PROJEKT WSPARCIE EKOLOGICZNEJ PRODUKCJI ROLNEJ
Departament Cyfryzacji, Geodezji i Kartografii
Urząd Marszałkowski
Województwa
Mazowieckiego
w Warszawie
AKTUALNOŚCI
31.12.2022 r.
Zakończenie realizacji projektu
Województwo Mazowieckie zakończyło realizację Umowy na wykonanie usług badawczych mających na celu opracowanie metod neutralizacji czynników, które mają negatywny wpływ na obniżenie jakości plonów oraz niszczenie walorów ekologicznych i estetycznych szaty roślinnej na terenie Mazowsza. W dniu 28 listopada 2022 roku nastąpił odbiór końcowy umowy pomiędzy Województwem Mazowieckim a Konsorcjum naukowym. Planowane jest podjęcie działań zamierzających do pozyskania środków zewnętrznych w celu praktycznego wykorzystania wykonanych badań.
Odbiór zadań nr 2, 3 i 4
28 listopada 2022 roku Województwo Mazowieckie odebrało od Konsorcjum naukowego produkty trzech zadań, dotyczących opracowania:
- metod ograniczenia dalszego kumulowania pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie,
- metod, zaleceń przyspieszających procesy rozpadu tych związków,
- określeniu przybliżonego czasu rozpadu pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie.
PRODUKTY
ZADANIE 2 - opracowanie metod ograniczenia dalszego kumulowania pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie.
Produkt 1 - Orotofotomapa RGB oraz multispektralna dla obszaru 130 ha wraz z opisem możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych w praktycznej pracy Klastra - rekomendacje sprzętowe, wykonywanie nalotów fotogrametrycznych, tworzenie ortofotomap, prowadzenie analiz wskaźnikowych z wykorzystaniem oprogramowania GIS-owego.
W pierwszej części raportu przedstawiono specyfikę pozyskiwania danych fotogrametrycznych. W produkcie omówiono pozyskanie danych zdjęciowych, a szczególnie termin i czas wykonania pomiarów oraz specyfikację sprzętu. Następnie omówiono krótko proces tworzenia ortofotomapy wielospektralnej. Przedstawiono oprogramowanie służące opracowaniu produktów, a także parametry lotu (np. wysokość lotu) i parametry pozyskanych zobrazowań (np. rozmiar piksela terenowego). Wymieniono kroki prowadzące do opracowania ortofotomapy i przedstawiono stosowne wyniki.
W kolejnej części raportu przedstawiono wyniki przeprowadzonych w oparciu o pozyskane zobrazowania analiz teledetekcyjnych. Zaprezentowano metodę pozyskana produktów pochodnych w postaci wskaźników teledetekcyjnych, z których można odczytać cenne informacje dotyczące np. kondycji roślinności. Wymieniono szereg wskaźników wraz opisem, przytaczając formuły matematyczne i zakresy spektralne odpowiednie do obliczenia wskaźników. Przedstawiono przykładowe mapy wskaźnikowe wraz z omówieniem wyników, a pozostałe mapy dołączono do raportu w postaci załączników. Zaprezentowano metodykę opracowania map potencjalnych zanieczyszczeń na podstawie fuzji danych glebowych z terenu z danymi teledetekcyjnymi. Wymieniono wykorzystywane dane i omówiono poszczególne etapu procesu opracowania. Omówiono możliwości wykorzystania danych teledetekcyjnych do generowania precyzyjnych rekomendacji w zakresie nawożenia. Przytoczono cele polityki UE w zakresie ograniczenia zużycia pestycydów, odniesiono się do sytuacji w Polsce i do celów z punktu widzenia producenta rolnego. Omówiono, jakie czynniki warunkują odpowiednie nawożenie i jak można je zoptymalizować. Zaprezentowano możliwości wykorzystania Systemów Informacji Przestrzennej i teledetekcji w tym zakresie. Przedstawiono metodykę przeprowadzenia przykładowej analizy i zaprezentowano jej wyniki.
Produkt 2 - Architektura i koncepcja infrastruktury informatycznej oraz opis funkcjonalności bazy danych dostarczającej dane przestrzenne dla całego obszaru zainteresowania Klastra.
W ramach opracowania dokonano rozwoju koncepcji portalu opracowanego w poprzednim roku i dzięki wykonaniu zamierzonego planu prac udało się dopracować wygląd strony, układ warstw, legendy, tytuły, funkcjonalności portalu, wykonywanie prostych operacji i analiz w różnych momentach czasowych oraz możliwość prezentowania danych w czasie rzeczywistym.
Do poprzedniej wersji portalu, w której zapewniono dostęp online, zawierającej podstawowy interfejs użytkownika, podkład mapowy oraz możliwość wyświetlania wyników pomiarów dodano możliwość wizualizacji danych pozyskanych w ramach projektu w Systemie Informacji Przestrzennej. W ramach zrealizowanych prac udało się przygotować infrastrukturę informatyczną oraz bazodanową z rozszerzeniem przestrzennym dla obszarów pilotażowych wytypowanych przez IUNG-PIB we współpracy w Klastrem "Polska Natura". Dane dotyczyły zawartości pestycydów w glebie oraz analizy parametrów i pierwiastków w glebie. Udało się ponadto umieścić w systemie dane pogodowe, zdjęcia satelitarne oraz historyczne dane uzyskane od sadowników. Do portalu dodano również szereg funkcjonalności ułatwiających zarządzanie danymi, wykonywanie prostych operacji na bazach danych i mapach.
Produkt 3 - Zalecenia w formie opracowania książkowego oraz w formie pdf, w zakresie zrównoważonego nawożenia, praktyk sprzyjających utrzymaniu jakości gleb oraz właściwego stosowania środków ochrony roślin.
Niniejsze opracowanie stanowi kompendium wiedzy w zakresie zrównoważonego nawożenia, praktyk sprzyjających utrzymaniu jakości gleb oraz właściwego stosowania środków ochrony roślin. Kompendium to odnosi się ściśle do obszaru pilotażowych badań, mających na celu wypracowanie metodyki dla obszaru całego Mazowsza.
Obszar ten, gmina Błędów, został opisany, pod kątem jakości gleb. Uwzględniono w nim również wybrane 80 punktów pomiarowych, rozmieszczonych na 2 obszarach badawczych w obrębach Ignaców i Oleśnik.
Opracowanie zawiera zalecenia w zakresie zrównoważonego nawożenia. W postaci tabelarycznej przedstawiono szczegółowo wartości dla konkretnych pierwiastków i związków chemicznych pod kątem oceny ich zawartości w glebie. Wartości te zostały sklasyfikowane i skwantyfikowane. Ponadto, przedstawiono zalecane wartości nawożenia danymi składnikami pokarmowymi na poszczególnych etapach produkcji sadowniczej.
W produkcie opisano praktyki sprzyjające utrzymaniu dobrej jakości gleb. Przedstawiono m.in. aspekty wykorzystania materii organicznej w produkcji sadowniczej jak i implikacje jej braku. Omówiono również zagrożenia związane z pogarszaniem się jakości gleb, takie jak zasolenie czy erozja wodna gleb.
Przedstawiono szereg aspektów stosowania środków ochrony roślin. Przedstawiono w nim stan obecny, wyzwania, stojące przed sadownikami, jak i podstawowe aspekty stosowania tego typu środków. Poruszono w nim również aspekty agronomiczne, takie jak wybór stanowiska, przedplonami, organizacja otoczenia przyszłego pola uprawnego czy dobór odmian. Ponadto, zwrócono uwagę na wpływ stosowania ŚOR na bioróżnorodność gleby.
ZADANIE 3 - określenie przybliżonego czasu rozpadu pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie.
Produkt 1 - Raport zawierający dane o czasie rozpadu pozostałości środków ochrony roślin w glebach badanego obszaru i określenie najbardziej efektywnych sposobów stymulacji rozkładu zanieczyszczeń wraz z przedstawieniem wyników badań szklarniowych.
Wyniki opracowania przedstawiono jako wartość wystandaryzowaną względem próbek odniesienia zawierających inicjalną wartość analizowanych pestycydów. Pobrane do doświadczenia próbki powtórnie zbadano na zawartość pestycydów w celu ustalenia tła ich zawartości w próbkach zastosowanych do analiz laboratoryjnych. W glebach dominowała zawartość glifosatu oraz 2,4-D.
Przeprowadzone badania wskazują, że właściwości gleb w istotny sposób wpływają na trwałość pestycydów. Gleby o niskim pH wykazywały spadek zawartości pestycydów po zastosowaniu wapnowania w zakresie od 2-18% w zależności od badanego związku. Dodatkowo, wapnowanie wpłynęło pozytywnie na zmianę zawartości badanych związków, prawdopodobnie indukując procesy wymiany jonowej w kompleksie sorpcyjnym gleby, które wpływają na wymywanie i degradację związków o najwyższej trwałości i największej labilności, tj. MCPA i tebukonazol.
Na poprawę właściwości gleb można również wpływać poprzez zastosowanie odpowiednich dodatków doglebowych. Zastosowano 3 rodzaje dodatków, które pozytywnie oddziałują na właściwości biologiczne i chemiczne oraz są stosowane w rolnictwie jako popularne komponenty poprawiające żyzność i produktywność gleb. Przeprowadzone badania wskazały na ich pozytywny wpływ na procesy degradacji poszczególnych pestycydów, w szczególności tebukonazolu (od 4-40%), kaptanu (2-24%), 2,4-D (2-13%) i MCPA (3-14%).
ZADANIE 4 - opracowane metod, zaleceń przyspieszających procesy rozpadu tych związków.
Produkt 1 - Dokument operacyjny zawierający rekomendacje sprzętowe i softwarowe oraz workflow wykonywanych prac niezbędnych do monitoringu stanu środowiska na terenie gminy Błędów przez Klaster "Polska Natura". Przedstawiona metoda pozwala na pozyskanie kompleksowej informacji o środowisku geograficznym w otoczeniu upraw sadowniczych. Metoda ta została opracowana na podstawie obszarów pilotażowych na terenie gminy Błędów. Jednocześnie, możliwe jest jej wdrożenie dla obszaru całego województwa mazowieckiego, a nawet dla innych, wybranych obszarów Polski i Europy Środkowo-Wschodniej.
Zestawienie kilku metod pozyskiwania danych jakie wykorzystano przez Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa, wraz z danymi pozyskanymi przez Instytut Ogrodnictwa oraz Instytut Upraw Nawożenia i Gleboznawstwa, pozwoliło na przeprowadzenie kompleksowej integracji i korelacji danych, w celu określenia możliwości zdalnego wykrywania różnych zanieczyszczeń gleby i roślin z pułapu lotniczego.
Jak wykazano, największą ilość informacji o obszarze można uzyskać wykorzystując dane terenowe (próbki glebowe i inne) oraz dane teledetekcyjne (ortofotomapy wielospektralne, modele terenu i inne). Dzięki temu możliwe jest pozyskanie bardzo precyzyjnych informacji o charakterze nieciągłym, punktowym jak i o dystrybucji przestrzennej danych parametrów i zjawisk uzyskanej z wykorzystaniem algorytmów ekstrapolacyjnych.
Dzięki takiemu podejściu, możliwa jest kompleksowa analiza i interpretacja wyników badań. Jako przykłady można przytoczyć tu m.in. uzyskanie braku pestycydów na obszarach o bujnej roślinności trawiastej (po szczegółowej weryfikacji okazało się, iż były to nieużytki), czy też zwiększona ilość występowania pestycydów w zagłębieniach terenu.
W opracowaniu, przedstawiono również wybrane praktyczne aspekty prowadzenia misji z wykorzystaniem Bezzałogowych Statków Powietrznych. Przedstawiono w nich w szczególności kwestie techniczne jak i organizacyjne.
Produkt 2 - Gotowy do złożenia wniosek projektowy na pozyskanie dodatkowego źródła finansowania do kontynuacji prac na terenie gminy Błędów. W ramach realizacji produktu sporządzony został gotowy do złożenia wniosek projektowy umożliwiający pozyskanie dodatkowego źródła finansowania na kontynuację prac na terenie gminy Błędów. Przedsięwzięcie projektowe związane z gminą Błędów miało na celu przeprowadzenie prac pilotażowych, w wyniku których opracowane zostaną metody neutralizacji czynników, które mają negatywny wpływ na obniżenie jakości plonów oraz niszczenie walorów ekologicznych i estetycznych szaty roślinnej na terenie Mazowsza.
Wniosek mający na celu pozyskanie dodatkowego źródła finansowania został sporządzony w ramach programu ramowego Unii Europejskiej - Horyzont Europa, który to, jest największym w historii Unii programem w zakresie badań naukowych oraz innowacji. Opisany we wniosku projekt, nosił nazwę "Fruit Resillence Upscalling based on Satellite and Sensor data Automatic Transformation" - akronim FRUSSAT. Jego celem było opracowanie prototypu półautomatycznego, wielozadaniowego systemu wsparcia decyzyjnego, który umożliwiłby ciągłe monitorowanie sadów, co w konsekwencji prowadziłoby do możliwości wiarygodnego określania jakości pochodzących z nich produktów. Adresatami projektu byli zarówno lokalni, regionalni oraz krajowi producenci owoców, jak również władze na wszystkich szczeblach.
30.12.2021 r.
Odbiór zadania nr 1
22 listopada 2021 roku Województwo Mazowieckie odebrało od Konsorcjum naukowego produkty zadania numer 1, polegającego na określeniu ewentualnych nagromadzeń pestycydów, metali ciężkich w glebie i wodzie na obszarach wieloletnich monokulturowych upraw sadowniczych, warzywniczych i rolniczych.
18.08.2021 r.
Geneza projektu WEPR
7 września 2020 roku Zarząd Województwa Mazowieckiego przyjął informację w sprawie propozycji realizacji prac pilotażowych mających na celu opracowanie metod neutralizacji czynników, które mają negatywny wpływ na obniżenie jakości plonów oraz niszczenie walorów ekologicznych i estetycznych szaty roślinnej na terenie Mazowsza. Realizację przedsięwzięcia zaplanowano na lata 2021-2022.
1 grudnia 2020 roku, w związku w realizacją przedsięwzięcia, został podpisany List intencyjny, pomiędzy Województwem Mazowieckim a Gminą Błędów oraz Stowarzyszeniem "Kraina Sadów i Ogrodów" koordynatorem Klastra "Polska Natura".
27 lipca 2021 roku została podpisana umowa na wykonanie prac pilotażowych - usług badawczych, których celem jest identyfikacja i opracowanie metod neutralizacji czynników, które mają negatywny wpływ na obniżenie jakości plonów oraz niszczenie walorów ekologicznych i estetycznych szaty roślinnej na terenie Mazowsza. Sygnatariuszami umowy są Województwo Mazowieckie oraz Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa, będąca Liderem Konsorcjum naukowego (powołanego w dniu 11 czerwca 2021 roku). Wykonany pilotaż będzie stanowił podstawę do wnioskowania o uzyskanie dofinasowania, na realizację dalszych bardziej zaawansowanych prac w ramach dostępnych instrumentów Komisji Europejskiej. Partnerem przedsięwzięcia, który oprócz Województwa Mazowieckiego, będzie licencjobiorcą rezultatów części badawczej, jest Gmina Błędów oraz Stowarzyszenie "Kraina Sadów i Ogrodów" koordynator Klastra "Polska Natura".
Umowa została zawarta na podstawie art. 11 pkt. 3, ustawy z 11 września 2019 roku Prawo zamówień publicznych (Dz. U. z 2019 r. poz. 2019 z późn. zm.). Wartość umowy wynosi 785 000,00 zł brutto.
OPIS i CELE PROJEKTU WEPR
Celem projektu jest przygotowanie, na postawie badań przeprowadzonych na terenie gminy Błędów (powiat grójecki), rozwiązań dla obszaru całego województwa. Wypracowane rozwiązania powinny przyczynić się do rozwoju zarówno ekologii, jak również nowoczesnych i mniej inwazyjnych w środowisko naturalne, metod organizacji produkcji wśród producentów rolnych. Jednocześnie w ramach prac pilotażowych zostaną opracowane stosowne bazy danych i mapy dla całej powierzchni gminy Błędów, które będą mogły być wykorzystane przez sadowników i producentów rolnych.
ZADANIA DO REALIZACJI W RAMACH PROJEKTU WEPR
Cześć badawcza - Zadania
- Zadanie 1 - określnie ewentualnego nagromadzania pestycydów, metali ciężkich w glebie i wodzie na obszarach wieloletnich monokulturowych upraw sadowniczych, warzywniczych i rolniczych.
- Zadanie 2 - opracowanie metod ograniczenia dalszego kumulowania pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie.
- Zadanie 3 - określenie przybliżonego czasu rozpadu pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie.
- Zadanie 4 - opracowane ewentualnych metod, zaleceń przyspieszających procesy rozpadu tych związków.
Prace pilotażowe obejmują powierzchnię testową w gminie Błędów o wielkości 13,5 ha i obejmują ok. 20 działek ewidencyjnych (położonych w różnych częściach gminy). Taka wielkość obszaru testowego oraz ilość działek posłuży do określenia możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych do zdalnej detekcji stężeń wybranych metali ciężkich i/lub pestycydów w wierzchniej warstwie gleby oraz do przygotowania bazy danych do określenia nagromadzenia pestycydów, metali ciężkich w glebie i wodzie.
Do opracowania kompleksowej metody ograniczenia dalszego kumulowania pestycydów i metali ciężkich w glebie i wodzie, w szczególności do określenia możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych do opracowania rekomendacji w zakresie dawkowania nawozów oraz właściwego czasu stosowania środków ochrony roślin, będzie przetestowana powierzchnia ok. 130 ha.
SPODZIEWANE REZULTATY - PLANOWANE PRODUKTY
Zakładane produkty części badawczej projektu
- Baza współrzędnych punktów pomiarowych oraz zestaw próbek gleb, wód i osadów dennych.
- Baza danych parametrów charakteryzujących właściwości gleb, wód i osadów dennych, w tym zawartość metali ciężkich, powiązanych z lokalizacją punktów poboru próbek.
- Baza danych w postaci SIP, dla obszaru 13,5 ha z wynikami pomiarów i analiz zapewniająca: dostęp online, podstawowy interfejs użytkownika, podkład mapowy, możliwość wyświetlenia wyników pomiarów.
- Baza danych parametrów charakteryzujących właściwości gleb, wód i osadów dennych pod względem pozostałości środków ochrony roślin, powiązanych z lokalizacją punktów poboru próbek.
- Raport z pomiarów terenowych XRF i UV-VIS, dla obszaru 13,5 ha, zawierający wartości stężeń pierwiastków w wierzchniej warstwie gleby oraz sygnatury spektralne gleby. Wysokorozdzielcza ortofotomapa RGB oraz ortofotomapa multispektralna (min. 4 pojedyncze zakresy).
- Raport opisujący możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych do monitoringu poziomu zanieczyszczenia gleby - wyniki badań, wnioski, opis możliwości wykorzystania wyników przez Klaster, rekomendacje w zakresie dalszego rozwoju, opis "dobrych praktyk" charakteryzujące sytuację obszarów wiejskich na Mazowszu, identyfikujące elementy spowalniające ich rozwój oraz wskazujące potrzeby i kierunki działań.
- Raport zawierający dane o czasie rozpadu pozostałości środków ochrony roślin w glebach badanego obszaru i określenie najbardziej efektywnych sposobów stymulacji rozkładu zanieczyszczeń wraz z przedstawieniem wyników badań szklarniowych.
- Wyniki korelacji pomiarów terenowych wykonanych przez Konsorcjantów (XRF, UV-VIS, ICP-MS, chromatografia, zdjęcia multispektralne, dane glebowe) oraz opis modelu/narzędzia do monitorowania poziomu zanieczyszczeń gleby.
- Architektura i koncepcja infrastruktury informatycznej oraz opis funkcjonalności bazy danych dostarczającej dane przestrzenne
dla całego obszaru zainteresowania Klastra. - Zalecenia w zakresie zrównoważonego nawożenia, praktyk sprzyjających utrzymaniu jakości gleb oraz właściwego stosowania środków ochrony roślin.
- Ortofotomapa RGB oraz multispektralna dla obszaru 130 ha wraz z opisem możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych
w praktycznej pracy Klastra - rekomendacje sprzętowe, wykonywanie nalotów fotogrametrycznych, tworzenie ortofotomap, prowadzenie analiz wskaźnikowych z wykorzystaniem oprogramowania GIS-owego. - Dokument operacyjny zawierający rekomendacje sprzętowe i softwarowe oraz workflow wykonywanych prac niezbędnych
do monitoringu stanu środowiska na terenie gminy Błędów przez Klaster "Polska Natura".
PARTNERZY PROJEKTU WEPR
Konsorcjum naukowe
- Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa - ILOT.
- Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach - IUNG.
- Instytut Ogrodnictwa w Skierniewicach - IO.
Gmina Błędów oraz Klaster "Polska Natura", zadeklarowały udzielenie wsparcia Konsorcjum.
Deklarowany zakres wsparcia
- Przeprowadzenie niezbędnych prac organizacyjnych na terenie gminy Błędów oraz udostępnienia powierzchni biurowej i logistycznej potrzebnej do przeprowadzenia badań.
- Pozyskanie i dostarczenia prób glebowych, wg. wskazanej przez Konsorcjum metodologii ich pozyskiwania.
- Wdrażanie i propagowania efektów przedsięwzięcia na terenie gminy Błędów oraz wśród podmiotów, z którymi prowadzą współpracę.
- Zorganizowanie współpracy miejscowych producentów z Konsorcjum oraz Województwem Mazowieckim.
- Przygotowanie propozycji udostępniania reprezentatywnych działek do przeprowadzenia badań przez Konsorcjum.
PRODUKTY
ZADANIE 1 - określnie nagromadzania pestycydów, metali ciężkich w glebie i wodzie na obszarach wieloletnich monokulturowych upraw sadowniczych, warzywniczych i rolniczych.
Produkt 1 - Baza współrzędnych punktów pomiarowych oraz zestaw próbek gleb, wód i osadów przekazywanych do laboratoriów IUNG i IO.
Wyznaczenie punktów terenowych odzwierciedlających zmienność glebową oraz zmienność intensywności produkcji do badań oraz pozyskanie próbek gleby, wody i osadów dennych w wyznaczonych interwałach czasowych.
W tym celu Konsorcjanci dokonali wyboru kilku zmiennych, dostępnych w formie map cyfrowych dla obszaru gminy Błędów. Uwzględnili uziarnienie wszystkich warstw profilu glebowego oraz wysokość nad poziom morza. Wytworzone zostały warstwy cyfrowych zróżnicowań wybranych zmiennych metodą ruchomego okna o kształcie koła i promieniu odpowiadającym zasięgowi rozpoznania zdalnego przy użyciu drona. Przyjęto następujące parametry: zasięg drona - 500 m oraz obszar koła o promieniu 500 m - 79 ha.
Po połączniu informacji o zróżnicowaniu dla wybranych zmiennych wybrano lokalizacje, gdzie odnotowano występowanie problemów - obręb Katarzynów, obręb Ignaców i obręb Oleśnik. Ze względu na niewielką zmienność rozważanych parametrów (gleby i wysokość n.p.m.) wykluczono obręb Katarzynów. W obrębie Ignaców wybrano działkę nr 17 i 25, zaś w obrębie Oleśnik wybrano działkę nr 207. W efekcie czego powstała baza, składająca się z 80 punktów pomiarowych (40 ob. Oleśnik oraz 40 pkt ob. Ignaców). Próbki zostaną pobrane w dwóch okresach - wiosennym i jesiennym.
Rocznie do analizy pobranych zostanie 160 próbek gleby. Lokalizacja poboru próbek glebowych została wybrana tak, aby zróżnicowanie gleb, wilgotność agrotechnika była duża. Wskazując lokalizacje unikano obszarów na granicach poligonów glebowych i granicach działek ewidencyjnych, ponadto starano się uwzględniać istniejące zróżnicowanie wewnątrz poszczególnych działek ewidencyjnych tzn. ich podział na działki rolne różniące się uprawą.
Produkt 2 - Baza danych parametrów charakteryzujących właściwości gleb, wód i osadów dennych, w tym zawartość metali ciężkich powiązanych z lokalizacją punktów poboru próbek.
Oznaczanie zawartości metali ciężkich w pozyskanych próbkach z wykorzystaniem spektrometru ICP-MS (pomiar laboratoryjny) oraz pomiar innych niezbędnych parametrów gleby - odczyn, poziomu materii organicznej, itp., wpływających na mobilność metali i tempo degradacji pozostałości pestycydów.
Przygotowanie próbek do analizy polegało na pobraniu ich z warstwy orno-próchniczej (z poziomu 0-30 cm) przy użyciu laski glebowej, odpowiednim ich zabezpieczeniu i przetransportowaniu do laboratorium Zakładu Gleboznawstwa Erozji i Ochrony Gruntów IUNG-PIB.
Dzięki analizom chemicznym w próbkach glebowych wyznaczono odczyn pH, skład granulometryczny, zawartość węgla i azotu, zasobność gleb w przyswajalne formy pierwiastków, zawartość węglanów oraz całkowitą zawartość pierwiastków śladowych.
Wynikiem badań zawartych w produkcie są następujące wnioski:
- Uziarnienie gleby (skład granulometryczny) ma istotne znaczenie dla wielu fizycznych i chemicznych właściwości gleb, retencji wody, naturalnej zawartości zanieczyszczeń w glebie. W obszarze badań najliczniej występowała glina piaszczysta, spory udział miały też gleby o uziarnieniu piasku gliniastego. Na obszarze badań przeważają gleby średnio podatne i podatne na suszę.
- Odczyn jest jednym z podstawowych parametrów fizykochemicznych gleby. Decyduje o przebiegu wielu procesów glebowych, wpływa na aktywność biologiczną w glebie, przyswajalność składników pokarmowych dla roślin. Na badanym obszarze przeważały gleby o odczynie lekko kwaśnym (43%) oraz kwaśnym (34%). Lekko kwaśny odczyn w zasadzie nie ogranicza produkcji rolnej jednak wymaga kontroli i zabiegów wapnowania. Z kolei odczyn kwaśny może wywoływać wiele negatywnych zmian w glebie np. Pogorszenie struktury i przepuszczalności gleb.
- Zawartość materii organicznej, wyrażana również jako zawartość węgla organicznego, jest podstawowym wskaźnikiem jakości gleby, decydującym o wielu funkcjach gleby. Na badanym obszarze zawartość węgla w glebie była dość zmienna, natomiast jej średnia zawartość (1,19%) była zbliżona do średniej w glebach w całym kraju (1.12%).
- Pomiary poziomu zawartości przyswajalnych form fosforu, potas i magnezu określają poziom zasobności gleb w składniki nawozowe oraz ryzyko wystąpienia przenawożenia gleb. Zawartości wymienionych składników nawozowych były bardzo zróżnicowane w badanych glebach. W przypadku fosforu zakres zawartości był bardzo szeroki, od gleb ubogich w fosfor przyswajalny do gleb bardzo zasobnych, które nie wymagają nawożenia fosforem.
- Zawartość pierwiastków śladowych w glebie jest kształtowana przez czynniki naturalne i antropogeniczne. Do czynników naturalnych należą skład mineralogiczny skały macierzystej oraz przebieg procesów glebotwórczych. W badanych glebach obowiązujące obecnie dla produkcji rolniczej poziomy dopuszczalne zawartości pierwiastków w glebie były przekroczone dla cynku. Nie stwierdzono natomiast zagrożenia ze strony ołowiu i kadmu. W wielu glebach stwierdzono dopuszczalne, ale podwyższone w stosunku do tła geochemicznego zawartości cynku i miedzi.
Produkt 3 - Baza danych parametrów charakteryzujących właściwości gleb, wód i osadów dennych pod względem pozostałości środków ochrony roślin, powiązanych z lokalizacją punktów poboru próbek.
Oznaczanie zawartości pestycydów w pozyskanych próbkach z wykorzystaniem metod chromatograficznych (pomiar laboratoryjny).
Badania pozostałości środków ochrony roślin w glebie przeprowadzone zostały w Zakładzie Badania Bezpieczeństwa Żywności IO-PIB w 2021 roku i objęły w sumie 478 substancji, w tym:
- 447 substancji czynnych, ich izomerów i metabolitów oznaczanych w tzw. metodzie wielopozostałościowej;
- 25 substancji czynnych, tzw. kwaśnych herbicydów;
- ubstancje czynne, tzw. pestycydy polarne.
Metody te zostały zwalidowane w Zakładzie Badania Bezpieczeństwa Żywności, tzn. została potwierdzona ich przydatność do zastosowania w analizie pozostałości środków ochrony roślin w glebie. Walidacja obejmowała wyznaczenie parametrów charakteryzujących daną metodę, tj.: selektywność/specyficzność, granicę wykrywalności i oznaczalności, liniowość, precyzję, odzysk oraz niepewność rozszerzoną.
Próbki gleby dostarczone do badań zostały dokładnie wymieszane. Analizę pozostałości środków ochrony roślin przeprowadzono metodami:
- metoda wielopozostałościowa (Multi Residue Method);
- metoda oznaczenia kwaśnych herbicydów;
- metoda oznaczania pozostałości pestycydów polarnych.
Badania pozostałości środków ochrony roślin w wodzie przeprowadzone w Zakładzie Badania Bezpieczeństwa Żywności IO-PIB w 2021 roku objęły w sumie 201 substancji, w tym:
- 100 substancji czynnych, ich izomerów i metabolitów oznaczanych techniką GC-MS/MS;
- 101 substancji czynnych, ich izomerów i metabolitów (w tym, tzw. kwaśne herbicydy) oznaczanych techniką LC-MS/MS.
Analizę pozostałości środków ochrony roślin w wodzie przeprowadzono metodami opracowanymi w Zakładzie Badania Bezpieczeństwa Żywności i opisanymi we własnych procedurach badawczych (PB-02 i PB-03).
Przeanalizowano 79 próbek gleby pochodzących z rejonu Oleśnika i Ignacowa na zawartość pozostałości środków ochrony roślin, zgodnie z podanym w metodyce zakresem badań. W próbkach wykryto łącznie 34 pozostałości środków ochrony roślin oraz 8 izomerów i metabolitów.
W analizowanych próbkach wykrywano od jednej do 16 różnych pozostałości środków ochrony roślin, co świadczy o różnej intensywności prowadzenia zabiegów na badanym terenie. Na uwagę zasługuje fakt wykryć pozostałości po środkach, które nie mają obecnie zezwolenia do stosowania bądź w uprawach sadowniczych, bądź są wycofane z użycia na obszarze Polski i UE. Możemy również stwierdzić brak obecności pochodnych kwasu fosfonowego, który potencjalnie mógł zalegać w glebach i jako substancja systemiczna przemieszcza się z gleby do rośliny, skutkując pozostałościami w owocach/warzywach przez jeszcze kilka lat po ostatnich zabiegach tym, w pewnym okresie szeroko stosowanym fungicydem. Problem wykrywania pozostałości kwasu fosfonowego stanowi problem dla producentów żywości ekologicznej i przeznaczonej dla dzieci.
Na tym etapie projektu Konsorcjanci uzyskali punktowe dane dotyczące pozostałości po stosowanych środkach ochrony roślin z próbek pobranych z analizowanego obszaru upraw. Próbki gleby, wody powierzchniowej i osadów, były pobrane jednokrotnie. Z tego powodu uzyskane wyniki badań przedstawiają sytuację na dzień poboru próbek do analiz. W celu pełniejszego wykorzystania danych planowane jest:
- uzyskanie informacji od właścicieli/użytkowników analizowanych gruntów o zastosowanych środkach ochrony roślin (dawkach i terminach), w celu pełniejszej interpretacji uzyskanych wyników poprzez skorelowanie ilości wykrytych pozostałości z faktycznie wykonanymi zabiegami;
- ponowne pobranie i zanalizowanie próbek gleby w tych samych miejsc na wiosnę przyszłego roku, przed wykonaniem pierwszych zabiegów, w celu stwierdzenia tempa rozkładu obecnie stwierdzonych pozostałości;
- pogłębioną analizę uzyskanych wyników badań pozostałości korelację między z danymi określającymi parametry glebowe oraz uzyskane dane teledetekcyjne.
Produkt 4 - Raport z pomiarów terenowych XRF i UV-VIS, dla obszaru 13,5 ha, zawierający wartości stężeń pierwiastków w wierzchniej warstwie gleby oraz sygnatury spektralne gleby. Wysokorozdzielcza ortofotomapa RGB oraz ortofotomapa multispektralna (min. 4 pojedyncze zakresy).
Pozyskanie wyników z terenowych pomiarów spektrometrem XRF i spektrometrem UV-VIS oraz z nalotu fotograficznego (zobrazowania multispektralne).
Rys. Wykrywanie metali w glebie absorbowanych przez rośliny za pomocą XRF.
W ramach produktu wykonano pomiary spektrometryczne przy wykorzystaniu dwóch urządzeń. Pomiary wykonano zarówno w terenie jak i w laboratorium. W ramach prac pomiarowych w terenie, pozyskano dane fotogrametryczne z kamery multispektralnej, które posłużyły do wykonania ortofotomapy multispektralnej, na podstawie, której obliczono szereg wskaźników teledetekcyjnych. Pozyskane dane, posłużyły jako składowe analizy porównawczej mającej na celu możliwość wykrycia obecności metali ciężkich i herbicydów w glebie i roślinach, z wykorzystaniem analiz teledetekcyjnych.
Rys. Pochłanianie metali ciężkich z gleby.
Zestawienie kilku metod pozyskiwania danych jakie wykorzysta Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa, wraz z danymi pozyskanymi przez Instytut Ogrodnictwa oraz Instytut Upraw i Nawożenia Gleb, pozwoli na przeprowadzenie kompleksowej korelacji danych, w celu określenia możliwości zdalnego wykrywania różnych zanieczyszczeń gleby i roślin z pułapu lotniczego. Projekt daje szanse polskim producentom rolnym m.in. sadownikom z gminy Błędów na otrzymanie dokładanych informacji o zanieczyszczeniu gleby oraz roślin, co stanowić będzie dużą wartość w procesie wytwarzania ekologicznych i konkurencyjnych produktów rolnych zarówno na rynku polskim jak i europejskim.
Produkt 5 - Wyniki korelacji pomiarów terenowych wykonanych przez Konsorcjantów (XRF, UV-VIS, ICP-MS, chromatografia, zdjęcia multispektralne, dane glebowe) oraz opis modelu/narzędzia do monitorowania poziomu zanieczyszczeń gleby.
Prowadzenie korelacji wyników pomiarów XRF, UV-VIS, ICP-MS oraz chromatograficznych ze zdjęciami multispektralnymi oraz innych danych glebowych pomiarowych oraz pochodzących z mapy glebowo-rolniczej (wykorzystanie uczenia maszynowego, rozwiązań chmurowych, regresji wielokrotnej, budowanie modeli deterministycznych) w celu stworzenia modelu/narzędzia do monitorowania poziomu zanieczyszczeń gleby.
W produkcie zawarto szereg przetworzeń i analiz, które mogą posłużyć w kolejnych iteracjach do stworzenia nowych, miarodajnych metod teledetekcyjnych i laboratoryjnych do monitoringu poziomów zanieczyszczeń terenu użytkowanego rolniczo.
Analiza dla właściwości chemicznych zmierzonych w laboratorium, razem z cechami ukształtowania terenu (wysokość n.p.m., nachylenie oraz odległość od drogi) oraz uziarnienie wykazała wysoką korelację ujemną względem takich pierwiastków jak N - azot, Cd - kadm, C - węgiel, Ca - wapń, Pb - ołów. Stwierdzono również, że uziarnienie nie ma wpływu na udział pestycydów, podobnie jak czynniki topograficzne. Pozyskane dane wielospektralne mogą zostać wykorzystane do szacowania zawartości Sb - antymonu, N - azotu, Cu - miedzi oraz C - węgla. Analizując jednocześnie dane dotyczące pestycydów, analizy chemicznej oraz topografii można zauważyć, iż część cech wykazuje zbieżność - głównie uziarnienie oraz zawartość niektórych pierwiastków, m.in Sr - srebra, Bi - bizmutu, Ca - wapnia czy Pb - ołowiu.
Analiza wyników spektrometrii VIS-NIR i ich korelacja z danymi laboratoryjnymi wskazuje na możliwość budowania efektywnych modeli predykcyjnych na bazie odbicia spektralnego w zakresie VIS-NIR dla wielu istotnych charakterystyk składu masy gleby, przy czym modele lokalne są bardziej precyzyjne niż model ogólnopolski.
Pomiary zawartości pierwiastków w glebie z wykorzystaniem spektrometrii pXRF wykazywały dużą zbieżność jedynie dla części pierwiastków - wartości R2 obliczone dla trzech pierwiastków Cu - miedzi, Mn - manganu i Ca - wapnia wynosiły powyżej 0,5, co wskazuje na zależność silną. Najwyższą wartość R2 uzyskano dla zawartości miedzi w glebie.
Porównując wyniki oznaczeń laboratoryjnych składników gleby z wynikami polowych pomiarów XRF konieczne jest zwrócenie uwagi na grubość warstwy gleby z jakiej zostały pobrane próbki do analizy laboratoryjnej. Ponieważ promieniowanie rentgenowskie wnika w glebę na bardzo niewielką głębokość, polowe pomiary kontaktowe (bez naruszania mierzonej powierzchni) dostarczają informacji o zawartości pierwiastków tylko w wierzchniej warstwie gleby. Dlatego próbki do porównawczych badań laboratoryjnych również powinny być pobierane ze stosunkowo cienkiej wierzchniej warstwy gleby.
Ponadto, niezbędna jest walidacja oraz ocena jakości modelu, na przykład poprzez aplikację modelu do klasyfikacji na drugim z obszarów. Należy zaznaczyć jednak, że dla tak dużych objętości danych (surowe zobrazowania ~240 GB, ortofotomapy ~15 GB) proces ten jest bardzo czasochłonny i wymagający odpowiednich mocy obliczeniowych. Niemniej jednak, zaawansowana algorytmika wykazuje duży potencjał do monitoringu parametrów środowiska z wykorzystaniem danych teledetekcyjnych oraz dodatkowych pomiarów laboratoryjnych, a modele będą rozwijane i rozszerzane na dalszych etapach prac projektowych.
Produkt 6 - Raport opisujący możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych do monitoringu poziomu zanieczyszczenia gleby - wyniki badań, wnioski, opis możliwości wykorzystania wyników przez Klaster, rekomendacje w zakresie dalszego rozwoju, opis "dobrych praktyk ".
Określenie możliwości wykorzystania metod teledetekcyjnych (zobrazowania mulitispektralne i technologie BSP) do zdalnej detekcji stężeń wybranych metali ciężkich i/lub pestycydów w wierzchniej warstwie gleby dla zadanego obszaru.
Wyniki opracowanego raportu potwierdzają zasadność zastosowania metod teledetekcyjnych do określenia zanieczyszczenia gleby pestycydami oraz metalami ciężkimi.
Rekomendowane jest, aby podjąć następujące działania w celu utrzymania dostępności do aktualnej informacji na temat stanu gleb na obszarze Klastra "Polska Natura". Biorąc przykład z dotychczasowych wdrożeń metod teledetekcyjnych w innych sektorach, do poniższego schematu działań dołączony zostaje obiekt Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa, Dział Teledetekcji, który mając na celu wdrażanie nowoczesnych technik teledetekcyjnych będzie podmiotem gotowym do konsultacji lub rozwiązywania problemów.
Konsorcjanci proponują, aby w Klastrze zorganizowane zostały następujące działania:
Rys. Działania w Klastrze.
- Gromadzenie danych zróżnicowanych na podstawie czasowych i przestrzennych zmian w środowisku.
- Zapewnienie powtarzalności wykonywania zdjęć nad tym samym obszarem.
Produkt 7 - Baza danych w postaci SIP, dla obszaru 13,5 ha z wynikami pomiarów i analiz zapewniająca: dostęp online, podstawowy interfejs użytkownika, podkład mapowy, możliwość wyświetlenia wyników pomiarów.
Utworzenie bazy danych i/lub mapy i/lub Systemu Informacji Przestrzennej dla Klastra "Polska Natura" zawierających informacje pozyskiwane i przetwarzane w czasie realizacji projektu.
Głównym celem przedmiotowego produktu jest przedstawienie wyników prac przeprowadzonych w ramach realizacji bazy danych dla projektu WEPR. Głównymi wymaganiami projektowymi dotyczącymi bazy oraz umieszczanych w niej danych było:
- możliwość połączenia z dowolnego miejsca z bazą PostGIS w ramach dostępu online,
- możliwość wizualizacji danych w oprogramowaniu GIS, czyli np. QGIS, ArcGIS, itd.,
- ortofotomapy wielospektralnej oraz inne dane podkładowe powinny być dostępne na serwerze,
- możliwość wyświetlania wyników pomiarów.
Wizualizacja całości informacji odbywa się z wykorzystaniem oprogramowania Open Source. W toku projektu wybrano QGIS Server jako optymalny dla tego typu projektu. Całość informacji jest wyświetlana z wykorzystaniem oprogramowania GIS, usług WMS lub dedykowanego portalu - WEPR.PL. Przepływ danych ilustruje poniższy schemat.
Rys. Schemat ideowy danych pozyskanych w projekcie.
Konsorcjantom udało się osiągnąć cele projektowe związane z wizualizacją danych w postaci portalu mapowego oraz bazy danych. Rozwijany przez Łukasiewicz-Instytut Lotnictwa produkt ma charakter iteracyjny, tj. wraz z kolejnym zasilaniem danymi oraz wynikami analiz, portal będzie rozszerzany, a jego działanie optymalizowane. Ponadto, planuje się udoskonalenie layoutu użytkownika, jak również optymalizację działania portalu (tj. skrócenie czasu ładowania poszczególnych warstw).
W najbliższym czasie zostanie wprowadzona funkcjonalność logowania się za pomocą hasła użytkownika, a w kolejnym etapie prac dołożone zostaną nowe warstwy i funkcjonalności, które będą stanowić wsparcie dla sadowników z obszaru pilotażowego. Przykład stanowić może udostępnianie danych pogodowych w portalu, co może przyczynić się do lepszego planowania zabiegów agrotechnicznych (np. oprysków).
Link do portalu: https://wepr.pl
MATERIAŁY - PREZENTACJE PROJEKTU WEPR
Wsparcie ekologicznej produkcj rolnej na Mazowszu - logo (zestaw/zip/0,7MB)
Zestaw logotypu w różnych formatach graficznych, zawiera instrukcję stosowania znaku.