ИИ выявит латентную деградацию почв
Ученые из Волгограда разработали комплексную систему предотвращения наступления пустынь на плодородные поля. Математическая модель позволит диагностировать проблему на ранней стадии.
Главная причина опустынивания земли – медленная и на первом этапе незаметная деградация почв. Разрушение черноземного слоя ухудшает круговорот воды, что меняет климат, приводит к выветриванию и потере биоразнообразия, а в итоге резко уменьшает урожайность сельскохозяйственных культур. Сегодня российские ученые разрабатывают комплексные цифровые платформы, позволяющие вовремя увидеть опасные изменения в грунте и принять меры для защиты земли.
Объединили технологии для точного результата
Разработка ученых Федерального научного центра агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук (ФНЦ агроэкологии РАН) позволяет выявлять деградацию почв на самом раннем этапе, когда нет практически никаких внешних проявлений проблемы. Это стало возможным за счет трехуровневого метода диагностики, в который входят наблюдения из космоса, обследование земель и лабораторные анализы.
«Мы предлагаем “ловить” начало развития деградационных процессов в инкубационном периоде на латентных стадиях, когда внешне, в том числе и со спутника, система кажется еще стабильной. Разработана трехуровневая модель, включающая космический уровень – всем нам привычные данные дистанционного зондирования, использование информационно-аналитической системы (ИАС) “Опустынивание и его мониторинг”, а также модули наземных исследований – полевой и лабораторный уровень», – подчеркнула заместитель директора по научной работе ФНЦ агроэкологии РАН, доктор биологических наук, профессор Анна Федотова.
Математическая модель проводит комплексный анализ
Эти технологии не работают по отдельности, поэтому самые первые проблемы с почвой раньше было невозможно увидеть. Например, данные со спутников предоставят информацию о состоянии поверхности, но с их помощью невозможно понять, что происходит с микроорганизмами внутри почвы и какова динамика изменения гумуса. При этом традиционный анализ почвы, дающий информацию о содержании гумуса, проводится долго – необходимо в поле изучить состояние отдельных участков и взять образцы. И уже в лабораторных условиях оценить физические, химические и биологические свойства почвы. Проблема в том, что снижение гумуса даже на полпроцента говорит о серьезных проблемах – истощении участка. Но это еще не отражается на поверхности.
Процесс анализа ускоряется за счет искусственного интеллекта. «Мы добавили в модель математику, где ядром является иерархическая кластеризация, то есть данные собираются в единую матрицу, проходят стандартизацию и происходит их дифференциация по результирующему вектору свойств. То есть алгоритм сам автоматически разделяет исследуемую территорию на участки: участки риска, участки нормы, участки, которые мы хотим выявить в целях предупреждения деградации», –объяснила преимущества цифровой платформы Анна Федотова.
Российские разработки для спасения земли
Новая платформа будет использоваться для раннего выявления деградации земли в южных засушливых регионах. Она уже прошла проверку на практике в Волгоградской области. Выявив и оценив проблемные участки, ученые предложили собственнику хозяйства комплекс мероприятий для восстановления земли – внесение определенных удобрений, изменение севооборота агрокультур и временное прекращение полевых работ. Дальнейшее развитие методики будет идти на специальной исследовательской площадке в Волгоградской области.
В России цифровые системы предупреждения опустынивания почв разрабатываются с 2022 года, когда АО «Терра Тех» (входит в холдинг «Российские космические системы» государственной корпорации «Роскосмос») по заказу ФНЦ агроэкологии РАН начало работу над информационной платформой для мониторинга, геопространственного анализа и анализа космической съемки «Опустынивание и его мониторинг». Система запущена в 2026 году.
ИИ-технологию восстановления земель Verda («зеленый») разработал и внедряет в Республике Калмыкия «Сбербанк». Нейросеть анализирует спутниковые снимки, данные радиолокации и результаты полевых исследований территории, разбитой на участки 10×10 метров. Для каждого квадрата она создает цифровой паспорт. Затем предлагается программа восстановления почв.
Платформа, созданная в Волгограде, позволяет сформировать единую цифровую систему анализа состояния плодородных земель России. При этом опыт, накопленный при работе в южных регионах, будет особенно востребован в странах где угроза деградации земли высока – Казахстане, Узбекистане, Туркменистане и Монголии.
