Jak dane satelitarne mogą pomóc uprawom?

W niniejszym artykule omówimy jaką korzyść dla rolników mogą przynieść obserwacje satelitarne. Satelity to najbardziej dopracowane najnowocześniejsze urządzenia pomiarowe, które codziennie zbierają ogromne ilości danych z powierzchni całej Ziemi. Co więcej, za ich stworzenie i utrzymanie często płacimy my wszyscy jako podatnicy, dlatego warto zainteresować się czy informacje przez nie zbierane mogą nam się w praktyce przydać. W tym konkretnym przypadku rozważymy jak satelity mogą pracować dla rolnictwa.

Satelita śledzi zróżnicowanie roślinności

W Polsce jest aktualnie jeden serwis, który na bieżąco dostarcza dane satelitarne dla rolników indywidualnych. SatAgro http://satagro.pl/ zostało stworzone przez dr Przemysława Żelazowskiego z Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego i jego zespół. Jest to serwis internetowy, w którym użytkownicy mogą oznaczyć, a później monitorować swoje pola.

Serwis dostarcza kilkanaście zobrazowań pól w sezonie z dwóch podstawowych satelitów: Sentinel-2 produkcji Europejskiej Agencji Kosmicznej, o rozdzielczości 10 m oraz satelity Landsat 8 produkcji NASA, o rozdzielczości 15 m. W marcu 2017 zostanie wystrzelony bliźniaczy satelita do Sentinel-2, więc należy się spodziewać, że od połowy sezonu dostępnych zdjęć będzie jeszcze więcej. SatAgro nie pokazuje jednak samych zdjęć RGB — takie możemy zobaczyć w innych darmowych serwisach.

Dodatkową warstwą informacyjną są mapy zróżnicowania roślinności w obrębie danego pola na podstawie wskaźnika NDVI (wskaźnik pokrycia pola żywą biomasą). Użytkownik może śledzić na ile równomiernie rozwija się jego uprawa, porównywać zdjęcia w czasie i odpowiednio do tego dobierać zabiegi agronomiczne.

Co można zobaczyć na mapie?

Poniżej w galerii zdjęć zamieszczone są dwa zdjęcia tego samego pola obsianego pszenicą ozimą z dwóch dat: jedno z 27 marca 2016 roku, drugie z 2 lipca tego samego roku, czyli tuż przed zbiorem. Czerwień na mapie odzwierciedla prześwitującą ziemię, im bardziej zielono, tym więcej chlorofilu znajduje się w uprawie (skala na mapie). Jak widać na zdjęciu pierwszym wschody na polu nie były równomierne. W niektórych miejscach rośliny już wyrosły, w innych jeszcze nie. Słabsze miejsca utrzymały się praktycznie do samego końca sezonu. Warto się zastanowić co dzieje się w gorszej części siedliska. Czy słabsza uprawa wynika z nieprzyjaznego ukształtowania terenu, czy może gorszej jakości gleby lub niekorzystnych stosunków wodnych. W zależności od diagnozy można podjąć różne decyzje.

Wiedząc o nierównym rozłożeniu roślinności na polu, można przede wszystkim odpowiednio zmodyfikować dawkę nawozu. Jeśli rolnik uzna, że dany fragment siedliska jest na tyle słaby, że roślinność i tak nie będzie rozwinięta równie dobrze jak w pozostałych miejscach, może tam obniżyć dawkę. Jeśli uzna że sytuację da się uratować, może na tym obszarze wysiać więcej nawozu, szczególnie na początku sezonu. Dostosowując dawkę do realnych potrzeb roślinności można zaoszczędzić nawet do 30 proc. nawozu, a przynajmniej rozsiać zakupiony środek efektywniej.

Najbardziej aktualne informacje

Częstą praktyką wśród tych, którzy nawożą precyzyjnie jest różnicowanie dawki na podstawie prób glebowych. Informacje o strukturze gleby są bez wątpienia kluczowe dla podejmowania ważnych decyzji w gospodarstwie, ale akurat przy nawożeniu niekoniecznie się sprawdzają. Podstawową ich wadą jest to, że próby glebowe robi się raz do roku, a najczęściej raz na trzy lata. Nawożenie tylko na tej podstawie oznacza opieranie się o informacje, które nie są do końca aktualne i które nie odzwierciedlają innych zmiennych mających wpływ na rozwój roślinności, w tym przede wszystkim pogody.

Próby glebowe nie dają informacji o tym jak wygląda aktualna sytuacja na polu po tym jak na przykład pojawiła się susza, wymarzły oziminy czy uprawę zniszczył grad. Poza tym część pierwiastków, w tym azot, jest w glebie bardzo mobilnych i ich dostępność szybko się zmienia. Dlatego warto podawać go tam, gdzie z bieżącej sytuacji wynika, że jest to najkorzystniejsze. W tym właśnie pomagają zdjęcia satelitarne, które są znacznie bardziej aktualne niż wyniki prób glebowych.
Na podstawie pokazanych powyżej zdjęć w serwisie SatAgro można stworzyć mapy aplikacyjne czytane przez komputery pokładowe maszyn różnych producentów (od tego sezonu proces tworzenia map będzie w pełni automatyczny). Mapy te obecnie wykorzystywane są przez klientów głównie do nawożenia, ale równie dobrze można użyć ich do siania precyzyjnego oraz oprysków precyzyjnych. Dobieranie właściwej ilości środków produkcji pozwala nie tylko maksymalizować plon, ale przede wszystkim zmniejszać koszty gospodarowania, dzięki czemu zwiększają się zyski rolników.

Zestawienie badań gleby ze zdjęciem satelitarnym

Na podstawie zdjęć satelitarnych można także zoptymalizować miejsca poboru prób glebowych. W tradycyjnym podejściu próby pobiera się według regularnej siatki. Nie zawsze jednak odzwierciedla to faktyczne zróżnicowanie siedliska. Lepiej jest pobierać próby glebowe bliżej środka jednorodnych obszarów, a nie na ich krawędzi i jednocześnie zadbać o to, żeby najsłabsze i najbogatsze fragmenty siedliska zostały objęte badaniem. W ten sposób pobrane próby oddają faktyczne zróżnicowanie, a mapa, która powstaje na podstawie wyników jest dobrym uzupełnieniem umożliwiającym racjonalne podejmowanie decyzji agronomicznych. Ponadto umiejętne zestawienie wyników badań gleby ze zdjęciem satelitarnym pozwala na bardziej szczegółowe zmapowanie poszczególnych stref. Dla przykładu, jedna próba glebowa najczęściej reprezentuje obszar kilku hektarów, natomiast europejski satelita Sentinel-2 dostarcza 100 pomiarów roślinności na hektar.

Porównanie sezonów wegetacyjnych

Jak jeszcze mogą być wykorzystywane zdjęcia satelitarne? Poza wysokorozdzielczymi zdjęciami z satelitów omówionych powyżej, zbierane są także dane z satelity MODIS. Choć rozdzielczość tego narzędzia to zaledwie 230 m, jego zaletą jest przelot nad każdym miejscem dwa razy dziennie. Dane z tego satelity nie nadają się do zobrazowania w postaci mapy, ale ze względu na ich gęstość, bardzo dobrze prezentują się na wykresach.

Zestawione z danymi pogodowymi (SatAgro pobiera dane z około 50 stacji pogodowych, a także integruje prywatne stacje użytkowników) umożliwiają porównywanie ze sobą sezonów i analizę przyczyn zróżnicowania plonów. Użytkownicy mają dostęp do wykresów ukazujących wzrost upraw na danym polu oraz danych pogodowych nawet od 2002 roku. Na pokazanym przykładzie widać jak susza z roku 2015 niekorzystnie wpłynęła na plon kukurydzy.

Opady skumulowane dostępne dla roślin (niebieskie obszary na wykresie) były mniej więcej o połowę niższe niż w pozostałych sezonach. W porównaniu do sezonu 2012 widać, że w 2015 szczyt biomasy był niższy, a kolejne kropki obrazują jak szybko uprawa wysychała. Bez wątpienia plon w 2015 był niższy niż w 2012.

Dane z wykresów mogą być wykorzystywane do prognozowania plonów. Jak się okazuje, kształt krzywej bardzo dobrze koreluje się z późniejszymi zbiorami. W sezonie 2017 SatAgro opracowuje pierwsze modele prognozowania plonów kilku upraw, bazujące przede wszystkim na bezpośrednich pomiarach satelitarnych. Dla dużych producentów rolnych, a także tych co skupują płody, precyzyjna informacja o plonie na miesiąc przed zbiorami jest bardzo cenna.

Przewidzieć stres wodny i choroby

Wykorzystując zdjęcia satelitarne oraz dane ze stacji meteorologicznych SatAgro opracowuje jeszcze dwie funkcjonalności.

Pierwsza z nich, która będzie testowana w sezonie 2017 dotyczy stresu wodnego roślin. Łącząc dane satelitarne, meteorologiczne i zaawansowany model matematyczny zostaną stworzone mapy obrazujące stan zapotrzebowania roślin na wodę w danym miejscu. To funkcjonalność ważna szczególnie dla producentów warzyw, którzy nawadniają uprawy. Wiedząc, które miejsca na polu są szczególnie dotknięte deficytem wodnym, będą mogli dostosować ilość wody, a tym samym zoptymalizować produkcję.

Kolejną funkcjonalnością, do której przydadzą się dane satelitarne jest moduł przewidywania prawdopodobieństwa wystąpienia chorób w uprawach. Od lat wiadomo, że pewne choroby pojawiają się w określonych warunkach atmosferycznych. Roślina jednak nie zawsze jest na nie tak samo podatna. Wiedząc na podstawie zdjęć satelitarnych w jakiej fazie rozwoju jest uprawa, będzie można dużo dokładniej oszacowywać prawdopodobieństwo pojawienia się choroby. Rolnik będzie mógł zapobiegać sytuacji, a nie tylko minimalizować skutki chorób. Ta funkcjonalność będzie testowana w sezonie 2018.

Podsumowując, dane satelitarne mogą być bardzo szeroko wykorzystywane w rolnictwie. Oczywiście muszą one być odpowiednio obrobione i pokazane i dopiero wtedy stanowią przydatne narzędzie dla nowoczesnego rolnika. Pozwalają obniżyć koszty gospodarowania, ułatwiają ogląd całego gospodarstwa i dostarczają licznych informacji, dzięki którym podejmowane przez rolnika decyzje mogą bazować na faktach, a nie na intuicji.

dr Urszula Starakiewicz-Krawczyk
rolniczeabc@rolniczeabc.pl

Artykuł ukazał się w miesięczniku "Rolnicze ABC" nr 2 (317) 8 lutego 2017 r.