Satelitarny podgląd pola

Obserwacja Ziemi z kosmosu trwa nieprzerwanie od kilkudziesięciu lat, jednak dopiero w ostatnim czasie technologia satelitarna stała się na tyle popularna, aby trafić do gospodarstw rolnych w Polsce.

Dzięki zdjęciom w świetnej rozdzielczości możliwa jest nie tylko profesjonalna ocena stanu upraw, ale także intensywności ich wegetacji i wskazanie miejsc w obrębie pól, gdzie rośliny rozwijają się gorzej i potrzebne jest pilne wsparcie.

Wszystko dobrze widać

Od czego wszystko się zaczęło? Pierwsze zdjęcia satelitarne zostały zrobione w 1959 r. z satelity Explorer 6. Trzynaście lat wcześniej, bo w roku 1946 zostały wykonane zdjęcia Ziemi z odległości suborbitalnej (ok. 100 km od powierzchni naszej planety). Dużym przełomem było rozpoczęcie programu Landsat przez NASA, w roku 1972, kiedy to został umieszczony na orbicie w odległości ok. 900 km od powierzchni Ziemi pierwszy satelita z tej serii – Landsat 1. Z upływem czasu pojawiały się kolejne satelity dostarczające zdjęcia powierzchni naszej planety. Aktualnie najnowszym urządzeniem Landsata jest model Landsat 8 znajdujący się na orbicie od 2013

Prawdziwy rozkwit technologii nastąpił jednak dopiero kilka lat temu, gdy upowszechniło się wykorzystanie zdjęć satelitarnych na cele rolnicze, między innymi ze względu na coraz większą dostępność fotografii, jak również łatwiejsze ich przetwarzanie. Jednym z kroków milowych w zakresie zdjęć satelitarnych dla rolnictwa było umieszczenie na orbicie, w odległości ok. 800 km od Ziemi, dwóch satelitów z serii Sentinel-2 (pierwszy w 2015 r. a drugi w 2017 r.). Satelity te należą do Europejskiej Agencji Kosmicznej i dostarczają zdjęcia dla każdej części świata przeciętnie co 2-5 dni (w zależności od miejsca). Pozwala to zatem na wykorzystanie fotografii z kosmosu na potrzeby oceny stanu upraw, intensywności ich wegetacji oraz wskazania miejsc w obrębie pól, gdzie rośliny rozwijają się lepiej lub gorzej. Zdjęcia mają rozdzielczość 10 metrów, co oznacza, że najmniejszy fragment zdjęcia jest kwadratem o boku 10×10 metrów.Na powierzchni 1 ha mamy 100 takich kwadratów (pikseli). Możemy zatem ocenić ogólny stan roślin, nie jest jednak możliwa dokładna ocena, zwłaszcza jeśli uprawa nie tworzy zwartego łanu. Mimo tych wad, zdjęcia są wartościowym źródłem informacji o uprawach, gdyż pozwalają na ocenę zmian wegetacji w obrębie pola oraz ocenę zmian zachodzących w czasie sezonu wegetacyjnego.

Foto jak z aparatu

Zdjęcia satelitarne rejestrowane przez satelity Sentinel-2 są zdjęciami w zakresie światła widzialnego, czyli tak jak to rejestrują zwykłe aparaty fotograficzne, oraz dodatkowo jest rejestrowany obraz w zakresie bliskiej podczerwieni. Tak więc możemy zobaczyć uprawy w podobnej formie jak na zwykłych zdjęciach. Ponadto możemy przygotować mapy wskaźników wegetacyjnych, które informują nas dość dobrze o stanie roślin. Jednym z takich wskaźników, który jest najpowszechniej wykorzystywany do oceny stanu wegetacji, jest NDVI, czyli znormalizowany różnicowy wskaźnik wegetacji (Normalized Difference Vegetation Index). Wskaźnik NDVI przyjmuje wartości z zakresu od -1 do 1. Czym bliższa wartość NDVI wartości 1, tym bardziej intensywna wegetacja, czyli większa biomasa roślin na jednostce powierzchni. W warunkach Polski maksymalne wartości NDVI dla upraw rolniczych wynoszą około 0,9. Taka wartość świadczy o bardzo dużej biomasie na jednostce powierzchni. W przypadku odkrytej gleby, pozbawionej roślin wartość NDVI wynosi ok. 0,2, a wraz z zwiększaniem pokrycia roślinnością wartość ta zwiększa się. Należy pamiętać, że niezależnie czy na polu znajdują się rośliny uprawne, czy chwasty, czy też rośliny uprawne z zachwaszczeniem, to wartość NDVI będzie się zwiększała wraz z zwiększaniem ilości biomasy, niezależnie czy jest to biomasa rośliny uprawnej, czy chwastów. Dlatego też wysoka wartość NDVI nie jest informacją, która we wszystkich przypadkach oznacza dobry stan uprawy, gdyż może oznaczać też bardzo duże zachwaszczenie. Jest to jeden z powodów wskazujący na konieczność monitorowania stanu roślin bezpośrednio na polu. Zdjęcia satelitarne są zatem uzupełnieniem bezpośredniego monitorowania stanu upraw, ale nie zastępują tego.

Wszystko można sprawdzić

Sama możliwość oceny stanu upraw z poziomu satelitarnego (zwykle z odległości ok. 400-800 km) jest niewątpliwie cenną informacją dla przedsiębiorców rolnych. Zwłaszcza w przypadku większych areałów, gdzie trudna jest ocena stanu roślin na całej powierzchni i ograniczamy się do oceny bezpośredniej wybranych obszarów pól. Zdjęcia satelitarne pozwalają na ocenę zmienności stanu roślin, wskazanie obszarów pola z intensywniejszą wegetacją oraz takich, gdzie rośliny rosną słabiej. Ponadto dzięki temu, że mamy dostęp do zdjęć satelitarnych z wcześniejszych lat, to możemy porównać również jak wyglądały uprawy w poprzednich latach.

Pewnym problemem wykorzystania zdjęć satelitarnych na potrzeby rolnicze jest to, że „surowe”, nieprzetworzone zdjęcia satelitarne wymagają ściągnięcia z internetu dużych plików oraz specjalnego oprogramowania, żebyśmy mogli te zdjęcia zobaczyć oraz na przykład wygenerować na ich podstawie mapki ze wskaźnikiem NDVI określającym stan roślin. Istnieją jednak dedykowane serwisy internetowe, które wspomagają ten proces, to znaczy automatycznie ściągają zdjęcia satelitarne dla danego obszaru (pola uprawnego lub pól uprawnych) oraz generują mapki z wskaźnikami wegetacyjnymi, najczęściej NDVI. Pozwala to na korzystanie ze zdjęć satelitarnych w bardziej przyjazny sposób, który jest dostępny praktycznie dla każdego i nie wymaga żadnych specjalistycznych umiejętności dotyczących przetwarzania takich fotografii. 

Tego typu serwisów działa kilkanaście i cały czas przybywają nowe. Najpopularniejsze z nich to: Atfarm https://www.at.farm, CropSAT https://cropsat.com, Crop View – 365FarmNet https://www.365farmnet.com, FertiSat https://fertisat.com, OneSoil https://onesoil.ai oraz SatAgro https://satagro.pl.

Część z tych serwisów oferuje bezpłatne usługi, a inne wymagają ponoszenia pewnych opłat (za jednostkę powierzchni lub w formie stałego abonamentu). Wiele z tych narzędzi występuje w wersji działającej nie tylko przez przeglądarkę internetową, ale również w wersji na urządzenia mobilne, np. jako aplikacja w smartfonie.

Strategia wyrównawcza

Podstawowym celem pracy wymienionych serwisów jest dostarczenie map przedstawiających wskaźnik NDVI dla pól uprawnych. Ponadto jedną z funkcjonalności jest optymalizacja nawożenia. Najczęściej dotyczy to nawożenia azotowego w uprawie zbóż, kiedy to stosujemy pogłówne nawożenie azotem. Idea tych serwisów jest zazwyczaj taka, że dawka nawożenia pogłównego azotem powinna być większa dla obszarów pola, gdzie intensywność wegetacji jest mniejsza, rośliny są słabsze i powinny zostać wzmocnione wyższym nawożeniem. Jest to tak zwana strategia wyrównawcza, czyli dążenie do wyrównania łanu w obrębie całego pola poprzez zwiększanie dawek nawożenia azotowego na obszarach pola ze słabszym wzrostem roślin a jednocześnie ograniczenie nawożenia tam, gdzie rośliny są bardzo silnie rozwinięte. 

Czy taka strategia jest dobra? Nie ma tu jednoznacznej odpowiedzi, gdyż nie zawsze azot jest głównym czynnikiem limitującym wzrost roślin. Często występują inne czynniki ograniczające ten wzrost i zmiana dawek nawożenia (ich zwiększenie lub zmniejszenie) nie jest wskazane. Ponadto w późniejszych fazach rozwojowych, zwłaszcza w warunkach niedoboru wody, może być zalecana strategia odwrotna, tj. zalecenie zwiększenia nawożenia tam, gdzie rośliny są silniejsze. Wynika to z tego, że słabe rośliny na fragmentach pola z słabszą, bardziej piaszczystą glebą nie są w stanie wykorzystać wysokich dawek nawożenia azotowego. Trudno jednak wskazać jeden uniwersalny sposób postępowania przy dostosowywaniu dawki nawożenia azotem przy wykorzystaniu zdjęć satelitarnych. 

Powinno to uwzględniać konkretne warunki glebowe oraz pogodowe w danym sezonie, być wspomagane przez bezpośrednie monitorowanie roślin na polu, żeby jednoznacznie określić, że nawożenie azotowe jest (lub nie jest) głównym czynnikiem limitującym wzrost roślin. Doświadczenie rolnika jest zatem kluczowe do ewentualnego zróżnicowania dawek nawożenia w obrębie pola. Jeśli się zdecydujemy na wykorzystanie serwisów wspomagających optymalizację nawożenia na podstawie zdjęć satelitarnych, to wskazane jest wykorzystanie rozsiewaczy nawozów i komputerów sterujących automatycznie dawką nawożenia na podstawie przygotowanych map zaleceń. 

Cały tekst można przeczytać w wydaniu 06/21 miesięcznika „Przedsiębiorca Rolny” 

Tekst dr hab. Dariusz Gozdowski
SGGW w Warszawie

fot. Krzysztof Zacharuk