Εισαγωγή

Η σύγχρονη ελληνική αγροτική πραγματικότητα έρχεται αντιμέτωπη με ένα πλήθος προκλήσεων που αφορούν στη βιωσιμότητα του πρωτογενή τομέα σε περιβαλλοντικό, οικονομικό και κοινωνικό επίπεδο. Η ανάπτυξη στρατηγικών που θα δημιουργήσουν πρόσθετη αξία στα αγροτικά προϊόντα, ενισχύοντας παράλληλα το επιχειρηματικό προφίλ των Ελλήνων αγροτών, αποτελεί μια από τις απαιτήσεις της σύγχρονης παγκοσμιοποιημένης αγοράς. Στο πλαίσιο αυτό κομβικό ρόλο διαδραματίζουν οι γεωργικοί σύμβουλοι ως συνεργάτες των σύγχρονων παραγωγών κι επιχειρηματιών του αγροτικού τομέα.

Ο σύμβουλος γεωργίας αποτελεί πολύτιμο συνεργάτη του αγρότη, καθώς με την εφαρμογή γεωργίας ακριβείας μπορεί να υποστηρίξει και να καθοδηγήσει τον αγρότη προς την αποτελεσματικότερη επιλογή γεωργικών πρακτικών, που θα συμβάλλουν στη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της γεωργικής εκμετάλλευσης, στην παραγωγή ποιοτικότερων προϊόντων, στην αύξηση της παραγωγής, στη βελτίωση της οικονομικότητας της γεωργικής εκμετάλλευσης, και τελικά στη βελτίωση του εισοδήματος του αγρότη.

Η ποιότητα των παρεχόμενων συμβουλών συνάδει με τις γνώσεις και τις δεξιότητες που έχει κατακτήσει ο γεωργικός σύμβουλος. Έτσι, μπορούμε να διακρίνουμε τον ρόλο του συμβούλου γεωργίας ως διττό, καθώς σε μικροσκοπικό επίπεδο περιλαμβάνει την παροχή συμβουλών σε αγρότες με στόχο την αποτελεσματικότητα των γεωργικών εκμεταλλεύσεων ενώ σε μακροσκοπικό επίπεδο αφορά στην συμβολή του στην αειφορία και στην προστασία του περιβάλλοντος και την βιωσιμότητα του αγροτικού τομέα.

Σε αυτήν την εργασία μελετάται το ελεύθερο λογισμικό ανοιχτού κώδικα QGIS ως εργαλείο στη σύγχρονη γεωργική συμβουλευτική. Παρουσιάζεται ο ρόλος του γεωργικού συμβούλου στον εκσυγχρονισμό του πρωτογενή τομέα και στην αειφορική διαχείριση μέσω της γεωργίας ακριβείας. Ακολουθεί μια παρουσίαση των βασικών λειτουργιών και δυνατοτήτων του λογισμικού QGIS. Τέλος, παρουσιάζεται η εφαρμογή αζωτούχου λίπανσης ακριβείας με τη χρήση του ελεύθερου λογισμικού ανοιχτού κώδικα QGIS, που αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του μαθήματος «Γεωργία Ακριβείας» του Τμήματος Γεωπονίας του Διεθνούς Πανεπιστημίου της Ελλάδος, κατά το ακαδημαϊκό έτος 2020-2021.

Η γεωργία ακριβείας στην υπηρεσία της γεωργικής συμβουλευτικής

Με τον όρο γεωργία ακριβείας εννοούμε το σύνολο των πρακτικών διαχείρισης της αγροτικής παραγωγής, που βασίζονται στην παρατήρηση, τις μετρήσεις και στην αντιμετώπιση των διαφοροποιήσεων εντός των γεωργικών εκτάσεων, και που στοχεύουν σε προσαρμογή των εισροών στην παραλλακτικότητα του αγρού, δηλαδή στην προσαρμογή των εισροών στις ιδιαίτερες ανάγκες κάθε περιοχής του αγρού. Οι συμβατικές μέθοδοι της γεωργικής παραγωγής αποδέχονται την ύπαρξη ομοιογένειας στις εδαφολογικές ιδιότητες και τη γονιμότητα του εδάφους, στους πληθυσμούς φυτικών και ζωικών εχθρών της παραγωγής, στην υγρασία του εδάφους, στα χαρακτηριστικά των φυτών κ.α. εφαρμόζοντας ενιαία και ομοιόμορφα τις εισροές στον αγρό (Φουντάς & Γεμτός, 2015). Ο σύμβουλος γεωργίας χρησιμοποιώντας τις τεχνολογίες της γεωργίας ακριβείας, αντιμετωπίζει τον αγρό ως ένα σύστημα διαφόρων εδαφοκλιματικών παραγόντων που τον διακρίνουν σε περιοχές, αναγνωρίζοντας τις ιδιαίτερες συνθήκες που επικρατούν σε κάθε περιοχή του αγρού, δημιουργώντας κατά αυτόν τον τρόπο διαχειριστικές ζώνες.

Η γεωργία ακριβείας είναι ιδιαίτερα ωφέλιμη όταν παρατηρείται μεταβλητότητα, δηλαδή έντονες μεταβολές στον αγρό που αφορούν στον τύπο του εδάφους, την κλίση του αγροτεμαχίου, τη διαπερατότητα, την απορροή, το βάθος του επάνω στρώματος του εδάφους, την περιεκτικότητά του σε άμμο, τη συγκέντρωση θρεπτικών στοιχείων, την οξύτητα, την πυκνότητα του και άλλα χαρακτηριστικά που διαμορφώνουν την παραλλακτικότητα του αγρού (Brase, 2006). Αυτήν ακριβώς την παραλλακτικότητα καλείται να εντοπίσει ο σύμβουλος γεωργίας, διακρίνοντας τον αγρό σε διαχειριστικές ζώνες, δηλαδή σε τομείς βάσει των ιδιαίτερων συνθηκών που επικρατούν σε κάθε ζώνη, και στη συνέχεια να συμβουλέψει τον αγρότη ως προς την αποτελεσματικότερη και οικονομικότερη διαχείριση των εισροών.

Ο σύμβουλος γεωργίας αξιοποιεί ένα ευρύ φάσμα των Τεχνολογιών Πληροφορίας κι Επικοινωνιών στη γεωργία ακριβείας για την εξαγωγή πληροφοριών που θα οδηγήσουν στον εντοπισμό της παραλλακτικότητας του αγρού. Εντοπίζονται τρεις κύριες ομάδες Τεχνολογιών Πληροφορίας κι Επικοινωνιών. Η πρώτη ομάδα αφορά σε συστήματα και μηχανισμούς καταγραφής δεδομένων παραγωγής, σε συστήματα εντοπισμού θέσης, σε συστήματα Τηλεπισκόπησης (δορυφορικές εικόνες, αεροφωτογραφίες και εικόνες ραντάρ), και σε επίγειους αισθητήρες (Pierce & Clay, 2007). Η δεύτερη ομάδα αφορά σε συστήματα διαχείρισης και απόδοσης αποτελεσμάτων, όπως τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS) και οι εφαρμογές τεχνητής νοημοσύνης. Η τρίτη ομάδα αφορά σε συστήματα και μηχανισμούς που ενσωματώνονται σε γεωργικούς ελκυστήρες, όπως λιπασματοδιανομείς, σπορείς, ψεκαστήρες κ.α. και πραγματοποιούν μεταβαλλόμενη εφαρμογή της ροής ή του είδους των εισροών, βάσει των πληροφοριών που συλλέχθηκαν και επεξεργάστηκαν από τις δύο πρώτες ομάδες ΤΠΕ.

Τα εργαλεία αυτά, σε συνδυασμό με εργαστηριακές μετρήσεις πεδίου, δίνουν τη δυνατότητα στον σύμβουλο γεωργίας να καταγράψει με ακρίβεια τις υπάρχουσες συνθήκες του αγρού, να διαχειριστεί δεδομένα, να εξάγει πληροφορία και να προσφέρει ακριβείς λύσεις διαχείρισης των εισροών στον αγρό, καλύπτοντας τις ιδιαίτερες ανάγκες του αγρού, σε κάθε χρονική στιγμή, ξεχωριστά. Η καταγραφή δεδομένων, όπως οι συνθήκες κατά τη διάρκεια ψεκασμού με παρασιτοκτόνο ή οι εδαφικές συνθήκες που προσδιορίζουν τις ανάγκες λίπανσης του αγρού, δίνουν τη δυνατότητα λήψης αποφάσεων διαχείρισης της παραγωγής, με στρατηγική τοποθέτηση εισροών, αποτρέποντας την υπερβάλλουσα χρήση τους και συμβάλλοντας κατά αυτόν τον τρόπο στην προστασία των φυσικών πόρων και στην αειφορική διαχείριση του περιβάλλοντος.

Το ελεύθερο λογισμικό ανοιχτού κώδικα Quantum GIS (QGIS)

Το QGIS είναι ένα ελεύθερο λογισμικό ανοιχτού κώδικα που υποστηρίζεται από το σύνολο των λειτουργικών συστημάτων (Linux, Windows, MacOS, Android). Ο έννοια «λογισμικά ανοιχτού κώδικα» αναφέρεται στη δυνατότητα που έχουν αυτά τα λογισμικά να τροποποιηθεί ο πηγαίος κώδικάς τους από τον χρήστη, διότι ο βασικός τους σχεδιασμός, ο σχεδιασμός του κώδικα δηλαδή, είναι προσβάσιμος σε όλους. Με άλλα λόγια, ο πηγαίος κώδικας αυτών των λογισμικών είναι διαθέσιμος για την τροποποίηση ή την αναβάθμιση από οποιονδήποτε. Λόγω της ελεύθερης άδειας χρήσης, τα λογισμικά αυτά χαρακτηρίζονται ως «ελεύθερα λογισμικά». Τα έργα ανοικτού κώδικα προωθούν την ανοιχτή ανταλλαγή ιδεών, την συνεργατική συμμετοχή, την ταχεία πρωτοτυποποίηση, τη διαφάνεια, την αξιοκρατία και την ανάπτυξη της κοινότητας. Το ελεύθερο λογισμικό ανοιχτού κώδικα QGIS χρησιμοποιείται σε ένα μεγάλο εύρος εφαρμογών. Η αξιοπιστία του QGIS οδήγησε στην υιοθέτησή του από το ελληνικό δημόσιο για ένα πλήθος υπηρεσιών, υπεύθυνος των οποίων είναι το Υπουργείο Ψηφιακής Διακυβέρνησης. Παράδειγμα αυτών των υπηρεσιών αποτελεί το «Ελληνικό Κτηματολόγιο» (Ελληνικό Κτηματολόγιο, 2021).

Τo QGIS διαθέτει φιλικό γραφικό περιβάλλον επικοινωνίας με τον χρήστη, ενσωματώνοντας όλες τις κοινές λειτουργίες και γνωρίσματα των εμπορικών GIS. Υποστηρίζει raster και διανυσματικά δεδομένα, εξάγοντας shapefiles, coverages, personal geodatabases, dxf, MapInfo, PostGIS και άλλες μορφές αρχείων. Επιτρέπει τη χρήση εξωτερικών πηγών, όπως το Web Map Service και την υπηρεσία Web Feature Service. Παράλληλα, το QGIS δίνει τη δυνατότητα ενσωμάτωσης plugins ανοιχτού κώδικα, γραμμένα σε Python ή C++, επεκτείνοντας τις δυνατότητες του. Αυτά τα plugins μπορούν να πραγματοποιήσουν γεωκωδικοποίηση χρησιμοποιώντας API Google Geocoding, να εκτελέσουν λειτουργίες γεωμεταποίησης που παρέχονται και σε εμπορικά GIS, και διασυνδέονται με βάσεις δεδομένων PostgreSQL/PostGIS, SpatiaLite και MySQL.

Σημαντικό πλεονέκτημα του QGIS έναντι των αντίστοιχων εμπορικών, είναι η ταχύτητά εισαγωγής και επεξεργασίας δεδομένων σε σύγκριση με τα εμπορικά λογισμικά. Επίσης, διατίθεται σε 48 γλώσσες, μεταξύ των οποίων και η ελληνική γλώσσα, ενώ η εξέλιξη του σε επίπεδο ανάπτυξής του είναι πολύ γρήγορη λόγω του χαρακτήρα του ως λογισμικό ανοιχτού κώδικα. Χαρακτηριστικό αυτής της ταχύτητας ανάπτυξής του είναι η έκδοση τεσσάρων long-term relationship ενημερώσεων για το έτος 2021 (από την έκδοση v3.13 στην έκδοση v.3.16.15 LTR).

Γεωργική συμβουλευτική και γεωργία ακριβείας με τη χρήση QGIS – Χωρική παραλλακτικότητα σε άζωτο (Ν)

Η συγκεκριμένη εφαρμογή αναπτύχθηκε για τις ανάγκες του μαθήματος «Γεωργία Ακριβείας» του Τμήματος Γεωπονίας του Διεθνούς Πανεπιστημίου της Ελλάδος, κατά το ακαδημαϊκό έτος 2020-2021. Τα plugins που εγκαταστάθηκαν για την υλοποίηση της εφαρμογής είναι το QuickMapServices, το Lat Lon Tools, το Geometry Checker, και το Interpolation Plugin. Χρησιμοποιήθηκε η ελληνική έκδοση του λογισμικού QGIS 3.12.

Το πρώτο βήμα για την εφαρμογή είναι να επιλεχθεί ως χαρτογραφικό υπόβαθρο το ESRI Satelite (ArcGIS/World_Imagery) με σύστημα αναφοράς το EPSG:3857 – WGS 85 / Pheudo- Mercator. Στη συνέχεια, εισάγονται οι συντεταγμένες του αγρού όπως αυτές σημειώθηκαν στη συσκευή GPS κατά την επίσκεψη στο πεδίο, και υπολογίζεται το εμβαδόν του αγρού με τη χρήση του Υπολογιστή Πεδίου.

Ακολούθως ορίζονται οι θέσεις δειγματοληψίας εδάφους. Για τις ανάγκες της εφαρμογής επιλέχθηκαν τυχαίες θέσεις στον αγρό με απόσταση 3 μέτρων μεταξύ τους, χρησιμοποιώντας την εντολή Random points inside polygons. Εξάγεται το αρχείο csv, που περιέχει τις συντεταγμένες των θέσεων δειγματοληψίας, και εισάγεται στη συσκευή GPS.

Εφόσον έχει ολοκληρωθεί η διαδικασία συλλογής των δειγμάτων από τον αγρό και ανάλυσης των χαρακτηριστικών τους σε εδαφολογικό εργαστήριο, εισάγονται οι ευρεθείσες τιμές αζώτου (Ν) στον πίνακα χαρακτηριστικών των συντεταγμένων των θέσεων δειγματοληψίας στο QGIS. Στο επόμενο βήμα εφαρμόζεται χωρική παρεμβολή με στάθμιση της αντίστροφης απόστασης (Malamos & Koutsogiannis, 2016), ώστε να υπολογιστούν οι άγνωστες τιμές Ν στον αγρό, βάσει των γνωστών της δειγματοληψίας. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούμε το εργαλείο IDW Interpolation.

Προκειμένου να μειώσουμε την πληροφορία της χωρικής παρεμβολής και να διακρίνουμε τον αγρό σε ζώνες, ορίζουμε συμβολοποίηση βάσει του αριθμού στρεμμάτων του αγρού (για κάθε 10 στρέμματα ορίζουμε δυο κλάσεις), και διανυσματοποιούμε το raster αρχείο.

Τέλος, εφαρμόζεται αποκοπή του αγροτεμαχίου από το διανυσματοποιημένο αρχείο της χωρικής παρεμβολής, χρησιμοποιώντας «αποκοπή εικονιστικού κατά επίπεδο μάσκας». Το shapefile αρχείο που προκύπτει είναι εκείνο που εισάγεται στον λιπασματοδιανομέα ακριβείας προκειμένου να εφαρμοστεί αζωτούχος λίπανση ακριβείας.

Συμπεράσματα

Ο αγροτικός τομέας βρίσκεται σε μια διαδικασία συνεχούς εξέλιξης ακολουθώντας τη σύγχρονη πραγματικότητα και τις απαιτήσεις των διεθνών αγορών. Οι γεωργικοί σύμβουλοι καλούνται να αναπτύξουν γνώσεις και δεξιότητες που θα λειτουργήσουν υποστηρικτικά στον αγροτικό τομέα. Στο πλαίσιο αυτό, η γεωργία ακριβείας και τα λογισμικά που συνδέονται με την αειφορική διαχείριση των αγροτικών εκμεταλλεύσεων αποτελούν τη μόνη πραγματική επιλογή των γεωργικών συμβούλων. Η ευελιξία του ελεύθερου λογισμικού ανοιχτού κώδικα QGIS δίνει τη δυνατότητα στους γεωργικούς συμβούλους να παρέχουν ποιοτικές υπηρεσίες στους αγρότες, συμβάλλοντας κατά αυτόν τον τρόπο στη μείωση του περιβαλλοντικού αποτυπώματος των αγροτικών εκμεταλλεύσεων και παράλληλα ενισχύοντας το αγροτικό εισόδημα.

Στην εργασία παρουσιάστηκε η διάγνωση των αναγκών ενός αγρού σε άζωτο (Ν) με την αξιοποίηση του ελεύθερου λογισμικού ανοιχτού κώδικα QGIS, στο πλαίσιο της γεωργικής συμβουλευτικής με μεθόδους γεωργίας ακριβείας. Η εφαρμογή αναπτύχθηκε στο πλαίσιο του μαθήματος «Γεωργία Ακριβείας» του Τμήματος Γεωπονίας του Διεθνούς Πανεπιστημίου της Ελλάδος και στοχεύει στο να εκτιμήσουν οι σύγχρονοι γεωργικοί σύμβουλοι την δυναμική του ελεύθερου λογισμικού ανοιχτού κώδικα στην παροχή εξειδικευμένων και ποιοτικών γεωργικών συμβουλών σε αγρότες. Στο συνημμένο αρχείο της εργασίας παρουσιάζεται αναλυτικά και με εικόνες η εφαρμογή του QGIS στην αζωτούχο λίπανση ακριβείας.

Βιβλιογραφία

Brase, T. (2006). Precision Agriculture. Αθήνα: Εκδόσεις ΕΜΒΡΥΟ

Ελληνικό Κτηματολόγιο (2021). Οδηγός Χρήσης της Γεωπύλης και των Διαδικτυακων Υπηρεσιών κατά INSPIRE του «ΕΛΛΗΝΙΚΟΥ ΚΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟΥ» έκδοση 2.1. Υπουργείο Ψηφιακής Διακυβέρνησης. Διαθέσιμο από https://www.ktimanet.gr/geoportal/HC_Geoportal_User_Guide.pdf

Pierce, F. & Clay, D. (2007). GIS Applications in Agriculture. Boca Raton: CRC Press

Malamos, N. & Koutsoyiannis, D. (2016). Bilinear surface smoothing for spatial interpolation with optional incorporation of an explanatory variable. Part 1: Theory. Hydrological Sciences Journal, 61(3), 519–526.

Φουντάς Σ. & Γέμτος, Θ. (2015). Γεωργία Ακριβείας. Εθνικό Μετσόβιο πολυτεχνείο: Kalippos