The object of research, development or design (in Russian) : Влагозапас почвы в пахотных полях багорного земледелия

The object of research, development or design (in Kazakh) : Богарлы егіншіліктің жыртылатын егістік алқаптарындағы топырақтың ылғал қоры

Aim of work (in Russian) : Целью проекта является разработка комплексных методов дистанционной диагностики содержания запасов влаги и агрохимических свойств почв северного региона Казахстана на основе данных ДЗЗ с выявлением корреляционной зависимости и результатами наземных исследований (лабораторный анализ, полевой сенсор).

Aim of work (in Kazakh) : Жобаның мақсаты корреляциялық тәуелділікті және жерүсті зерттеулерінің нәтижелерін (зертханалық талдау, далалық сенсор) анықтай отырып, ЖҚЗ деректері негізінде Қазақстанның солтүстік өңірі топырақтарының ылғал қорлары мен агрохимиялық қасиеттерінің құрамын қашықтықтан диагностикалаудың кешенді әдістерін әзірлеу болып табылады.

Методы исследования (на русском) : Методы исследования основаны на объединении трёх типов данных: радарных спутниковых снимков L-диапазона (ALOS-2, при необходимости – C-диапазон Sentinel-1), непрерывных in situ измерений топочвенной влажности зондами Sentek Drill & Drop и лабораторных гравиметрических анализов отобранных почвенных образцов. На двух тестовых полях богарного земледелия в Костанайской области (каждое площадью не менее 200 га) организован мониторинг по профилю 10–60 см, с интервалом регистрации 30 минут. В даты спутниковой съёмки выполняется отбор и сушка образцов с последующим пересчётом массовой влажности в объёмную. Спутниковые данные проходят радиометрическую и геометрическую коррекцию, расчёт σ⁰ в поляризациях HH, VV, HV и привязку к 50-метровым зонам вокруг зондов. На объединённой базе данных реализован статистический анализ в среде R: корреляции между радарными параметрами и наземными измерениями, регрессионные модели, оценка ошибок по методу Triple Collocation Error для триады «ALOS-2 – зонд – лаборатория».

Методы исследования (на казахском) : Зерттеу әдістері үш дереккөзді біріктіруге негізделген: L диапазондағы ALOS-2 радарлық спутниктік суреттері (қажет болса – C диапазондағы Sentinel-1), топырақ ылғалдылығын in situ өлшейтін Sentek Drill & Drop зондтары және зертханада гравиметриялық әдіспен анықталған топырақ ылғалдылығы. Қостанай облысындағы богарлы егістіктің екі сынақтық алқабында (әрқайсысы кемінде 200 га) 10–60 см тереңдік бойынша, 10 см қадаммен, 30 минуттық интервалмен үздіксіз мониторинг жүргізіледі. Спутник түсірген күндері топырақ үлгілері алынып, 105 °C температурада кептіріледі, массалық ылғалдылық көлемдік ылғалдылыққа түрлендіріледі. Спутниктік деректерге радиометриялық және геометриялық түзету жасалып, HH, VV және HV поляризацияларындағы σ⁰ есептеледі және зондтардың маңындағы 50 м аймақтармен кеңістіктік сәйкестендіріледі. Біріктірілген деректер базасы R ортасында талданып, радарлық параметрлер мен жерүсті өлшемдері арасындағы корреляциялар, регрессиялық үлгілер және ALOS-2, зонд пен зертханалық деректер үшін Triple Collocation Error қателік көрсеткіштері есептеледі.

Obtained results and novelty (in Russian) : Полученные результаты показали, что инверсия влажности почвы по данным L-диапазона ALOS-2 адекватно воспроизводит пространственную структуру влагообеспеченности на богарных полях. В осенних условиях (съёмка 8.09.2025) оценки по ALOS-2 близки к лабораторной гравиметрии: среднее смещение не превышает 2 процентных пунктов, вариации совпадают по диапазону, что позволяет использовать спутниковый продукт как квазиизмерение поверхностной влажности. Весной (5.05.2025) выявлено значительное систематическое расхождение, связанное с инфильтрацией и параметрами шероховатости, что подчёркивает необходимость сезонной калибровки моделей. Применение Triple Collocation Error позволило раздельно оценить случайную ошибку ALOS-2, in situ зондов и лаборатории: показано, что наиболее согласованной парой источников являются ALOS-2 и гравиметрия, тогда как in situ данные характеризуются повышенной вариабельностью. На этой основе обоснована архитектура сервиса мониторинга влажности почвы и засух, ориентированного на крупные богарные агроландшафты северного Казахстана, с использованием комплекса «ALOS-2 + эталонная лаборатория + выборочное зондирование».

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Зерттеу нәтижелері L диапазондағы ALOS-2 деректеріне негізделген топырақ ылғалдылығы инверсиясы богарлы егістіктердегі ылғалдың кеңістіктік құрылымын дәл жеткізетінін көрсетті. 2025 ж. 8 қыркүйектегі күзгі түсірілім үшін ALOS-2 бойынша алынған ылғалдылық зертханалық гравиметриямен жақсы сәйкес келеді: орташа ығысу 2 пайыздық пункттен аспайды, вариациялар диапазоны ұқсас, сондықтан спутниктік өнім беткі ылғалдылықтың шартты өлшемі ретінде қарастырылуы мүмкін. 2025 ж. 5 мамырдағы көктемгі түсірілімде инфильтрация мен кедір-бұдырлылық параметрлеріне байланысты айтарлықтай жүйелік айырмашылық анықталды, бұл маусымдық калибровка қажеттігін көрсетеді. Triple Collocation Error әдісі арқылы ALOS-2, in situ зондтары және зертханалық деректердің кездейсоқ қателіктері жеке бағаланды: ең үйлесімді жұп ALOS-2 мен гравиметрия екені, ал in situ сериясының вариабельдігі жоғары екені анықталды. Осы тұжырымдар негізінде солтүстік Қазақстанның ірі богарлы агроландшафттары үшін «ALOS-2 + эталондық зертхана + таңдаулы зондтау» кешеніне сүйенген топырақ ылғалдылығын және құрғақшылықты мониторингілеу сервисінің архитектурасы ұсынылды.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основные конструктивные и технико-экономические показатели связаны с созданием интегрированного комплекса мониторинга влажности почвы на богарных полях. Комплекс включает два тестовых поля площадью не менее 200 га каждое, сеть грунтовых сенсоров Sentek Drill & Drop с глубиной контроля 10–60 см, систему логгеров и сервер обработки данных. Спутниковый сегмент представлен радарными снимками ALOS-2 (и Sentinel-1 при необходимости), которые регулярно увязываются с наземными измерениями. Программное обеспечение на языке R обеспечивает автоматизированную загрузку, предварительную обработку, инверсию σ⁰ в влажность и расчёт статистик. Геопортал https://nir.darkandala.kz/admin/map используется для публикации карт влагообеспеченности и результатов анализа. Технико-экономический эффект комплекса выражается в сокращении объёма полевых работ за счёт частичной замены наземных измерений спутниковыми оценками, повышении точности и оперативности информации для принятия решений в растениеводстве и формировании задела для сервисов страхования урожая и мониторинга засух.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Негізгі конструктивтік және техникалық-экономикалық көрсеткіштер богарлы егістіктердегі топырақ ылғалдылығын бақылаудың интеграцияланған кешенін құрумен байланысты. Кешен құрамына әрқайсысы кемінде 200 га болатын екі сынақтық алқап, 10–60 см тереңдіктегі топырақ ылғалдылығын бақылауға арналған Sentek Drill & Drop сенсорлар желісі, логгерлер жүйесі және деректерді өңдейтін сервер кіреді. Спутниктік бөлігі ALOS-2 (және қажет болса Sentinel-1) радарлық суреттерімен ұсынылып, олар тұрақты түрде жерүсті өлшеулерімен байланыстырылады. R тіліндегі бағдарламалық қамтамасыз ету деректерді автоматты жүктеу, алдын ала өңдеу, σ⁰ мәндерін ылғалдылыққа инверсиялау және статистикалық көрсеткіштерді есептеу қызметін атқарады. https://nir.darkandala.kz/admin/map геопорталы ылғалдылық карталарын және талдау нәтижелерін жариялау үшін қолданылады. Кешеннің техникалық-экономикалық тиімділігі жерүсті өлшеулерінің бір бөлігін спутниктік бағалаулармен алмастыру арқылы далалық жұмыстар көлемін қысқартуда, ақпараттың жеделдігі мен дәлдігін арттыруда және құрғақшылық пен өнімді сақтандыру сервистеріне негіз қалауында көрінеді.

Level of implementation (in Russian) : Степень внедрения разработанных решений оценивается как опытно-производственная с высокой готовностью к масштабированию. Методическое руководство по комбинированному анализу агрохимических и радарных данных утверждено ТОО «Агрохимическая» и используется как нормативный документ при проведении работ на тестовых полях. На двух полях ТОО «Олжа Агро» развёрнута полная технологическая цепочка: установка и эксплуатация сенсоров, отбор и лабораторный анализ образцов, интеграция с данными ALOS-2/Sentinel-1, формирование карт влагозапаса и публикация их на геопортале. Разработанный пакет R-скриптов применён к реальным производственным данным и адаптирован под условия богарного земледелия Костанайской области. Результаты проекта используются в учебном процессе Казахского национального университета водного хозяйства и ирригации. В 2026 году планируется оформление Акта внедрения и рекомендация технологии к тиражированию на другие хозяйства региона и сопоставимые агроландшафты Казахстана.

Level of implementation (in Kazakh) : Әзірленген шешімдердің енгізілу дәрежесі тәжірибелік-өндірістік деңгейде, әрі қарай масштабтауға жоғары дайындықпен бағаланады. Агрохимиялық және радарлық деректерді біріктіріп талдауға арналған әдістемелік нұсқаулық «Агрохимическая» ЖШС-де бекітілген және тесттік алқаптардағы жұмыстарды жүргізудің нормативтік құжаты ретінде қолданылады. «Олжа Агро» ЖШС-нің екі алқабында сенсорларды орнату және пайдалану, топырақ үлгілерін іріктеу және зертханалық талдау, ALOS-2/Sentinel-1 деректерімен біріктіру, топырақ ылғал қоры карталарын құру және оларды геопорталда жариялау бойынша толық технологиялық тізбек іске асырылған. R тіліндегі скрипттер нақты өндірістік деректерге қолданылып, Қостанай облысының богарлы егіншілік жағдайына бейімделген. Жоба нәтижелері Су шаруашылығы және ирригация бойынша Қазақ ұлттық университетінің білім беру үдерісінде пайдаланылады. 2026 жылы енгізу туралы Акт рәсімдеу және технологияны өңірдің басқа шаруашылықтарына ұсыну жоспарланған.

Efficiency (in Russian) : Реализация проекта показала высокую эффективность в повышении точности и оперативности оценки влажности почвы на богарных полях. Интеграция радарных данных ALOS-2/Sentinel-1, in situ измерений и лабораторной гравиметрии позволяет уменьшить зависимость от трудоёмких наземных съёмок и получить пространственно непрерывные карты влагообеспеченности. Применение метода Triple Collocation Error дало количественную оценку надёжности каждого источника данных и позволило оптимизировать схему наблюдений. Использование пакета R-скриптов и геопортала сократило время камеральной обработки, снизило риск субъективных ошибок и обеспечило удобный доступ к результатам для специалистов. Это создаёт предпосылки для снижения рисков недобора урожая, более обоснованного планирования агротехнологий и формирования сервисов мониторинга засухи и страхования урожая в условиях климатической изменчивости.

Efficiency (in Kazakh) : Жобаны іске асыру богарлы егістіктердегі топырақ ылғалдылығын бағалаудың дәлдігі мен жеделдігін арттыру тұрғысынан жоғары тиімді екенін көрсетті. ALOS-2/Sentinel-1 радарлық деректерін, in situ өлшеулерін және зертханалық гравиметрияны біріктіру еңбек сыйымдылығы жоғары далалық түсірістерге тәуелділікті азайтып, ылғалдылықтың кеңістіктік үздіксіз карталарын алуға мүмкіндік береді. Triple Collocation Error әдісі әр дереккөздің сенімділігін сандық бағалауға және бақылау сұлбасын оңтайландыруға жағдай жасады. R тіліндегі скрипттер мен геопорталды пайдалану камеральдық өңдеу уақытын қысқартты, субъективті қателік тәуекелін төмендетті және нәтижелерге мамандардың қолжетімділігін жеңілдетті. Бұл өнім тапшылығы тәуекелін азайтуға, агротехнологиялық шешімдерді негіздеуге және климаттың құбылмалы жағдайында құрғақшылық пен өнімді сақтандыру сервистерін қалыптастыруға алғышарт жасайды.

Field of application (in Russian) : Разработанные методики, программное обеспечение и геопортал предназначены для мониторинга влажности почвы и состояния агроландшафтов в системах богарного и орошаемого земледелия. Основная область применения – оценка и картографирование влагообеспеченности посевов, поддержка принятия решений в растениеводстве (сроки посева, дифференцированное внесение удобрений, управление рисками засухи и недобора урожая), а также обоснование страховых продуктов. Технология может использоваться агрохимическими службами, крупными агрохолдингами и фермерскими хозяйствами, научными и образовательными организациями. Благодаря применению открытых форматов данных и модульной архитектуры R-скриптов подход может быть адаптирован к другим регионам Казахстана и Центральной Азии, различным культурам и типам почв при проведении соответствующей калибровки радарных моделей.

Field of application (in Kazakh) : Әзірленген әдістемелер, бағдарламалық қамтамасыз ету және геопортал богарлы және суармалы егіншілік жүйелерінде топырақ ылғалдылығын және агроландшафтардың жай-күйін мониторингілеуге арналған. Негізгі қолдану саласы – егіс алқаптарындағы ылғалмен қамтамасыз етілуін бағалау және картографиялау, егіншілік бойынша басқарушылық шешімдерді (егіс мерзімдері, тыңайтқыштарды дифференциалды енгізу, құрғақшылық пен өнім тапшылығы тәуекелін басқару) қолдау, сондай-ақ сақтандыру өнімдерін ғылыми негіздеу. Технологияны агрохимиялық қызметтер, ірі агрохолдингтер мен фермерлік шаруашылықтар, ғылыми-зерттеу және білім беру ұйымдары пайдалана алады. Деректердің ашық форматтары мен R скрипттерінің модульдік архитектурасы тәсілді Қазақстанның және Орталық Азияның басқа өңірлеріне, әртүрлі дақылдар мен топырақ типтеріне радарлық модельдерді тиісті калибрлеу арқылы бейімдеуге мүмкіндік береді.