ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА РЕГИОНА УСТЮРТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНДЕКСА NDVI И ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

АННОТАЦИЯ

В статье исследовано изменение нормализованного разностного вегетационного индекса (NDVI) в Каракалпакской части плато Устюрт за период 1994–2024 гг. Использование спутниковых данных Landsat показало негативное воздействие деградации земель и климатических факторов на продуктивность растительного покрова. Сохраняется мозаичность структуры экосистем, что позволяет выявить неоднородность пространственных изменений. Индексация NDVI подтверждает высокую информативность показателя в мониторинге экологической обстановки и оценивании реакций растительности на природные и антропогенные воздействия в аридной зоне Каракалпакстана.

ABSTRACT

The article examines the change in the normalized difference vegetation index (NDVI) in the Karakalpak part of the Ustyurt plateau over the period 1994-2024. Using Landsat satellite data, we have shown the negative impact of land degradation and climatic factors on vegetation productivity. Mosaic structure of ecosystems has been preserved, allowing for identification of heterogeneity in spatial changes. NDVI index confirms the high informational value of this indicator in monitoring environmental conditions and assessing vegetation response to natural and human impacts in the arid zone of Karakalpakstan.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, индекс NDVI, растительный покров, спутниковые данные Landsat, Кунград

Keywords: remote sensing, NDVI index, vegetation cover, Landsat satellite data, Kungrad.

Введение

Каракалпакская часть плато Устюрта является одной из наиболее уязвимых территорий Центральной Азии, где деградация земельных угодий, усыхание Аральского моря и изменение климатических условий приводят к серьёзным изменениям в экосистемах и утрате биоразнообразия. Одним из важнейших индикаторов состояния растительного покрова выступает нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI), активно используемый в мониторинге растительности [2; 8]. Современные технологии дистанционного зондирования позволяют оперативно отслеживать динамику растительности на больших территориях за длительный временной промежуток. Цель настоящего исследования состоит в анализе изменений NDVI в Кунградском районе за период с 1994 по 2024 гг., используя спутниковые данные Landsat и инструменты пространственного анализа в среде ArcGIS 10.8.

Кунградский район расположен в северо-западной части Республики Каракалпакстан и включает в себя территорию Устюртского плато, принадлежащую Республике Узбекистан (Рис.1). Общая земельная площадь района составляет 76 000 квадратных метров. км. (7600 тыс. га).  Климат района резко континентальный. Средняя температура января колеблется от –6 до –10 °С, июля — от +26 до +28 °С. Годовое количество осадков редко превышает 120–150 мм, что определяет экстремально аридные условия [3].

Растительность Кунградского района представлена ксерофитными и солянковыми сообществами, среди которых преобладают полынь, биюргун, саксаулы, солянки, курчавка, кандым, тамариск и эфемеры [4; 6]. Они формируют устойчивые пастбищные экосистемы, служат убежищем и кормом для грызунов, а их состояние отображается в динамике NDVI.

Рисунок 1. Карта схема территории исследования

Материалы и методы исследования

Наиболее популярный и часто используемый вегетационный индекс – NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), который для растительности принимает положительные значения, и чем больше зелёная фитомасса, тем он выше [5; 7]. Ему и было уделено основное внимание в нашем исследовании. Уравнение для расчёта имеет следующий вид:

NDVI = NIR – RED / NIR + RED,

где NIR – отражение в ближней инфракрасной области спектра; RED – отражение в красной области спектра [7]. Для анализа многолетней динамики вегетационного индекса NDVI использовались многозональные космические снимки за 1994, 2004, 2014 и 2024 гг.  Исследование базируется на обработке изображений серий Landsat (Landsat 5 TM, Landsat 7 ETM+, Landsat 8 OLI, Landsat 9 OLI-2), обеспечивающих широкий спектр снимков среднего пространственного разрешения (30 м) [1; 8]. При обработке снимков использовали компьютерную программу ArcGIS 10.8. Для визуализации и анализа была применена семиклассная шкала NDVI, включающая диапазоны от –1.0 до +1.0, где низкие значения соответствовали водным поверхностям, теням и солончакам, а высокие — густой растительности (Таб. 1). Все карты NDVI приведены к единой системе координат и использовали одинаковую легенду, что позволило провести межгодовое сравнение.

Таблица 1.

Карты NDVI в единой системе координат и межгодовое сравнение

По результатам расчетов созданы тематические карты NDVI для каждого выбранного года.

Результаты и обсуждения

Пространственное распределение NDVI показало существенные изменения в динамике растительного покрова Кунградского района за последние три десятилетия.

Рисунок 2. Динамика NDVI в пределах Кунградского района

В 1994 году широко распространились участки с низкой плотностью растительности и признаками деградации, преимущественно вдоль водоёмов и на севере региона. Максимальное значение NDVI составляло всего 0.26, что характерно для редкого кустарникового покрова. Однако к 2004 году отмечалось увеличение площадей с умеренной растительной продукцией, при этом максимальное значение NDVI выросло до 0.42, вероятно, благодаря временному повышению влажности и увеличению орошаемых зон.

Однако к 2014 году тенденция изменилась: произошло заметное уменьшение площадей с плотной растительностью, сопровождаемое ускоренным процессом деградации почвенно-растительного покрова, особенно в южных частях района. К 2014 году максимум NDVI снизился до 0.31, однако при этом увеличилась доля пятен средней густоты растительности (классы 4–5), что свидетельствует о консолидации растительного покрова и более стабильных условий для грызунов. В 2024 году ситуация стабилизировалась, хотя значительная часть территории продолжала оставаться подверженной деградации. Небольшие очаги улучшений могли свидетельствовать о реализации некоторых восстановительных мер. В 2024 году максимальные значения составили 0.325, что также соответствует пятому классу, но распределение значений стало более равномерным. Все вышесказанное указывает на стабилизацию условий с умеренно высоким уровнем продуктивности и формированием связной мозаики местообитаний.

Заключение

Таким образом, анализ изменений нормализованного относительного индекса растительности (NDVI) в Кунградском районе с 1994 по 2024 год выявил серъёзное ухудшение состояния растительного покрова, обусловленное ухудшением качества земель и распространением процессов опустынивания. Несмотря на кратковременные периоды частичного восстановления, главная тенденция свидетельствует о последовательном снижении стабильности региональных экосистем. Распространение засухоустойчивых растений определяет современный состав флоры и указывает на необходимость постоянного наблюдения и принятия оперативных мер по защите и восстановлению природных богатств. Сделанные выводы подтверждают важность систематического контроля и научно обоснованного подхода к управлению экосистемами, ориентированного на предотвращение последующего разрушения и обеспечения стабильного функционирования природных комплексов.

Список литературы:

1. Адамович Т.А., Ашихмина Т.Я., Кантор Г.Я. Использование различных комбинаций спектральных каналов космических снимков спутника Landsat 8 для оценки природных сред и объектов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. – 2017. – № 2. – С. 9–18.
2. Адилов Б.А. и др. Изменение структуры растительности южной части  Каракалпакского Устюрта // Хабаршысы. – С. 51.
3. Бектурсынова Д.П., Мамбетуллаева С.М. Анализ метеорологических показателей Республики Каракалпакстан (на примере Кунградского района) // Xorazm ma’mun akademiyasi axborotnomasi. – 2024.  – № 10 (1). – С. 105–107
4. Рахимова T., Рахимова Н.К. Кадастр пастбищ каракалпакского устюрта // Актуальные проблемы пустынного животноводства, экологии и создания пастбищных агрофитоценозов. – 2023. – Т. 1. – №. 1. – С. 197–200.
5. Сулайманов И.М. и др. Дистанционный мониторинг динамики растительного покрова в Республике Каракалпакстан // Academic research in educational sciences. – 2023. – Т. 4. – № 11. – С. 226–241.
6. Тожибаев К.Ш., Бешко Н.Ю., Попов В.А. Ботанико-географическое районирование Узбекистана // Ботанический журнал. – 2016. – Т. 101. – № 10. – С. 1105–1132.
7. Черепанов А.С., Дружинина Е.Г. Вегетационные индексы // Геоматика. – 2011. – Т. 2. – № 11. – С. 98–102.
8. Шовенгердт Р.А. Дистанционное зондирование. Модели и методы обработки изображений. – М.: Техносфера, 2010. – 560 с.