Введение

Алматинский ботанический сад — главный ботанический сад, расположен в южной части города Алматы на высоте 856–906 метров над уровнем моря. В настоящее время площадь сада составляет 103,6 гектаров. Главный ботанический сад — особо охраняемая природная территория со статусом природоохранной и научной организации, предназначенная для проведения исследований и научных разработок по охране, защите, воспроизводству и использованию растительного мира, в том числе редких и находящихся под угрозой исчезновения видов растений [5].

В условиях активной урбанизации и роста антропогенной нагрузки особенно важно проводить комплексный мониторинг состояния растительного покрова. Использование данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и геоинформационных систем (ГИС) позволяет оценивать динамику состояния растительности, выявлять зоны деградации и разрабатывать рекомендации по управлению зелёными территориями [1].

Современные методы геоинформационного анализа в сочетании с технологиями дистанционного зондирования Земли предоставляют новые возможности для комплексного мониторинга экосистем и оценки состояния растительности [3; 7]. Использование спутниковых данных высокого пространственного разрешения позволяет получать объективную информацию о текущем состоянии и динамике изменений растительного покрова. Одним из наиболее информативных и широко применяемых инструментов является нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI), который позволяет количественно оценивать физиологическое состояние растений и выявлять пространственные различия в их продуктивности на основе отражательной способности в красном и ближнем инфракрасном диапазонах [6; 8].

В данной статье рассматривается геоинформационная оценка состояния растительности Ботанического сада г. Алматы на основе анализа NDVI с использованием платформы Google Earth Engine. Для исследования использовались спутниковые данные Sentinel-2 за 2023 год, охватывающие весь вегетационный период [2]. Для наглядности анализа были выбраны два репрезентативных снимка — 05.05.2023 (весенний период) и 27.09.2023 (осенний период), которые позволяют продемонстрировать сезонные различия в физиологическом состоянии растительности. Вместе с тем, при расчёте NDVI учитывались серии изображений за оба сезона, что повышает достоверность оценки. Процесс анализа включал несколько этапов: выбор наиболее качественных спутниковых изображений, расчёт значений NDVI для территории сада , а также визуализацию полученных результатов. В рамках исследования построены карты распределения NDVI, отражающие пространственные изменения состояния растительного покрова в разные сезоны, а также рассчитана карта разности NDVI между весенним и осенним периодами.

В ходе исследования основное внимание уделялось анализу изменений состояния растительного покрова, выявлению возможных причин этих изменений и их потенциального влияния на биоразнообразие территории [3]. Для обработки данных использовалась платформа Google Earth Engine , которая обеспечила интеграцию временных рядов спутниковых изображений и автоматизацию расчётов NDVI, что позволило повысить точность и достоверность анализа. Использование данного подхода значительно сократило время обработки больших массивов данных дистанционного зондирования. Визуализация результатов и оформление картографических материалов выполнялись в среде QGIS, что обеспечило детальное и наглядное представление пространственного распределения значений NDVI [7].

Цель исследования — анализ динамики растительного покрова Ботанического сада г. Алматы под влиянием урбанизационных процессов с использованием геоинформационных технологий и данных дистанционного зондирования Земли.

Методы исследования : Геоинформационное картографирование состояния растительного покрова Ботанического сада г. Алматы выполнялось с использованием спутниковых данных Sentinel-2 и платформы Google Earth Engine [2; 3]. Для анализа были выбраны изображения за 2023 год, охватывающие весенний и осенний периоды. На основе временных рядов снимков был рассчитан NDVI, что позволило выявить сезонные изменения состояния растительности [2].

Для анализа состояния растительности в весенний период использовались данные Sentinel-2 за весь вегетационный сезон, однако для визуализации выбрана репрезентативная сцена от 05.05.2023 (рис. 1).

Рис. 1. Пространственное распределение значений NDVI на территории Ботанического сада г. Алматы за весенний период (05.05.2023)

Карта отражает состояние растительного покрова в начале вегетационного сезона. Более высокие значения NDVI соответствуют активной фотосинтетической деятельности, что указывает на наличие здоровой растительности, тогда как низкие значения характерны для открытых почв, тропинок и антропогенно нарушенных территорий.

Преобладание жёлтых оттенков на карте весеннего периода объясняется тем, что на момент съёмки (05.05.2023) большая часть растительности находилась в стадии ранней вегетации. Листовой аппарат ещё не был полностью развит, фотосинтетическая активность растений была относительно низкой, что отражается в умеренных значениях NDVI.

Аналогично, для осеннего периода использовались временные ряды спутниковых данных, а для построения карты выбрано изображение от 27.09.2023 (рис. 2).

Рис. 2. Пространственное распределение значений NDVI на территории Ботанического сада г. Алматы за осенний период (27.09.2023).

В этот период значения NDVI выше по сравнению с весной, что связано с пиком развития растительности. Карта позволяет выявить участки с максимальной биологической активностью, а также территории с пониженным уровнем вегетации, где наблюдаются признаки деградации растительного покрова.

Высокие значения NDVI и преобладание зелёных оттенков на осенней карте связаны с тем, что изображение (27.09.2023) отражает период пика развития растительности в Алматы. В сентябре большинство древесных и кустарниковых пород сохраняют активную фотосинтетическую деятельность, что и обуславливает визуальные различия между картами весеннего и осеннего периодов.

Для выявления динамики растительности рассчитана карта разности значений NDVI между весенним и осенним периодами 2023 года (рис. 3).

Рис. 3. Изменение значений NDVI между весенним (05.05.2023) и осенним (27.09.2023) периодами.

Изменение значений индекса NDVI между весенним (05.05.2023) и осенним (27.09.2023) периодами на территории Ботанического сада г. Алматы.

Карта отражает динамику вегетации: зелёные участки показывают зоны, где в осенний период зафиксирован рост NDVI по сравнению с весной, что связано с активной фазой фотосинтеза и максимальным развитием растительности. Красные участки указывают на территории, где NDVI снизился, что может быть связано с деградацией покрова, антропогенным воздействием либо сезонным спадом биологической активности. Белые или нейтральные оттенки соответствуют зонам без существенных изменений. Для закрепления результатов пространственного анализа и наглядного сравнения показателей NDVI по зонам было построено графическое представление данных. Такой подход позволяет не только визуально отразить изменения на карте, но и количественно оценить различия между весенним и осенним периодами (рис. 4).

Рис. 4. Средние значения индекса NDVI в пределах Ботанического сада г. Алматы и буферных зон (100 м, 300 м, 500 м) за весенний (05.05.2023) и осенний (27.09.2023) периоды.

На графике отчётливо прослеживается закономерность: в весенний период значения NDVI составляют около 0.20–0.25 в пределах сада и постепенно снижаются до 0.18 на удалении 500 м, тогда как осенью показатели достигают 0.30–0.35 в саду и уменьшаются до 0.24 на периферии. Такая динамика объясняется фенологическими особенностями растительности: весной растения находятся в стадии активного роста, но ещё не достигли максимальной фотосинтетической активности, тогда как осенью зафиксирован её пик. Одновременно наблюдается пространственный градиент снижения NDVI от центра сада к периферийным зонам, что указывает на влияние урбанизационных факторов и более высокий уровень антропогенной нагрузки за пределами охраняемой территории.

Выводы. Использование вегетационного индекса NDVI, рассчитанного на основе спутниковых данных Sentinel-2 за 2023 год, позволило наглядно отразить сезонную динамику растительного покрова Ботанического сада города Алматы [2; 6; 8]. Весенний период характеризуется умеренными значениями NDVI (0.20–0.25), что связано с ранней фазой вегетации, тогда как в осенний период индекс достигает 0.30–0.35, отражая пик фотосинтетической активности растений.

Построенные карты и результаты зональной статистики показали пространственную неоднородность состояния растительности: наиболее высокие значения NDVI отмечаются в пределах территории сада, а снижение индекса наблюдается по мере удаления в буферные зоны 100 м, 300 м и 500 м. Карта разности NDVI выявила как положительные, так и отрицательные изменения, что позволило определить участки, наиболее подверженные влиянию урбанизационных процессов.

Таким образом, проведённое исследование продемонстрировало возможности геоинформационных технологий для мониторинга растительности в условиях урбанизации. Полученные данные могут служить основой для экологического планирования, разработки природоохранных мероприятий и сохранения биоразнообразия на территории Ботанического сада [1; 7].

Литература:

1. Байгурин Ж. Ж., Сушкова В. Г. Геоинформационная оценка здоровья растительности Ботанического сада г. Алматы с использованием NDVI // Вестник Satbayev University. — 2024. — № 1. — С. 45–51.
2. European Space Agency. Sentinel-2 User Handbook [Электронный ресурс]. — ESA, 2023. — Режим доступа: https://dataspace.copernicus.eu (дата обращения: 10.09.2025).
3. Google Earth Engine Developers. Earth Engine Data Catalog and API Documentation [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://developers.google.com/earth-engine (дата обращения: 10.09.2025).
4. Huete A. R., Didan K., Miura T. и др. Overview of the Radiometric and Biophysical Performance of the MODIS Vegetation Indices // Remote Sensing of Environment. — 2002. — Vol. 83. — P. 195–213.
5. Кодекс Республики Казахстан «О земле»от 20 июня 2003 г. № 442-II [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://adilet.zan.kz (дата обращения: 10.09.2025).
6. Pettorelli N.The Normalized Difference Vegetation Index (NDVI): Unraveling the Ecological Complexity Behind Remote Sensing Data // Ecological Indicators. — 2013. — Vol. 26. — P. 301–310.
7. QGIS Development Team. QGIS Geographic Information System. Open Source Geospatial Foundation Project [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://qgis.org (дата обращения: 10.09.2025).
8. Tucker C. J. Red and Photographic Infrared Linear Combinations for Monitoring Vegetation // Remote Sensing of Environment. — 1979. — Vol. 8. — P. 127–150.