Η χρήση της Τηλεπισκόπησης για την αξιολόγηση της Βιοποικιλότητας στις γεωργικές εκτάσεις
Από RemoteSensing Wiki
CIRO GARDIA, SIMONE ROSSIA, STEFAN SOMMERA
A LAND MANAGEMENT & NATURAL HAZARDS UNIT - INSTITUTE FOR ENVIRONMENT & SUSTAINABILITY (IES), EUROPEAN COMMISSION - ISPRA (VA), ITALY
ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ
Η διατήρηση και η ενίσχυση της βιοποικιλότητας είναι πρωταρχικός στόχος για την επίτευξη της αειφόρου διαχείρισης των αγροτικών οικοσυστημάτων και το επίπεδο της βιοποικιλότητας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως γεωργοπεριβαλλοντικός δείκτης. Η μέτρηση της βιοποικιλότητας σε μεγάλες περιοχές, ωστόσο, μπορεί να είναι πολύ δαπανηρή και χρονοβόρα. Με τη χρήση της τηλεπισκόπησης μπορεί να πραγματοποιηθεί οικονομικά αποτελεσματική ανίχνευση των αλλαγών στην κατάσταση ενός οικοσυστήματος. Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι να εκτιμηθεί η πολυπλοκότητα του αγροτικού τοπίου χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση με βάση την τηλεπισκόπηση. Η προσέγγιση αυτή επικυρώθηκε σε μια γεωργική έκταση της Βόρειας Ιταλίας (περιοχή Emilia-Romagna).
ΣΤΟΧΟΙ ΤΗΣ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ
Η γεωργία είναι η ανθρώπινη δραστηριότητα που καταλαμβάνει το μεγαλύτερο μερίδιο της συνολικής έκτασης γης για όλες σχεδόν τις χώρες του ΟΟΣΑ. Στην Ευρώπη (ΕΕ των 27) το 44% του εδάφους είναι αγροτεμάχια.. Κατά τη διάρκεια των τελευταίων ετών η κοινωνία ζητά από τον γεωργικό τομέα να παρέχει πρόσθετες υπηρεσίες, εκτός από την απλή παραγωγή βιομάζας, και να μειώσει την πίεση στο περιβάλλον. Η διατήρηση της βιοποικιλότητας είναι μία από τις νέες προκλήσεις της σύγχρονης γεωργίας. Η ενσωμάτωση του περιβάλλοντος στην Κοινή Γεωργική Πολιτική (ΚΓΠ) οδήγησε στην ανάπτυξη των αγρο-περιβαλλοντικών δεικτών (ΑΕΙs), ως εργαλεία για την παρακολούθηση και την αξιολόγηση της επίτευξης των στόχων της ΚΓΠ. Ο ρόλος αυτών των δεικτών είναι:
• Η παροχή πληροφοριών στους φορείς λήψης αποφάσεων και το ευρύ κοινό σχετικά με την τρέχουσα κατάσταση και τις τάσεις στο περιβάλλον στον τομέα της γεωργίας και της αγροτικής ανάπτυξης.
• Η παροχή πληροφοριών στους φορείς λήψης αποφάσεων σχετικά με τις σχέσεις αιτίου και αιτιατού μεταξύ των επιλογών και των πρακτικών των αγροτών
• Στήριξη των γεωργικών και περιβαλλοντικών φορέων χάραξης πολιτικής, ώστε να διευθύνουν προς τη σωστή κατεύθυνση πρωτοβουλίες που απαιτούνται από τις αλλαγές στην κατάσταση του περιβάλλοντος.
• Παροχή βοήθειας για την παρακολούθηση και την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας των μέτρων που λαμβάνονται για την προώθηση της αειφόρου γεωργίας.
Η εφαρμογή των αγρο-περιβαλλοντικών δεικτών είναι ίσως εύκολη, γιατί αρκετές μετρήσεις που προτείνονται μπορούν εύκολα να παραχθούν από τους διαθέσιμους θεματικούς χάρτες και μέσω της τηλεπισκόπησης. Υπάρχουν αρκετά παραδείγματα εφαρμογής των δεδομένων Corine Land Cover για την παραγωγή των δεικτών. Ωστόσο, αν έχουμε να κάνουμε με τη γεωργική γη, το μεγαλύτερο μέρος της έχει ταξινομηθεί ως «αροτραίες καλλιέργειες» (μη αρδευόμενες και αρδευόμενες), ακόμη και αν μεγάλες διαφορές από την άποψη της δομής του τοπίου και της βιοποικιλότητας μπορεί να είναι παρούσες. Το ενδιαφέρον, ωστόσο επικεντρώθηκε σε γεωργικές εκτάσεις που κατέχουν μια υψηλή φυσική και αισθητική αξία. Στην ΕΕ η μεταρρύθμιση της Κοινής Γεωργικής Πολιτικής το 2003 εισήγαγε την «πολλαπλή συμμόρφωση» ως ένα εργαλείο που δημιουργεί μια σύνδεση μεταξύ των αγροτικών ενισχύσεων και τη σχετική νομοθεσία. Επί του παρόντος η στήριξη των παραγωγών εξαρτάται από την τήρηση των προτύπων που σχετίζονται με το περιβάλλον, την ασφάλεια των τροφίμων και την ποιότητα, την καλή μεταχείριση των ζώων και τις ορθές γεωργικές και περιβαλλοντικές πρακτικές. Επιπλέον, τα γεωργοπεριβαλλοντικά προγράμματα στο πλαίσιο της πολιτικής αγροτικής ανάπτυξης αποσκοπούν στην προστασία και βελτίωση του περιβάλλοντος, παρέχοντας χρηματοδότηση για τους αγρότες που υιοθετούν φιλικές προς το περιβάλλον γεωργικές πρακτικές που υπερβαίνουν τις νομικές υποχρεώσεις. Η αποτελεσματική χρήση αυτών των εργαλείων πολιτικής, ωστόσο, απαιτεί μια βαθιά γνώση των αγροτικών περιοχών και των πρακτικών διατήρησης της βιοποικιλότητας σχετικά με την έκτασή τους και τη χωρική και χρονική κατανομή τους. Στην εργασία αυτή προτείνεται μια απλή προσέγγιση με στόχο να παρέχει μια έμμεση εκτίμηση της φυτικής βιοποικιλότητας βάσει παραμέτρων οι οποίες ανιχνεύονται από εικόνες τηλεπισκόπησης (διάρθρωση του τοπίου, φασματική υπογραφή). Ο στόχος αυτής της προσέγγισης είναι να παρέχει ένα χρήσιμο εργαλείο για τους φορείς λήψης αποφάσεων, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να κατανοήσουν καλύτερα την κατάσταση και την εξέλιξη της γεωργικής βιοποικιλότητας της γης.
ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ
Η πιο διαδεδομένη ακόμα και σήμερα μέθοδος εκτίμησης της βιοποικιλότητας είναι η δειγματοληπτική επιτόπια παρατήρηση η οποία απαιτεί πολύ χρόνο και ανθρώπινο δυναμικό ενώ η ακρίβειά της σχετίζεται με τον αριθμό των επαναλήψεων και την εμπειρία του προσωπικού που διενεργεί τους ελέγχους.
Η ΥΠΟ ΕΞΕΤΑΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ / ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ
Το επίπεδο της βιοποικιλότητας στις αγροτικές εκτάσεις είναι αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης πολλών παραγόντων όπως η χρήση γης, οι τύποι των καλλιεργειών, τη δομή του τοπίου, η ένταση της διαχείρισης, το έδαφος και τα χαρακτηριστικά του κλίματος. Η δυνατότητα για αύξηση της βιοποικιλότητας μπορεί να επιτευχθεί τροποποιώντας έναν ή περισσότερους από τους παραπάνω παράγοντες. Για παράδειγμα, σε συστήματα καλλιέργειας υψηλών εισροών για την αύξηση της βιοποικιλότητας μπορούν να υιοθετηθούν ένα από τα ακόλουθα μέτρα: • εισαγωγή οικολογικών δικτύων όπως διάδρομοι και αναβαθμίδες • μείωση της έντασης διαχείρισης • αύξηση της πολυπλοκότητας της αμειψισποράς Προκειμένου να επιτευχθεί ο στόχος της ενίσχυσης της βιοποικιλότητας σε ένα μεγάλο μέρος του ευρωπαϊκού εδάφους που αντιπροσωπεύεται από τις συμβατικές καλλιέργειες, είναι απαραίτητο να επιτευχθεί ένα ικανοποιητικό επίπεδο κατανόησης της κατάστασης και της μεταβλητότητας αυτής στο χώρο και το χρόνο. Σχήμα 1. Γραφική αναπαράσταση των «συμβατικών καλλιεργειών» (η λευκή περιοχή στο κάτω μέρος δεξιά του γραφήματος).
Η βασική ιδέα της προτεινόμενης προσέγγισης, είναι να υπολογιστεί ένας δείκτης που σχετίζεται με την ποικιλομορφία γάμμα του γεωργικού τοπίου, με τη χρήση τηλεπισκόπησης. Στην προτεινόμενη προσέγγιση, ο μέσος όρος fAPAR έχει χρησιμοποιηθεί ως εκτιμητής της ποικιλότητας των φυτών. Στην προτεινόμενη προσέγγιση επίσης υπήρξε εκτίμηση από δορυφορικές εικόνες της πολυπλοκότητας του τοπίου καθώς πολλές μελέτες στο παρελθόν έχουν δείξει άμεση συσχέτιση αυτής με τη βιοποικιλότητα. Ένας τρίτος εκτιμητής υπήρξε ο αριθμός των διακριτών φασματικών υπογραφών των επιφανειών, σε μια δεδομένη περιοχή. Η υπόθεση είναι ότι κάθε τάξη θα πρέπει να σχετίζεται με μια ξεχωριστή οντότητα που αντιπροσωπεύεται από: 1) τη χρήσης γης 2) την καλλιέργεια ή την ομάδα των καλλιεργειών 3) τη φαινολογία και από την αλληλεπίδραση τους. Προκειμένου να προταθεί μια απλή μεθοδολογία που δεν απαιτεί καμία επαλήθευση in situ, έχει χρησιμοποιηθεί μια μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση η οποία είναι σχετικά ταχύτερη και λιγότερο δαπανηρή, ακόμη και αν θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια συμβιβαστική λύση όσον αφορά την ακρίβεια ταξινόμησης. Από φυσιογραφική άποψη, η περιοχή μελέτης χωρίζεται σε 4 διακριτές ενότητες: • Προσχωσιγενής πεδιάδα • Παράκτια ζώνη • Λόφοι • Βουνά Η μελέτη έχει διεξαχθεί σε μια περιοχή προσχωσιγενούς πεδιάδας η οποία χαρακτηρίζεται από τη μεγαλύτερη από το 80% γεωργική χρήση της γης . Αροτραίες καλλιέργειες αντιπροσωπεύουν το 55% της περιοχής έρευνας (Εικόνα 2). Ωστόσο, υπάρχουν μεγάλες διαφορές στη δομή του τοπίου (σύνθεση, διαμόρφωση, φυσικό και ιστορικό χαρακτηριστικό του τοπίου), στο επίπεδο της βιοποικιλότητας και στα συστήματα γεωργικής διαχείρισης, όπως μπορεί να φανεί στο σχήμα 3.
Σχήμα 2. Κατανομή της καλλιεργήσιμης γης στην προσχωσιγενή πεδιάδα της περιοχής Εμίλια-Ρομάνια.
Σχήμα 3. Δύο διαφορετικά γεωργικά τοπία εντός της προσχωσιγενούς πεδιάδας στην Εμίλια-Ρομάνια (ίδια κλίμακα).
Για την εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας για την περιοχή δοκιμής, χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικά σύνολα δεδομένων: • χρονοσειρά 10 ημερών από εικόνες SeaWifs • 2 πολυφασματικές εικόνες Landsat Οι εικόνες SeaWifs έχουν χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό του μέσου όρου fAPAR (κλάσμα της Απορροφώμενης φωτοσυνθετικής ακτινοβολίας), ως δείκτης της ποικιλότητας των φυτών. Οι εικόνες Landsat έχουν χρησιμοποιηθεί για δημιουργία των ακόλουθων δεικτών, (όπως η μερική εκτίμηση της φωτοσυνθετικής δραστηριότητας των φυτών) οι οποίοι έμμεσα σχετίζονται με την ποικιλότητα. 1) O αριθμός των φασματικών τάξεων που παρουσιάζονται σε κάθε περιοχή, λαμβάνοντας υπόψη ότι ο αριθμός αυτός σχετίζεται με τη διαφορετική φύση των επιφανειών. Ο δείκτης αυτός ελήφθη με την εκτέλεση μιας μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης για κάθε εικόνα Landsat και στη συνέχεια, εφαρμόζοντας έναν εστιακό διαχειριστή, με σκοπό να καταχωρήσει το μέγιστο αριθμό των κατηγοριών εντός ενός 10 x 10 κινητού παραθύρου, στο κεντρικό pixel 2) Ο συντελεστής πυκνότητας των ακμών ανά μονάδα επιφάνειας, ως εκτιμητής της πολυπλοκότητας του τοπίου. Αυτό πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός Laplacian αλγόριθμου για την ανίχνευση των ακμών και στη συνέχεια, εφαρμόζοντας έναν εστιακό διαχειριστή, με σκοπό να καταχωρήσει το μέγιστο αριθμό των κατηγοριών εντός ενός 10 x 10 κινητού παραθύρου, στο κεντρικό pixel Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για την ανάλυση και ταξινόμηση των εικόνων ήταν Envi 4.6, ενώ για τη χωρική ανάλυση χρησιμοποιήθηκε ArcGIS 9.3. Ο τελικός δείκτης έχει υπολογιστεί ως το άθροισμα των τριών δεικτών που περιγράφονται παραπάνω. Η υπολογιζόμενη τιμή του δείκτη έχει επικυρωθεί στην επιλεγμένη περιοχή όπου έχει γίνει χλωριδική συσχέτιση.
ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ
Τα προκαταρκτικά στοιχεία του δείκτη για τη βιοποικιλότητα, που ελήφθη για την περιοχή έρευνας έδειξε μια καλή αντιστοιχία με τα χαρακτηριστικά των βασικών γεωργικών περιοχών της Εμίλια Ρομάνια (Εικ. 4).
Εικόνα 4. Διακύμανση του Δείκτη βιοποικιλότητας εντός της περιοχής έρευνας
Στον πίνακα 1 παρουσιάζεται η σύγκριση μεταξύ της τιμής του υπολογιζόμενου δείκτη και του αριθμού των αγγειόσπερμων φυτικών ειδών ανά km2 στην υπό μελέτη περιοχή.
Πίνακας 1. Σύγκριση μεταξύ εκτιμώμενων τιμών (απλοί δείκτες και σύνθετος δείκτης) και αριθμού των αγγειόσπερμων φυτικών ειδών για τις επιλεγμένες περιοχές
Ο κύριος στόχος αυτής της εργασίας ήταν να περιγράψει την ύπαρξη ενός υψηλού εύρους βιοποικιλότητας στα αγροτεμάχια συμβατικής γεωργίας στην Ευρώπη και να παρουσιάσει μια πιθανή προσέγγιση, με βάση την τηλεπισκόπηση, για την αξιολόγηση αυτής της βιοποικιλότητας. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ακόμη και στην καρδιά των αγροτικών περιοχών υψηλής έντασης μπορεί να είναι παρόντα, hot spots βιοποικιλότητας. Στην περιοχή που ερευνήθηκε για παράδειγμα, αυτά τα hot spots, εμπεριέχουν ενότητες με σπάνια είδη φυτών και συνδέονται με τη διατήρηση παραδοσιακών γεωργικών πρακτικών, όπως οι αρδευόμενοι μόνιμοι λειμώνες (“prati stabili”). Η ανίχνευση αυτών των hot spot σε όλη την Ευρώπη μαζί με έναν καλύτερο συντονισμό των δαπανών της ΚΓΠ με στόχο την διατήρηση τους, μπορεί να συμβάλει στην ενίσχυση της γεωργικής βιοποικιλότητας.
Πηγή άρθρου: http://www.oecd.org/greengrowth/sustainable-agriculture/44810364.pdf
