O jeden krok od urzeczywistnienia bezpośrednich pomiarów wilgotności gleby dzięki nowemu algorytmowi teledetekcyjnemu
Basen Morza Śródziemnego jest jednym z obszarów najbardziej wrażliwych na zmiany klimatu. Z jednej strony wzrost temperatur prowadzi tam do kurczenia się zasobów wody, z drugiej zaś wzrost opadów zaburza potencjał irygacyjny i plany ekspansji, zwiększając konkurencję i konflikt na tle ograniczonych zasobów wody. Jednak przeprowadzone w skali polowej oceny wydajności nawadniania wskazują na liczne rozbieżności pomiędzy zapotrzebowaniem a rzeczywistym zużyciem wody do nawodnienia upraw. Nadmierne nawodnienie wiąże się zarówno ze wzrostem zużycia wody, jak i z rozprzestrzenianiem się zanieczyszczeń, zaś niewystarczające nawodnienie oznacza mniejsze plony. W ramach finansowanego ze środków UE projektu REC zaproponowano „najnowocześniejsze rozwiązanie w skali polowej, mające zaspokoić potrzebę utrzymania odpowiedniej wilgotności gleby w strefie korzeni i usprawnić zarządzanie systemem irygacji. Będzie to możliwe dzięki innowacyjnemu algorytmowi operacyjnemu”, opowiada koordynatorka projektu, dr Maria Jose Escorihuela. Algorytm ten jako pierwszy szacuje czas i dawkę nawodnienia w całym okresie wegetacyjnym. „Monitorowanie nawodnienia jest konieczne dla wydajnego zarządzania zasobami wodnymi w obszarach suchych i półsuchych”.
Teledetekcja i dane satelitarne pomagają zarządzać systemami nawadniającymi
Zespół projektu REC prowadził obserwacje wykorzystując metodę teledetekcji poprzez takich satelitów jak SMOS (Soil Moisture Ocean Salinity), Sentinel 1, 2 i 3 oraz Landsat. Wyniki zostały poddane walidacji na obszarze irygacyjnym nowoczesnego kanału Segarra-Garrigues w Hiszpanii oraz na obrzeżach równiny Haouz w Maroku, będącej częścią zlewni rzeki Tensift. „Głównym założeniem było wyprowadzenie pierwszych domyślnych szacunków stopnia wilgotności gleby w strefie korzeni, a następnie przeniesienie tych obserwacji do modelu symulującego wahania nawodnienia upraw w całym okresie wegetacyjnym, otrzymując w ten sposób wielkość dawki nawodnienia jako różnicy między oceną szacunkową stopnia wilgotności gleby w strefie korzeni w danym dniu”, tłumaczy badacz projektu, dr Olivier Merlin. Model jest niezwykle wydajny jeśli chodzi o sezonowe skumulowane dawki nawodnieniowe, uwzględniając systemy kroplowe i zalewowe (korelacja 0,9; błąd 40 mm), podczas gdy dopuszczalne błędy (0,5; 30 mm) otrzymano dla skumulowanych dawek nawodnienia z okresu 2 tygodni. Szacunki dotyczące dziennej wilgotności gleby w strefie korzeni oraz parowania terenowego – powrotu pary wodnej do atmosfery poprzez parowanie z ziemi i powierzchni wody – symulowane na podstawie otrzymanych danych o dawkach nawodnieniowych są bardzo zbliżone do wartości wynikających z rzeczywistego nawodnienia. Badanie wskazuje na przydatność danych satelitarnych do szacowania dawek nawodnieniowych, pozwalając tym samym na bardziej skrupulatne domknięcie budżetu wodnego na obszarach rolnych. Pokazuje również, że możemy spodziewać się istotnych pozytywnych zmian w ujęciu dziennym i tygodniowym dzięki skróceniu czasu rewizyty.
Innowacyjne rozwiązania odpowiadają na potrzeby związane z zarządzaniem systemami nawadniającymi
Partnerzy projektu opracowali również nowe metody i udoskonalili obecne systemy szacowania wilgotności gleby na powierzchni. Zdalne pomiary wilgotności powierzchni gleby w wysokiej rozdzielczości mogą być teraz prowadzone co trzy dni w dowolnych warunkach atmosferycznych. Prowadzone z dużą intensywnością eksperymenty polowe w pełni potwierdziły szacunki dotyczące wilgotności gleby i wahań nawodnienia, odpowiadając na istotne potrzeby związane z wilgotnością gleby i dawkami nawodnieniowymi systemów irygacyjnych. „Projekt REC przyczynił się do istotnego postępu w szacowaniu wilgotności gleby w strefie korzeni metodą teledetekcji w skali dziennej oraz w skali działki rolnej, co pomoże w lepszym zarządzaniu systemem nawadniającym”, podsumowuje dr Escorihuela. „Położył więc fundament pod budowę systemów nawadniających w pełni zarządzanych na podstawie danych z systemów teledetekcji, co zwiększy trafność decyzji dotyczących wydajnego zużycia wody w rolnictwie”. Badania w ramach projektu przeprowadzono dzięki wsparciu programu „Maria Skłodowska-Curie”.
Słowa kluczowe
REC, wilgotność gleby, uprawy, zarządzanie nawadnianiem, wilgotność gleby w strefie korzeni, rolnictwo, algorytm teledetekcyjny
