Műholdadatok a fenntartható mezőgazdaság támogatására

Miként segítheti az űrtechnológia a mezőgazdaság átalakulását, illetve a fenntartható élelmiszer-termelés és környezet megteremtését?

Ahogy a Föld lakossága folyamatosan növekszik, úgy válik egyre nyomasztóbb problémává az élelmiszer-biztonság kérdése. A mezőgazdasági termelés növelése jelentős kihívást jelent, főképp, ha figyelembe vesszük az olyan tényezőkkel szembeni érzékenységét, mint az extrém időjárás, az erdőirtás, az erőforrások szűkössége és az urbanizáció, ami tovább csökkenti a rendelkezésre álló munkaerő mennyiségét.

Sajnálatos módon maga a mezőgazdaság is hozzájárul a problémákhoz, lévén az üvegház hatású gázok egyik fő – a teljes mennyiség 19-29 százalékáért felelős – kibocsátója. Ráadásul, mivel a világ legszegényebb népességének közel háromnegyede él vidéki, mezőgazdasági területeken, az amúgy is munkaerőhiánnyal küszködő iparág kénytelen megtapasztalni az emberek városi környezetbe tör­ténő elköltözését. Ez az a pont, ahol előtérbe kerül az intelligens mezőgazdaság szerepe, növelve a gazdaságok jövedelmezőségét, és csökkentve az erőforrások iránti igényt és a környezeti terhelést. Napjainkban a mezőgazdasági termelők talajérzékelőkkel, robotokkal és automatizálással bővítik gazdaságaikat, mindezt mesterséges intelligenciával és gépi tanulási rendszerekkel támogatva. Ezek az eszközök minden eddigit felülmúló betekintést nyújtanak, lehetővé téve a gazdák számára, hogy előre lássák a közelgő változásokat és proaktívan fel is készüljenek azokra.

(Forrás: kosssmosss/stock.adobe.com)

Az intelligens és regeneratív mezőgazdaság megértése

A termőföldek minőségének csökkenésével, a környezet helyreállításával és az élelmezésbiztonsággal kapcsolatos komoly kihívások kezelésére olyan kulcsfontosságú koncepciók születtek, mint az intelligens mezőgazdaság, a regeneratív mezőgazdaság és a visszavadítás. Az intelligens mezőgazdaság célja a gazdálkodási módszerek javítása, az erőforrás-hatékonyság növelése és a környezeti hatások minimalizálása olyan fejlett technológiáknak a termelésbe történő bevonásával, mint a műholdas képalkotás, az automatizáció vagy a vezeték nélküli talajérzékelők.
Nehéz lenne eltúlozni ezen megközelítések jelentőségét a társadalom számára, főleg, ha figyelembe vesszük, hogy az elmúlt negyven évben a termőföldek mintegy egyharmada veszett el erózió vagy talajszennyeződés miatt (1. ábra). Az ENSZ figyelmeztetést adott ki, hogy 2050-re várhatóan a Föld termőrétegének 90 százalékát fenyegetheti hasonló veszély.

1. ábra Szántóföld jelentősen károsodott termőréteggel (Forrás: meryll/stock.adobe.com)

Az intelligens mezőgazdaság bevezetése azonban jelentős kihívásokkal jár. Ilyenek például a mezőgazdasági termelés költségeinek növekedése, az erőforrások korlátozott elérhetősége és a széles körű társadalmi, gazdasági és szabályozási változások szükségessége.

Az űrtechnológia szerepe a mezőgazdaságban

A gazdaságok forradalmi átalakulását segítő technológiák nem korlátozódnak közvetlenül a termelés helyszínére. Ellenkezőleg, a legnagyobb hatású fejlesztések némelyike kilométerekkel távolabbról nyújt segítséget. Ilyen például az Európai Űrügynökség (European Space Agency’s – ESA) egyes geofizikai jellemzőket megfigyelő „Talajnedvesség és Óceánok Sókoncentrációja” (Soil Moisture and Ocean Salinity – SMOS) küldetésének műholdja, amely mintegy 760 kilométerrel a Föld felett kering.
A műholdfelvételek a modern mezőgazdaság egyik sarokkövét jelentik, jelentős rálátást biztosítva a mezőgazdasági területekre. Ezzel a technológiával lehetővé válik, hogy a gazdálkodók figyelemmel kísérjék a termőföld használatát, azonosítsák a degradációnak kitett területeket, és példa nélküli pontossággal értékelhessék ki a termés állapotát. Mi több, a műholdas adatokon alapuló klímafigyelés megkönnyíti az aszályokhoz, árvizekhez és szélsőséges időjárási eseményekhez hasonló környezeti stresszfaktorok korai felismerését, ezáltal lehetővé téve a gazdálkodók számára, hogy időben megkezdjék a védekezést, és a változó körülményekhez igazítsák a termelési gyakorlatot, hogy ezáltal biztosítsák az erőforrások hatékony felhasználását.
Az ESA a műholdas adatok rendelkezésre bocsátásában történő részvételével jelentősen hozzájárul az intelligens és regeneratív mezőgazdaság fejlődéséhez. Az ESA heti, sőt akár napi rendszerességgel gyűjt képeket a világ minden tájáról, amelyek hihetetlen betekintést nyújtanak. Ezeket a képeket egymás mellett vizsgálva nyomon követhetők az egyes földterületek változásai az idő előrehaladtával, bepillantást nyújtva az éghajlati változások, a lezajlott szélsőséges időjárási események és az ember okozta katasztrófák következményeibe.
Régebben az ESA adattömegéhez hasonló kiterjedtségű adatmennyiség feldolgozása összetett és költséges folyamat volt, ami csak korlátozottan tette lehetővé a mezőgazdasági célú felhasználást. A megnövelt számítási kapacitásoknak, a nagy méretű adatmodelleknek és a mesterséges intelligenciának köszönhetően azonban napjainkra lehetővé vált ezen adatok felhasználása és kiaknázása a mezőgazdasági termelési technikák szélesebb spektrumának javításában.

Az ESA SMOS-küldetése

Az SMOS-küldetés 2009-ben indult útnak abból a célból, hogy világszerte adatokat gyűjtsön a talaj nedvességtartalmáról a szárazföldön és az óceánok sótartalmának szintjéről. Az SMOS létfontosságú szerepet játszik a földfelszín és a légkörben zajló cserefolyamatok megértésében. Emellett az időjárási és klímamodellek javítását is elősegíti a vízkörforgás kulcsfontosságú tényezőinek folyamatos feltérképezésével.
Az SMOS-műhold egyedi interferometrikus radiométere az L-sávú mikrohullámú tartományban működik. A felszíni sugárzás kibocsátásának rögzítésével a „fényesség hőmérsékletéről” készít felvételeket. Ezek a képek alkalmasak a talajnedvesség mértékének globális feltérképezésére, megközelítőleg 50 kilométeres térbeli felbontásban, 4%-os pontossággal. Az így nyert információk felhasználhatók a túlöntözött vagy elárasztott területek felderítésére, illetve figyelmeztethetik a gazdálkodókat aszály vagy vízhiány esetén.
Mostanában az intelligens mezőgazdasági modellezés egyéb területein is felhasználják az SMOS-ról származó adatokat. Az erdőtüzek egyre nagyobb jelentősége és növekvő súlyossága miatt az ESA és az Európai Középtávú Időjárás-előrejelző Központ együttműködik az SMOS-adatok és a kanadai tűzvédelmi időjárási indexadatok egyesítésében. A műholdas adatokat és a távérzékelőkből származó információkat kombinálva azonosítják a területeket, ahol magas az erdőtüzek kockázata. Ez egy 0 és 1 közötti értékű tűz­előfordulási indexet (Fire Occurrence Probability Index – FOPI) eredményez. A 0,8 feletti értékek rendkívül magas tűzveszélyt jeleznek, míg a 0 azt jelenti, hogy egyáltalán nincs veszély (2. ábra). Ez nem csupán a megelőző intézkedések végrehajtásában, de a tűz keletkezési okainak és viselkedésének megértésében is segít.

2. ábra A térképen a 2023. május 1. és június 11. közötti időszak 0,7 FOPI-t meghaladó értékei láthatók napi felbontásban (Forrás: ESA)

Az ESA együttműködései

A műholdfelvételek biztosítása mellett az ESA, külső szervezetekkel való együttműködésen keresztül egyre közvetlenebbül vesz részt az intelligens mezőgazdaságban. Az ENSZ Nemzetközi Mezőgazdasági Fejlesztési Alapja (International Fund for Agricultural Development – IFAD) és az ESA között 2010 óta áll fenn együttműködés, amely a Föld megfigyelésének a mezőgazdasági alkalmazásokra gyakorolt hatásairól számol be. Az együttműködés olyan eredményeket hozott, mint a madagaszkári termőrétegtérképek elkészítése, továbbá a kirgizisztáni legelők egészségének megfigyelése, az erózió feltérképezése Lesothóban, valamint Tádzsikisztánban a változó időjárási rendszerek hatásaira leginkább érzékeny területek azonosítása.
Az ESA távérzékelésben szerzett tapasztalatai és a program által rendelkezésre bocsátott adatok segítik az IFAD mezőgazdasági programjait a földrajzi célcsoportok megtervezésétől és finomításától a természeti erőforrások (legelők, erdők, víz és talaj) megfigyeléséig, amelyek mind-mind létfontosságúak a kisbirtokos gazdálkodók megélhetése szempontjából. Az ESA és az ENSZ aktívan bővíti az együttműködést, új területekre is kiterjeszti azt. Ilyen területek például az állatállomány vándorlási útvonalainak kiértékelése, az erdősítésre irányuló erőfeszítések és az IFAD legújabb agroökológiai programjának támogatása.

Kopernikusz-program és jövőbeni fejlesztések

A környezetgazdálkodás szempontjából létfontosságú a pontos, aktuális és könnyen hozzáférhető adatok rendelkezésre állása. Mindez segít megérteni az éghajlati változások gazdálkodásra és társadalomra gyakorolt hatásait, lehetővé téve az ezekhez kapcsolódó intézkedések hatékonyabb irányítását. Az Európai Unió ambiciózus Kopernikusz-programja még az SMOS-programon is túlmutat. Ez a program a műholdas és talajszinten gyűjtött mérési adatok kombinációját és fejlett technológiát használva teszi lehetővé a földi környezet különböző részeinek hatékony megfigyelését és a felmerülő intézkedések irányítását.
A program kulcsfontosságú elemei közé tartozik az ESA által kifejlesztett, és a Föld megfigyelésével kapcsolatos műveletek gerincét alkotó Sentinel műholdcsalád (3. ábra).

3. ábra Az ESA által fejlesztett jelenlegi és jövőbeni Föld-megfigyelési küldetések (Forrás: ESA)

Ezek a műholdak létfontosságú szerepet játszanak a földi környezet különböző aspektusainak (mint a földhasználat, a növényzet állapota, a talajnedvesség, a hőmérséklet és az időjárási minták) megfigyelésében. Az átfogó megfigyelésnek köszönhetően a program értékes adatokat szolgáltat, amelyek felhasználhatók az intelligens mezőgazdaság műveleteihez.
A Sentinel műholdak által biztosított adatok segítségével a termelők nyomon követhetik a földhasználat változásait, például a termények növekedését vagy a talajtakaró és a vegetáció egészségi állapotát. Ezen túlmenően az adatok olyan kifinomult elemzéseket tesznek lehetővé, amelyek segítik a termények stressz- vagy betegségkitettségének korai felismerését, az öntözési és tápanyagellátási technikák optimalizálását, illetve a terméshozam maximalizálását célzó, megalapozott döntések meghozatalát. Továbbá, talajszinti érzékelők adataival kombinálva a gazdálkodók valós idejű betekintést nyerhetnek a talajnedvesség szintjébe és a mezőgazdasági területek hőmérsékletébe.
A program a légköri viszonyokkal, hőmérsékleti mintákkal és csapadékmennyiséggel kapcsolatos adatgyűjtés révén jelentős szerepet játszik az időjárás-előrejelzésben és az éghajlati változások megfigyelésében. Szintén segítséget nyújt az állatállomány nyomon követésében, és az olyan károkozó fajok meg­figyelésében, mint a vakondok vagy a borzok. A gazdálkodók ezáltal hatékonyabban tervezhetik meg tevékenységeiket és csökkenthetik a terméskárt.
A műholdadatok precíziós mezőgazdasági technológiákkal (mint például a GPS/GNSS modulokat használó irányított traktorokkal vagy a drónokkal) történő integrálása lehetővé teszi a termelők számára a víz, a műtrágya vagy a növényvédő szerek precíziós alkalmazását. Az intelligens optimalizálási stratégiák a hatékonyság maximalizálása mellett segítenek a lehető legkisebb szintre szorítani a pazarlást, a kockázatokat és a környezeti hatásokat.

Jövőbeli fejlesztések

A Kopernikusz-programból származó adatok már most jelentős mértékben segítik a fejlett mezőgazdasági és környezeti modellezést, miközben még fejlettebb kezdeményezések látnak sorra napvilágot. A földi, tenger alatti és az ESA technológia integrálásával az European Digital Twin of the Ocean (European DTO) szervezet óceánjaink működő, digitális ikreinek fejlesztésén dolgozik. Ez a modell segítheti a szakembereket annak megismerésében, hogy a fenntarthatóságra, illetve a tengerek biodiverzitásának és ökoszisztémájának védelmére összpontosítva miként állíthatjuk helyre Európa tengereit és óceánjait.
Az egyre növekvő adatmennyiség és a számítási kapacitás egymásra találva segíti a Föld figyelemre méltóan precíz digitális másolatának fejlesztését. Ezen a modellen keresztül hatékonyan kezelhetjük a környezeti és mezőgazdasági problémákat.

Összefoglalás

A Kopernikusz-programhoz hasonló műholdak megfigyelési képességeik révén értékes betekintést és hasznos eszközöket kínálnak az intelligens mezőgazdaság számára. Az adatvezérelt döntéshozatal, a hatékony erőforrás-menedzsment és a környezet változásaihoz való alkalmazkodás révén a gazdálkodók hatékonyan és fenntartható módon végezhetik mezőgazdasági tevékenységüket. Ez nem csupán a környezet és a társadalom számára jár előnyökkel, de lehetővé teszi a kormányok és egyéb szervezetek számára az olyan szélesebb körű kezdeményezések támogatását, mint a regeneratív mezőgazdaság vagy az erdőtüzek megelőzése.
Habár az űrtechnológia környezetünkre gyakorolt hatása első pillantásra nem feltétlenül nyilvánvaló, az ESA tevékenysége már most is jelentős hatást gyakorol világunkra, és ez a jövőben csak erősödni fog. Az űrtechnológia szerepe, az új technológiák, mint például a talajérzékelők, a mezőgazdasági automatizálás feltűnésével, illetve az olyan fejlett adatfeldolgozó eszközökkel, mint a mesterséges intelligencia és a kifinomult modellek megalkotása, egyre jelentősebbé válik a válságok elkerülésében, a termőföldek regenerálásában és az élelmiszer-ellátás növelésében.

Minden, az ESA Föld-megfigyelési programjából származó, nyilvános adat elérhető online: https://earth.esa.int/eogateway/catalog

Szerző: Mark Patrick – a Mouser Electronics EMEA-területének műszaki tartalmakért felelős igazgatója

Mouser Electronics
Hivatalos forgalmazó
www.mouser.com
Kövessen bennünket az X-en:
https://x.com/MouserElecEU