esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2024-121-70-85esoil-884Research ArticleСтатьиNDVI посевов как дистанционный индикатор качества пахотных почвNDVI of crops as a remote indicator of arable soils qualityhttps://orcid.org/0000-0002-1215-8230ХутуевА. М.KhutuevA. M.

младший научный сотрудник

360004, Нальчик, ул. Кирава, 224

224 Kirava Str., Nalchik 360004, Kabardino-Balkaria

khutuev.a.m@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1737-5303ЗаниловА. Х.ZanilovA. Kh.

старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук

360004, Нальчик, ул. Кирава, 224

224 Kirava Str., Nalchik 360004, Kabardino-Balkaria

amiran78@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9682-9117ТутуковаД. А.TutukovaD. A.

старший научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук

360004, Нальчик, ул. Кирава, 224

224 Kirava Str., Nalchik 360004, Kabardino-Balkaria

djudi_12@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0009-4906-0470СавинИ. Ю.SavinI. Yu.

академик РАН

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

savigory@gmail.comИнститут сельского хозяйства - филиал Кабардино-Балкарского научного центра РАНРоссияInstitute of Agriculture KBSC RASRussian FederationПочвенный институт им. В.В. ДокучаеваРоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian Federation20241512202401217085Copyright © Хутуев А.М., Занилов А.Х., Тутукова Д.А., Савин И.Ю., 20242024Хутуев А.М., Занилов А.Х., Тутукова Д.А., Савин И.Ю.Khutuev A.M., Zanilov A.K., Tutukova D.A., Savin I.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/884

Качество пахотных почв во многом предопределяет урожайность сельскохозяйственных культур и экономическую эффективность их возделывания. Целью настоящей работы является анализ связи внутриполевых неоднородностей посевов с вертикальной неоднородностью скелетности почв на примере тестового поля с посевами кукурузы в Кабардино-Балкарии. В качестве индикатора состояния посевов использовался вегетационный индекс NDVI, рассчитанный по данным спутниковой съемки Sentinel-2. Скелетность почвы определялась методом сухого просеивания. Установлено, что значение индекса NDVI посевов на тестовом поле может служить основой для косвенного детектирования вертикальной неоднородности агрономически важных свойств почв. Для получения надежной информации необходим точный выбор времени получения значений NDVI и культуры, возделываемой на поле. Индикационная способность разных культур предопределяется их фенологией и мощностью потенциального корнеобитаемого слоя. География агрономически важных свойств почв на тестовом поле не коррелирует с выделами традиционно составленной почвенной карты. Пространственное варьирование урожайности кукурузы на тестовом поле (размах 23%) коррелирует с варьированием по профилю скелетности почв. Для использования значений NDVI в качестве индикатора пространственного варьирования агрономически важных свойств почв необходим учет типа возделываемой культуры, тщательный выбор даты получения NDVI, а также наличие априорных экспертных знаний о лимитирующих почвенных факторах на поле, специфики фенологии и агротехнологии возделывания культуры.

The quality of arable soils largely determines the productivity of agricultural crops and the economic efficiency of their cultivation. The purpose of this work is to analyze the relationship between intra-field heterogeneity of crops and vertical heterogeneity of soil skeletality based on a test corn field in Kabardino-Balkaria. The NDVI vegetation index, calculated from Sentinel-2 satellite imagery, was used as an indicator of crop condition. Soil skeletality was determined by dry sieving. It has been established that the value of the NDVI index of crops on a test field can serve as the basis for indirect detection of vertical heterogeneity of agronomically important soil properties. To obtain reliable information, accurate timing of obtaining NDVI values and the crop cultivated in the field is necessary. The indicator reliability of different crops is determined by their phenology and the thickness of the potential root layer. The geography of agronomically important soil properties on the test field does not correlate with the areas of the traditionally compiled soil map. Spatial variation in corn yield on the test field (range 23%) correlates with variation in the soil skeletal profile. To use NDVI values as an indicator of spatial variation in agronomically important soil properties, it is necessary to take into account the type of crop cultivated, careful selection of the date for obtaining NDVI, as well as the availability of a priori expert knowledge about the limiting soil factors in the field, the specific phenology and agrotechnology of crop cultivation.

косвенное дешифрирование почвSentinel-2свойства почвскелетность почвпространственные неоднородности посевовindirect soil interpretationSentinel-2soil propertiessoil skeletalityspatial heterogeneity of cropsReferencesВостокова Л.Б., Булгаков Д.С., Орешникова Н.В., Яковлев А.С. Бонитировка почв в системе земельного кадастра. М.: МАКС Пресс, 2010. 300 с.Vostokova L.B., Bulgakov D.S., Oreshnikova N.V., Yakovlev A.S., Bonitirovka pochv v sisteme zemel’nogo kadastra (Soil bonification in the land cadastre system), Moscow: MAKS Press, 2010, 300 p.Кирьянова Е.Ю., Савин И.Ю. Неоднородность посевов, определяемая по спутниковым данным MODIS, как индикатор контрастности почвенного покрова // Доклады Российской академии сельскохозяйственных наук. 2013. № 3. С. 36–39.Kiryanova E.Yu., Savin I.Yu., Neodnorodnost’ posevov, opredelyaemaya po sputnikovy’m dannym MODIS, kak indikator kontrastnosti pochvennogo pokrova (The heterogeneity of crops, determined by MODIS satellite data, as an indicator of the contrast of the soil cover), Doklady Rossijskoj akademii sel`skoxozyajstvennykh nauk, 2013, No. 3, pp. 36–39.Материалы к оценке земель Нижегородской губернии: естественноисторическая часть. Отчет Нижегородскому губернскому земству. Вып. 14. Почвы, растительность и климат Нижегородской губернии с почвенной картой. Санкт-Петербург: Нижегородское губернское земство, 1886. 525 с.Materialy k ocenke zemel Nizhegorodskoj gubernii: estestvennoistoricheskaya chast; Otchet Nizhegorod-skomu gubernskomu zemstvo (Materials for the assessment of the lands of the Nizhny Novgorod province: the natural and historical part. The report below is to the city provincial zemstvo), Iss. 14, Soils, vegetation and climate of Nizhny Novgorod province with a soil map, St. Petersburg: Nizhny Novgorod Provincial Zemstvo, 1886, 525 p.Прудникова Е.Ю., Савин И.Ю., Грубина П.Г. Спутниковая оценка агрономически важных свойств пахотных почв с учетом состояния их поверхности // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2023. № 115. С. 129–159. DOI: 10.19047/0136-1694-2023-115-129-159.Prudnikova E.Yu., Savin I.Yu., Grubina P.G., Satellite based assessment of agronomically important properties of agricultural soils with consideration of their surface state, Dokuchaev Soil Bulletin, 2023, Vol. 115, pp. 129–159, DOI: 10.19047/0136-1694-2023-115-129-159.Савин И.Ю. Пространственные аспекты прикладного почвоведения // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2020. № 101. С. 5– 18. DOI: 10.19047/0136-1694-2020-101-5-18.Savin I.Yu., Spatial aspects of applied Soil Science, Dokuchaev Soil Bulletin, 2020, Vol. 101, pp. 5–18, DOI: 10.19047/0136-1694-2020-101-5-18.Савин И.Ю., Бербеков С.А., Тутукова Д.А. Комплексная оценка неоднородности почвенного покрова по состоянию посевов // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. № 113. С. 31–57. DOI: 10.19047/0136-1694-2022-113-31-57.Savin I.Yu., Berbekov S.A., Tutukova D.A., Comprehensive assessment of soil heterogeneity by crop canopy status, Dokuchaev Soil Bulletin, 2022, Vol. 113, pp. 31–57, DOI: 10.19047/0136-1694-2022-113-31-57.Савин И.Ю., Жоголев А.В., Прудникова Е.Ю. Современные тренды и проблемы почвенной картографии // Почвоведение. 2019. № 5. С. 517– 528. DOI: 10.1134/S0032180X19050101.Savin I.Y., Zhogolev A.V., Prudnikova E.Y., Modern trends and problems of soil mapping, Eurasian Soil Science, 2019, Vol. 52, No. 5, pp. 471–480, DOI: 10.1134/S0032180X19050101.A framework for land evaluation. FAO Soils bulletin 32. Rome: FAO, 1976. 78 p.Fundamentals of land valuation, FAO Soil Bulletin, 32. Rome: FAO, 1976, 78 p. 9. Rajan Bhatt, Application of Geospatial Technology in Assessment of Spatial Variability in Soil Properties: A Review, Current Journal of Applied Science and Technology, 2020, No. 3, pp. 57–71. DOI: 10.9734/CJAST/2020/v39i3931104.Rajan Bhatt. Application of Geospatial Technology in Assessment of Spatial Variability in Soil Properties: A Review // Current Journal of Applied Science and Technology. 2020. No. 3. P. 57–71. DOI: 10.9734/CJAST/2020/v39i3931104.Boori M.S., Choudhary K., Kupriyanov A.V., Crop growth monitoring through Sentineland Landsat data based NDVI time-series, Computer Optics, 2020, No. 44(3), pp. 409–419, DOI: 10.18287/2412-6179-CO-635.Boori M.S., Choudhary K., Kupriyanov A.V. Crop growth monitoring through Sentineland Landsat data based NDVI time-series // Computer Optics. 2020. No. 44(3). Р. 409–419. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-635.Brown C., Millingto, J., Rounsevell M., Assessing the quality of land system models: moving from valibration to evaludation, Socio-Environmental Systems Modelling, 2023, No. 5, 18434, DOI: 10.18174/sesmo.18434.Brown C., Millingto, J., Rounsevell M. Assessing the quality of land system models: moving from valibration to evaludation // Socio-Environmental Systems Modelling. 2023. No. 5. 18434. DOI: 10.18174/sesmo.18434.Montero D., Aybar C., Mahecha M.D. et al., A standardized catalogue of spectral indices to advance the use of remote sensing in Earth system research, Scientific Data, 2023, No. 10(1), DOI: 10.1038/s41597-023-02096-0.Montero D., Aybar C., Mahecha M.D. et al. A standardized catalogue of spectral indices to advance the use of remote sensing in Earth system research // Scientific Data. 2023. No. 10(1). DOI: 10.1038/s41597-023-02096-0.Omia E., Bae H., Park E., Kim M.S., Baek I., Kabenge I., Cho B-K., Remote Sensing in Field Crop Monitoring: A Comprehensive Review of Sensor Systems, Data Analyses and Recent Advances, Remote Sensing, 2023, No. 15(2), pp. 354, DOI: 10.3390/rs15020354.Omia E., Bae H., Park E., Kim M.S., Baek I., Kabenge I., Cho B-K. Remote Sensing in Field Crop Monitoring: A Comprehensive Review of Sensor Systems, Data Analyses and Recent Advances // Remote Sensing. 2023. No. 15(2). P. 354. DOI: 10.3390/rs15020354.Rouse J.W., Haas R.Y., Schell J.A., Deering D.W., Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS, 3rd ERTS Symp. NASA. Goddard Space Flight Center, 1973, Vol. 1, Sect. A, Paper-A20, pp. 309–317.Rouse J.W., Haas R.Y., Schell J.A., Deering D.W. Monitoring vegetation systems in the great plains with ERTS // 3rd ERTS Symp. NASA. Goddard Space Flight Center. 1973. Vol. 1. Sect. A. Paper-A20. P. 309–317.Singh R.K., Rizvi J., Behera M.D., Biradar C., Automated crop type mapping using time-weighted dynamic time warping-A basis to derive inputs for enhanced food and Nutritional Security, Current Research in Environmental Sustainability, 2021, Vol. 3, No. 100032, DOI: 10.1016/j.crsust.2021.100032.Singh R.K., Rizvi J., Behera M.D., Biradar C. Automated crop type mapping using time-weighted dynamic time warping-A basis to derive inputs for enhanced food and Nutritional Security // Current Research in Environmental Sustainability. 2021. Vol. 3. No. 100032. DOI: 10.1016/j.crsust.2021.100032.Voronin A.Ya., Savin I.Yu., GPR diagnostics of chernozem humus horizon thickness, Russian Agricultural Sciences, 2018, Vol. 44, No. 3, pp. 250–255, DOI: 10.3103/S1068367418030199.Voronin A.Ya., Savin I.Yu. GPR diagnostics of chernozem humus horizon thickness // Russian Agricultural Sciences. 2018. Vol. 44. No. 3. P. 250–255. DOI: 10.3103/S1068367418030199.Zajícová K., Chuman T., Application of ground penetrating radar methods in soil studies: A review, Geoderma, 2019, Vol. 343, pp. 116–129, DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.02.024.Zajícová K., Chuman T. Application of ground penetrating radar methods in soil studies: A review // Geoderma. 2019. Vol. 343. P. 116–129. DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.02.024.Zajícová K., Chuman T. Application of ground penetrating radar methods in soil studies: A review // Geoderma. 2019. Vol. 343. P. 116–129. DOI: 10.1016/j.geoderma.2019.02.024.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.