Заказчик: Агентство инновационного развития Республики Узбекистан (бывш. Мининноваций РУз) в рамках программы японского Правительства «САТРЕПС»

Исполнитель: Научно-информационный центр МКВК

Срок реализации: май 2022 г. - май 2025 г.

Цель проекта: Адаптация современной системы мониторинга и на ее основе моделирования управления водными ресурсами к условиям Приаралья

Задачи проекта: Разработка адаптированных к условиям изменения климата моделей потребности в воде орошаемых культур (REQWAT) в условиях засухи и засоления (REQWATS).

Взаимодействие в рамках программы САТРЕПС: Данный проект выполняется в сотрудничестве с мега-проектом САТРЕПС «Развитие новых технологий мониторинга и контроля использования водных ресурсов для борьбы с засолением и увеличением продуктивности использования земель в Аральском регионе».

Результаты работ с мая по декабрь 2022 года:

1. Выбор опытных участков

Для проведения исследований выбрано 3 объекта: “Карабуга” в Караузякском районе, “Тик-Узяк” в Муйнакском районе и “Чашма Булоги” в Элликалинском районе.

Опытный участок «Карабуга» - объект совместных с японскими специалистами исследований, на котором будет установлено японское оборудование, в том числе метеостанция с радаром. Это позволит применить современные методы исследований.

Опытный участок «Тик-Узяк» - исследовательский полигон Международного инновационного центра Приаралья при Президенте Республики Узбекистан (МИЦП), позволивший получить исходную информацию для отработки исследовательского варианта модели REQWAT в 2022 году.

Опытный участок «Чашма Булоги» выбран с целью исследования правобережья Амударьи, зоны засолённых почв, на нем будет отработан вариант REQWATS в среде GIS и IRS.

2. Моделирование потребностей в воде с/х культур

2.1. По состоянию на декабрь 2022 года разработан исследовательский вариант программы REQWAT для расчета водопотребления с/х культур

Программа предназначена для определения режимов орошения основного ряда с/х культур на основе расчета эталонной эвапотранспирации (ETo). Программа строится по принципу «от простого к сложному». Применительно к программе этот принцип реализован возможностью произвести вычисления на различных наборах исходных данных. При создании программы применен принцип модульности. Каждый новый алгоритм выполняется в виде отдельного модуля и может быть включен или выключен из расчета по желанию пользователя.

Программа использует следующие исходные данные:

Блок объектов обработки

- ГИС-файл с полигонами объектов обработки (– проекция WGS-84).

- Текстовые DEM-файлы с альтитудами земной поверхности

Блок климатических данных

- Климатические данные в виде базы данных с информацией по основным метеостанциям Узбекистана за возможно больший период лет.

- Данные с ближайших к объектам обработки метеостанциям за 3-х месячный период (до сева) года расчета.

Блок почвенных данных

- Почвенная карта (проекции WGS-84), покрывающая объекты обработки и содержащая мехсостав корнеобитаемого слоя

Блок подпитки из ГВ

- Декадные карты УГВ или таблицы порайонного залегания ГВ.

- Почвенная карта (проекции WGS-84), покрывающая объекты обработки и содержащая мехсостав корнеобитаемого слоя

Блок гидро-модульного районирования

- Декадные карты УГВ или таблицы порайонного залегания ГВ.

- Почвенная карта (проекции WGS-84), покрывающая объекты обработки и содержащая мехсостав корнеобитаемого слоя

Блок учета засоления

- Карта засоления (проекции WGS-84) на предпосевной период, полученная с применением спутниковых снимков. Карта должна покрывать полигоны объектов обработки.

- Таблица засоленности по полевым образцам с указанием координат и даты взятия образцов.

Блок сельхозкультур

- Таблицы коэффициентов культур

- Таблица отклика урожая

Блок коррекции длительности стадий развития с/х культур

- Таблица базы данных со значениями средних суточных температур

2.2. Проводится апробация исследовательского варианта модели REQWAT для хлопчатника и кунжута на базе опытного участка “Тик-Узяк” МИЦП в Муйнакском районе

Ниже приводятся примеры отработки программы REQWAT.

Работа по апробации модели продолжается, а также ведется разработка алгоритма варианта модели REQWATS.

3. Картирование засоленности почв

В течение отчетного периода специалист по дистанционному зондированию земли (ДЗЗ) выполнил обзор литературы, собрал и обработал водохозяйственные, гдиромелиоративные данные и материалы, обработанные космические снимки Sentinel-2 для выбранного Элликкалинского района Республики Каракалпакстан. Для этого, проведен статистический анализ данных, отсканированы карты, эти карты привязаны к системе координат WGS-84, сопоставлены картографические данные для выбора тестовых полей в районе.

На основе результатов стратификации и полевого визита в 8 орошаемых полей Элликкалинского района с разными степенями засоления (24-28 августа 2022 г.) выбрано три поля (№6-8) хлопково-пшеничного севооборота на территории ф/х «Элликкала галлакори» для организации полевых опытов в 2023-2024 гг., а также сбора данных для апробации модели REGWAT и REGWATS.

На следующем этапе работ планируется оборудовать тестовые поля современными приборами и проводить на этих полях наблюдения для разработки методологии картирования засоления почвы на основе данных космических снимков.

4. Участие в мероприятиях

19-20 сентября 2022 г. в Министерстве инновационного развития Республике Узбекистан прошел 1-й Объединенный координационный комитет (СКК) и стартовый семинар по проекту «Разработка инновационных климато-устойчивых технологий для мониторинга и контроля эффективности водопользования и влияния засоления на урожайность и жизнедеятельность в бассейне Аральского моря» в рамках программы САТРЕПС.

На семинаре присутствовали ученые из университетов Японии, а также руководители и специалисты, выполняющие проект из Узбекистана. Со вступительными и приветственными словами выступили представители Министерства инновационного развития, представители японской стороны: JICA (доктор Миядзаки), Японского агентства по науки и технологиям (проф. Ямагучи). Обзор проекта САТРЕПС в Узбекистане сделал проф. Танака, обзор целей проекта был сделан Министерством инновационного развития Республики Узбекистан.

От НИЦ МКВК на семинаре участвовали директор (Зиганшина Д.Р.) и исполнители проекта (Стулина Г.В., Рузиев И.Б.). Стулина Г.В., руководитель проекта, сделала презентацию о целях и задачах выполняемого НИЦ МКВК в рамках САТРЕПС проекта и представила краткие результаты работ в мае-августе 2022 года.

16 декабря 2022 года в Нукусе прошел Экологический форум, организованный Инновационным центром по Приаралью. На нем приняли участие представители государственных органов Республики Узбекистан, международных организаций, организаций по экологическому профилю, студенты Вузов. Задача Форума была ознакомить с инновационными научными работами молодых специалистов, направленных на улучшение экологического состояния Приаралья. На Форуме было представлено 5 докладов молодых специалистов. Исполнителем проекта Рузиевым Исломом был сделан доклад «Оценка экологического состояния водных объектов Южного Приаралья»

Результаты работ январь-декабрь 2023 года:

I. Элликалинский район. Центр Бустон

1) Проведен сбор агроклиматических данных по метеостанции «Бустон» (собраны данные за период с 1 января 1982 г. по 20 октября 2023 г. (41 год)). Суточные метеорологические данные на высоте 2 мскачаны с открытого сайта.

• температура воздуха (минимальная, максимальная, средняя и точка росы в ^оС);
• среднесуточная влажность воздуха (в %);
• скорость (в м/с) и направление ветра (в градусах);
• суточные осадки (в мм);
• влажность почвы на поверхности почвы до глубины 5 см (в % от объема).

2) В течение отчетного периода специалист по дистанционному зондированию земли выполнил обзор литературы, собрал и обработал водохозяйственные, гдиромелиоративные данные и материалы, обработал космические снимки Sentinel-2 для Элликкалинского района Республики Каракалпакстан. Проведен статистический анализ данных, отсканированы карты, которые привязаны к системе координат WGS-84, сопоставлены картографические данные для выбора тестовых полей в районе.

3) Проведены полевые испытания различных сортов/линий маша в условиях Элликкалаинского района. Подготовлен предварительный отчет.

4) Гидромодульное районирование Элликалинского района. Собрана необходимая информация за период 10 лет по залеганию уровня грунтовых вод, информация о водно-физических параметрах почв района. На основе собранной информации построена карта гидромодульных районов с учетом изменившихся климатических условий.

II. «Тик-Узяк», Муйнакский район

Опытный участок «Тик-Узяк» - исследовательский полигон Международного Инновационного Центра Приаралья при Президенте Республики Узбекистан (МИЦП), позволивший получить исходную информацию для отработки исследовательского варианта модели REQWAT в 2023-2004 году. На опытном участке проводились посев хлопчатника (1 поле) и кунжута (2 поле). В течение вегетации проводились наблюдения за солевым и водным режимом. Были установлены тензиометры.

Сбор данных будет продолжен в вегетацию 2024 года для адаптации модели влаго-солепереноса.

Результаты работ с января по декабрь 2024 года:

Исследования выполнялись на двух пилотных участках в Муйнакском (ТИК-УЗЯК) и Элликкалинском районах Каракалпакстана. Выбор этих объектов определён следующим:

Тик-Узяк - исследовательский полигон Инновационного Центр Приаралья, позволяющий получить исходную информацию для отработки исследовательского варианта модели REQWAT.

Элликкала - выбран объект правобережья Амударьи, зона засолённых почв, позволяющий отработать вариант REQWATS в среде GIS и IRS, разработать модель для картирования засоленности почвы с использованием популярных алгоритмов (SVM- метод опорных векторов или RF – случайный лес) на языке программирования R и ГИС. Апробировать модель в полевых условиях.

I. «Тик-Узяк», Муйнакский район

Основное направление исследования на этом участке – изучение процесса влагосолепереноса в почве. С этой целью были установлены тензиометры (рис. 1), замеряющие потенциал почвенной влаги. Регулярно (через каждые 5 дней) проводились замеры влажности, отбор проб почвы по глубинам для определения засоления.

В настоящее время получены результаты лабораторных исследований почвенных образцов на засоление (состав полной водной вытяжки). Проводится анализ полученных данных. По окончании анализов полученных результатов будут подобраны возможные модели для расчёта влагосолепереноса.

II. Элликалинский район, Центр Бустон

Основная цель работ на этом пилотном участке – моделирование построения карты засоления с использованием космических снимков. Для этого были подготовлены карты с указанием точек отбора проб почв на засоление в 5 градациях.

Выполнено бурение скважин и отобраны почвенные образцы (табл. 2, рис.4), согласно методики, с глубины 0-10, 10-20 см на 140 точках и проанализированы в лаборатории на засоление (плотный остаток, хлор, электропроводимость).

Полученные результаты использованы как индикаторы при использовании космических снимков для построения карты засоления.

Результаты проведенных исследований специалистами НИЦ МКВК в рамках проекта были представлены на: (1) заседании НТС НИЦ МКВК (29 февраля); (2) семинаре в рамках проекта Blue-Satreps «Разработка инновационных климатоустойчивых технологий для мониторинга и контроля эффективности использования воды и влияния засоления на продуктивность сельскохозяйственных культур и жизнедеятельность в Аральском море» (1 июня, Нукус).

По результатам проведенных работ в 2024 г. опубликованы статьи:

1. Стулина Г.В., Идирисов K.А. Почвенный покров в восточной части осушенного дна Аральского моря/Журнал «Геонаука и охрана окружающей среды», т.12 №6, июнь 2024г., с.30-37. Здесь и Здесь

2. Стулина Г.В., Солодкий Г.Ф., Кенжабаев Ш.М. Адаптация современной системы моделирования управления водными ресурсами к условиям Приаралья/ Сборник научных трудов II Международной междисциплинарной научной конференции: «Фундаментальные концепции физики почв: развитие, современные приложения и перспективы», посвященной 80-летию кафедры физики и мелиорации почв МГУ им. М.В. Ломоносова и 130-летию профессора Н.А. Качинского// Изд-во КДУ (Москва) № Эл-0248 от 18.10.2024 г. Здесь и Здесь