов со значениями NDVI определенного диапазона с шагом в 0,1 (данные высокого пространственного разрешения Sentinel 2). Максимальные различия наблюдались в том случае, когда сравнивали площади с вегетационным индексом, находящимся в диапазоне 0,1…0,4. На полигоне Сенгилеевское на их долю приходилось 1,31%, Кианкиз – 98,85%. Такие результаты анализа спутниковых данных высокого разрешения подтвердили результаты наземных геоботанических обследований, свидетельствующие о больших различиях в состоянии травостоев и степени деградации, выбранных полигонов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2017

Chekmarev, P.A., Ministry of Agriculture, Moscow (Russian Federation) | Sorokin, I.B. | Kataev, M.Yu.

According to results of examination of the data of space images, as well as of terrestrial agroecological monitoring of arable lands in Tomsk Region 39% of arable lands were removed from rotation and are overgrown with forest. According to the data of the agrochemical service, there is a decrease in soil fertility in the lands, used in agricultural production. The decrease in the content of organic matter by 0.2-0.9% and the increase in a share of sour soils by 10-30% were noted. The task was to develop measures for increasing the efficiency of use of arable lands of the Tomsk region. Investigations in the field stationary experiments of the agrochemical service proved the advantage of biologization of agriculture with the use of bio-resources of agrocenosis (straw and green manure) as fertilizers. Over three rotations of a grain-fallow crop rotation under conditions of Tomsk region the increasing efficacy of green-manure fallow and regular application of straw as a fertilizer was noted in comparison with bare fallow; during the first rotation the yields of cereals in these variants were at the same level, during the second one it was 7%higher after green-manure fallow than after bare one, and during the third rotation - by 20%. At the present stage it is necessary to include the methods of land remote sensing in the system of monitoring of agricultural lands taking into account local soil-vegetable and climatic peculiarities. There is a problem of integration of data of local terrestrial (and aerial) measurements in order to bring them to a common spatial and temporal grid of satellite measurements, to construct dynamic models of seasonal cycles used to evaluate the observed changes of satellite data. It is recommended to legislatively approve the plans of land use developed on the basis of the adaptive systems of agriculture; to organize state support of radical improvement, recultivation, melioration of overgrown lands; to arrange production of local limestone. | По результатам изучения данных космических снимков, а также наземного агроэкологического мониторинга пахотных земель Томской обл., 39% пашни области выведено из оборота и зарастает лесом. На землях, используемых в с.-х. производстве, по данным агрохимической службы, наблюдается ухудшение почвенного плодородия. Отмечено снижение содержания органического вещества на 0,2-0,9%, а также увеличение доли кислых почв на 10-30%. Ставилась задача разработать меры по повышению эффективности использования пахотных земель Томской обл. Исследования в полевых стационарных опытах агрохимической службы доказывают преимущество биологизации земледелия с применением в качестве удобрения биоресурсов агроценозов (соломы и сидератов). За 3 ротации зернопарового севооборота в условиях Томской обл. отмечена возрастающая эффективность сидерального пара и регулярного применения соломы в качестве удобрения по сравнению с вариантом чистого пара: в первую ротацию урожайность зерновых культур в этих вариантах была на одном уровне, во вторую ротацию после сидерального пара она была выше, чем после чистого, на 7%, в третью – на 20%. На современном этапе требуется включение в систему мониторинга земель с.-х. назначения методов дистанционного зондирования земли с учетом местных почвенно-растительных и климатических особенностей. Возникает задача комплексирования данных местных наземных (и аэро-воздушных) измерений с целью приведения их к единой пространственной и временной сетке спутниковых измерений для построения динамических моделей сезонных циклов, используемых для оценки наблюдаемых изменений спутниковых данных. Рекомендовано законодательно утвердить планы землепользования, разработанные на основе адаптивных систем земледелия; организовать господдержку коренного улучшения, рекультивации, мелиорации заросших земель; наладить производство местного известняка.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2017

Balakaj, G.T. | Vasil'ev, S.M. | Babichev, А.N., Russian Research and Development Inst. of Land Improvement Problems. Novocherkassk, Rostov Region

The aim of the research was to develop a concept of a new generation sprinkling machine (SM) capable of performing technology of precision irrigation of crops. It is known that in Russia the sprinkling irrigation is most widespread which is performed by SM and units of different domestic and foreign production designs. Irrigation rate for irrigated field is determined by computational methods for the entire field for SM available. The latest research of the Russian Research Institute of Land Improvement Problems (RRILIP) has shown that irrigation technologies even by modern imported SM do not always meet the agronomic requirements of crop production. At the same time there is a great diversity of soil moisture on the micro areas (segments) of 0.2–0.5 ha or more on the same field. Due to the soil surface microrelief, tillage conditions, precipitation wind drift during irrigating and other reasons, the soil moisture heterogeneity reaches 20%or more of normal field capacity that leads to the shortfall in yield to 30% or more due to non-compliance of the recommended irrigation schedule. As a result of research the RRILIP has developed a SM of a new generation having the equipment and control units capable of performing moisture leveling on the irrigated land field by controlling the flow rate and aiming a water jet of each sprinkler on the basis of remote Earth sounding for each field segment (on soil moisture, availability of nutrients, weeds and pests) and SM positioning on the field (design by the RRILIP, cameras and software by Join-Stock Company - Space and Missile Center "Progress"). | Целью исследований являлась разработка концепции дождевальной машины (ДМ) нового поколения, способной осуществлять технологию прецизионного орошения с.-х. культур. Известно, что в России наиболее распространен полив дождеванием, которое осуществляется ДМ и установками различных конструкций отечественного и зарубежного производства. Поливная норма для орошаемого поля определяется для имеющихся ДМ расчетными методами для всего поля. Исследования Российского НИИ проблем мелиорации (РосНИИПМ) последних лет показали, что технологии орошения даже современными зарубежными ДМ не всегда соответствуют агрономическим требованиям возделывания с.-х культур. При этом наблюдается большая пестрота влажности почвы одного и того же поля на микроучастках (сегментах) площадью 0,2–0,5 га и более. Из-за микрорельефа поверхности почвы, условий обработки почвы, сноса осадков ветром при поливе и других причин неоднородность увлажнения почвы достигает 20% полевой влагоемкости и более, что приводит к недобору урожая из-за несоблюдения рекомендованного режима орошения до 30% и более. По итогам исследований РосНИИПМ разработал ДМ нового поколения, имеющую оборудование и блоки управления, способные по результатам дальнего зондирования Земли на каждом сегменте поля (о влажности почвы, наличии питательных веществ, сорных растений и вредителей) и позиционирования положения ДМ на поле осуществлять выравнивание влажности почвы на орошаемом участке путем управления расходом и направлением струи воды каждого дождевателя (конструкция РосНИИПМ, камеры и программное обеспечение акционерного общества "Ракетно-космический центр "Прогресс"), а также вносить расчетные дозы удобрений и пестицидов.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2015

Berezin L.V.

Agricultural lands soil and agrochemical inspection technique in plain regions without relief digital model creation was improved. The technique is based on the differentiated study of influence of shooting ranges by the complicated cluster analysis of light reflection of ecosystems. The possibility of color channels variation in RGB system for the separate consideration of absorption of solar radiation by the soil and vegetable cover has been taken into account. Light reflection of agrocoenosis in the period of soil resting and the subsequent cultivation of spring-sown soft wheat while its blossoming on the fallow lands was studied according to the pictures of high resolution (5 m per pixel) made by the RapidEye spacecraft (Germany). The research was conducted in the forest-steppe zone of the Ishim-Irtysh interstream area of Western Siberia in 2011-2014. While synthesizing the pictures received in the different ranges of frequencies the priority of near infrared range of a range of solar radiation reflection (0.845-0.885 microns) which brings more part of energy in comparison with short-wave visible part of a range is offered. In the article the offer to calculate the absorption amount of solar radiation by ecosystems using the comparison of the greatest possible size of radiation arriving at the Earth surface to its reflection by this or that ecosystems or its components is proved for the first time. Each component absorbs selectively the part of solar energy for biomass formation or for accumulation of humus and other soil processes. Information of space pictures on soil condition differs from the aerial photographs which are the basis for a traditional technique of soil mapping. The latter isn’t determined by an open field surface which absorbs more than 90% of the coming radiation, but according to the spectral analysis of the reflected part of an agrocenosis of field cultures prevailing in the region, or biogeocenosis of typical natural ecosystems. | Усовершенствован способ почвенно-агрохимического обследования земель сельскохозяйственного назначения в равнинных регионах без построения цифровой модели рельефа. Способ основан на дифференцированном изучении влияния диапазонов съемки путем усложненного кластерного анализа светоотражения экосистем. Учитывалась возможность варьирования цветовыми каналами в системе RGB для раздельного учета поглощения солнечной радиации почвенным и растительным покровом. По космическим снимкам высокого разрешения (5 м на пиксель) космического аппарата RapidEye изучалось светоотражение агроценозов в период парования поля и последующего возделывания на нем яровой мягкой пшеницы в фазе ее цветения, а также на залежных землях, намечаемых к повторному освоению, в лесостепной зоне Ишим-Иртышского междуречья Западной Сибири в 2011-2014 гг. На этапе синтезирования снимков, полученных в разных диапазонах частот, предлагается приоритет ближнего инфракрасного диапазона спектра отражения солнечной радиации (0,845-0,885 мкм), который несет относительно большую часть энергии по сравнению с коротковолновой видимой частью спектра. Впервые обосновывается предложение рассчитывать величину поглощения экосистемами солнечной радиации сопоставлением максимально возможной величины радиации, поступающей на поверхность Земли, с ее отражением той или иной экосистемой или ее компонентами. Каждый из них избирательно поглощает свою долю солнечной энергии на формирование биомассы либо на накопление гумуса и другие почвенные процессы. Информация космических снимков о состоянии почвенного покрова отличается от информации аэрофотоснимков, положенных в основу традиционной методики почвенного картирования тем, что она определяется не по открытой поверхности поля, которая поглощает более 90% приходящей радиации, а по спектральному анализу отраженной её части агроценозами преобладающих в регионе полевых культур, либо биогеоценозами типичных природных экосистем.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

1995

Bondur, V.G. | Savin, A.I.

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

1995

Brejdo, M.D. | Sukhikh, V.I.

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation