Динамика NDVI природно-аграрных ландшафтов Волгоградской области в период активной вегетации

В настоящее время актуально изучение растительного покрова Земли с помощью гео-информационных технологий. Космические снимки дают возможность оценить состояние, площадь покрытия, динамику, а также изменение состава растительного покрова. Существует огромное количество вегетационных индексов, характеризующих рост и развитие растительности. Одним из наиболее известных является вегетационный индекс растительности NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) – нормализованный относи- тельный индекс растительности, отображающий количество фотосинтетически активной биомассы [1]. Он основан на анализе данных спутникового наблюдения, а также на измерениях поглощенной растительностью солнечной радиации. Значения NDVI варьируются от -1 до 1, где высокие значения (ближе к 1) указывают на густую и здоровую растительность, а низкие (ближе к 0 или отрицательные) – на отсутствие растительности или её слабое состояние. Индекс рассчитывается по формуле:

NDV1 =

NIR - Red

N1R +Red’

где NDVI – вегетационный индекс, NIR – ближний инфракрасный свет, Red – видимый красный свет.

По статистическим данным, Волгоградская область имеет одну из наибольших площадей сельскохозяйственных угодий [2, 3]. Природ- но-аграрные ландшафты – это природные комплексы, которые подвержены антропогенным изменениям для дальнейшего использования в хозяйстве. Волгоградская область находится на юго-востоке ВосточноЕвропейской равнины, входит в состав Юж- ного Федерального округа Российской Федерации. Граничит с Саратовской, Воронежской, Ростовской, Астраханской областями, Республикой Калмыкия, и на востоке – с Республикой Казахстан. Климат Волгоградской области умеренно-континентальный, он характеризуется малоснежной зимой и продолжительным жарким и сухим летом. Область расположена в степной и частично в полупустынной зонах [4].

Материалы и методы исследования

Объектом исследования в работе являются природно-аграрные ландшафты Волгоградской области. Предмет исследования – динамика NDVI природно-аграрных ландшафтов.

В данном исследовании для вычисления NDVI использовались материалы дистанционного зондирования Земли – космические снимки спутника Landsat 8-9 с пространственным разрешением 30 метров, а именно видимый красный канал – 4 канал, и ближний инфракрасный канал – 5 канал, за вегетационный период 2024 года (вегетационный период в Волгоградской области протекает с апреля по октябрь, так как температура воздуха выше +10°C) [5]. Для вычисления индекса и проведения данного исследования необходимы безоблачные или малооблачные космические снимки. Стоит учесть, что большинство космоснимков в июне 2024 года покрыты облаками, в связи с этим вегетационный индекс в июне не был рассчитан, так как корректные данные отсутствуют.

Для более подробного анализа и выявления зависимости были взяты данные о месячном количестве осадков и среднемесячной температуре в муниципальном округе городе Михайловка, городе Палласовка и Калаче-на-Дону с сайта «Погода и Климат» [6].

Результаты и обсуждения

В ходе исследования по формуле 1 был рассчитан вегетационный индекс NDVI за апрель, май, июль, август, сентябрь и октябрь на Волгоградскую область. В инструменте зональная статистика (по параметру «среднее») выявлен средний показатель вегетационного индекса на каждый район (рис. 1).

Средний показатель NDVI в вегетационный период Волгоградской области

1:2 500 000

Условные обозначения

Средний индекс NDV1 ■ 0.1 -0,12

|    | 0,12-0,14

□□0,14-0,16

□□0,16-0,18

ИЦ 0,18-0,2

Муниципальные образования

1. Алексеевский район

2. Быковский район

3. Городищенский район

4, г,о.г, Волгоград

5. г.о.г. Волжский

6. г.о.г. Камышин

7. м.о.г. Михайловка

8. г.о.г. Урюпинск

9. г.о.г. Фролово

10. Даниловский район

11. Дубовский район

12. Еланский район

13. Жирновский район

14. Иловлинский район

15. Калачевский район

31. Руднянский район

32. Светлоярский район

33. Серафимовичский район

34. Среднеахтубинский район

35. Старо Полтаве кий район

36. Суровикинский район

37. Урюпинский район

38. Фроловский район

39. Чернышковский район

16. Каллышинский район

17. Киквидзенский район

18. Клетский район

19. Котельниковский район

20. Котовский район

21. Кумылженский район

22. Ленинский район

23. Михайловский район

24. Нехаевский район

25. Николаевский район

26. Новоаннинский район

27. Новониколаевский район

28. Октябрьский район

29. Ольховский район

30. Палласовский район

Рис. 1. Картограмма среднего показателя NDVI в вегетационный период Волгоградской области

Картограмма среднего показателя NDVI имеет мозаичную структуру. Город-спутник Волжский и городской округ город Камышин имеют самый низкий показатель – 0,1-0,12 в связи с большой площадью застройки. Районы с показателем 0,12-0,14 располагаются на юге и востоке Волгоградской области. В центральной и юго-западной части находятся районы с показателем 0,14-0,16, а также район с таким показателем находится в восточной части – Николаевский район. Самый высокий показатель 0,16-0,2 имеют районы в северной части области и район на востоке – Ленинский район.

На основе получившейся закономерности были выделены 3 зоны:

• -    Северная зона, в которую входят такие районы, как Новоаннинский, Урюпинский,

Новониколаевский, Алексеевский, Нехаев-ский, Даниловский, Киквидзенский, Еланский, Жирновский, Руднянский, Михайловский, Котовский, Серафимовичский, Камышинский, Кумылженский, Фроловский районы и городской округ город Урюпинск, Михайловка, Фролово, Камышин;

• -    Южная зона, в которую входит Клетский, Иловлинский, Городищенский, Ольховский, Дубовский, Котельниковский, Суровикин-ский, Калачевский, Чернышковский, Октябрьский, Светлоярский районы и город Волгоград;

• -    Восточная зона, расположенная на Прикаспийской низменности – Старополтавский, Николаевский, Быковский, Палласовский, Среднеахтубинский, Ленинский районы и город Волжский (рис. 2).

  
  
  

  Исследуемые зоны

  
  

  Условные обозначения

  
  

  Границы исследуемых, зон

  
  
  

  северная зона

  южная зона

  восточная зона

  граница муниципальных районов

  
  

  Муниципальные образования

  
  

  • 1.    Алексеевский район

  • 2.    Быковский район

  • 3.    Городищенский район .

  • 4.    г.о.г. Волгоград

  • 5.    г.о.г. Волжский

  • 6.    г.о.г. Камышин

  • 7.    м.о.г. Михайловка

  • 8.    г.о.г. Урюпинск

  • 9.    г.о.г. Фролово

  • 10.    Даниловский район

  • 11.    Дубовский район

  • 12.    Еланский район

  • 13.    Жирновский район

  • 14.    Иловлинский район

  • 15.    Калачевский район

  • 16.    Камышинский район

  • 17.    Киквидзенский район

  • 18.    Клетский район

  • 19.    Котельниковский район

  • 20.    Котовский район

  • 21.    Кумылженский район

  • 22.    Ленинский район

  • 23.    Михайловский район

  • 24.    Нехаевский район

  • 25.    Николаевский район

  • 26.    Новоаннинский район

  • 27.    Новониколаевский район

  • 28.    Октябрьский район

  • 29.    Ольховский район

  • 30.    Палласовский район

  • 31.    Руднянский район

  • 32.    Светлоярский район

  • 33.    Серафимовичский район

  • 34.    Среднеахтубинский район

  • 35.    Старополтавский район

  • 36.    Суровикинский район

  • 37,    Урюпинский район

  • 38.    Фроловский район

  • 39.    Чернышковский район

  
  
  
  
  
  

1:2 500 000

Рис. 2. Картосхема исследуемых зон Волгоградкой области

В ходе работы был рассчитан средний показатель NDVI за каждый месяц на выявленные зоны. Данные представлены на графике среднемесячного показателя NDVI за вегетационный период Волгоградской области за 2024 год (рис. 3).

Рис. 3. График среднемесячного показателя NDVI за вегетационный период Волгоградской области (2024 г.)

Также на основе данных о среднемесячной температуре и месячном количестве осадков построен график (рис. 4).

Рис. 4. График среднемесячной температуры и месячного количества осадков за вегетационный период Волгоградской области (2024 г.)

Графики отображают прямую зависимость показателя вегетационного индекса с температурой и количеством осадков. Можно провести комплексный анализ, что в свою очередь объяснит увеличение или уменьшение показателя в трех исследуемых зонах.

• 1.    Во всех зонах в период с апреля по июнь наблюдается увеличение показателя, это обуславливается тем, что уменьшается темпера-

• тура и происходит снеготаяние после зимнего сезона, а также выпадением осадков в апреле, что является благоприятными условиями для увеличения показателя.

• 2.    В июне северной и южной зоне наблюдается резкое увеличение осадков и температуры (+23°C, +24,3°C и 61 мм, 38 мм), при этом в свою очередь можно утверждать, что происходит также увеличение индекса – выше 0,2. В восточной зоне температура также резко увеличивается, но при этом количество осадков увеличивается незначительно, что влияет на индекс, так как из-за высокой температуры

• 3.    В июле во всех зонах наблюдается увеличение температуры, но уменьшение осадков в северной, южной зоне и резкое увеличение в восточной зоне. При этом показатель вегетационного индекса в северной зоне на пике линии тренда, в южной зоне наблюдается уменьшение показателя – в северной зоне произошло накопление осадков за июнь, что поспособствовало росту растительности. В восточной части благоприятные погодные условия положительно не повлияли на индекс, потому что в прошлом месяце растения не получили необходимое количество осадков при данной высокой температуре воздуха, поэтому наблюдается спад линии тренда.

• 4.    С августа по сентябрь происходит уменьшение индекса в связи с уборкой урожая, при этом уменьшается температура и количество осадков.

• 5.    В октябре уменьшается температура, но увеличивается количество осадков, что в свою очередь не влияет на индекс, так как в октябре

и недостаточного увлажнения растительность погибает (высыхает). Можем сделать вывод, что линия тренда в восточной зоне пошла на спад.

На основе графика среднемесячного показателя NDVI (рис. 3) можно сделать общий вывод, что линия тренда наблюдается во всех 3 зонах: в северной зоне достигает пика (самый высокий показатель NDVI) в июле, а после идет на спад, а в южной и восточной зоне – пик в мае, после незначительное уменьшение индекса. Выявленная зависимость соответствует пикам и спадам роста надземной части растений в степной и полупустынной зоне, а также срокам уборки урожая на пахотных землях, которые занимают 45% территории области [3, 7]. Также стоит отметить, что на протяжении всего вегетационного периода в Волгоградской области индекс ниже 0,2 – что обычно соответствует открытой почве, за исключением двух периодов – с мая по июль в северной зоне индекс 0,2-0,23 – что соответствует слабой, разреженной растительности.

Заключение

В ходе исследования выявлено, что исследуемые зоны (северная, южная и восточная зона) соответствуют природным зонам, что в свою очередь объясняет неравномерное изменение показателя вегетационного индекса во всей Волгоградской области: северная – степная природная зона, южная и восточная – полупустынная природная зона. Важно отметить, что во время вегетационного периода для полноценного роста и развития растительности (природно-аграрным ландшафтам) необходимы благоприятные природные условия – температура в диапазоне от 15°C до 30°C и достаточное количество осадков (300400 мм за вегетационный период). По анализу вегетационного индекса в Волгоградской области, можно сделать вывод о слабом развитии растительности и о неблагоприятных природных условиях.

наступаетконец вегетационного периода.