Гіперспектральная геамарфалогія і маніторынг здароўя сельскагаспадарчых культур на ферме Іст-Овейнат

Пустыні Заходняга Егіпта засушлівыя, але ўсходняя Сахара яшчэ больш экстрэмальная, штогод тут выпадае ўсяго некалькі сантыметраў ападкаў, што і прынесла ёй назву «ультразасушлівая». Аднак падчас апошняга ледавіковага перыяду Сахара была трапічнай саванай з кліматам, падобным да клімату сучасных Кеніі і Танзаніі. Штогадовая колькасць ападкаў была значна большай, з мноствам рэк і азёр. Сотні тысяч гадоў ападкаў таксама стварылі велізарныя падземныя ваданосныя пласты пад рухомымі пяскамі, вядомыя як Нубійская ваданосная сістэма пясчаніку (НСПС).

Гэтыя падземныя воды можна выкарыстоўваць для вядзення сельскай гаспадаркі ў самым сэрцы пустыні, і дзякуючы рэалізацыі праекта «Іст-Овейнат» у рэгіёне быў створаны буйны цэнтралізаваны ірыгацыйны праект.

Агляд праекта

Будаўніцтва пачалося ў 1997 годзе, і гэты праект, разам з праектамі Тошка, Дарб-эль-Арбейн, каналам Эль-Салам і новымі вёскамі, лічыцца адным з мегапраектаў Егіпта. Нягледзячы на ​​тое, што большасць з гэтых праектаў не былі рэалізаваны, гэты праект працягвае функцыянаваць у звычайным рэжыме. У цяперашні час праект ахоплівае амаль 5000 квадратных кіламетраў. Асноўнымі культурамі, якія вырошчваюцца, з'яўляюцца бульба, пшаніца і лекавыя араматычныя расліны, такія як рамонак, а таксама ёсць некалькі шкляных цяпліц.

Гэты праект, размешчаны ў пустыні Сахара, знаходзіцца прыкладна ў 290 кіламетрах ад бліжэйшага горада і ў 210 кіламетрах ад возера Тошка. Ён размешчаны ва Усходнім Овейнаце, на захад ад Тошкі. Вада для арашэння праекта паступае цалкам з глыбокіх падземных вод у Нубійскай сістэме пясчанікавых ваданосных пластоў. Рэгіён таксама лічыцца адной з самых раўнінных тэрыторый у свеце, практычна без перападаў вышынь, а яго дыяметр складае прыблізна 350 кіламетраў. З-за свайго размяшчэння глыбока ў пустыні транспарціроўка сельскагаспадарчай прадукцыі і матэрыялаў залежыць ад аэрапорта, размешчанага на ўсход ад месца праекта.

Нубійская пясчанікавая ваданосная сістэма (НСП) з'яўляецца адным з найбуйнейшых у свеце рэсурсаў выкапнёвых падземных вод. У паўночным Чадзе, асабліва ў горных раёнах Тыбесці і Энедзі, сезонныя ападкі дасягаюць 150 мм/год. Гэтыя ападкі могуць прывесці як да рассеянага, так і да канцэнтраванага папаўнення ўздоўж перыядычных паводкавых далін. Нядаўнія даследаванні паказваюць, што сучаснае папаўненне адбываецца ў паўночным Чадзе, але ў вельмі абмежаванай ступені як прасторава, так і ў часе. Гэта азначае, што толькі шляхам строгай колькаснай ацэнкі можна дасягнуць устойлівага кіравання гэтым аднаўляльным рэсурсам.

△ Малюнак 1 Панарамны від рэгіёна Усходні Овейнат, зроблены Міжнароднай касмічнай станцыяй у 2018 годзе.

△ Малюнак 2 Спадарожнікавы здымак Landsat праекта фермы EastOweinat у ААЭ (2017 г.)

Малюнак 3. Падрабязнасці праекта фермы EastOweinat у ААЭ, зробленыя са спадарожніка Landsat (2017 г.).

На малюнках 1 і 2 паказаны месцазнаходжанне і маштаб фермы Іст-Овейнат. Цэнтральныя ірыгацыйныя ўчасткі раскіданы глыбока ў пустыні і добра бачныя на спадарожнікавых здымках.

На малюнку 3 паказана, што кожны арашальны вузел мае дыяметр прыблізна 850 метраў і плошчу каля 850 му (прыблізна 50 гектараў). На малюнку 3 таксама паказаны падрабязнасці цэнтральнай арашальнай фермы, прычым некаторыя ўчасткі перасякаюцца з бульбай і пшаніцай (ці іншымі культурамі). Некаторыя светла-карычневыя ўчасткі, магчыма, падвяргаліся кантраляванаму спальванню для ачысткі ад саломы ў рамках падрыхтоўкі да наступнага пасяўнога сезона, што таксама адлюстравана ў наступнай класіфікацыі глебапакрыцця і картах размеркавання здароўя сельскагаспадарчых культур.

△ Малюнак 4 Карта ўмяшчальнасці глебы/грунтавых вод, пабудаваная з выкарыстаннем тэхналогіі WSCM

Ацэнка рэсурсаў падземных вод

Гідрагеалагічныя дадзеныя і дадзеныя аб ёмістасці глебы, сабраныя ў 2007–2008 гадах, у тым ліку глыбіня грунтавых вод, агульная колькасць раствораных цвёрдых рэчываў, бяспека здабычы свідравін, каэфіцыент адсорбцыі натрыю, салёнасць глебы, глыбіня глебы, працэнт абменнага натрыю ў глебе і ёмістасць катыённага абмену, былі выкарыстаны і інтэграваны ў шматслаёвую геаінфармацыйную сістэму (ГІС). Затым з выкарыстаннем гэтых слаёў былі ўжытыя метады мадэлявання прасторавай ёмістасці з узважанай увагай (WSCM) для вызначэння зон ёмістасці глебы/грунтавых вод.

Як паказана на малюнку, у праектнай зоне зоны высокай і сярэдняй ёмістасці глебы/глебавых вод складаюць 89,18% ад агульнай плошчы, у той час як зоны нізкай ёмістасці — толькі 10,81%. Цэнтральна арашаныя сельскагаспадарчыя ўгоддзі ў асноўным размеркаваны ў зонах высокай і сярэдняй ёмістасці гэтай даследаванай тэрыторыі, што сведчыць аб тым, што арашанае земляробства падыходзіць для далейшага пашырэння ў гэтым важным раёне развіцця. Аднак з-за надзвычай абмежаваных запасаў вады Нубійскай пясчанікавай ваданоснай сістэмы (NSAS), якую ўсё яшчэ варта лічыць неаднаўляльным рэсурсам, застаецца нявызначаным, ці можа рэгіён Усходні Овейнат падтрымліваць больш маштабную цэнтралізаваную арашаную сельскагаспадарчую сістэму. Дадатковыя ацэнкі попыту на ваду і стабільнасці гэтай сельскагаспадарчай сістэмы можна зрабіць шляхам спалучэння метэаралагічных параметраў, такіх як выпарэнне, з індэксамі расліннасці, такімі як LAI і NDVI, для інвертнай біямасы.

△ Малюнак 5. Карта размеркавання тыпаў зямельных участкаў фермы Іст-Овейнат на аснове гіперспектральнага дыстанцыйнага зандзіравання (2024 г.)

△ Малюнак 6. Карта размеркавання здароўя сельскагаспадарчых культур на ўчастку фермы Іст-Овейнат на аснове гіперспектральнага дыстанцыйнага зандзіравання (2024 г.)

Аэракасмічная кампанія Zhongke Xiguang - маніторынг тыпу і стану зямельных участкаў

Мы выкарысталі гіперспектральныя выявы, атрыманыя спадарожнікам XIGUANG-002 24 сакавіка 2024 года, для класіфікацыі глебавага покрыва і ацэнкі стану сельскагаспадарчых культур на частцы фермы Іст-Овейнат.

Як паказана на малюнку 5, падчас фатаграфавання былі вызначаны тры асноўныя тыпы участкаў: участкі з высокім раслінным покрывам, якія ў цяперашні час апрацоўваюцца, участкі з цёмным глебавым покрывам і ўчасткі з лёгкім глебавым/пяшчаным покрывам. Гэтая карта размеркавання ў асноўным ілюструе тыпы асноўных сельскагаспадарчых культур, якія вырошчваюцца ў рэгіёне, і сітуацыю з севазваротам у розных раёнах. Мы таксама адзначылі, што некаторыя ўчасткі ў цэнтральных і паўночных рэгіёнах, здаецца, пакрытыя пяском, дэманструючы спектральныя характарыстыкі, падобныя да пустынь; пакуль незразумела, ці з'яўляецца гэта часовым паром, ці пастаянным закінутым.

На малюнку 6 паказана размеркаванне здароўя расліннасці ў гэтым раёне. Гэты індэкс, які складаецца з некалькіх вегетацыйных індэксаў, усебакова адлюстроўвае здароўе сельскагаспадарчых культур на аснове хларафіла, структуры кроны і стану вільготнасці. Звярніце ўвагу, што на некаторых цёмных участках адсутнічаюць адпаведныя індэксы здароўя, што сведчыць аб тым, што гэтыя ўчасткі цалкам або часткова пакрытыя цёмнай глебай. Тым часам большасць участкаў з нармальнай ураджайнасцю маюць высокі стан здароўя, што сведчыць аб тым, што праект цэнтральнага арашэння ў цяперашні час працуе добра і мае добрыя чаканні ўраджайнасці.

△ Малюнак 7 Параўнанне спектральных крывых тыповых тыпаў участкаў на ферме Іст-Овейнат на аснове гіперспектральнага дыстанцыйнага зандзіравання (2024 г.)

Спектральныя крывыя на малюнку вышэй ілюструюць спектральныя адрозненні паміж рознымі тыпамі зямельнага покрыва, якія ў асноўным выкарыстоўваюцца для адрознення участкаў з цёмным глебавым покрывам і раслінным покрывам. Відаць, што ўчасткі з расліннасцю дэманструюць значны эфект чырвонага краю ў дыяпазоне 700-760 нм. На падставе размяшчэння і нахілу чырвонага краю можна разлічыць індэкс расліннасці чырвонага краю для вызначэння пакрыцця і стану сельскагаспадарчых культур, што дазваляе правесці больш падрабязную класіфікацыю.