Nad polami i lasami Lubelszczyzny lata dron wyposażony w kamerę hiperspektralną. Bada ona odbicia fal świetlnych od roślin i gleby, żeby precyzyjnie wskazać początek i koniec okresu wegetacyjnego.

Jak zmienia się przyroda? Jak zmiany klimatu wpływają na początek, koniec i długość trwania okresu wegetacyjnego na polach i w lasach? Badania istotne nie tylko dla rozwoju roślin spożywczych, ale i dla życia w wielu ekosystemach prowadzi dr Piotr Bartmiński z Uniwersytetu Marii Curie Skłodowskiej w Lublinie.

Precyzyjne wyznaczanie początku i końca sezonu wegetacyjnego

W lutym br. naukowiec otrzymał na swoje prace trzyletni grant Narodowego Centrum Nauki, wsparcie wynosi około 500 tys. złotych. Grupa pod jego kierownictwem przez dwa pełne sezony będzie prowadzić na terenie Lubelszczyzny skomplikowane pomiary z powietrza przy pomocy drona wyposażonego w unikatową kamerę.

„Oko ludzkie widzi zakres RGB, czyli mieszaninę czerwonego, zielonego i niebieskiego (RGB- ang. red, green, blue). Ale całe spektrum promieniowania elektromagnetycznego składa się z wielu innych składowych. W obrębie światła widzialnego, nadfioletu i podczerwieni można wydzielić dużo węższe pasma promieniowania. Na podstawie odbicia światła od roślin i podłoża przy określonych długościach fali elektromagnetycznej oblicza się wskaźniki hiperspektralne, co pozwala na charakterystykę roślinności albo pokrywy glebowej” – tłumaczy w rozmowie z PAP dr Bartmiński.

Dr Bartmiński planuje monitorować roślinność w zbiorowiskach leśnych, łąkowych i na polach uprawnych. W połączeniu z badaniami gleb i zaawansowanymi pomiarami będzie można monitorować fazy rozwojowe roślinności.

Dlaczego taki monitoring jest ważny? Rośliny, dla których okres między początkiem a końcem rozwoju poszczególnych faz jest zbyt krótki, mogą zawierać mniej elementów żywieniowych. Niekiedy wręcz w owocach pojawiają się substancje szkodliwe dla organizmu ludzkiego.

„Od początku istnienia ludzkości człowiek był zainteresowany tym, kiedy roślinność wchodzi w fazę początku okresu wegetacyjnego i kiedy kończy się czas wzrastania roślin i następuje plonowanie. Zainteresowanie to miało na celu zapewnienie wyżywienia sobie i całej społeczności zamieszkującej dany teren” – przypomina adiunkt w Zakładzie Gleboznawstwa i Ochrony Gleb UMCS.

Doktor tłumaczy, że długość okresu wegetacyjnego była ściśle związana z roślinami, które można uprawiać w danym terenie w celu pozyskania z nich produktów spożywczych. Poprzez wieloletnie obserwacje ludzie nauczyli się uprawiać odpowiednie rośliny w najlepszych do tego celu pod względem przyrodniczym miejscach – np. na glebach o dużej zawartości związków organicznych, będących zasobem składników odżywczych dla rosnących roślin.

W dokonywaniu pomiarów naukowcom pomoże latający robot – heksakopter, dzięki któremu badania będzie można prowadzić przestrzennie w określonych porach dnia. „Jest to dron z sześcioma silnikami, wyposażony w kamerę hiperspektralną. Ta zminiaturyzowana kamera jest odpowiednikiem sprzętów, które latają na satelitach pomiarowych. Przygotowana do zawieszenia pod dronem, jest kosztownym i unikatowym sprzętem, którym dysponuje niewiele polskich ośrodków badawczych” – stwierdza rozmówca PAP.

Jak wyjaśnia wszystkie wskaźniki, które ustala jego grupa badawcza są obrazowane również przez satelitę. Jednak satelita daje bardzo słabą rozdzielczość – piksel wynosi co najmniej 30 na 30 metrów. Obraz z kamery drona ma piksel rzędu 3 cm na 3 cm dlatego badacze mogą wykonywać bardzo precyzyjne pomiary.

„Zaletą tego projektu jest przechodzenie z niskich rozdzielczości na wysokie. Czyli przechodzimy z bazowych danych satelitarnych, obejmujących duże powierzchnie, na dane rzędu jednego pola uprawnego, kawałka lasu. Co kilka dni dron oblatuje 12 powierzchni badawczych, miesięcznie musimy przejechać około 1000 km tylko po to, żeby dojechać na badane tereny” – relacjonuje dr Bartmiński.

Zachodzące na Ziemi zmiany klimatyczne mogą mieć wpływ na rozwój roślinności, a więc na produkcję żywności. Skrócenie okresu wegetacyjnego ma negatywny wpływ na plonowanie roślin spożywanych przez człowieka. Ale nie tylko. Wszystkie zwierzęta roślinożerne uzależnione są od odpowiedniego rozwoju roślin. Nawet niewielkie zmiany w długości okresu wegetacyjnego mogą wpłynąć na życie w wielu ekosystemach. Wcześniejsze pojawienie się wegetacji w jakimś rejonie może spowodować wzrost liczby osobników a w przyszłości na zwiększenie się populacji. Wzrost liczby osobników jakiegoś gatunku może mieć odzwierciedlenie w zmianach zachodzących w całym ekosystemie. Zaburzenie może spowodować rozregulowanie naturalnych procesów działających w tymże ekosystemie.

Dr Bartmiński przyznaje, że na podstawie danych zebranych jedynie we wschodniej Polsce trudno prognozować wskaźniki dotyczące sezonu wegetacyjnego w Europie czy na świecie. Badania lubelskiego zespołu pozwolą jednak uzyskać metodę, która pozwoli na bardzo precyzyjne wyznaczanie początku i końca sezonu wegetacyjnego. Dodatkowo jeszcze w małej skali będzie można wychwytywać tak cenne dla rolników informacje jak np. zawartość fosforu w glebie, która jest korzystna dla roślin.

„Dla użytkownika pola uprawnego istotna będzie informacja w skali 1 metr na 1 metr. Wtedy rolnik wie, że na danym kawałku pola czegoś w glebie brakuje, a w innym fragmencie pola wszystko jest w normie. Nasze dane hiperspektralne uzyskane przez drona pozwolą na to, żeby w mikroskali jednego pola uprawnego wychwytywać przestrzenną zmienność pokrywy glebowej. Parametry chemiczne gleby nie zmieniają się szybko, ale już parametry fizyczne, jak zasobność w wodę czy struktura gleby mogą szybko się zmieniać, m.in. w zależności od warunków atmosferycznych. Wiedza na ten temat jest podstawą rolnictwa precyzyjnego” – ocenia rozmówca PAP.

Sprzęt jaki wykorzystuje w swojej pracy dr Bartmiński ma ciekawe zastosowania nie tylko w rolnictwie leśnictwie i ochronie przyrody, ale również w archeologii. Dane hiperspektralne, czyli podział promieniowania elektromagnetycznego na wąskie pasma rzędu 1 nanometra pozwalają na wychwycenie różnic pomiędzy materiałem rodzimym w danym miejscu a artefaktami, czyli fragmentami przedmiotów, czy też narzędzi wytworzonych w przeszłości przez człowieka. Naukowcy próbują lokalizować aretfakty cenne dla archeologów w obrębie pojedynczego pola uprawnego. To dodatkowe efekty projektu.

Redakcja AgroNews, fot.Kamila Szałaj

Źródło: Nauka w Polsce PAP