Rozwój współczesnego rolnictwa coraz silniej wiąże się z koniecznością godzenia celów produkcyjnych i ekonomicznych z wymaganiami dotyczącymi ochrony środowiska. Racjonalne gospodarowanie nawozami, ograniczanie strat składników biogennych, ochrona gleby i wód, redukcja emisji do atmosfery oraz adaptacja do zmieniających się warunków pogodowych wymagają dostępu do aktualnej informacji oraz narzędzi pozwalających oceniać skutki podejmowanych decyzji. Jednocześnie rozwiązania przeznaczone dla rolników powinny być możliwie proste w o3bsłudze i przekładać złożone metody obliczeniowe na jednoznaczną informację praktyczną.
Takie założenie przyjęto przy tworzeniu EnviAgri – cyfrowego systemu wspomagającego zarządzanie gospodarstwem rolnym (www.enviagri.pl). Rozwiązanie integruje dane produkcyjne, środowiskowe, glebowe i meteorologiczne z zestawem algorytmów służących do ilościowej oceny oddziaływania produkcji rolnej na środowisko oraz analizy jej wybranych efektów ekonomicznych. Wyniki obliczeń są następnie interpretowane i przedstawiane użytkownikowi w formie umożliwiającej ocenę aktualnej sytuacji oraz identyfikację obszarów wymagających poprawy.
Cyfrowa diagnoza gospodarstwa jako podstawa zarządzania
Podstawową funkcją EnviAgri jest przekształcanie danych charakteryzujących rzeczywiste gospodarstwo w informacje wspierające podejmowanie decyzji. System nie ogranicza się do wykonywania pojedynczych obliczeń. Łączy ocenę różnych elementów produkcji i pozwala rozpatrywać gospodarstwo jako układ, w którym decyzje dotyczące nawożenia, struktury upraw, produkcji zwierzęcej czy gospodarowania materią organiczną mogą jednocześnie wpływać na efektywność wykorzystania zasobów, jakość środowiska i wynik ekonomiczny. Przyjęto zasadę, że wartość obliczonego wskaźnika powinna zostać uzupełniona jego oceną. Dlatego wyniki poszczególnych metod odnoszone są do właściwych dla nich wartości referencyjnych, zakresów lub klas oceny. Użytkownik uzyskuje w ten sposób nie tylko wynik liczbowy, lecz także informację pozwalającą określić, czy analizowana sytuacja jest korzystna, czy może wymagać zmiany sposobu gospodarowania. System umożliwia prowadzenie analiz zarówno dla pojedynczych pól, jak i całego gospodarstwa. Pozwala to łączyć lokalne uwarunkowania glebowe i meteorologiczne z oceną przepływu składników, emisji oraz efektów ekonomicznych w większej skali.
Integracja informacji o produkcji, glebie i pogodzie
Funkcjonowanie EnviAgri opiera się na dwóch podstawowych grupach danych. Pierwszą tworzą informacje przekazywane przez użytkownika i opisujące sposób prowadzenia gospodarstwa. W produkcji roślinnej dotyczą one m.in. uprawianych gatunków, płodozmianu, międzyplonów i poplonów, nawożenia, stosowanych środków produkcji oraz parametrów gleby. W części dotyczącej produkcji zwierzęcej uwzględniane są m.in. gatunki i grupy zwierząt, kierunki produkcji, obrót stadem, zużycie środków produkcji oraz uzyskiwane efekty produkcyjne.
Drugim źródłem informacji jest przestrzenny moduł METEO–GLEBA. Jego zadaniem jest dostarczanie danych charakteryzujących warunki środowiskowe występujące w lokalizacji gospodarstwa. Obejmują one m.in. kategorię agronomiczną gleby, jej podatność na suszę rolniczą i potencjalną erozję wodną, a także rzeczywiste i prognozowane dane meteorologiczne. Informacje pogodowe są przetwarzane do parametrów wymaganych przez poszczególne algorytmy, w tym klimatycznego bilansu wodnego. Prognoza meteorologiczna umożliwia ocenę zagrożenia suszą w perspektywie trzech kolejnych dni. Zastosowanie interaktywnej mapy ogranicza konieczność samodzielnego wprowadzania części informacji przez użytkownika i pozwala powiązać analizy z konkretnym położeniem pola. System może korzystać również z informacji przestrzennych dotyczących działek oraz rodzaju prowadzonej produkcji.
Tak zorganizowany przepływ danych tworzy podstawę do wykonania dalszych analiz. Informacje opisujące gospodarstwo są łączone z charakterystyką jego otoczenia, a następnie przekazywane do odpowiednich algorytmów obliczeniowych.
Wielokryterialna ocena oddziaływania gospodarstwa
Część analityczna EnviAgri obejmuje osiem modułów obliczeniowych B1–B8, służących do oceny bilansu składników nawozowych, ryzyka ich strat, emisji do atmosfery, bilansu glebowej materii organicznej oraz ekonomicznych efektów produkcji. System uzupełnia moduł METEO–GLEBA, obejmujący także prognozę zagrożenia suszą rolniczą.
Algorytm B1 służy do bilansowania azotu, fosforu i potasu metodą „u bramy gospodarstwa”. Umożliwia zestawienie ilości składników wprowadzanych do gospodarstwa z ich odpływem w produktach rolnych. Wynik pozwala ocenić sposób gospodarowania składnikami pokarmowymi i wskazać sytuacje, w których ich nadmierna nadwyżka może oznaczać zwiększone ryzyko strat do środowiska.
Moduł B2 służy do szacowania wymywania azotanów w głąb profilu glebowego i ich potencjalnego przemieszczania się do wód gruntowych. Moduł B3 umożliwia natomiast ocenę ryzyka strat fosforu związanych z erozją wodną i spływem powierzchniowym. Oba narzędzia uwzględniają zarówno sposób prowadzenia produkcji, jak i warunki środowiskowe występujące na danym polu.
Kolejne dwa algorytmy dotyczą emisji do atmosfery. B4 umożliwia szacowanie emisji amoniaku na poziomie gospodarstwa, natomiast B5 służy do określania emisji gazów cieplarnianych, w tym dwutlenku węgla i podtlenku azotu. Wyniki pozwalają wskazać źródła emisji związane z prowadzoną produkcją i ocenić ich udział w całkowitym oddziaływaniu gospodarstwa.
Algorytm B6 obejmuje bilans glebowej materii organicznej. Uwzględnienie struktury upraw oraz dopływu materiałów organicznych umożliwia ocenę wpływu przyjętego sposobu gospodarowania na bilans materii organicznej gleby. Jest to szczególnie istotne z punktu widzenia utrzymania jej żyzności i długookresowej zdolności produkcyjnej.
Moduł METEO–GLEBA umożliwia również prognozowanie zagrożenia suszą rolniczą w perspektywie trzech dni, na podstawie danych glebowych i meteorologicznych B7. Informacje te mogą wspierać bieżące decyzje agrotechniczne.
Moduł B8 uzupełniają ocenę środowiskową o aspekt ekonomiczny. Dotyczy wskaźników ekonomicznych produkcji roślinnej i zwierzęcej oraz umożliwia analizę nadwyżki bezpośredniej. Dzięki temu użytkownik może rozpatrywać działania zarówno pod kątem oddziaływania na środowisko, jak i ekonomiki produkcji.
Interpretacja rezultatów i identyfikacja obszarów wymagających poprawy
Kluczowym etapem działania EnviAgri jest przełożenie rezultatów obliczeń na informację zrozumiałą dla użytkownika. Wyniki poszczególnych algorytmów są porządkowane, wizualizowane oraz interpretowane zgodnie z kryteriami przyjętymi dla danej metody. Dzięki temu użytkownik nie musi samodzielnie analizować zbioru surowych danych liczbowych. System wskazuje wartości referencyjne lub odpowiednie klasy oceny i na tej podstawie pozwala określić pozycję analizowanego pola, produkcji lub całego gospodarstwa. Rozwiązanie takie umożliwia rozpoznanie elementów funkcjonujących prawidłowo, ale przede wszystkim identyfikację „miejsc wrażliwych”, w których istnieje zwiększone ryzyko negatywnego oddziaływania na środowisko. Mogą to być przykładowo nadmierne nadwyżki składników nawozowych, zwiększone ryzyko wymywania azotanów, zagrożenie stratami fosforu, wysoka emisja amoniaku lub gazów cieplarnianych, niekorzystny bilans materii organicznej czy zagrożenie suszą. Odpowiednia interpretacja wyniku stanowi podstawę do wskazania możliwych działań korygujących.
Ważną funkcją systemu będzie możliwość generowania raportów zawierających rezultaty wykonanych analiz. Wyniki mogą być archiwizowane, co pozwala porównywać kolejne okresy oraz obserwować zmiany będące następstwem modyfikacji sposobu prowadzenia gospodarstwa. Rozwiązanie może być wykorzystywane zarówno bezpośrednio przez producenta rolnego, jak i w pracy doradczej.
Od oceny pojedynczego pola do bilansu gospodarstwa
Zróżnicowanie przestrzenne warunków produkcji powoduje, że nie wszystkie problemy środowiskowe mogą być właściwie ocenione wyłącznie na poziomie całego gospodarstwa. Dlatego EnviAgri umożliwia analizę wybranych zjawisk w odniesieniu do konkretnego pola.Na tym poziomie możliwe jest uwzględnienie właściwości gleby, uprawianej rośliny, zastosowanych zabiegów oraz aktualnych i prognozowanych warunków meteorologicznych. Pozwala to identyfikować pola szczególnie narażone na wymywanie azotanów, straty fosforu, erozję lub suszę i dostosowywać działania do lokalnych warunków.
Innego rodzaju informacji dostarcza analiza całego gospodarstwa. Umożliwia ona ocenę przepływu azotu, fosforu i potasu, emisji amoniaku i gazów cieplarnianych, bilansu materii organicznej oraz ekonomicznych efektów produkcji. Szczególnego znaczenia nabiera w gospodarstwach prowadzących jednocześnie produkcję roślinną i zwierzęcą, ponieważ pozwala uwzględniać wzajemne powiązania pomiędzy poszczególnymi działami produkcji.
Połączenie analiz wykonywanych w obu skalach umożliwia przejście od szczegółowej diagnozy problemu występującego na konkretnym polu do bardziej kompleksowej oceny sposobu funkcjonowania gospodarstwa.
EnviAgri jako narzędzie wspierające transformację gospodarstwa
Najważniejszą funkcją EnviAgri jest połączenie diagnozy z możliwością wykorzystania jej wyników w zarządzaniu gospodarstwem. Aplikacja tworzy wspólne środowisko analityczne dla zagadnień, które są ze sobą powiązane, lecz często rozpatruje się je niezależnie: nawożenia, strat azotu i fosforu, emisji do atmosfery, materii organicznej gleby, warunków wodnych oraz ekonomiki produkcji. Takie podejście umożliwia bardziej kompleksową ocenę skutków podejmowanych działań. Zmiana praktyki rolniczej może bowiem jednocześnie wpływać na wykorzystanie składników nawozowych, ryzyko ich strat, wielkość emisji oraz wynik ekonomiczny. Zintegrowany system pozwala te zależności uporządkować i przedstawić użytkownikowi w formie wspierającej świadomy wybór sposobu postępowania.
EnviAgri może być wykorzystywany przez rolników do samooceny gospodarstwa, a przez doradców jako narzędzie wspierające analizę sytuacji produkcyjnej i środowiskowej. Istotnym elementem jest możliwość korzystania z wybranych modułów zależnie od problemu, który użytkownik chce przeanalizować. Modułowa konstrukcja pozwala również na dalszy rozwój systemu i rozszerzanie zakresu oferowanych usług. W szerszej perspektywie rozwiązanie wspiera wdrażanie zasad zrównoważonego rolnictwa poprzez dostarczenie mierzalnych informacji o oddziaływaniu produkcji na środowisko. Może sprzyjać bardziej racjonalnemu wykorzystaniu nawozów, ograniczaniu strat składników biogennych, ochronie gleby i wód, redukcji emisji oraz lepszemu przygotowaniu gospodarstw na występowanie niekorzystnych warunków pogodowych. Udostępnianie kolejnych funkcjonalności systemu odbywa się etapowo; moduł prognozy suszy stanowi element rozwijanej części meteorologicznej.
EnviAgri (www.enviagri.pl) nie zastępuje decyzji rolnika lub doradcy, lecz dostarcza podstaw do jej podjęcia. Łączy dane pochodzące z gospodarstwa i jego otoczenia z metodami obliczeniowymi, a uzyskane rezultaty przekształca w ocenę i praktyczną informację. W ten sposób cyfrowe narzędzie staje się elementem procesu zarządzania: od danych i diagnozy, poprzez ocenę, aż do wyboru działań ograniczających presję środowiskową przy zachowaniu produkcyjnej i ekonomicznej funkcji gospodarstwa.
Autor: prof. dr hab. Lidia Dzierzbicka-Głowacka
Kierownik projektu EnviAgri (www.enviagri.pl)
Instytut Oceanologii Polskiej Akademii Nauk
