Волгоградские ученые разработали метод ранней диагностики деградации почв
Деградация и засуха затрагивают более 3 миллиардов гектаров – до 40% земель мира и ежегодно обходятся мировой экономике почти в 900 миллиардов долларов. Последствия этого ощущают на себе около 3,2 миллиарда человек.
Деградация почв чаще всего начинается незаметно – с едва уловимого снижения плодородия, изменения микробиологического состава, уплотнения, которое еще не видно на спутниковых снимках. К тому моменту, когда внешние признаки становятся очевидными, земля уже теряет продуктивность, а восстановление требует куда больше времени и средств, чем своевременная профилактика. Ученые Федерального научного центра агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН (ФНЦ агроэкологии РАН) в Волгограде разработали трехуровневый метод ранней диагностики деградации почв, который будет выявлять проблемы на той стадии, когда земля еще выглядит благополучно.
Почва под контролем
Технология объединяет три уровня. Первый уровень – космический. Спутники фотографируют поля и показывают, что происходит на поверхности: где растительность изменилась, где появились признаки засоления или опустынивания. Второй – полевые исследования, когда специалисты обследуют участки и собирают образцы. Третий – лабораторная диагностика физических, химических и биологических характеристик почвы.
Все эти данные сводятся в единую информационную модель. Математический алгоритм сортирует участки и относит их к одной из трех категориям: нормальное состояние, потенциальный риск или необходимость предупредительных мероприятий.
Метод уже прошел тестирование в одном из фермерских хозяйств Волгоградской области. Ученые смогли определить проблемные участки и подготовить рекомендации по восстановлению плодородия – где-то достаточно внесения удобрений, а где-то землю стоит временно вывести из интенсивного оборота.
Технологии без границ
В 2022 году исследователь ФНЦ агроэкологии РАН Владислав Романов сравнивал ручную и автоматическую классификацию спутниковых снимков, и на тестовом участке точность автоматического анализа достигала 97,88%. Год спустя в МГУ была построена цифровая карта деградации земель России, благодаря которой стало очевидно, что за 2001–2020 годы деградация затронула около 13% территории страны. Позже ученые МГУ применили нейросети для картографирования засоленности почв в Калмыкии. Специалисты объединили результаты полевых наземных замеров с данными спутниковой съемки, включая вегетационный индекс NDVI.
Тем временем ФНЦ агроэкологии РАН совместно с компанией «Терра Тех» (входит в структуру государственной корпорации «Роскосмос») разработали систему «Опустынивание и его мониторинг». Она с помощью нейросетей анализирует спутниковые изображения и создает карты деградации земель. Проект охватил 14 регионов России, в ходе его проведения была создана база из более чем 550 эталонных наблюдений. И с технической стороны эта информационно-аналитическая система уже сейчас может быть масштабирована в странах СНГ. А новая трехуровневая методика позволяет расширить возможности системы и проводить более подробный анализ скрытых процессов.
Вопрос продовольственной безопасности
Сейчас в зоне риска опустынивания в России находятся около 123,4 миллиона гектаров земель сельхозназначения. С 2021 года действует государственная программа, направленная на развитие мелиоративного комплекса и ввод земель в оборот. К 2030 году должно быть введено в оборот 13 миллионов гектаров земель, а также повышены качественные характеристики более 7 миллионов гектаров угодий. И постоянный цифровой мониторинг помогает своевременно выявлять угрозы деградации земель: вместо того чтобы ждать, пока пастбище превратится в пустошь, система позволяет заранее принять меры – ограничить выпас скота, провести фитомелиорацию или изменить режим использования угодий.
Проблема опустынивания в той или иной степени затронула уже 28 регионов страны, и наличие инструмента эффективного мониторинга становится вопросом продовольственной безопасности. Проблема особенно актуальна для южных и засушливых регионов России, где сельское хозяйство сталкивается с эрозией, засолением и опустыниванием. Аналогичные задачи стоят и в других странах с развитым сельским хозяйством и территориями, подверженными засухам.
В сфере предотвращения развития наихудшего сценария будущее – за созданием программных продуктов, которые объединяют разнородные данные и помогают автоматически выявлять проблемные территории. При этом особенно востребованными могут стать сервисы, предоставляющие информацию о состоянии отдельных полей и рекомендации по их использованию. В первую очередь, как можно ожидать, пользователями таких систем станут фермеры и агрохолдинги, то есть те, кто непосредственно выращивает продукцию и кто в наибольшей мере страдает от деградации почв.
