Assessment of the possibilities of remote monitoring of soil moisture in the territory of northern Kazakhstan | Оценка возможностей дистанционного мониторинга влажности почв территории Северного Казахстана | Оценка возможностей дистанционного мониторинга влажности почв территории Северного Казахстана

English. Background and Aim. Assessment of the pre-sowing moisture content in the sown soil layer is necessary for effective management of agricultural production, especially in the zone of risky farming. Northern Kazakhstan is a key region for agricultural production in the country, and given global climate change, the region's exposure to risks in agricultural production (drought, erosion, etc.), it is necessary to introduce methods for operational assessment of conditions and remote monitoring of agricultural production.Materials and Methods. Satellite data were used to assess the moisture content in the soil and the state of vegetation. Calibration of ground data was carried out by sampling soil samples to improve the accuracy of satellite data. Soil moisture was measured using a capacitive moisture meter based on the measurement of electrical conductivity, and samples were taken in the pre-sowing period throughout the territory of Northern Kazakhstan, at the depth of the sowing layer. Calculations of reserves of productive moisture in the soil have been made, taking into account the volume and percentage of moisture content. These ground-based measurements served as reference data for the calibration of satellite indicators. The calibrated data made it possible to map the distribution of soil moisture, highlighting the spatial variability of humidity in the region.Results. Satellite analysis using remote sensing and ground-based data revealed the features of the spatial distribution of soil moisture in the region. Calculations on seasonal fluctuations of snow cover and its low density suggest insufficient accumulation of water resources in winter, which affects the level of productive soil moisture in spring in the territory of Northern Kazakhstan. Conclusion. The conducted research demonstrates that methods for assessing soil moisture using remote sensing data and ground measurements are an effective tool for operational monitoring of soil conditions in Northern Kazakhstan. A comprehensive analysis of spectral indices (NDVI, NDWI, NDMI) and water scarcity indices (mCDI and SWE) revealed moderate water scarcity. This deficiency requires the adaptation of agricultural practices for optimal use of available moisture. Based on the data obtained, it is recommended to introduce moisture-saving technologies, more accurate planning of sowing cycles and adaptation of agricultural technologies to current hydrometeorological conditions, which will mitigate the impact of water scarcity and improve the stability of agricultural production in the zone of risky farming.

Kazakh. Предпосылки и цель. Оценка предпосевного содержания влаги в посевном слое почвы необходима для эффективного управления сельскохозяйственным производством, особенно в зоне рискованного земледелия. Северный Казахстан является ключевым регионом для сельхозпроизводства в стране, и учитывая глобальные изменения климата, подверженность региона рискам в агропроизводстве (засуха, эрозия и др.), необходимо внедрение методов оперативной оценки условий и дистанционного мониторинга сельхозпроизводства.Материалы и методы. Спутниковые данные использованы для оценки содержания влаги в почве и состояния растительности. Калибровка наземных данных проводилась путем отбора почвенных образцов для повышения точности спутниковых данных. Влажность почвы измерялась с помощью капацитивного влагомера, основанного на измерении электропроводимости, причем пробы отбирались в предпосевной период на всей территории Северного Казахстана, на глубине посевного слоя. Произведены расчеты запасов продуктивной влажности в почве с учетом объема и процентного содержания влажности. Эти наземные измерения послужили контрольными данными для калибровки спутниковых индикаторов. Откалиброванные данные позволили составить карту распределения влажности почвы, подчеркнув пространственную изменчивость влажности по региону.Результаты. Спутниковый анализ с использованием данных дистанционного зондирования и наземных данных позволил выявить особенности пространственного распределения влажности почвы в регионе. Получены расчеты по сезонным колебаниям снежного покрова и его низкая плотность предполагает недостаточное накопление водных ресурсов в зимний период, что влияет на уровень продуктивной влажности почвы в весенний период на территории Северного Казахстана.Заключение. Проведенное исследование демонстирует, что методы оценки влажности почвы с использованием данных ДЗЗ и наземными измерениями являются эффективным инструментом для оперативного мониторинга состояния почв в Северном Казахстане. Комплексный анализ спектральных индексов (NDVI, NDWI, NDMI) и индексов дефицита воды (mCDI и SWE) выявил умеренный дефицит водных ресурсов. Данный дефицит требует адаптации аграрных практик для оптимального использования доступной влаги. На основе полученных данных рекомендуется внедрение влагосберегающих технологий, более точное планирование посевных циклов и адаптация агротехнологий к текущим гидрометеорологическим условиям, что позволит смягчить влияние дефицита воды и улучшить стабильность сельскохозяйственного производства в зоне рискованного земледелия.

Russian. Предпосылки и цель. Оценка предпосевного содержания влаги в посевном слое почвы необходима для эффективного управления сельскохозяйственным производством, особенно в зоне рискованного земледелия. Северный Казахстан является ключевым регионом для сельхозпроизводства в стране, и учитывая глобальные изменения климата, подверженность региона рискам в агропроизводстве (засуха, эрозия и др.), необходимо внедрение методов оперативной оценки условий и дистанционного мониторинга сельхозпроизводства.Материалы и методы. Спутниковые данные использованы для оценки содержания влаги в почве и состояния растительности. Калибровка наземных данных проводилась путем отбора почвенных образцов для повышения точности спутниковых данных. Влажность почвы измерялась с помощью капацитивного влагомера, основанного на измерении электропроводимости, причем пробы отбирались в предпосевной период на всей территории Северного Казахстана, на глубине посевного слоя. Произведены расчеты запасов продуктивной влажности в почве с учетом объема и процентного содержания влажности. Эти наземные измерения послужили контрольными данными для калибровки спутниковых индикаторов. Откалиброванные данные позволили составить карту распределения влажности почвы, подчеркнув пространственную изменчивость влажности по региону.Результаты. Спутниковый анализ с использованием данных дистанционного зондирования и наземных данных позволил выявить особенности пространственного распределения влажности почвы в регионе. Получены расчеты по сезонным колебаниям снежного покрова и его низкая плотность предполагает недостаточное накопление водных ресурсов в зимний период, что влияет на уровень продуктивной влажности почвы в весенний период на территории Северного Казахстана.Заключение. Проведенное исследование демонстирует, что методы оценки влажности почвы с использованием данных ДЗЗ и наземными измерениями являются эффективным инструментом для оперативного мониторинга состояния почв в Северном Казахстане. Комплексный анализ спектральных индексов (NDVI, NDWI, NDMI) и индексов дефицита воды (mCDI и SWE) выявил умеренный дефицит водных ресурсов. Данный дефицит требует адаптации аграрных практик для оптимального использования доступной влаги. На основе полученных данных рекомендуется внедрение влагосберегающих технологий, более точное планирование посевных циклов и адаптация агротехнологий к текущим гидрометеорологическим условиям, что позволит смягчить влияние дефицита воды и улучшить стабильность сельскохозяйственного производства в зоне рискованного земледелия.