„Zastosowanie zobrazowań hiperspektralnych do paramteryzacji sezonu wegetacyjnego
w kontekście właściwości pokrywy glebowej”
Nr projektu: 2016/21/D/ST10/01947
Projekt realizowany w latach 2017-2022 przez zespół naukowy pod kierunkiem dr. Piotra Bartmińskiego
Okres wegetacyjny w Polsce jest najczęściej charakteryzowany jako czas, kiedy średnia dobowa temperatura powietrza wynosi powyżej +5°C. Na początku okresu wegetacyjnego notowany jest wzrost roślin. Zakończenie okresu wegetacyjnego pod względem klimatycznym charakteryzuje się spadkiem średniej dobowej temperatury poniżej +5°C. W świecie roślin możemy zaobserwować pojawy które w mniejszym lub większym stopniu odpowiadają datom przejścia wiosennego i jesiennego, czyli budzenia się roślin i przejścia w stan spoczynku zimowego.
Długość trwania okresu wegetacyjnego znacząco wpływa na plonowanie i dojrzewanie roślin naturalnie rosnących w Polsce. W wielu modelach prognozujących plony i określających termin sadzenia lub siania określonych roślin uprawnych wykorzystywane są informacje o początku, długości trwania i końcu okresu wegetacyjnego. Dokładnie poznanie dat rozpoczęcia i zakończenia okresu wegetacyjnego jest niezmiernie ważne i trudne zarazem. Prowadzone dotychczas badania wykazały, że istnieje różnica pomiędzy zazielenieniem się roślin, związanym ze wzrostem zawartości chlorofilu, a datą początku okresu wegetacyjnego określaną na podstawie średniej temperatury powietrza. W skrajnych przypadkach związanych z powierzchniami łąkowymi ta różnica może dochodzić do miesiąca. Podobnie sytuacja wygląda z zakończeniem sezonu wegetacyjnego. Najważniejszym czynnikiem jaki wpływa na zazielenienie się roślin jest temperatura powietrza. Inne elementy wpływające na fazy rozwojowe roślin to zaleganie pokrywy śnieżnej i ilość promieniowania docierającego do Ziemi od Słońca. Dokładne poznanie mechanizmów które przyspieszają bądź opóźniają sezon wegetacyjny może pozytywnie wpłynąć na odpowiedni dobór gatunkowy dla określonego terenu w celu zmaksymalizowania plonów.
W projekcie określono możliwości precyzyjnego pozyskiwania danych o wegetacji roślin zarówno z pomiarów punktowych jak też różnych danych teledetekcyjnych. Wybrane powierzchnie testowe, każda o powierzchni 25 hektarów, zlokalizowane były w obszarach rolnych (grunty orne oraz użytki zielone) oraz w lasach; pozwoliło to na możliwość ekstrapolacji danych na powierzchnie o podobnym charakterze pod względem użytkowym. Na każdej z powierzchni podczas okresu wegetacyjnego co 2 tygodnie wykonywano pomiary punktowe i przestrzenne parametrów mogących zasadniczo wpływać na daty początku i końca okresu wegetacyjnego i na wegetację roślin. Do pomiarów wykorzystano najnowocześniejsze techniki badawcze – m.in. kamerę hiperspektralną umieszczoną na dronie orazspektroradiometr. Pomocniczo wykorzystano tradycyjne zdjęcia, wykonywane z powietrza oraz przez kamery automatycznie wykonujące zdjęcia kilkukrotnie w ciągu doby, a także wykonywano badania glebowe. Pozyskano również - w szerokim zakresie - dane satelitarne, z różnych satelitów, o zróżnicowanym charakterze. Równolegle, dla określenia zmian jakie zachodziły w wegetacji roślin w okresie 1950-2018 przeanalizowano wskaźniki zaobserwowane na stacjach IMGW.
Wyniki badań pozwalają na stwierdzenie, że okres wegetacyjny w Polsce ulega wydłużeniu, szczególnie daje się to zauważyć w przypadku tzw. pojawów wiosennych, które są obserwowane coraz wcześniej. Wyraźny trend ustalono na podstawie danych pozyskiwanych w ramach państwowej sieci badawczej od lat 50-tych ubiegłego wieku. Choć w danych istnieje znacząca wieloletnia luka, udało się je uzupełnić na podstawie opracowanego modelu statystycznego.
Przeprowadzone badania dały podstawę do określenia różnic, jakie występują w poszczególnych parametrach sezonu wegetacyjnego - początku sezonu, pełni sezonu oraz jego końca - w odniesieniu do sposobu użytkowania gruntu. Ustalono również, że w obrębie pojedynczego pola uprawnego czy też fragmentu łąki lub wydzielenia leśnego sezon wegetacyjny może kształtować się w zróżnicowany sposób, co związane jest z lokalną zmiennością warunków siedliskowych.
Wykorzystane dane satelitarne, w tym – w dużej mierze – dane powszechnie dostępne, stanowią wartościowy materiał, który może służyć do oceny stopnia rozwoju szaty roślinnej. W projekcie wypracowano metodykę pozwalającą na potwierdzenie wiarygodności poszczególnych wskaźników, wyznaczanych na ich podstawie. Ma to szczególne znaczenie z uwagi na możliwość automatyzacji całości procesu przygotowania i obróbki danych. Potwierdzono również, że w monitoringu środowiskowym możliwe jest zastosowanie prostych technik i łatwo dostępnych urządzeń, jak np. kamery autonomiczne.
Uzyskane w ramach projektu wyniki pozwalają na bardziej precyzyjne prognozowanie długości trwania, początku i końca okresu wegetacyjnego, z uwzględnieniem warunków siedliskowych i ukształtowania terenu.
