- Idzie potężna susza, Europę dotknie szczególnie – ostrzegają meteorolodzy
- Polskie zasoby wodne są jednymi z najuboższych na kontynencie
- Czy w walce z klęską można liczyć na cyfrowe technologie?
W 2018 roku w niektórych krajach Europy Północnej i Środkowej susza i fale upałów zmniejszyły zbiory o połowę. Wiele wskazuje na to, po koronawirusie czeka nas kolejna wielka plaga.
Najgorzej od 100 lat
W systemie informatycznym obsługującym wnioski o przyznanie pomocy dla rolników w związku z ubiegłoroczną suszą zarejestrowano ponad 350 tysięcy podań na kwotę ok. 2,3 mld zł. Tymczasem meteorolodzy prognozują, że tegoroczna susza będzie jeszcze gorsza – być może nawet najgorsza od 100 lat. Według Instytutu Meteorologii i Gospodarki Wodnej (IMGW) przełom 2019 i 2020 roku był najcieplejszym przełomem w historii prowadzenia pomiarów hydrologicznych w Polsce. W wielu miejscach w ogóle nie było śniegu, który jest przecież nieodzowny do nawodnienia gleby. Według „Monitoringu suszy”, prowadzonego przez IMGW, w niektórych miejscach w Polsce wilgotność warstwy gleby o grubości 7-38 cm zbliża się do 20 procent. To oznacza znacznie mniejsze plony.
Sucho jak na Malcie
Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa szacuje, że aby wyżywić świat, do 2050 roku będzie trzeba zwiększyć produkcję roślin o połowę. Czeka nas wielkie oszczędzanie wody, a nawet wyłapywanie każdej jej kropli – do czego zresztą w swym spocie zachęca już Państwowe Gospodarstwo „Wody Polskie”.
Adres filmu na Youtube: https://www.youtube.com/watch?v=7uNhLdnX370
Przez ostatnie 40 lat Polsce dokucza permanentna susza rolnicza, a od kilkunastu lat obniża się poziom wód gruntowych. Co gorsza, Polska od dawna jest jednym z najuboższych w wodę państw Europy. Średnio w ciągu roku spadają u nas 194 mld m sześc. deszczu, gdy na przykład w Hiszpanii deszczówki jest dwa razy więcej. W przeliczeniu na mieszkańca dysponujemy czwartymi od końca zasobami wody pitnej w UE. Gorzej jest tylko w Czechach, na Malcie i Cyprze.
_V3.png){kind=link}
Big Brother dla roślin
To wielkie wyzwanie dla nauki, także polskiej – i również tej związanej z technologiami cyfrowymi. Łącząc wiedzę z zakresu sztucznej inteligencji, sieci neuronowych, uczenia maszynowego oraz fizjologii i biologii roślin, prof. Mohamed Hazem Kalaji z Katedry Fizjologii Roślin Wydziału Rolnictwa i Biologii SGGW wraz ze współpracownikami z sektora prywatnego stworzył więc innowacyjny system monitorowania roślin. Dzięki niemu można zawczasu ograniczać negatywne następstwa suszy.
System, który pozwoliłby nieinwazyjnie badać stan roślin i wykrywać niepokojące zmiany, naukowcy próbowali stworzyć już od lat 90. Badania polegają w tym przypadku na wykonaniu pomiaru sygnału fluorescencji chlorofilu, czyli sygnału wysyłanego przez enzym znajdujący się w chloroplastach. Jest on bardzo czuły, a zmiana jego wartości dowodzi, że roślina jest poddawana działaniu czynnika stresowego. Może być nim dźwięk, dotyk, wzrost temperatury, zasolenie, susza albo szkodniki. Na świecie technologia ta wykorzystywana jest tylko przez NASA, które monitoruje globalną produkcję roślin na lądach i w oceanach.
Maszt zamiast satelity
Opracowane przez polskich naukowców urządzenie o nazwie fluorymetr to w zasadzie zmodyfikowana kamera przemysłowa. Ma dwoje „oczu”: jedno obserwuje rośliny, a drugie za pomocą wiązki laserowej mierzy sygnał fluorescencji chlorofilu i przez internet wysyła wynik do komputera lub aplikacji mobilnej w smartfonie. System pozwala w czasie rzeczywistym monitorować stan roślin. Można go wykorzystać w szklarniach, w lasach i na polach uprawnych. Wiązka laserowa umożliwia pomiary na odległość do 300 km – wystarczy umieścić kamerę na odpowiednio wysokim maszcie. W zależności od rodzaju czynnika stresu fluorymetr sygnalizuje zagrożenia na 2, a nawet 3 tygodnie przed tym, nim jego skutki zaczną być widoczne gołym okiem. Pomiar fluorescencji chlorofilu, trwający sekundę, informuje o kilkudziesięciu parametrach. Naukowcy uczą oprogramowanie interpretować konkretne sygnały tak, by od razu odczytywało informację.
Przełom 2019 i 2020 roku był najcieplejszym przełomem w historii prowadzenia pomiarów hydrologicznych w Polsce
– Mój system byłby bardzo pomocny rolnikom w warunkach zbliżającej się suszy – zapewnia nas prof. Kalaji. – Jest już w pełni funkcjonalny.
Duńczycy przeciw laniu wody
System, który pomoże rolnikom na całym świecie ograniczyć ilość wody potrzebnej do podlewania upraw, opracowała duńska firma DHI GRAS. Rozwiązanie oparte na sztucznej inteligencji pomaga oszacować, ile wody oddają rośliny podczas odparowywania. Algorytm SI przetwarza te dane, a następnie – zderzając je z warunkami pogodowymi – opracowuje schematy dotyczące konkretnej ilości wody, która będzie potrzebna do nawodnienia pól. DHI GRAS wspierają zarówno Microsoft, jak i National Geographic. Naukowcy mogą przeprowadzać badania dzięki uczestnictwu w programie AI for Earth.
Rozwiązanie DHI GRAS jest testowane na obszarze ok. 2 tysięcy hektarów użytków rolnych w Ugandzie, a firma bezpłatnie udostępni je każdemu, kto zechce je przetestować u siebie.
Hiszpanie: dane i predykcja
W południowo-wschodniej Hiszpanii działa z kolei Cetaqua. To pionierski model współpracy między administracją, uniwersytetem i firmą. Cetaqua Barcelona została założona jako Centrum Technologii Wodnych w 2007 roku przez Wodociągi Barcelony, Wyższą Radę Badań Naukowych (CSIC) i Politechnikę w Barcelonie (UPC).
To organizacja zajmująca się analizą danych, także uczestnicząca w programie AI for Earth. Integruje narzędzia do uczenia maszynowego Microsoft Azure z analizami danych geoprzestrzennych i technikami widzenia maszynowego. Za pomocą tych narzędzi zespół opracowuje modele predykcyjne dotyczące zapotrzebowania na wodę dla rolnictwa w regionie. Zrealizowała już 70 projektów z publicznym finansowaniem, dotyczących m.in. uzdatniania wody pitnej czy uzupełniania warstw wodonośnych.
Argentyna, czyli indeks suszy
Argentyńska firma S4 Agtech jest natomiast pionierem w opracowywaniu indeksu skutków suszy. Sam indeks powstał na podstawie pomiarów dokonanych przez satelity NASA. Te pomiary zostały przeanalizowane przy wykorzystaniu uczenia maszynowego, co pozwala na ocenę ryzyka dla wielu zdarzeń mogących wystąpić tam, gdzie uprawia się rośliny.
Dzięki chmurze Microsoft S4 Agtech udostępnia rolnikom cenne informacje, które zachęcają ich do upraw we właściwych miejscach. Ryzyko jest mniejsze, a wykorzystanie zrównoważonych zasobów większe. Inteligentna platforma chmurowa zarządza petabajtami danych.
Słowacy stawiają na drony
Rozwiązanie słowackiego start-upu Rain for Climate też jest unikalne. Polega na gromadzeniu danych na temat terytoriów za pomocą dronów. Dane te mogą być wykorzystane do stworzenia spersonalizowanego, uwzględniającego potrzeby konkretnego rolnika raportu – i podsunięcia mu najlepszych rozwiązań technicznych z katalogu zawierającego ponad 5 tysięcy pozycji.
Aby wyżywić świat, do 2050 roku będzie trzeba zwiększyć produkcję roślin o połowę. Czeka nas wielkie oszczędzanie wody, a nawet wyłapywanie każdej jej kropli
Michal Kravčík, założyciel Rain for Climate, pracował nad swym modelem przez ponad trzy dekady. Zgromadził wokół siebie naukowców, ekologów, hydrologów, przedsiębiorców i agencje rządowe. Wszyscy oni chcą stworzyć plan przywrócenia stabilności klimatu nie tylko w regionie, ale docelowo na całym świecie.
Polska: susza z satelity
Polski rząd przygotowuje się m.in. do zmiany sposobu ewidencjonowania suszy. Ministerstwo Rolnictwa i Rozwoju Wsi zamierza uruchomić tzw. teledetekcję satelitarną i nauczyć sztuczną inteligencję odczytywać wykonane przez satelity zdjęcia. System ma też wykorzystywać dane radarowe z Instytutu Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach (IUNG).
Na prośbę Krajowej Rady Izb Rolniczych minister rolnictwa Jan Krzysztof Ardanowski przygotował pod koniec marca informację w sprawie satelitarnego systemu monitoringu suszy. Wynika z niej, że – aby wdrożyć teledetekcję w tzw. Systemie Monitoringu Suszy Rolniczej (SMSR) – puławski instytut nawiązał współpracę z Poznańskim Centrum Superkomputerowo-Sieciowym. Dzięki temu można sprawnie gromadzić i przetwarzać dane satelitarne.
Ardanowski stwierdził, że od tego roku instytut w Puławach będzie inaczej niż do tej pory analizował dane meteorologiczne.
– Dotychczasowe mapy opadów, które były interpolowane na podstawie danych pochodzących z sieci stacji meteorologicznych, będą uzupełniane mapami opadów bazującymi na danych z radarów naziemnych sieci POLRAD. Mapy opadów będą kartowane opracowanym autorsko w IUNG algorytmem – wyjaśnia.
Pełną sprawność system ma uzyskać w 2022 roku.
Zużycie wody
• wyprodukowanie 1 m sześc. drewna – 1600 m sześc.
• wyprodukowanie tony zboża – 900 m sześc.
• wyprodukowanie 100 litrów biopaliwa – 20 000 m sześc.
• wyprodukowanie żywności na rok dla jednej osoby (przy
dziennej diecie 3000 kcal) – 1300 m sześc.
• roczne zużycie przez jedną osobę (na potrzeby komunalne)
– 70 m sześc.
Polskie susze
W przeszłości susze nawiedzały nasz region dosyć często. Pierwszą odnotowaną w księgach była ta z 1121 roku – nie padało już od marca, powysychały świeżo wysiane zboża oraz oziminy. Nastąpiła wielka klęska nieurodzaju, ceny żywności na ziemiach polskich i w państwach ościennych wzrosły horrendalnie. Wyjątkowo suchy był także rok 1310, a potem 1387. O roku 1473 Jan Długosz donosił, że Wisła była płytka nie tylko pod Krakowem, Sandomierzem i Płockiem, ale i pod Toruniem. Lasy, krzaki i zarośla płonęły „ogniem niepowstrzymanym”. Wielka susza nawiedziła tereny Polski również na początku XVIII wieku i trwała aż do 1718 roku. Z kolei w lipcu 1921 roku do Polski dotarła fala upałów sięgających 40 stopni Celsjusza.