ASSESSMENT OF THE VEGETATIVE CONDITION OF LAND RESOURCES IN KA-ZALY DISTRICT, KYZYLORDA REGION BASED ON SENTINEL-2 DATA USING NDVI INDICES

Danish Scientific Journal No101, 2025 3 AGRICULTURAL SCIENCES ASSESSMENT OF THE VEGETATIVE CONDITION OF LAND RESOURCES IN KAZALY DISTRICT, KYZYLORDA REGION BASED ON SENTINEL-2 DATA USING NDVI INDICES Igenbaikyzy B. Master's degree Kazakh National Agrarian Research University 050000, Almaty, 8 Abai Street Kazakhstan ҚЫЗЫЛОРДА ОБЛЫСЫ ҚАЗАЛЫ АУДАНЫ ЖЕР РЕСУРСТАРЫНЫҢ ВЕГЕТАЦИЯЛЫҚ ЖАҒДАЙЫН SENTINEL-2 ДЕРЕКТЕРІ НЕГІЗІНДЕ NDVI ИНДЕКСТЕРІ АРҚЫЛЫ БАҒАЛАУ Игенбайқызы Б. Магистр, Қазақ ұлттық аграрлық зерттеу университеті 050000, Алматы, Абай көшесі, Қазақстан https://doi.org/10.5281/zenodo.17493444 Abstract In this study, the state of vegetation cover in the Kazaly district of the Kyzylorda region was analyzed based on Sentinel-2 satellite data using normalized difference vegetation index (NDVI) indicators. The main objective of the study is to determine the state of plants in the area and to study the patterns of their spatial distribution. Using multispectral images provided by the Sentinel-2 satellite, NDVI values reflecting the state of vegetation were calculated and analyzed. The results showed that in some parts of the Kazaly district, the state of plants is uneven. This study aims to provide a deeper understanding of the ecological condition of the region and to facilitate effective decision-making in the fields of agriculture and natural resource management. In addition, the spatial dynamics of NDVI changes and seasonal fluctuations were studied, and the scientific and practical value of the data obtained was determined. Аңдатпа Бұл зерттеу жұмысында Қызылорда облысының Қазалы ауданындағы жер ресурстарының өсімдік жамылғысының жағдайы Sentinel-2 серігінен алынған деректерге сүйене отырып, нормаланған дифференциялық вегетациялық индекс көрсеткіштері арқылы сараланды. Зерттеудің негізгі міндеті – аумақтағы өсімдіктердің жағдайын анықтау және олардың кеңістікте таралу заңдылықтарын зерттеу болып табылады. Sentinel-2 серігі ұсынған көп спектрлі суреттерді қолдану арқылы вегетацияның жағдайын көрсететін NDVI мәндері есептеліп, талданды. Қол жеткізілген нәтижелер Қазалы ауданының жекелеген бөліктерінде өсімдіктердің жағдайы біркелкі емес екенін көрсетті. Аталған зерттеу аймақтың экологиялық жағдайын тереңірек түсінуге, ауыл шаруашылығы және табиғатты басқару саласындағы тиімді шешімдерді қабылдауға бағытталған. Сонымен қатар, NDVI индекстерінің кеңістіктегі өзгеру динамикасы мен маусымдық ауытқулары зерттеліп, алынған деректердің ғылыми және практикалық құндылығы айқындалды. Keywords: NDVI, vegetation, district, map, satellite pictures. Кілт сөздер: NDVI, өсімдік, аудан, карта, жерсеріктік суреттер. Кіріспе Қазіргі таңда қашықтықтан зондтау және геоақпараттық жүйелер технологиялары жер ресурстарын басқаруда, мониторинг жүргізуде маңызды құралға айналды. Әсіресе, өсімдік жамылғысының жағдайын зерттеуде NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) индекстерін пайдалану кең таралған. Бұл индекс вегетацияның қарқындылығын, жердің экологиялық жағдайын, ауыл шаруашылық егістіктерінің өнімділігін бағалауға мүмкіндік береді. Жерді қашықтан зондтау арқылы алынған мәліметтер қоршаған орта жағдайы туралы мол деректердің маңызды көзі саналады. Белгілі бір уақыт аралығында жүйелі түрде жиналған ауқымды кеңістіктік ақпарат үлкен деректердің шегінен асатын көлемді жиынтықтарды қалыптастырады. Бұл мәліметтер кеңістік пен уақытты біріктіре отырып, табиғи процестердің заңдылықтарын анықтауға көмектеседі. Сонымен қатар біртекті емес аудандарда, бұл деректер далалық зерттеулерге қарағанда дәл нәтижелер ұсынады. Мен тәжірибеде қолданған Sentinel-2 жерсерігінің деректері өте пайдалы, себебі спутниктің кеңістіктік және уақыттық сипаттамалары бір-бірімен жақсы үйлеседі. Sentinel-2 (MSI) мультиспектрлік құралы 13 спектрлік арнадан үлгі алады: 10 м арақашықтықта төрт арна, 20 м арақашықтықта алты арна және 60 м кеңістіктік шешіммен үш арна. Орбитаның шолу жолағының ені 290 км [1]. Кеңістіктік шешімде спутник деректерінің ең кіші пикселі 10 метрді 4 Danish Scientific Journal No101, 2025 құрайды. Бұл әртүрлі жер бедерлерін, мысалы, әр түрлі өлшемдегі егістіктерді немесе таулы аймақтардағы табиғи өзгерістерді егжей-тегжейлі зерттеуге мүмкіндік береді. Ал уақыттық шешім деректерді 5 күнде бір рет алуға болғандықтан, өсімдіктердің ағымдағы жылы өсу, өзгеру жағдайларын жоғарғы дәлдікпен бақылай аламыз. Радиометрикалық шешім - бұл құралдың жарықтың қарқындылығында немесе шағылысу коэффициентінде айырмашылықтарды ажырату қабілеті. Радиометрикалық шешім неғұрлым жоғары болса, қабылданған кескін соғұрлым дәл болады. Радиометрикалық шешім әдетте 8-ден 16 битке дейінгі диапазонда, разрядтық сан түрінде көрсетіледі. [1] Берілген аймақ Қазақстанның оңтүстік-батыс бөлігінде, Сырдария өзенінің төменгі ағысында жайласқан. Бұл аймақтың географиялық координаттары шамамен 45° солтүстік ендік және 62° шығыс бойлық аралығында орналасқан. Қазалы ауданы шөлді климаттық белдеуде орналасқан, мұнда жаз айлары ұзақ, ыстық және құрғақ, ал қыс айлары салыстырмалы түрде жұмсақ және қысқа болып келеді. Ауданның жер көлемі көбінесе құмды, сортаңды және сазды топырақ түрлерінен құралған. Табиғи ландшафт бозғылт-сұр топырақтарда өсетін шөлді өсімдіктермен сипатталады, мысалы, жусан, сексеуіл, еркек шөп және т.б. Сырдария өзені ауданның негізгі су көзі болып табылады. Өзен жағалауында және арнайы салынған каналдар арқылы суармалы егіншілік қарқынды дамып келеді. Негізгі ауыл шаруашылығы салаларына күріш өсіру, мал шаруашылығы және жайылымдық жерлерді тиімді пайдалану жатады. Ауданның жайылымдық жерлері көбінесе жазғы және көктемгі маусымдарда мал жаюға арналған. Қазалы ауданының климаты өте қатал, континенталды сипатқа ие. Ауданның жазық жері солтүстіктен келетін суық ауа массаларына және оңтүстіктен соғатын ыстық, құрғақ желдерге еш кедергісіз ұшырайды. Мұхиттан алыс орналасуы да климаттың осы ерекшелігіне ықпал етеді. Ауданның орташа жылдық температурасы 8°С, ал қаңтар айындағы орташа температура -26,1°С-қа дейін төмендейді. Қыс мезгілінде Арктикадан суық ауа массалары келгенде, температура -34°С-қа дейін түсуі мүмкін. Жаз айларында ауа температурасы ең жоғары деңгейге (+42°С) жетеді. Жазда ауа өте құрғақ және ашық аспанмен сипатталады. Жылдық жауын-шашын мөлшері орта есеппен 118 мм. Оның басым бөлігі (61 мм) көктем айларында, яғни наурыз, сәуір және мамыр айларында жауады. Қысқы кезеңде жауын-шашын азайып, 57 мм-ге дейін жетеді, негізінен қараша, желтоқсан және қаңтар айларында байқалады. Жылдық жауын-шашынның аз мөлшері ауылшаруашылық дақылдарын өсіруге жеткіліксіз болғандықтан, Қазалы ауданында суармалы егіншілік кеңінен дамыған.[2] Әдістер мен материалдар Зерттеу барысында Sentinel-2 жерсерігінен 2023-2025 жылдардың қыркүйек айында түсірілген бейнелері қолданылды. Кескіндер Copernicus Browser сайтынан жүктелді. ArcGIS Desktop бағдарламасында қызыл және инфрақызыл спектрлерлер арқылы алынған суреттерден Raster Calculator құралы арқылы NDVI мына формула арқылы есептелінді: NDVI = (NIR - RED) / (NIR + RED) [3] Шыққан NDVI кескініне түс беріп, ауданның жалпы вегетациясын көреміз. (сур.1,2) Сурет 1. Қазалы ауданының 2025 жылдың қыркүйек айы бойынша вегетациялық жай-күйі Danish Scientific Journal No101, 2025 5 Сурет 2. Қазалы ауданының 2023 жылдың қыркүйек айы бойынша вегетациялық жай-күйі Нәтижелер және оларды талдау Қызылорда облысының Қазалы ауданы бойынша 2025 жылдың қыркүйек айындағы NDVI нәтижелері жер бедеріндегі өсімдік жамылғысының жағдайын айқындауға мүмкіндік береді. Шыққан индекс мәндерін -1 мен +1 диапазон аралығында өзгерту арқылы өсімдіктердің тығыздығы мен фотосинтетикалық белсенділігін көрсеткішін аламыз. Жүргізілген талдау нәтижесінде аудандағы өсімдік индекс мәндері төмендегі төрт класқа бөлінді: a) (-1 - 0,05) - өсімдіксіз аймақтар (құм, су беті, елді мекендер және ашық топырақтар); b) (0,05 - 0,1)- әлсіз өсімдік жамылғысы бар аймақтар (шөлейт және жартылай шөлді учаскелер); c) (0,1 - 0,5) - қалыпты өсімдік жамылғысы (жайылымдық жерлердің басым бөлігі); d) (0,5 -1) - тығыз өсімдік жамылғысы (өзен бойындағы және суармалы алқаптарда орналасқан аймақтар). 2023 жылғы мәлімет бойынша ең жоғары NDVI мәндері Сырдария өзенінің бойында және оның маңындағы суармалы егістік жерлерде байқалады. Ал ауданның оңтүстік және солтүстік бөліктерінде NDVI көрсеткіштері төмен, бұл табиғи өсімдіктердің сиректігі мен ылғал тапшылығымен түсіндіріледі. Ал 2025 жылғы ақпаратқа сүйенсек, аумақтың солтүстік бөлігінде өсімдік индексі қалыпты жағдайға жетсе, оңтүстік бөлігінде өсімдіксіз жерлердің көлемі азайған. (сур.3) 6 Danish Scientific Journal No101, 2025 Сурет 3. Қазалы ауданының 2023-2025 жылдардағы вегетация картасы 1-кесте Шыққан нәтижелер бойынша 2023-2025 жылдар аралығындағы өзгерістер кестесі Көрсеткіш 2023 жыл 2025 жыл Өзгеріс Тығыз өсімдік (көк түс, 0.5–1) Көбірек, әсіресе орталық және батыс бөліктерде айқын көрінеді Біршама азайған ↓ Азайған Қалыпты өсімдік (жасыл, 0.1–0.5) Көп аумақты қамтиды, өзен аңғарларында және солтүстікте көп Біршама кеңейген, бірақ тығыз өсімдіктердің есебінен ↕ Орташа өзгеріс Әлсіз өсімдік (сары, 0.05–0.1) Басым бөлігі өңірдің оңтүстігі мен шығысында 2025 жылы сары аймақтар ұлғайған ↑ Артқан Өсімдіксіз жерлер (қоңыр, -1–0.05) Төменгі оңтүстікте және құрғақ аймақтарда біршама кеңейген ↑ Артқан Аудан вегетациясының нақты көрсеткіштерін көру үшін обьект аумағы үш аймаққа бөлінді: солтүстік, орталық және оңтүстік. ArcMap 10.5 бағдарламасында аймақтағы өсімдік индекстерінің статистикалық кестесі құрылып, диаграммасы жасалды. Бағдарлама құрастырған кестеде бөлінген аймақтардың көрсеткіштер бойынша пикселдік сандары көрсетілген. Сурет 4. Пикселдік көрсеткіштер Кестеде келтірілген көрсеткіштерді пайдаланып, шыққан нәтижені визуалды көру үшін диаграмма құрастырылды. Диаграмма бойынша 2023 жылы ауданның оңтүстігінде вегетация жоқ жерлер әлдеқайда басым болған. Дегенмен орталық жерлерде 2025-ші жылмен салыстырғанда тығыз өсімдік көлемі біршама есе жоғары болса қалыпты өсімдік индексі сәйкесінше төмен екенін көруімізге болады. (сур.5) Danish Scientific Journal No101, 2025 7 Сурет 5. 2023 жылдың вегетациялық диаграммасы Екінші диаграммаға сәйкес ауданның солтүстігінде 2025 жылы қалыпты вегетацияның көлемі артқан. Ал орталығы мен оңтүстігінде әлсіз вегетация көлемі жоғарылаған. Қалыпты және әлсіз өсімдік аймақтары ұлғайғанымен, бұл көбіне деградацияның белгісі болуы мүмкін (сур.6). Оның негізгі себептеріне: құрғақшылық, су ресурстарының азаюы, климаттың өзгерісі немесе шөлейттену процесінің дамуын жатқызуға болады. Сурет 6. 2025 жылдың вегетациялық диаграммасы NDVI индексі аудандағы өсімдік жамылғысының кеңістіктік таралуын көрсетуге мүмкіндік берді. Суармалы жерлерде вегетацияның жоғары болуы жерді тиімді пайдаланудың дәлелі болса, шөлейт аймақтарда өсімдік индексінің төмендігі табиғи-климаттық факторларға байланысты. Соның бірі жауын-шашын мөлшерінің өзгеруі болып табылады. Жауыншашын мөлшерінің аз болуы өсімдік жамылғысының фотосинтездік белсенділігін төмендетіп, NDVI индексінің төмендеуіне тікелей әсер етеді. Мысалғы, 2023 жылы қыркүйек айында бір айдың ішінде тек 9 күнде мөлшері 54 мм жауын жауып, орташа салыстырмалы ылғалдылық 54.2% құраған. Ал жыл бойынша жауын-шашын күндері (қарды қоса алғанда) 40 күн. [4] 2023 жылы Қызылорда облысының оңтүстік аудандары жауын-шашынның жылдық мөлшерінің ең үлкен тапшылығын көрген. Яғни жауын-шашын нормасының 52-79% -ы ғана жауған[5]. Қазалы ауданында жауын-шашынның аз болуы мен буланудың жоғары деңгейі шөлейт және жартылай шөлді экожүйелердің кеңеюіне әкеледі. Мұндай климаттық жағдайларда өсімдіктердің вегетациялық кезеңі қысқарады, ал шөптесін жамылғы жаз ортасына қарай сарғая бастайды, бұл биомассаның төмендеуіне алып келеді. Бұл құбылыс әсіресе суарылмайтын жерлерде айқын көрінеді. Жалпы, жауын-шашынның аздығы мен ылғал тапшылығы ауданның орталық және оңтүстік бөліктеріндегі өсімдік жамылғысының сиреуімен, сондай-ақ NDVI индексінің төмендеуімен тығыз байланысты. Қорытынды Зерттеу Қазалы ауданының өсімдіктер жағдайын бағалауда Sentinel-2 суреттерін және NDVI талдауын қолдануды сәтті көрсетті. Өсімдік индексінің классификациясы арқылы ауданның вегетациялық жағдайы 4 категорияға бөлініп, картасы жасалды. Алынған нәтижелер арқылы Қазалы ауданының өсімдік жамылғысының қазіргі жағдайын ашық баяндалып, оның себеп-салдары қарастырылды. Зерттеу нәтижелері Қазалы ауданының өсімдік жамылғысы кеңістіктік және уақыттық тұрғыдан әркелкі екенін көрсетті. NDVI индексі негізінде алынған деректерге сүйене отырып, жоғары вегетациялық белсенділік Сырдария өзенінің бойында және оның маңындағы суармалы егістік жерлерде байқалса, оңтүстік аймақтарда вегетация деңгейі төмен екені анықталды. Бұл айырмашылықтар табиғиклиматтық жағдайлармен, топырақ 8 Danish Scientific Journal No101, 2025 құнарлылығымен және жер пайдалану сипатымен тығыз байланысты екенін түсіндіреді. Пайдаланылған әдебиеттер 1. Copernicus Open Access Hub – Sentinel-2 User Guide. Sentinel 2 - MSI - Продукты уровня 2A — Технические характеристики вспомогательных и информационных продуктов Sentinel-2 2. Документация землеустройству Казалинского района Кызылординской области / под пед. Т.Г. Бледных. –Алма-Ата, 1991. – С. 157. 3. ArcGIS Desktop Documentation. Индексы— Справка GIS Drone2Map | Документация 4. Climate KAZALINSK (September 2023) - Climate data (358490) 5. Казгидромет. Қазақстан аумағындағы климаттың ерекшеліктері туралы шолу – 2023. https://www.kazhydromet.kz/klimat/ezhegodnyybyulleten-monitoringa-sostoyaniya-i-izmeneniyaklimata-kazahstana