Η Τηλεπισκόπηση επιτρέπει την διαφοροποίηση μεταξύ βιολογικού και μη-βιολογικού βαμβακιού
Από RemoteSensing Wiki
Η Τηλεπισκόπηση επιτρέπει την διαφοροποίηση μεταξύ βιολογικού και μη-βιολογικού βαμβακιού για την πιστοποίηση βιολογικού βαμβακιού στην Δυτική Αφρική
1. Περίληψη
Τα βιολογικά προϊόντα πρέπει να ελέγχονται σύμφωνα με την νομοθεσία, σε επιτόπιο ετήσιο έλεγχο στα αγροτεμάχια. Μία μελέτη που έχει ήδη γίνει στην Γερμανία έχει δείξει ότι τα βιολογικά από τα μη βιολογικά σιτάρι και καλαμπόκι μπορούν να διαχωριστούν με τηλεπισκόπηση από τα μη βιολογικά. Αυτή η μέθοδος θα μπορέσει να βοηθήσει τα φορείς πιστοποίησης να εστιάσουν καλύτερα στα ευαίσθητα ρίσκου αγροτεμάχια. Αυτή η μελέτη εστιάζει ότι οι κύριες διαφορές των βιολογικών αγροτεμαχίων είναι οι διαφορετική εφαρμογή λίπανσης και ελέγχου των εχθρών, το οποίο οδηγεί σε βιοχημικές και βιοφυσικές διαφορές, μετρήσιμες τόσο στο χωράφι, όσο και τηλεπισκοπικά. Η μελέτη έγινε σε 100 αγροτεμάχια με βαμβάκι, 50 βιολογικά, 28 συμβατικά και 22 με γενετικά τροποποιημένο. Λήφθηκαν δύο δορυφορικές εικόνες από τον SPOT 5. Χρησιμοποιήθηκαν διαφορετικά μοντέλα ανάλυσης και τελικά με την χρήση μονοπαραγοντικών και πολυπαραγοντικών γραμμικών μοντέλων, υπήρξαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε περισσότερο από 86%. Αυτή είναι η πρώτη φορά που γίνεται αποτελεσματική διαφοροποίηση βιολογικής και μη καλλιέργειας σε αναπτυσσόμενη χώρα, κυρίως για βαμβάκι με καλά αποτελέσματα στην διαφοροποίηση.
2. Εισαγωγή
Το πείραμα έγινε στην Μπουρκίνα Φάσο, όπου το βιολογικό βαμβάκι καλλιεργείται από το 2004 και καλύπτει το 1% της εθνικά καλλιεργούμενης έκτασης βαμβακιού. Οι βιοχημικές και βιοφυσικές διαφορές του βιολογικού βαμβακιού, καθιστούν εφικτή την διάκρισή του με τηλεπισκοπικές μεθόδους, από δορυφορικές φωτογραφίες. Η χρήση της μεθόδου θα μπορέσει να βοηθήσει στον εντοπισμό αγροτεμαχίων που υψηλότερο ρίσκο να μην ακολουθούν τις απαιτήσεις των κανονισμών και να πραγματοποιηθούν ανάλογοι έλεγχοι από τους φορείς πιστοποίησης (εικόνα 1). Η μέθοδος εφαρμογής θα μπορούσε να λειτουργεί σε τέσσερα βήματα: 1) Εντοπισμός του αγροτεμαχίου και λήψη δεδομένων για τον έλεγχο 2) Ανάπτυξη μοντέλου διαχωρισμού από συγκριτικούς δείκτες που θα ληφθούν από τις δορυφορικές εικόνες 3) Χρήση του μοντέλου για να βελτιωθεί η βεβαιότητα για άλλα βιολογικά αγροτεμάχια, 4) Επιτόπιος έλεγχος στα περισσότερα αγροτεμάχια που θα θεωρηθούν ύποπτα
3. Μέθοδοι και Υλικά
Η μελέτη έγινε ανατολικά της πόλης Μπανφόρα στην Νοτιοδυτική Μπουρκίνα Φάσο, στην Δυτική Αφρική (εικόνα 2). Δίνονται σχετικές περιγραφές για το κλίμα της περιοχής. Αναλύεται η φαινολογία του βαμβακιού και συγκεκριμένα οι ημερομηνίες στην περιοχή. Συγκεκριμένα αναφέρεται ότι το βαμβάκι καλλιεργείται με χαμηλής έντασης μεθόδους και οι αγροτικές επιχειρήσεις γίνονται χειροκίνητα ή με την βοήθεια ζώων, και η συγκομιδή συλλέγεται πάντα με τα χέρια. Ημερομηνία σποράς είναι περίπου 20 Μαΐου εως 15 Ιουλίου, ανάλογα με την περίοδο των βροχοπτώσεων. Περιγράφεται η διαδικασία ανάπτυξης του φυτού και τέλος γίνεται αναφορά στην συγκομιδή, η οποία πραγματοποιείται περίπου Οκτώβρη και Νοέμβρη.
4. Συστήματα Παραγωγής
Το βιολογικό βαμβάκι καλλιεργείται σύμφωνα με την σχετική νομοθεσία, χωρίς συνθετικά λιπάσματα και φυτοπροστατευτικές εισροές. Το γενετικά τροποποιημένο αντιπροσωπεύεται κυρίως από πολλές ποικιλίες του Bt βαμβακιού. Το συμβατικό και γενετικά τροποποιημένο, δέχονται εφαρμογές από συνθετικά λιπάσματα και φυτοπροστατευτικά προϊόντα. Πρόσφατη μελέτη στην Μπουρκίνα Φάσο έδειξε ότι σε 100 παραγωγούς, υπάρχει μεγάλη διαφορά στην τελική παραγωγή προϊόντος, καθώς το συμβατικό βαμβάκι έχει μέση παραγωγή 1100kg/ha, ενώ τα βιολογικό 675 kg/ha. Επίσης οι ελάχιστες παραγωγές ήταν περίπου 39% χαμηλότερα, δηλαδή περίπου 314 kg/ha για τα βιολογικά και 391 kg/ha για τα συμβατικά. Αυτή η μελέτη έδειξε επίσης ότι τα βιολογικά χωράφια, εάν καλλιεργηθούν σωστά μπορεί να έχουν παραγωγή περισσότερο από 1000 kg/ha. Γενικά όμως, τα βιολογικά αγροτεμάχια ξεχωρίζουν και με γυμνό μάτι, αφού έχουν λιγότερη βιομάζα και μικρότερη παραγωγή. Μία άλλη μελέτη έχει δείξει ότι δύο με τρία χρόνια μετά την μετάβαση στην βιολογική μετατροπή, τα χωράφια παράγωγου σχεδόν την ίδια ποσότητα με τα συμβατικά, και αυτό επειδή το έδαφος γίνεται πιο γόνιμο, λόγω της βιολογικής μεταχείρισης. Δεν βρέθηκε καμία μελέτη που να συγκρίνει βιολογικό και μη βαμβάκι με τηλεπισκόπηση. Γενικά οι διαφορές στα βιολογικά αγροτεμάχια περιλαμβάνουν λιγότερη φυλλική επιφάνεια, λιγότερη χλωροφύλλη ΙΙ στα φυτά και μικρότερα φυτά. Επίσης υπάρχει μεγαλύτερη ετερογένεια στα βιολογικά αγροτεμάχια λόγω της απουσίας χρήση ζιζανιοκτόνων και της απουσίας χημικών λιπασμάτων, τα οποία κάνουν τα θρεπτικά στοιχεία άμεσα διαθέσιμα στα φυτά. Στα βιολογικά χωράφια, συνήθως υπάρχουν σωροί από οργανική ουσία (κοπριά). Επισης, δεν χρησιμοποιούνται ζιιζανιοκτόνα και τα έντομα δεν αντιμετωπίζονται με την ένταση που αντιμετωπίζονται στα συμβατικά αγροτεμάχια.
5. Λήψη δεδομένων και υπολογισμός δεικτών
Περιγράφεται ο τρόπος που επιλέχθηκαν και με ποια κριτήρια οι παραγωγοί των 100 αγροτεμαχίων, καθώς επίσης τι ελέγχθηκε κατά τον επιτόπιο έλεγχο και από τις δορυφορικές εικόνες. Συγκεκριμένα στον επιτόπιο έλεγχο μετρήθηκαν το ύψος των φυτών, η συγκέντρωση σε Χλωροφύλλη ΙΙ, η εκτίμηση της κάλυψης της φιλικής επιφάνειας και η ετερογένεια κάλυψης. Οι δορυφορικές εικόνες που λήφθηκαν, λόγω και της συννεφιάς που επικρατούσε λήφθηκαν διαφορετικές ημερομηνίες από τις προγραμματισμένες. Συγκεκριμένα την 15 Νοέμβρη 2011 και 30 Οκτώβρη 2011. Στην δεύτερη υπήρχε συννεφιά εν μέρει και δεν αναλύθηκε το 11% των προγραμματισμένων αγροτεμαχίων. Τα δεδομένα ψηφιοποιήθηκαν σε ArcGIS, στην εικόνα του SPOT 5, χρησιμοποιώντας τα αρχεία μέσω GPS. Επίσης το eCognition και R υπολόγισαν τις φασματικές ζώνες
6. Στατιστική Ανάλυση
Στη συνέχεια έγινε στατιστική ανάλυση για να διαπιστωθεί αν τα αγροτεμάχια έχουν στατιστικά σημαντικές διαφορές. Χρησιμοποιήθηκαν τρία μοντέλα ανάλυσης, με μόνο δεδομένα που λήφθηκαν από επιτόπιους ελέγχους, μοντέλα με δεδομένα που λήφθηκαν μόνο από τις δορυφορικές εικόνες και μοντέλα που συνδύαζαν δεδομένα επιτόπιου ελέγχου και δορυφορικών εικόνων.
7. Αποτελέσματα και Συζήτηση
Τελικά αναπτύσσονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν για κάθε μοντέλο που αναλύθηκε (μονοπαραγοντικό, πολυπαραγοντικό και μοντέλο τεκμηρίωσης), ενώ καταλήγει στο συμπέρασμα ότι από τις δορυφορικές εικόνες συμπεραίνεται ότι τα βιολογικά αγροτεμάχια έχουν στατιστικά σημαντικά χαμηλότερη ανάπτυξη και μεγαλύτερη ετερογένεια. Ωστόσο, όπως ήδη αναφέρθηκε, εν είναι πάντα διακριτές αυτές οι διαφορές μεταξύ των συστημάτων. Από την άλλη οι φυτικοί δείκτες για το CCI έδειξα ότι υπάρχει μικρότερη ετερογένεια για τα βιολογικά αγροτεμάχια, κάτι που δεν συμβαδίζει με την αρχική υπόθεση. Στα τεχνικά αποτελέσματα, έδειξαν ότι υπάρχουν σημαντικές διαφορές στους διαφορετικούς τρόπους καλλιέργειας. Γίνεται μία εκτενής ανάλυση για τα αποτελέσματα κάθε μοντέλου που χρησιμοποιήθηκε για την αξιολόγηση των δεδομένων. Για την χρήση των τηλεπισκοπικών δεδομένων, γίνεται αναφορά στην δυσκολία λήψης τους, όπως όταν υπήρχε συννεφιά, όπως και η ύπαρξη δένδρων. Επίσης αναφέρονται και κάποιοι άλλοι παράγοντες που μπορούν να επηρεάσουν το τελικό αποτέλεσμα, όπως είναι η περίοδος που κάθε παραγωγός έσπειρε το βαμβάκι, καθώς επίσης η φυσική γονιμότητα του εδάφους σε κάθε αγροτεμάχιο χωριστά. Τέλος, αναφέρεται ότι αυτή η μελέτη βασίστηκε μόλις σε 100 παραγωγούς και είναι ενδεικτική, καθώς τα δείγματα που λήφθηκαν δεν αντιπροσωπεύουν πλήρως την περιοχή μελέτης ή την πειφέρεια.
8. Συμπεράσματα
Αυτή η μελέτη δείχνει (για πρώτη φορά) ότι οι τεχνικές της τηλεπισκόπησης μπορούν να διαχωρίσουν τα βιολογικά από τα μη βιολογικά αγροτεμάχια βαμβακιού στις αναπτυσσόμενες χώρες της Νοτιοδυτικής Αφρικής. Συνεπώς, απαιτείται συνέχιση της μελέτης, έτσι ώστε να βοηθηθεί και η διαδικασία πιστοποίησης, στοχεύοντας σε αγροτεμάχια που υπάρχει υπόνοια ότι δεν είναι βιολογικά. Επίσης περαιτέρω έρευνα θα μπορούσε να εστιαστεί στην διαπίστωση του ιδανικού φαινολογικού σταδίου για τον διαχωρισμό του συστήματος διαχείρισης με τηλεπισκόπηση στην Δυτική Αφρική και στην εκτίμηση της χρήσης ευρύτερων φασματικών μεθόδων (SWIR και πάνω).
9. Βιβλιογραφία
Πηγή: Remote sensing enables high discrimination between organic and non-organic cotton for organic cotton certification in West Africa
Συγγραφείς: Antoine Denis, Bernard Tychon
Δημοσίευση : Agron. Sustain. Dev. (2015) 35:1499–1510 DOI 10.1007/s13593-015-0313-2
