Новий інструмент використовує супутникові дані для боротьби з оливковою мухою

На нещодавній конференції, що відбулася в Європейському космічному агентстві у Фраскаті, Італія, дослідники продемонстровано засіб, який може допомогти в боротьбі та запобіганні оливкова фруктова муха інвазії на обличчі зміна клімату.

Проект заснований на об’єднанні біологічних циклів оливкового дерева та оливкової плодової мухи з відповідними супутниковими даними.

"Ми повинні розглядати цей проект як новий внесок у поточні зусилля по боротьбі зі шкідниками», – сказав Луїджі Понті, дослідник італійського національного агентства нових технологій, енергетики та сталого економічного розвитку. Olive Oil Times.

Вирішальним джерелом даних для проекту є супутникові спостереження, зроблені за допомогою датчиків зображення спектрорадіометра з помірною роздільною здатністю (MODIS), встановлених на борту двох супутників NASA, Terra та Aqua.

За останні два десятиліття ці датчики виміряли кілька поверхневих змінних, таких як індекси рослинності, а також забезпечили високонадійні дані про температуру поверхні землі.

"Вони виміряли температуру поверхні з космосу з добовою тимчасовою роздільною здатністю, а також зафіксували приблизні добові максимальні та мінімальні температури завдяки часу проходження», — сказав Понті. 

Попереднє дослідження Маркуса Нетелера, засновника Mundialis, німецької компанії-партнера в проекті, розробило метод отримання даних про температуру із супутникових спостережень.

Крім того, була розроблена методологія, заснована на статистиці та просторовій інформації, щоб заповнити прогалини, спричинені хмарним покривом, оскільки датчики MODIS не можуть бачити крізь хмари.

Дослідження, представлене Понті та його колегами, мало на меті зв’язати цей широкий набір даних з індексом рослинності, отриманим за допомогою MODIS, відомим як нормалізований індекс різниці рослинності (NDVI).

MODIS NDVI вимірює кількість зеленої рослинності на поверхні Землі, надаючи інформацію про ґрунтовий покрив протягом року. Ця інформація може бути використана для покращення даних про температуру, отриманих із супутників MODIS.

Ефективність цього підходу базується на попередніх дослідженнях, проведених групою ізраїльських вчених, які розробили метод калібрування температури поверхні землі, отриманої за допомогою MODIS, за допомогою даних NDVI.

"Вони встановили термометри в кронах оливкових дерев і виявили, що температура, отримана від супутників MODIS, після корекції за допомогою MODIS NDVI, оцінює температуру крони краще, ніж найближча метеостанція», — сказав Понті.

Завдяки цим даним можна оцінити температуру, яку відчуває як рослина, так і оливкова мушка.

"Якщо ми хочемо справжнього впливу на сільське господарство, нам потрібно спостерігати за тим, що відбувається день за днем, тому що саме так діють рослини та взаємодіючі організми», — зазначив Понті.

Потреба у високоточній інформації про агроекосистеми призвела до розробки фізіологічно обґрунтованої демографічної моделі оливкової агроекосистеми у співпраці з некомерційним науковим консорціумом CASAS Global.

Результатом моделі є детальне та реалістичне біологічне представлення життєвих циклів оливкового дерева та оливкової плодової мухи, включаючи їх взаємодію.

Цей тип моделювання, який поєднує підхід зверху вниз (з використанням супутникових даних) з підходом знизу вгору (біологічні механізми), долає обмеження обох і забезпечує потужний інструмент для стратегічного аналізу в управлінні сільським господарством.

Поєднання супутникових спостережень, біологічного моделювання та інструментів географічної інформації з відкритим кодом дозволяє дослідникам візуалізувати й аналізувати динаміку з безпрецедентною тимчасовою (щоденною) і просторовою (250-метровою) роздільною здатністю.

"Для рослин [модель] моделює популяції листя, популяції гілок і популяції коренів. З тією ж базовою моделлю він імітує народження, ріст, старіння та смерть органів рослин або стадії комах», — сказав Понті.

"Тож ми використовуємо ту саму модель для опису як комах, так і рослин у нашій системі оливкова плодова муха», — додав він.

Для рослин основним ресурсом є енергія сонячного випромінювання, а також поживні речовини та вода з ґрунту. Для мухи ресурсом є рослина, якою вона харчується: скільки оливок вона може знайти, щоб відкласти яйця. Його життєдіяльність (ріст, розмноження) залежить від наявності оливок.

"Це надає моделям певний ступінь біологічного реалізму, оскільки вони обмежені реальними обмеженнями ресурсів, з якими стикаються організми», — сказав Понті.

"Якщо муха не знаходить оливки, вона переходить у репродуктивний стан спокою, як і в природі. Отже, це не інструмент для ​"точно передбачити зараження, але він може сказати вам, що за певних умов середовище придатне для нього», – пояснив він.

"Ви не можете сказати ​"муха прилетить завтра», але ви можете сказати ​"на даний момент ця територія має умови, які сприяють розвитку мух», — додав Понті.

Так само, як прогнози погоди, біологічні прогнози є складними. Сам прогноз погоди вважається ненадійним за межі короткого періоду приблизно в три дні.

"Тим не менш, ми використовуємо дані про погоду як вхідні дані для наших біологічних моделей, тому невизначеність ускладнюється», — сказав Понті. ​"Наші моделі додають стратегічну інформацію». 

Прогнозування може вказати, коли діяти, але воно не може сказати вам, чому щось відбувається або як більш ефективно підготуватися до мінливого клімату.

"Це вимагає розуміння механізмів і динаміки в цій галузі», – сказав Понті. ​"Ось у чому суть: якщо оливкова муха є ключовим шкідником, як ми можемо краще боротися з нею з економічної та оперативної точки зору, особливо в умовах зміни клімату, коли припущення про клімат застаріли, а відповідні правила управління можуть більше не застосовуватися?» 

"Ми чітко показали це в нашій роботі в Андалусії», – додав він. ​"Наприклад, у деяких районах є недостатньо годин для охолодження більше не викликати цвітіння оливок. У теплих районах популяція мух залишається нижче порогової через високі температури, які наближаються або перевищують температурну стійкість мух». 

Використання більш точної інформації про клімат і рослинність може допомогти політикам змінити стратегії боротьби зі шкідниками.

Регіональні заходи та політика, наприклад в Андалусії, де інтегровані контрольні організації здійснюють моніторинг і призначають лікування, спираються на аналіз минулих даних.

"Наприклад, традиційно моніторинг може починатися в травні, але якщо зими тепліші, може бути корисніше почати раніше», – сказав Понті.

Оливкова плодова муха має швидке зростання популяції, тісно синхронізована з життєвим циклом оливкового дерева та може розмножуватися цілий рік, як тільки оливкові плоди та клімат є відповідними. Це робить його серйозним шкідником оливкових культур у всьому світі.

"Якщо не стежити та не контролювати на ранній стадії, це швидко вийде з-під контролю», — сказав Понті. ​"Тому найкращим підходом може бути моніторинг навіть під час ​"тихий сезон, пізня зима або рання весна. Зважаючи на майбутні кліматичні тенденції, випередження буде мати вирішальне значення».

Оскільки погода стає все більш непередбачуваною і екстремальні події стають більш поширеними, до того моменту, коли вони перестають бути винятковими, сільськогосподарським установам стає дедалі складніше планувати ефективні послуги захисту.

"Цей інструмент моделювання дає вам реалістичне уявлення про те, що відбувається в польових умовах, чого ви ніколи не зможете отримати за допомогою польових спостережень у такому масштабі протягом такої тривалості», – сказав Понті.

"У Апулії завдяки хмарним обчисленням, наданим італійським партнером Recube, ми змоделювали 20 років динаміки олив і мух у щоденному часовому масштабі з роздільною здатністю 250 метрів для сотень тисяч місць», — додав він.

"Отримати такі ж дані з польових спостережень було б просто неможливо. Ця система дає вам інформацію на польовому рівні практично безкоштовно», – продовжив Понті.

Оскільки клімат по-різному впливає на рослини та комах, їх взаємодія та баланс змінюються.

"Це важливо знати. Ви можете змоделювати різні сценарії управління, такі як раннє втручання, і оцінити, наскільки це корисно», — сказав Понті.

"Ви не можете проводити десять років польових випробувань по всій Апулії. Але ця модель дозволяє зробити це практично за лічені хвилини», – додав він. ​"Отже, хоча він не призначений для короткострокового прогнозування, оскільки для цього потрібні ідеально детальні біологічні та кліматичні дані в реальному часі, він чудово підходить для опису та стратегічного планування».

Супутники NASA Aqua і Terra планують вивести з експлуатації. У результаті дослідники вже працюють над використанням інших супутників, таких як ті, що запустили Eumetsat і Європейське космічне агентство, які містять подібні датчики.

Нове покоління супутників агентства Sentinel має високу просторову роздільну здатність і може спостерігати температуру поверхні.

"Але наразі вони не мають щоденної тимчасової роздільної здатності, хоча є плани досягти щоденної роздільної здатності в майбутніх місіях Sentinel», — сказав Понті.

"Це означає, що вони не можуть забезпечити щоденні максимальні та мінімальні температури, які є вирішальними для циркадних ритмів, природних циклів, які регулюють життя на Землі», – пояснив він.

Отримані супутником та інші кліматичні дані в поєднанні з фізіологічно обґрунтованими даними демографічної моделі можуть виявитися вирішальними в наступні роки не лише для оливкових гаїв, але й для багатьох культур, які дослідники вже вивчили.

Проект було здійснено в рамках проекту TEBAKA і базується на інфраструктурі ІКТ, розробленій проектом Med-Gold, обидва з яких фінансуються Європейським Союзом.

Щоб ці дані слугували стратегією, державні установи та регіональні організації повинні вжити заходів.

"Чого не вистачає, так це дослідницьких і проектних ресурсів для підтримки необхідних хмарних обчислень, одночасно зберігаючи та розширюючи часові ряди набору даних, який ми використовували, який охоплює близько 20 років, з 2003 по 2023 рік. Це довгий і цінний період», — сказав Понті.

"Зміна клімату – це не те, що станеться в кінці століття. Це те, що зараз відбувається", - підсумував він. ​"Статистичний аналіз того, що відбувалося в минулому на певній території, є чудовим інструментом, але цього вже недостатньо, оскільки клімат швидко змінюється».