Дистанционные методы оценки степени повреждения сельскохозяйственных культур от града на защищаемой территории Краснодарского края
Дистанционные методы оценки степени повреждения сельскохозяйственных культур от града на защищаемой территории Краснодарского края
Аннотация
В работе проводятся исследования повреждений сельскохозяйственных растений от града на защищаемой территории (ЗТ) Краснодарского края в апреле–мае 2024 года. Представлена информация о площади и степени повреждений различных культур, а также методы оценки ущерба от града с применением спутниковых снимков. Выбор весенних градобитий в качестве объекта исследования связан с тем, что в весенние месяцы сельскохозяйственные растения страдают от града сильнее, чем в летние, и поэтому они представляют определенный научный интерес.
В статье используются наземные данные, полученные в результате обследования последствий градобитий с выездом на место. Методика определения ущерба от градобития представлена в руководящем документе РД 52.37.902-2020 «Порядок обследования и оценки степени повреждения сельскохозяйственных растений от градобития», а также в руководящем документе РД 52.37.746-2010 «Порядок сбора и обработки данных о градобитии».
В результате проведенных исследований были получены следующие результаты.
Весной 2024 года на защищаемой территории было зафиксировано 3 дня с градобитиями, 22 апреля, 16 и 30 мая. Суммарная площадь повреждений за эти дни равнялась 11526 га, что составило 61,3% площади повреждений за весь 2024 год. Наибольший ущерб принес градовый процесс 30 мая. В этот день пострадало 6306 га различных сельскохозяйственных культур в основном озимая пшеница (2932 га) и кукуруза (1569 га).
Наибольший ущерб в пересчете на 100% был зафиксирован в весенние месяцы в Новокубанском районе (2332,8 га).
1. Введение
Среди негативных влияний природного характера на сельское хозяйство Краснодарского края, таких как эрозия почв и истощение водных ресурсов, проблема градобития сельхозкультур, особенно зерновых, крайне актуальна для Краснодарского края и его сельского хозяйства. Краснодарский край является самым градоопасным регионом РФ, за сезон в крае бывает до 40 дней с градом . Площадь территории, защищаемой Краснодарской Военизированной службой (ВС), составляет 895,2 тыс. га, из них площадь сельхозугодий 707,4 тыс. га. Эта территория находится в сложных географических условиях, что приводит к частому возникновению опасных явлений погоды: сильных ливней и града. Краснодарская ВС, как и другие военизированные службы, использует ракетную технологию противоградовой защиты (ПГЗ) , , которая становится все более автоматизированной , .
Хорошо известно, что применяемые технологии ПГЗ не могут обеспечить полного предотвращения града .
Степень повреждения сельхозкультур от града K (%), определяющая соотношение количества погибших от градобития растений к их общему количеству , зависит от размера и концентрации градин, продолжительности градобития, скорости ветра, стадии роста растений, сорта сельскохозяйственных культур и т.д.
Целью настоящей работы является исследование площади и степени повреждений сельскохозяйственных культур от града на защищаемой территории Краснодарского края в весенние месяцы 2024 году, а также анализ дистанционных методов оценки ущерба от града.
2. Методы и принципы исследования
Методом исследования является анализ данных, полученных путем обследования пострадавших от града полей. По данным обследования степень повреждения сельскохозяйственных растений от града на защищаемой территории Краснодарского края в сезоне 2024 года была создана и зарегистрирована база данных
. По этим данным были выполнены сравнения результатов обследований для разных периодов и мест выпадения града. Рассматривались также дистанционные методы оценки степени повреждения сельскохозяйственных культур от града.При обследовании полей, побитых градом, анализировался ущерб различных сельскохозяйственных культур в различные временные отрезки и для различных районов Краснодарского края.
3. Основные результаты
В таблице 1 приводятся площади повреждений сельскохозяйственных культур весной и летом 2024 года, для сравнения в таблицу добавлены аналогичные данные за 2023 год.
Таблица 1 - Площадь повреждения сельскохозяйственных культур весной и летом 2024 года
Год | Срок | Площадь повреждений, га | Степень повреждения К,% | Площадь в пересчете на 100%, га |
2024 | весна | 11527,0 | 36,5 | 4208,5 |
лето | 7265,5 | 18,1 | 1316,4 | |
весь год | 18791,4 | 27,3 | 5524,9 | |
2023 | весна | 10650,0 | 38,7 | 4117,7 |
лето | 8891,0 | 29,1 | 2588,9 | |
весь год | 19541,0 | 34,3 | 6706,6 |
Из таблицы видно, что в весенние месяцы сельскохозяйственные растения страдают от града сильнее чем в летние.
Для этого имеется несколько причин: во-первых, весной растения на ранних стадиях развития менее устойчивы к механическому воздействию градин, во-вторых, низкая высота нулевой изотермы весной создает более благоприятные условия для формирования более мощных и протяженных градовых облаков.
Площадь поражения весной характеризуется большими размерами градовых дорожек, повышенной интенсивностью выпадения града, более широким охватом территории. Весной 2024 года на защищаемой территории Краснодарского края было три дня с градом – один день 24 апреля и два дня в мае (16 и 30 мая).
В результате градобития 24 апреля, общий ущерб сельскохозяйственным культурам составил 806 га. В основном пострадали озимая пшеница (173 га), кукуруза (212 га) и рапс (421 га). Средняя степень повреждения составила в апреле 22,1%. По многолетним наблюдениям сельхозпроизводители отводят около 60% культивируемой площади под две культуры — озимая пшеница и кукуруза в соотношении примерно 35 и 25 процентов. По-видимому, по этой причине поля озимой пшеницы и кукурузы в большей степени страдают от градобитий каждый год.
В мае произошло два градобития: 16 и 30 мая. Здесь пострадало значительно большее количество культур. Общий ущерб составил 10720 га, что в пересчете на 100% дало площадь 5717 га. В мае озимая пшеница чаще всего находится в фазе «выход в трубку, колошение». При ущербе до 30% растения в этой фазе могут получить следующие повреждения: стебель изогнут или переплетен, некоторая часть листьев порвана или сбита . Средняя степень повреждения в этот месяц составила 53,3%. Было повреждено 104 поля, из них 36 полей с озимой пшеницей.
На рисунке 1 представлена диаграмма распределения суммарной площади (га) различных сельскохозяйственных культур, подвергавшихся градобитию в мае 2024 году.
Рисунок 1 - Распределение суммарной площади (га) различных сельскохозяйственных культур, подвергавшихся градобитию в мае 2024 г.
Представляет интерес рассмотрение суммарной площади повреждения сельскохозяйственных культур весной 2024 года, распределенных по пяти районам Краснодарского края.
В таблице 2 приводится суммарная площадь повреждения сельскохозяйственных культур весной 2024 года по пяти районам ЗТ.
Таблица 2 - Суммарная площадь повреждения сельскохозяйственных культур весной 2024 года по районам на ЗТ
Район | Площадь повреждений, га | Степень повреждения % | Площадь в пересчете на 100%, га |
Лабинский | 1480 | 20,0 | 211,6 |
Новокубанский | 5180 | 50,4 | 2332,8 |
Отрадненский | 4036 | 27,8 | 1406,9 |
Мостовский | 937 | 31,2 | 267,8 |
Итого: | 11527,0 | 36,5 | 4208,5 |
Из таблицы видно, что весной 2024 года больше всего пострадали сельскохозяйственные культуры в Новокубанском районе.
В таблице 3 приводится суммарная площадь повреждения некоторых сельскохозяйственных культур весной 2024 года по пяти районам ЗТ.
Таблица 3 - Соотношение площадей повреждений (га) весной 2024 г.: озимой пшеницы, кукурузы, подсолнечника и сахарной свеклы для пяти районов Краснодарского края
Районы | Озимая пшеница | Кукуруза | Подсолнечник | Сахарная свекла |
Лабинский | 607,5 | 431,8 | 104,5 | 104,5 |
Новокубанский | 1018,9 | 113,5 | 152,9 | 226,0 |
Отрадненский | 337,0 | 270,2 | 89,1 | 0,0
|
Успенский | 135,5 | 4,9 | 8,8 | 0,0 |
Мостовский | 28,9 | 90,9 | 77,0 | 0,0 |
Существуют различные методы оценки ущерба от града: дистанционные и наземные.
Дистанционные методы основаны на использовании радиолокационного мониторинга осадков или изображений растительности при дистанционном зондировании Земли (ДЗЗ) и с использованием летательных аппаратов , .
Наземный метод предполагает непосредственное обследование участков с помощью комиссией специалистов с выездом на место , . Этот метод обладает высокой точностью оценки повреждений, за счет возможности детального обследования, может учитывать все факторы повреждения и учитывать специфику каждой культуры. Также используя этот метод можно оценить восстановительный потенциал для каждого пострадавшего поля.
Дистанционные методы, в свою очередь, обладают возможностью охвата больших территорий, оперативностью получения данных, объективностью измерений и минимальными затратами на обследование.
Исследования показывают достаточно хорошее соответствие между данными ДЗЗ и наземными измерениями. Однако существуют расхождения, обусловленные: ограниченным количеством наземных данных и погрешностями классификации.
Радиолокационный метод хорошо зарекомендовал себя для озимой пшеницы и кукурузы на ранней стадии их развития . Для других культур требуется сравнение с данными об ущербе, полученными наземным методом для детальной проверки.
В дальнейшем при использовании дистанционных методов необходима совместная обработка данных для повышения точности.
Сильное градобитие было 16 мая.
В этот день проводились радиолокационные наблюдения за градовыми облаками с помощью двухволнового радиолокатора МРЛ-5. Радиолокатором определялись данные о выпадении града.
На рис. 2 приводится радиоэхо мощного конвективного облака, дающего град 16 мая 2024 года севернее села Шедок, и карта распределения суммарной кинетической энергии града на земле севернее села Шедок после прохождения облака.
Рисунок 2 - Радиоэхо мощного конвективного облака, дающего град 16 мая 2024 года севернее села Шедок (А) и распределение суммарной кинетической энергии града на земле севернее села Шедок после прохождения облака (Б)
Еще более мощное градобитие было 30 мая. Град выпадал в этот день последовательно из пяти мощных конвективных облаков, которые определялись радиолокатором как объекты IV категории. Общий ущерб от градобития составил 6305 га и в пересчете на 100% 2209,3 га. Степень повреждения культур K = 29, 3%.
На рис. 3 приводится радиоэхо конвективных облаков, отображавшееся на экране компьютера в 20:00 30 мая 2024 года.
Рисунок 3 - Радиоэхо конвективных облаков 30 мая 2024 года в 20:00 (А) и распределение кинетической энергии выпадающего града в районе ЗТ Краснодарской ВС (Б)
Рисунок 4 - Карта кинетической энергии града в районе ст. Попутная (А) и карта процента потерь пшеницы на полях в районе ст. Попутная (Б)
На рис. 5 приводятся спутниковые снимки индекса NDVI для поля севернее села Шедок в день градобития 16 мая 2024 года и через три дня 19 мая. Спутниковые NDVI снимки — детализированная цветная карта, каждый тон соответствует интервалу значений.
Среднее значение индекса NDVI полученное для поля в этот день, равно 0,68.
Рисунок 5 - Спутниковые снимки с индексом NDVI для поля севернее села Шедок в день градобития 16 мая 2024 года: среднее значение индекса NDVI 0,68 (А) и спутниковые снимки с индексом NDVI этого же поля через три дня после градобития 19 мая 2024 года (Б)
Наличие на снимке зелёных оттенков (от светло- до тёмно-зелёного) — показывают высокие значения (>0,4). Свидетельствуют здоровой, густой растительности.
Жёлтые и оранжевые оттенки — отражают умеренные значения (0,2−0,4). Характерны для участков со средним уровнем стресса.
Среднее значение индекса NDVI 16 мая 0,68. Показатель индекса 0,6-1 соответствует густым, здоровым посевам, которые нормально развиваются, соответствуют определенному этапу вегетации.
Среднее значение индекса NDVI 19 мая 0,37. Диапазон 0,2-04 соответствует разреженной, слабой, растительности в нашем случае сильно пострадавшей от града.
Наибольший спад индекса приходится на 3–5 день после градобития. Затем идет некоторый рост индекса, связанный с восстановлением растений.
4. Заключение
В работе исследуются площадь и степень повреждения сельскохозяйственных культур от града на защищаемой территории Краснодарского края весной 2024 года. Также рассматриваются методы оценки повреждения сельхозкультур, дистанционные и наземные.
Озимая пшеница и кукуруза занимают более половины культивируемых площадей и, соответственно, чаще всего страдают от града. Весной 2024 года на защищаемой территории было зафиксировано 3 дня с градобитиями, что привело к суммарной площади повреждений в 11527,0 га или 4208,5 га в пересчете на 100%. Наибольший ущерб в пересчете на 100% был зафиксирован в Новокубанском районе (2332,8 га). Озимая пшеница наиболее уязвима к градобитиям на ранних стадиях развития (апрель, май), когда средняя степень повреждения достигает 55,3% и 29,4% соответственно. По мере развития культуры в июне и июле степень повреждения снижается. Средняя степень повреждения сельскохозяйственных культур варьируется:
- подсолнечник — 26,7%;
- озимая пшеница — 28,1%;
- кукуруза — 28,7%;
- рапс — 30,5%;
- озимый ячмень — 74,6%;
- горох — 80%.
Средняя степень повреждения сельскохозяйственных культур от града в Краснодарском крае в 2024 году в разные месяцы:
- апрель — 22,1%;
- май — 53,3%;
- июнь — 21,7%;
- июль — 10,1%.
Рассмотрены принципы дистанционных методов оценки степени повреждения сельскохозяйственных культур от града.
В целом, исследование подчеркивает актуальность проблемы града для сельского хозяйства Краснодарского края и указывает на необходимость дальнейшего совершенствования технологий противоградовой защиты и углубления научных знаний в этой области.