Застосування сервісу Google Earth Engine для дослідження стану агроландшафтів
Анотація
Безпрецедентна деградація ґрунтового покриву України внаслідок збройної агресії РФ ускладнюється тривалими процесами водної та вітрової ерозії. Традиційні методи обстеження територій наразі обмежені через мінну небезпеку, що робить дистанційне зондування Землі ключовим інструментом екологічної оцінки.
Мета. Практичне використання Google Earth Engine для оцінки впливу еродованості ґрунтів та їх забруднення важкими металами на стан рослинності.
Методи. Дослідження ґрунтується на фітоіндикаційному підході з використанням мультиспектральних даних супутника Sentinel-2.
Результати. Експериментальні дослідження здійснювалися протягом 2024-2025 рр. на базі двох репрезентативних тестових полігонів, розташованих у межах Роганської територіальної громади (Харківський район, Харківська область). Для оцінки стану рослинності (на прикладі соняшнику) застосовано вегетаційні індекси NDVI та NDRE. Обробка великих масивів даних здійснювалася автоматизовано в середовищі GEE на базі двох тестових полігонів у Харківській області. На полігоні №1 проведено порівняльний ретроспективний аналіз зон потенційного забруднення важкими металами (внаслідок бомботурбації) та фонових ділянок. Встановлено, що фітоіндикаційні аномалії можуть мати природне походження, що підкреслює важливість порівняння з довоєнними показниками для коректної оцінки воєнних збитків. На полігоні №2 виявлено чітку кореляцію між ступенем еродованості чорноземів та значеннями індексу NDRE: втрата кожних 10 см генетичного профілю ґрунту корелює зі зниженням індексу на 0,01 одиниці. Розраховано сумарний недобір врожаю через ерозію, який для дослідної ділянки склав понад 650 ц.
Висновки. Доведено високу ефективність індексу NDRE як індикатора вмісту хлорофілу на пізніх етапах вегетації. Результати підтверджують, що інтеграція ГІС-технологій та супутникового моніторингу є безальтернативною основою для розробки стратегій повоєнної ремедіації земель та впровадження систем точного землеробства.
Завантаження
Посилання
Baliuk S. A., Kucher A. V., & Maksymenko N. V. (2021). Soil resources of Ukraine: state, problems and strategy for sustainable management. Ukrainian Geographical Journal, (2), 3–11 DOI: https://doi.org/10.15407/ugz2021.02.003 (in Ukrainian).
Dudiak N., Pichura V., Potravka L., & Stratichuk N. (2021). Environmental and economic effects of water and deflation destruction of steppe soil in Ukraine. Journal of Water and Land Development, (50), 10–26. https://doi.org/10.24425/jwld.2021.138156
Bulygin S., & Antonyuk D. (2016). Soil erosion in Ukraine. Scientific Journal «Plant Growing and Soil Science», (235). Retrieved from https://agriculturalscience.com.ua/uk/journals/235-2016
Sartori M., Ferrari E., M'Barek R., et al. (2024). Remaining Loyal to Our Soil: A Prospective Integrated Assessment of Soil Erosion on Global Food Security. Ecological Economics, 219, Article 108103. https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2024.108103
Kopittke P. M., Menzies N. W., Wang P., et al. (2019). Soil and the intensification of agriculture for global food security. Environment International, 132, Article 105078. https://doi.org/10.1016/j.envint.2019.105078
Panagos P., Standardi G., Borrelli P., et al. (2018). Cost of agricultural productivity loss due to soil erosion in the European Union. Land Degradation & Development, 29(3), 471–484. https://doi.org/10.1002/ldr.2879
Baliuk S. A., Kucher A. V., Solokha M. O., et al. (2022). Impact of armed aggression and hostilities on the current state of the soil cover, assessment of damage and losses, restoration measures: scientific report. Kharkiv: Brovin Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/367046551_Vpliv_zbrojnoi_agresii_ta_voennih_dij_na_sucasnij_stan_gruntovogo_pokrivu_ocinka_skodi_ta_zbitkiv_zahodi_z_vidnovlenna (in Ukrainian).
Splodytel A., Holubtsov O., Chumachenko S., & Sorokina L. (2023). The impact of Russia’s war against Ukraine on the state of Ukrainian soils. Kyiv: Ecoaction. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/367046551_Vpliv_zbrojnoi_agresii_ta_voennih_dij_na_sucasnij_stan_gruntovogo_pokrivu_ocinka_skodi_ta_zbitkiv_zahodi_z_vidnovlenna (in Ukrainian).
Sytar O., & Taran N. (2022). Effect of heavy metals on soil and crop pollution in Ukraine – a review. Journal of Central European Agriculture, 23(4), 881–887. https://doi.org/10.5513/JCEA01/23.4.3603
Yashchenko L., Androshchuk O., Vasylenko L., & Chornoivan Y. (2025). Environmental risks of heavy metal pollution in war-affected soils in Ukraine. European Journal of Environmental Sciences, 15(1), 18–27. https://doi.org/10.14712/23361964.2025.3
Novakovska I., Belousova N., & Hunko L. (2025). Land degradation in Ukraine as a result of military operations. Acta Scientiarum Polonorum Administratio Locorum, 24(1), 129–145. https://doi.org/10.31648/aspal.9788
Petrushka K., Petrushka I., & Holdrych A. (2024). Dynamics of heavy metals migration in the soil as a consequence of military actions. Environmental Problems, 9(2), 109–116. https://doi.org/10.23939/ep2024.02.109
Solokha M., Demyanyuk O., Symochko L., et al. (2024). Soil Degradation and Contamination Due to Armed Conflict in Ukraine. Land, 13(10), Article 1614. https://doi.org/10.3390/land13101614
Trokhymenko G., Magas N., Shumilova O., & Klochko V. (2023). Analysis of surface water quality indicators in the Dnipro-Bug estuary region after the destruction of the Kakhovka dam. Environmental Problems, 8(4), 231–240. https://doi.org/10.23939/ep2023.04.231
Lovynska V., et al. (2024). Monitoring Heavy Metals and Metalloids in Soils and Vegetation by Remote Sensing: A Review. Remote Sensing, 16(17), Article 3221. https://doi.org/10.3390/rs16173221
Bezsonnyi V. L., Nekos A. N., & Hololobova O. O. (2024). Assessment of environmental risk of soil pollution by heavy metals. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series «Ecology», (31) https://doi.org/10.26565/1992-4259-2024-31-02 (in Ukrainian).
Velastegui-Montoya A., Montalván-Burbano N., et al. (2023). Google Earth Engine: A Global Analysis and Future Trends. Remote Sensing, 15(14), 3675. https://doi.org/10.3390/rs15143675
Cabinet of Ministers of Ukraine. (2011). On approval of the Procedure for maintaining the State Land Cadastre: Decree of October 17, 2011, No. 1051. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1051-2012-п (in Ukrainian).
State Committee of Ukraine for Land Resources. (2003). On approval of the list of especially valuable groups of soils: Order of 06.10.2003 No. 245. Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/z0979-03 (in Ukrainian).
Gao Q., Zribi M., Escorihuela M. J., & Baghdadi N. (2017). Synergetic Use of Sentinel-1 and Sentinel-2 Data for Soil Moisture Mapping at 100 m Resolution. Sensors, 17(9), 1966. https://doi.org/10.3390/s17091966
Ali A., Imran M., & Khan M. A. (2022). Evaluating Sentinel-2 red edge through hyperspectral profiles for monitoring LAI & chlorophyll content of Kinnow Mandarin orchards. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/359199985
Achasov A. B., Seliverstov O. Y., Diadin D. V., & Siedov A. O. (2023). Remote monitoring of the consequences of hostilities on the territory of the Kharkiv region. Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Series Еcоlogy, (28), 71–82. https://doi.org/10.26565/1992-4259-2023-28-06
Zhong L., Yang S., Rong Y., et al. (2024). Indirect Estimation of Heavy Metal Contamination in Rice Soil Using Spectral Techniques. Plants, 13(6), 831. https://doi.org/10.3390/plants13060831
Zhong L., Chu X., Qian J., et al. (2023). Multi-Scale Stereoscopic Hyperspectral Remote Sensing Estimation of Heavy Metal Contamination in Wheat Soil. Agronomy, 13(9), 2396. https://doi.org/10.3390/agronomy13092396
Lin W., Tu Y., Liu F., et al. (2023). Spectral characteristics of the correlation between elemental arsenic and vegetation stress in the Yueliangbao gold mining. Environmental Geochemistry and Health, 45, 8203–8219. https://doi.org/10.1007/s10653-023-01693-7
Rashid A., Schutte B., Ulery A., et al. (2023). Heavy Metal Contamination in Agricultural Soil: Environmental Pollutants Affecting Crop Health. Agronomy, 13(6), 1521. https://doi.org/10.3390/agronomy13061521
Chen S., et al. (2024). Identifying soil heavy metal sources in typical industrial cities: A comprehensive approach using receptor models and machine learning. Science of The Total Environment, 945, 174068. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174068
Chen Y., Shi W., Aihemaitijiang G., et al. (2025). Hyperspectral inversion of heavy metal content in farmland soil under conservation tillage of black soils. Scientific Reports, 15, 124. https://doi.org/10.1038/s41598-024-83479-0
Wang Y., Zuo X., Zou B., et al. (2024). A remote sensing analysis method for soil heavy metal pollution sources at site scale considering source-sink relationships. The Science of the Total Environment, 942, 174021. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.174021
Lassalle G., Fabre S., Credoz A., et al. (2021). Mapping leaf metal content over industrial brownfields using airborne hyperspectral imaging and optimized vegetation indices. Scientific Reports, 11, 447. https://doi.org/10.1038/s41598-020-79439-z
Zhang L., Wang Y., Zou B., et al. (2021). Global analysis of the relationship between soil erosion and crop yield. Science of The Total Environment, 795, 148856. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.148856
Авторське право (c) 2026 Кот А. Г., Немошкалов О. М.
Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License 4.0 International (CC BY 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
