Paolo Tarolli: co to znaczy prowadzić badania w rolnictwie?

Paolo Tarolli, profesor hydrauliki rolniczej na Uniwersytecie w Padwie, jest jednym z genialnych umysłów europejskiego i światowego rolnictwa. W tej krótkiej rozmowie opowiada o swoich pionierskich badaniach, znaczeniu dużych zbiorów danych i sztucznej inteligencji dla dzisiejszego i przyszłego rolnictwa oraz (zaawansowanych technologicznie, ale także tradycyjnych) rozwiązaniach wielkiego i alarmującego problemu, jakim są zmiany klimatu.  

Panie Profesorze, jakie są główne kierunki Pana badań i nad jakimi projektami Pan obecnie pracuje?

Moja grupa badawcza koncentruje się na wpływie zmian klimatu na rolnictwo, a w szczególności na dwa rodzaje rolnictwa: rolnictwo, które wykorzystuje tarasowanie na stromo nachylonych stokach, oraz rolnictwo przybrzeżne, nad którym rozpoczęliśmy badania w ciągu ostatnich trzech lat. Aby zbadać oba te rodzaje rolnictwa, masowo wykorzystujemy duże zbiory danych za pomocą satelitów i dronów, aby móc określić ilościowo wpływ zmian klimatu w dwóch ekstremalnych warunkach: nadmierne opady deszczu, tj. intensywne i lokalne opady deszczu, które powodują niszczenie gleby, erozję, osuwiska i zaburzenia hydrogeologiczne, szczególnie na obszarach górskich; oraz długotrwała susza, zjawisko, które może wpływać na rolnictwo całych narodów, jak na przykład w 2022 r. w Hiszpanii, Francji, Włoszech i wielu częściach Europy.  

Podkreślił Pan znaczenie danych w swojej pracy badawczej. Czy będą one również coraz ważniejsze dla rolników i zarządzania gospodarstwem?

O tak, zdecydowanie  

Porozmawiajmy o braku wody. Jest to jeden z obszarów zainteresowania Pana grupy badawczej, prawda?  

Zgadza się, wraz z moją grupą badawczą pracujemy nad zrozumieniem wpływu suszy zarówno na górskie, jak i — przede wszystkim — na przybrzeżne obszary rolnicze. Celem jest wykorzystanie informacji, które jesteśmy w stanie uzyskać, do wskazania rozwiązań adaptacyjnych, które sprzyjają zrównoważonemu wykorzystaniu wody i są ekologiczne (mają niewielki wpływ na środowisko). Przykładem tego jest zbieranie wody w czasie deszczu i przechowywanie jej w mikrozbiornikach w celu ponownego wykorzystania w sytuacjach awaryjnych i niedoboru wody. Celem jest również zrozumienie, w jaki sposób rolnictwo, poprzez ukierunkowane działania, może dostosować się do coraz częstszych długotrwałych okresów bez opadów.

Wracając do wykorzystywania danych na dużą skalę... jakich technologii używa Pan do eksperymentowania?

Wizja komputerowa i teledetekcja są bardzo ważne. Wszyscy współpracownicy w mojej grupie badawczej używają platform chmurowych do uzyskiwania dostępu i analizowania ogromnych danych satelitarnych w formacie otwartego dostępu. Na przykład w celu zbadania kondycji roślinności w okresach stresu wodnego. Korzystamy również z dronów, przetwarzając zarejestrowane przez nie obrazy za pomocą wizji komputerowej w celu odtworzenia, przy użyciu techniki fotogrametrycznej Structure-from-Motion, trójwymiarowych modeli o bardzo wysokiej rozdzielczości na polach tarasowych, gdzie stosuje się tego rodzaju rolnictwo. Następnie na tych modelach możemy symulować intensywne opady, mapując w ten sposób obszary, w których zbocze może ulec erozji lub może dojść do osunięcia się ziemi. Rolnik może wykorzystać te informacje do zapobiegania i łagodzenia tych zjawisk, w tym do aktywnego przyczyniania się do hamowania niekorzystnych zmian hydrogeologicznych.

 W jaki sposób wykorzystanie danych satelitarnych może pomóc w radzeniu sobie z niedoborem wody?  

Analiza danych satelitarnych pozwala na badanie tego zjawiska na dużą skalę. Na przykład za pomocą satelity możemy zidentyfikować obszary, w których roślinność ma trudności ze wzrostem z powodu stresujących warunków. Porównując te dane z analizami przeprowadzonymi w poprzednich latach, można również dokonać oceny powagi sytuacji w perspektywie, biorąc pod uwagę poprzednie okresy, a na tej podstawie można uzyskać mapy zagrożeń i zidentyfikować tak zwane hot spot, w których roślinność jest poddawana stresowi z powodu okresów suszy. W naszej pracy nad rolnictwem przybrzeżnym przeprowadzamy tę analizę, łącząc ją z danymi na temat wnikania wody morskiej, które staje się bardzo poważnym problemem wzdłuż wybrzeży, zwłaszcza w deltach. Przykładem tego jest Pad.  

Na czym to polega?

W okresach suszy natężenie przepływu rzeki spada i woda morska wpływa przez odnogi delty. Powoduje to przenikanie słonej wody do gleby, co wpływa ujemnie również na pola uprawne, na których można zaobserwować procesy pustynnienia i duże obszary, na których uprawy są narażone na stres z powodu zasolenia. Dzięki przetwarzaniu danych ze zdjęć satelitarnych można uchwycić ten proces w pełnej skali, ponieważ można zobaczyć, kiedy i w jakim zakresie przestrzennym roślinność jest poddawana stresowi.  

W związku z tym wykorzystanie danych jest naprawdę kluczowe dla zrównoważonego rozwoju, ponieważ umożliwia obserwację ewolucji zjawiska, dokładne zrozumienie, gdzie sytuacja jest najpoważniejsza i opracowanie odpowiednich środków łagodzących lub dostosowawczych.

Właśnie tak. Po sporządzeniu mapy hot spot można ją wzbogacić o inne informacje, np. na temat rodzaju praktykowanego rolnictwa i uprawianych roślin. W ten sposób można bardzo precyzyjnie kierować działaniami. Jest to bardzo ważne, ponieważ jednym z najczęstszych błędów jest myślenie, że możemy zastosować to samo rozwiązanie dla problemu suszy lub erozji na terenach górzystych w całej Europie. Takie podejście jest błędne, ponieważ każde miejsce ma inne warunki klimatyczne, glebę, a także kulturę i tradycję, a działania powinny być planowane, biorąc te wszystkie czynniki pod uwagę.  

Mając na myśli gospodarstwo rolne, wykorzystanie danych pozwala również dowiedzieć się, gdzie występuje największy niedobór wody w okresie suszy, a tym samym dostosować nawadnianie w znacznie bardziej precyzyjny i zrównoważony sposób, prawda?  

Oczywiście, w rolnictwie precyzyjnym chodzi o to, aby móc reagować tam, gdzie jest to potrzebne, we właściwym czasie i na przykład przy użyciu odpowiedniej ilości wody lub nawozu. Do tego wszystkiego, w każdej skali, ważne jest posiadanie map opartych na danych, dlatego satelity lub drony mogą naprawdę stać się niezbędnymi narzędziami do dostarczania wskazówek dla konkretnych i skutecznych działań.  

Jaka jest Pana opinia na temat wykorzystania sztucznej inteligencji w tym kontekście?  

Sztuczna inteligencja to nasza przyszłość, czy nam się to podoba, czy nie. To rewolucja, w której błędem byłoby nie wziąć udziału. Mając do czynienia z big data (ogromnymi, coraz dokładniejszymi danymi, generowanymi w krótkim czasie i pochodzącymi z różnych źródeł) i coraz większymi możliwościami obliczeniowymi maszyn, nie da się uniknąć korzystania ze sztucznej inteligencji, a tym samym z technik uczenia maszynowego (które same w sobie nie są niczym nowym), które umożliwiają coraz dokładniejsze diagnozowanie problemów i ich przewidywanie. Rozpoczyna się nowy rozdział, który będzie się rozwijał w nadchodzących latach.

Jak temat cyfryzacji jest postrzegany przez podmioty, z którymi często ma Pan do czynienia na seminariach i konferencjach, takie jak konsorcja rekultywacyjne?

Jako bardzo istotny. Naprawdę bardzo istotny. Konsorcja zajmujące się rekultywacją gruntów, a także stowarzyszenia rolników, są bardzo zainteresowane cyfryzacją danych i wykorzystaniem danych satelitarnych. Są w pełni świadomi, że to nasza przyszłość.  

Czy istnieją zagraniczne case study, które mogłyby dostarczyć interesujących informacji dla włoskiego rolnictwa w zakresie łagodzenia zmian klimatu i adaptacji do nich, zwłaszcza pod kątem wpływu na systemy wodne?

Można powiedzieć, że wszędzie tam, gdzie jest uprawiane rolnictwo, można znaleźć case study. Które, zresztą, mogą bardziej dotyczyć tradycyjnej wiedzy niż technologii, (moim zdaniem musimy w coraz większym stopniu łączyć te dwa aspekty). Weźmy pod uwagę technikę mikrozbiorników do zbierania i przechowywania opadów deszczu. Woda jest gromadzona, ale nie w dużym zbiorniku, który może mieć silny wpływ na środowisko... nie, mówimy o małym zbiorniku retencyjnym o pojemności dwudziestu lub pięćdziesięciu metrów sześciennych, maksymalnie stu. W takim mikrozbiorniku woda jest gromadzona w okresie obfitych opadów deszczu, woda, która może okazać się cenna w okresie suszy. Dotyczy to zwłaszcza obszarów górzystych, nie mówimy tu o równinach.

Czy to jest właśnie ta tradycyjna wiedza?

Tak. W Etiopii, Kenii, Nepalu, Birmie, Wietnamie, południowych Chinach tj. na obszarach rolniczych o dużym nachyleniu jest to powszechna i bardzo stara praktyka. Upraszczając: wykopuje się dół, w którym gromadzi się wodę, a następnie używa się tej wody, gdy jest susza. Czego nas to uczy? Że nie ma jednego rolnictwa lepszego od innych, że każde może nas czegoś nauczyć dzięki własnej tradycji, wiedzy i technologii.

A co sądzi Pan o nowym temacie, jakim jest rolnictwo regeneracyjne?

Rozmawiając ze stowarzyszeniami branżowymi, rolnikami w terenie itp., coraz wyraźniej dostrzegam rosnące zainteresowanie prawdziwie zrównoważonym rolnictwem, które wzbogaca substancję organiczną gleby i chroni różnorodność biologiczną.