Поддержка органического и традиционного земледелия с помощью геопространственных методов
SOCFARM — международный прикладной проект, реализуемый в сотрудничестве Узбекистана и Венгрии. Проект объединил Sentinel‑2, ГИС, полевую спектрометрию, измерения почвы и урожая и разработал методологию оценки состояния озимой пшеницы, совершенствования управления удобрениями и водой, а также прогнозирования урожайности.
Состояние вегетации по Sentinel‑2 и полевые работыПаспорт и цель проекта
Практическая проблема, решаемая проектом
В управлении полями выявлены три информационных пробела:
- Состояние посевов оценивалось в основном визуально и по опыту; космический мониторинг почти не применялся.
- Данные о плодородии почв устарели или недостаточны; удобрения чаще вносились одинаковой нормой по всему полю.
- Не хватало методики, проверенной в местных условиях, для обоснования сроков полива, прогноза урожая и зон управления.
Фермеры выразили потребность в простых картах для мобильных устройств и поддержке решений. Эти потребности определили рабочий процесс проекта: диагностика → мониторинг → прогноз → веб-распространение.
Поддержка органического и традиционного земледелия геопространственными методами и разработка методологии оценки состояния посевов, потребности в удобрениях и воде, а также урожайности на основе разнородных данных.
Основные задачи
Анализ потребностей и выбор опытных участков
Ведение полевого журнала: фенология, орошение и удобрения
Измерение и картирование N, P, K, гумуса и влажности
Создание спектральной библиотеки зерновых на базе ATP9110
Расчёт временных рядов Sentinel‑2 и вегетационных индексов
Сбор образцов урожая 1 м² и оценка ML-модели
Распространение результатов через сайт, тренинги и научные публикации
Взаимодополняющие роли партнёров
НИУ «ТИИИМСХ»
- ГИС и дистанционное зондирование
- Полевые, почвенные и урожайные измерения
- Sentinel‑2 и машинное обучение
- Традиционное орошаемое земледелие
University of Nyíregyháza
- Опыт органического земледелия
- Опыты с органическими удобрениями и тритикале
- Тренинги и международные конференции
- Совместные публикации и обмен опытом
Районы исследований
2025: типовые сегменты 10,07 га / 13,8 га · 2026: 39,8 га / 8 полей, ≈69 га
Научно-методический процесс
- Все измерения выполнены в геопривязанных точках
- Связь «поле–лаборатория–Sentinel‑2» через единый ID
- Контроль качества: дубликаты, холостые пробы, калибровка, QC
- Оценка модели групповой кросс-валидацией
- Преобразование в карты и веб-продукты
Поле, лаборатория и спектральные измерения
Анализ потребностей заинтересованных сторон
В декабре 2023 года с помощью анкетирования и личных бесед изучены потребности 5 хозяйств по 28 вопросам: управление водой и почвой, использование космического мониторинга, прогноз урожая и экономические возможности, интерес к органическим методам.
Фенологические и агротехнические наблюдения
В полевом журнале последовательно фиксировались полив, удобрения, меры защиты и фазы роста от посева до уборки по сезонам.
Отбор образцов почвы: 2024–2025
112 образцов · координаты WGS84 · контроль дубликатов и холостых проб · сквозная связь образец–лаборатория–ГИС.
2026 год: почвенные разрезы и расширение территории
22 разреза × 2 слоя. В Буке охвачено 8 пшеничных полей 6 хозяйств, в Среднем Чирчике — 39,8 га наблюдаемой площади университетского хозяйства.
Лабораторная подготовка и агрохимический анализ
Приём, сушка, просеивание и анализ образцов. Показатели: гумус (метод Тюрина), N–NO₃ и P₂O₅ (спектрофотометрия), K₂O (пламенная фотометрия), термостат 105 °C, механический состав.
QC: холостая проба, контрольный стандарт, ≥10% дубликатов, калибровка R² ≥ 0,995
Полевая спектрорадиометрия
С помощью OptoSky ATP9110 в поле собраны спектрорадиометрические данные; использовались белая панель и повторные измерения.
Наземные эталонные данные (ground truth) для урожайности
Собран урожай с квадрата 1 × 1 м: в каждой точке измерены число колосьев, число зёрен и масса зерна. По GNSS-координатам данные привязаны к пикселю Sentinel‑2 и модели урожая.
Все виды данных собраны на одних и тех же участках и в геопривязанных точках. Это позволило связать цепочку «почва–растение–спутник–урожай» и независимо проверить модель.
Почва, влажность, вегетация, спектры и урожайность
Подвижный фосфор — главный лимитирующий фактор
Динамика NDVI, EVI, NDRE, GNDVI, SAVI, NDMI
Гиперспектральная полевая библиотека зерновых
ExtraTrees: R² 0,71; RMSE 10,8 ц/га
2 объекта интеллектуальной собственности
Классы обеспеченности почв, 2025
Подвижный фосфор во многих точках попал в классы «очень низкая» или «низкая» и определён как главный лимитирующий фактор. Калий обычно высокий–очень высокий, гумус чаще низкий–средний, азот изменчив в зависимости от орошения и агрофона.
2025 — пространственное распределение азота и фосфора
Пространственная изменчивость азота зависит от истории орошения и удобрений; дефицит фосфора в обоих районах требует зонального дифференцированного внесения удобрений.
2025 — калий и гумус
Запасы калия во многих зонах достаточны; для сохранения гумуса рекомендуются органика, возврат растительных остатков и минимальная обработка почвы.
2026 — почвенные карты Среднего Чирчика (азот, фосфор, калий, гумус)
2026 — почвенные карты массива Бука (азот, фосфор, калий, гумус)
Помимо основного участка охвачены пять соседних хозяйств; результаты позволили выделять зоны управления в более широком масштабе.
Свойства почвы, урожай и трёхлетнее сравнение
Результаты показывают, что универсальной рекомендации по одному параметру недостаточно: удобрения, влажность, текстура, орошение и фенологию нужно трактовать совместно.
Временные ряды NDVI, EVI, GNDVI, NDRE, SAVI и NDMI позволили вести пространственно-временной мониторинг фаз роста, колошения, налива зерна и созревания.
Пространственная изменчивость NDVI
Различия NDVI во времени и по площади отразили изменения технологии орошения, сорта, агрофона и густоты покрова.
NDVI в поле и по Sentinel‑2: несоответствие масштабов
- Уровень листа: сантиметровый масштаб
- Sentinel‑2: смешанный пиксель 100 м²
- Почвенный фон, тень, арыки и сорняки
- Ошибки дат и GNSS — дополнительный фактор
Полевой спектр и спутниковое значение нельзя напрямую приравнивать: нужны эквиваленты каналов и протокол, соответствующий масштабу.
Спектральная библиотека зерновых 2026 года: 23 узкополосных индекса — вегетация, хлорофилл, red-edge, пигменты, фотосинтетическая эффективность и водный статус.
Red-edge, PCA и эквиваленты каналов Sentinel‑2
PC1 + PC2 объяснили 88,6–94,1 % общей дисперсии; артефакт O₂‑A около 760 нм отдельно контролировался при расчёте red-edge.
Модель: 7 каналов Sentinel‑2 середины мая + 5 индексов → регрессия ExtraTrees → кросс-валидация, сгруппированная по полям и сезонам.
Наиболее важные спектральные признаки
SWIR1 отражает водный статус покрова; зелёный канал и NDRE — состояние хлорофилла/азота; NIR — биомассу и площадь листьев. Наибольшая важность: SWIR1 (0,40), зелёный (0,34), NIR (0,28), NDRE (0,21), SWIR2 (0,13).
Карты пространственного прогноза урожая пшеницы
Практические рекомендации и направления внедрения
Фосфор
Контурное дифференцированное внесение фосфорных удобрений в зонах дефицита на основе анализа почвы.
Вода
Не использовать оптический индекс вместо влажности почвы; объединять Sentinel‑1, датчики и журнал орошения.
Мониторинг
Регулярно отслеживать временные ряды Sentinel‑2 в окне колошение–налив зерна.
Зоны управления
Использовать карты урожая и почв для контрольного отбора проб и переменных норм внесения.
Валидация модели
Обновить модель на независимых данных 2026 года, с пространственной CV и калиброванным абсолютным урожаем.
Обучение и услуги
Включить спектральную библиотеку, протоколы и ГИС-продукты в учебный процесс и консультационные услуги.
Материалы и загрузки
Итоговый отчёт
PDF/DOCX, 2023–2026
Монография
Обложка, ISBN и PDF
Полевые протоколы
Почва, спектры, урожай, QC
Карты
PNG/PDF/GeoTIFF и легенды
Наборы данных
CSV/XLSX, метаданные и лицензия
Информационные бюллетени
По годам и языкам
Интеллектуальная собственность
Свидетельство и краткое описание
Презентации
Семинары, конференции, тренинги
Новый опыт геопространственных и Geo‑AI технологий в сельском хозяйстве
Sh.S. Shokirov, M.P. Reymov, I.I. Abdurahmonov, O.E. Xaqberdiyev, Z.J. Mamatkulov, X.X. Hasanov
Ташкент: НИУ «ТИИИМСХ», 2025 — 86 с. · ISBN 978-9910-8486-7-4
- Методология полевых работ и сбора данных
- Анализ почв и пространственное картирование
- Sentinel‑2 и влажность почвы
- Спектральная библиотека
- Прогноз урожайности методами машинного обучения
Наборы данных, карты и протоколы
Протоколы: отбор проб, лаборатория, спектры, урожай 1 м². Предоставляются словарь данных и журнал версий; лицензия и персональные/ограниченные данные разделяются.
Объекты интеллектуальной собственности
Учебники и учебные пособия
- Геоинформационная картография
- Моделирование водохранилищ на основе геоинформационных технологий
- Геодезическая метрология
- Кадастр особо охраняемых природных территорий
- Геоэкологическое картографирование
- Космическая геодезия
- Scientific Foundations of Geoinformation Systems
Научный потенциал и подготовка кадров
По теме проекта и смежным направлениям защищены 1 докторская (DSc) (С.Н. Абдурахмонов, 30.04.2026), 1 PhD (Р.И. Махсудов) и 2 магистерские диссертации.
Публикации и научная продукция проекта
Динамика по годам: 12 → 20 → 44 научных продуктов (2023 → 2025).
Публикации, проверенные по DOI
- DOI: 10.1007/s12524-025-02198-9 ↗
Leveraging Vegetation Indices and Random Forest for Soil Nutrient Monitoring in Winter Wheat
Journal of the Indian Society of Remote Sensing, 2025
- DOI: 10.1051/e3sconf/202459001009 ↗
The effect of fermented poultry manure on the yield and quality parameters of triticale cultivated organic way on acidic sandy soil
E3S Web of Conferences 590, 01009, 2024
- DOI: 10.1063/5.0266743 ↗
Temporal Evolution of Climate-Related Land Changes in Zarafshan Valley: MODIS and Google Earth Engine Perspective
AIP Conference Proceedings 3256, 040016, 2025
- DOI: 10.1051/e3sconf/202459005002 ↗
Search for the lost Baghi Chinar garden in the Samarkand region and creation of a Digital Terrain Model
E3S Web of Conferences 590, 05002, 2024
- DOI: 10.1051/e3sconf/202459005007 ↗
Sustainable development of Turkmenistan in the context of climate change
E3S Web of Conferences 590, 05007, 2024
- DOI: 10.46666/2024-3.2708-9991.14 ↗
Land use and land management in Kazakhstan
Problems of AgriMarket, No. 3, 2024
- DOI: 10.5194/isprs-archives-XLVIII-5-W3-2025-63-2025 ↗
Theoretical and Methodological Basis of Mapping the Ecological State of Irrigated Lands in the Conditions of Climate Change: Bibliometric Analysis
ISPRS Archives, 2025
Публикации 2026 года
- Многовременной мониторинг динамики вегетации на основе Sentinel‑2 и Google Earth Engine — Proceedings of SPIE, 2026.
- Подготовка и интеграция пространственных данных в среде ГИС на примере Буки и Среднего Чирчика — 2026.
- Пространственная изменчивость агрохимических показателей почвы и Trimble Juno 3B / ArcGIS Survey123 — Нукус, 2026.
- Плодородие почвы и эффективность удобрений по данным дистанционного зондирования и полевых анализов — 2026.
- Элементы урожая тритикале при внесении гранулированного птичьего помёта — международная конференция в Ниредьхазе, 2026.
- Remote Sensing for Precision Agriculture in Arid and Semi-Arid Regions: A Case Study of Uzbekistan — глава книги Springer Nature, готовится.
Визиты и международное сотрудничество
Научно-практический визит в Венгрию
Ниредьхаза, Будапешт и Дебрецен — конференция, тренинги, встречи с университетами и агентствами.
Конференция «Sustainable Geospatial Solutions for a Changing World» и тренинги в Ниредьхазском университете.
Встреча с Институтом предотвращения засухи и HEPA в Будапеште. В Обудайском университете — переговоры по дистанционному зондированию, картированию засухи и магистерской программе.
В Университете Дебрецена — сотрудничество в сельском хозяйстве, водном хозяйстве, геоинформатике и IT.
Результаты международного сотрудничества
публикации Scopus с венгерскими партнёрами
Совместные результаты по тритикале на конференции в Ниредьхазе
Глава книги для Springer Nature (сотрудничество с Университетом Цукубы)
Встречи с университетами и агентствами Венгрии
Учёные-партнёры: Judit Csabai, Zoltán Kovács, Edit Kosztyuné Krajnyák, Béla Szabó и другие.
Моменты проекта
Участники
Руководство и ведущий научный состав
Старшие научные сотрудники
Младшие научные сотрудники
Инженеры
Международные учёные-партнёры
Свяжитесь с нами
Маманбек Реймов
PhD, доцент
НИУ «ТИИИМСХ»
- E-mailmaman1990@mail.ru
- Адресул. Кары Ниязи 39, Ташкент 100000, Узбекистан
- Сайтsocfarm.tiiame.uz