Δορυφορικές μεθοδολογίες αγροκλιματικής-υδροκλιματικής ζωνοποίησης για γεωργική παραγωγή

Abstract

Agriculture is a primary productivity sector which is highly dependent on environmental conditions. The climate is among the most important factors that determine the agricultural potentialities of a region and the suitability of a region for a specific crop, whereas the yield is determined by weather conditions. The agroclimatic conditions of agricultural areas have to be assessed in order to achieve sustainable and efficient use of natural resources in combination with production optimization. Thus, a quantitative understanding of the climate of a region is essential for developing improved farming systems. This study aims to comprise an integrated methodology for identifying agroclimatic zones using remote sensing and Geographic Information System (GIS). Agroclimatic classifications are divided to general and crop specific. The first objective of this study is to define a general methodology (not crop specific) for identifying zones adequate for sustainable farming according to water limitations using GIS and remote sensing. As crop growth is affected by water supply, these zones are named Water Limited Growth Environment (WLGE) zones. The second objective is to identify sustainable production zones (general agroclimatic zones) in terms of water sufficiency, fertility (appropriate or not for agricultural use), desertification vulnerability and altitude restrictions. The third objective is to identify crop specific agroclimatic zones for cotton and wheat. The innovation of the proposed methodology consists of the use of remote sensing data, the joint use of “solid” indices describing the moisture, thermal and radiation component, as well as the classification of areas escalating the suitability of agricultural activities. Lastly, the methodology is not crop specific and has the advantage of providing total spatial coverage of the area under investigation. The study area is the water district of Thessaly, the largest lowland formation of Greece and the country’s largest agricultural centre, located in Central Greece. The data base consists of NOAA/AVHRR satellite data and conventional data for 20 hydrological years, from October 1981 to September 2001. In specific: • Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), CH1 and CH2 Reflectance, CH4 and CH5 Brightness Temperature (BT) ten-day composite images (8x8 km2 spatial resolution). Extended Abstract 237 • Monthly rainfall maps with grid cell size 50x50 km2, provided by ISPRA. • Mean monthly air temperature measurements from Larissa meteorological station, provided by the National Meteorological Service (NMS). • Soil map of the study area. Temperature and rainfall, in terms of quantity and spatiotemporal variability, are variables which determine the type of crops suitable to a given location. Even thought crop production depends on every environmental condition, almost all agroclimatic classifications take into account these variables. Except from temperature and rainfall, another important variable is solar radiation. Many methodologies have been developed in many countries analyzing the impact of solar radiation and day duration to crop production.

Η γεωργία αποτελεί μία από τις σημαντικότερες πρωτογενείς οικονομικές δραστηριότητες. Ιδιαίτερα στην Ελλάδα, η γεωργία αποτελεί έναν τομέα στον οποίο βασίζεται η εθνική οικονομία της χώρας, εφόσον στον πρωτογενή αγροτικό τομέα απασχολείται το 12% του πληθυσμού (έναντι 6% στην Ευρωπαϊκή Ένωση). Παρά, όμως, τη μεγάλη σημασία της γεωργίας, στην Ελλάδα οι αγροκλιματικές ζώνες δεν έχουν οριστεί σαφώς. Ο προσδιορισμός των αγροκλιματικών ζωνών συντελεί στην εύρεση της καταλληλότερης καλλιέργειας για κάθε περιοχή, ανάλογα με το αγρόκλιμα αυτής, ενώ συμβάλλει στη βελτιστοποίηση της παραγωγής των καλλιεργειών με ταυτόχρονη ορθολογική χρήση των φυσικών πόρων. Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή αναπτύσσεται μία ολοκληρωμένη μεθοδολογία αγροκλιματικής ζωνοποίησης με τη χρήση νέων τεχνολογιών και συγκεκριμένα με τη χρήση τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π.). Η επιστήμη της τηλεπισκόπησης έχει πολλά να προσφέρει στην παρακολούθηση και στον έλεγχο του αγροτικού κλάδου, ενώ η χρήση των Γ.Σ.Π. συμβάλλει στην ολοκληρωμένη διαχείριση όλων των παραμέτρων και μεταβλητών, καθώς και της χωρικής πληροφορίας, που είναι απαραίτητες για το σαφή προσδιορισμό των αγροκλιματικών ζωνών. Κύριος σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η ανάπτυξη μίας μεθοδολογίας, η οποία θα συμβάλλει στην ολιστική προσέγγιση του προσδιορισμού των αγροκλιματικών ζωνών. Με βάση αυτό το μέλημα, λαμβάνονται υπόψη όλοι οι παράγοντες που κατέχουν σημαντικό ρόλο στον προσδιορισμό του αγροκλιματικού δυναμικού μίας περιοχής. Έτσι, με τη χρήση κυρίως δορυφορικών δεδομένων, αλλά και συμβατικών (επίγειων) μετρήσεων και με τον υπολογισμό αγροκλιματικών δεικτών, προσδιορίζονται οι κλιματικές συνθήκες υγρασίας, θερμοκρασίας και ακτινοβολίας, που επικρατούν σε μία περιοχή. Αυτές οι κλιματικές συνθήκες συνδυάζονται με τοπογραφικά (υψόμετρο και κλίση) και εδαφολογικά χαρακτηριστικά για τον προσδιορισμό των αγροκλιματικών ζωνών. Επίσης, αναπτύσσονται στατιστικά μοντέλα εκτίμησης των αποδόσεων παραγωγής της καλλιέργειας του βαμβακιού και του σιταριού, με τη χρήση τηλεπισκοπικών δεικτών, για τον προσδιορισμό της παραγωγικότητας εντός των αγροκλιματικών ζωνών. Η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι ολοκληρωμένη, καινοτόμος και μεταβιβάσιμη, ενώ η εφαρμογή της συνετέλεσε στον προσδιορισμό των XII αγροκλιματικών ζωνών στην περιοχή μελέτης, που είναι το υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας