Czujniki na polach uprawnych zwiększą odporność rolnictwa na zmianę klimatu
Jednym z kluczowych wyzwań stojących przed rolnictwem jest poprawa efektywności wykorzystania wody, co jest warunkiem niezbędnym do utrzymania plonów, zaspokojenia stale rosnącego popytu na żywność i zapewnienia rolnikom źródła dochodu w obliczu pogarszających się warunków klimatycznych. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych technologii finansowany ze środków UE projekt SenseFuture pozwolił na poszerzenie wiedzy na temat wpływu zarządzania uprawami na dynamikę wody w glebie i sposobu optymalizacji nawadniania roślin, zwłaszcza w głębokich warstwach gleby. W ramach projektu SenseFuture, realizowanego przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, wykorzystano szeroki wachlarz technik pomiarowych w wielu skalach, między innymi bezzałogowe statki powietrzne (UAV), czujniki proksymalne nadziemnych części roślin i obrazowanie korzeni roślin w celu monitorowania efektywności wykorzystania wody na dużych obszarach, a także metody przetwarzania i analizy danych oparte na sztucznej inteligencji (AI). „Integracja zaawansowanych technologii pozwoliła na głębsze zrozumienie oddziaływań między roślinami a glebą, dzięki czemu dowiedzieliśmy się, w jaki sposób innowacyjna agronomia zwiększa efektywność wykorzystania wody w zmiennych warunkach klimatycznych”, stwierdza Eusun Han, koordynator projektu SenseFuture.
Wykorzystanie zaawansowanych technologii
Z myślą o ocenie stanu nawodnienia roślin wykorzystano zróżnicowany zestaw czujników, który rejestrował obrazy o wysokiej rozdzielczości oraz dane w czasie rzeczywistym. Umożliwiło to uczonym określenie, w jaki sposób różne strategie zarządzania uprawami wpływają na efektywność wykorzystania wody na poziomie pojedynczego gospodarstwa rolnego. Badania te przeprowadzono w Australii i Danii. Biorąc pod uwagę bardzo zmienne warunki pogodowe, zespół projektu SenseFuture postanowił wykorzystać również naziemne czujniki termiczne, które są mniej zawodne w trudniejszych warunkach, jak np. zachmurzone niebo czy skrajne upały. Ponadto narzędzia oparte na AI, w tym oprogramowanie RootPainter, znacznie przyspieszyły fenotypowanie korzeni roślin – proces analizy i pomiaru cech korzeni, takich jak wzorce wzrostu, struktura i odpowiedź na zmiany środowiskowe. W ten sposób uczeni mogli zebrać dokładniejsze i bardziej szczegółowe dane na temat złożonych oddziaływań między rośliną a glebą w krótszym czasie, niż pozwalają na to tradycyjne metody.
Innowacyjne strategie zwiększające odporność na suszę
Dzięki swojemu innowacyjnemu podejściu zespół projektu SenseFuture odkrył, że usunięcie części korony rośliny zmniejsza powierzchnię transpiracji, przez co pomaga uprawom przetrwać suszę. Strategia ta umożliwia zatrzymanie wilgoci w glebie w okresie niższego zapotrzebowania na wodę, zachowując ją na fazy wzrostu o krytycznym znaczeniu, takie jak pęcznienie ziarna, kiedy to zapotrzebowanie na wodę jest największe. „Zasadniczo podejście to optymalizuje czas pobierania wody przez uprawy, sprawiając, że dzięki swojej odporności rośliny rozwijają głębsze korzenie pomimo utraty części korony”, potwierdza Han. Inną skuteczną strategią, jaką udało się zgłębić w ramach projektu SenseFuture, jest tzw. uprawa podwójnego przeznaczenia, która polega na wykorzystywaniu danego obszaru uprawnego zarówno do wypasu, jak i produkcji zbóż. W projekcie dowiedziono, że sukces tego podejścia w dużym stopniu zależy od pory roku, a zwłaszcza od ilości opadów. W porze suchej odgrywa rolę siatki bezpieczeństwa dzięki generowaniu dochodu dla gospodarstwa z dwóch źródeł, a jednocześnie zmniejsza ryzyko utraty plonów z uwagi na odroczenie zużycia wody. „Uprawa podwójnego przeznaczenia może służyć jako skuteczna strategia poprawy efektywności wykorzystania zasobów i odporności upraw, szczególnie na obszarach narażonych na suszę”, dodaje Han. Ponadto metody te mogą mieć szersze zastosowanie w różnych systemach upraw. Mimo że pozytywny wpływ tych praktyk na uprawę pszenicy i rzepaku zanotowano w Australii, podobne techniki można by również zastosować do upraw wieloletnich na półkuli północnej.
Lepsze prognozy dzięki danym to lepsze decyzje rolników
Wyniki projektu SenseFuture stanowią ważny krok w kierunku poprawy praktyk rolniczych, co nie pozostanie bez wpływu na decyzje dotyczące rolnictwa w przyszłości. Na przykład cenne wnioski dotyczące zachowania roślin – w szczególności reakcji ich części podziemnych na defoliację – w znaczący sposób przyczynią się do udoskonalenia strategii upraw podwójnego przeznaczenia, optymalizacji czasu wypasu i opracowania odmian cechujących się szybszą regeneracją korzeni i pędów. Co więcej, innowacyjne, oparte na danych procedury fenotypowania roślin, poddane walidacji podczas projektu, pomogą naukowcom opracować uprawy odporne na przyszłe warunki klimatyczne. Aby uzyskaną wiedzę móc zastosować w praktyce w warunkach gospodarstwa rolnego, potrzebne będą dalsze działania obejmujące rozwój modeli predykcyjnych w zakresie efektywności wykorzystania wody i optymalizacji zużycia zasobów. „Poprawiając te prognozy, możemy zapewnić rolnikom dokładniejsze i bardziej użyteczne informacje w czasie rzeczywistym, co pomoże im w podejmowaniu lepszych decyzji dotyczących inwestowania w zasoby mające na celu wzrost plonów przy mniejszym ryzyku w obliczu pogłębiającej się zmiany klimatu”, wyjaśnia Han. Połączenie danych z różnych czujników i wykorzystanie narzędzi opartych na AI w systemach wspomagania decyzji może w jeszcze większym stopniu wesprzeć rozwój rolnictwa cyfrowego. Pozwoliłoby to na bardziej precyzyjne monitorowanie, wizualizację i zarządzanie systemami rolniczymi, w efekcie przyczyniając się nie tylko do rozwoju zrównoważonego i odpornego rolnictwa, ale również do usprawnienia codziennego funkcjonowania gospodarstw.
Słowa kluczowe
SenseFuture, efektywność wykorzystania wody, UAV, AI, uprawa podwójnego przeznaczenia, zrównoważone rolnictwo, bezzałogowe statki powietrzne
