UVOD
Konvencionalnim je pristupom moguće, uzgojem usjeva u prirodno pogodnim područjima, postići jednake ili veće prinose uz smanjenje potrebe za gnojivima i pesticidima na postojećem poljoprivrednom zemljištu (Dedeoğlu i Dengiz, 2019.). Budući da je na relevantne abiotičke kriterije (klima, tlo, topografija) teško ili nemoguće utjecati, potrebno je prilagoditi planove gospodarenja poljoprivrednim zemljištem i plodored kako bi se stvorili uvjeti za održivu i ekološki prihvatljivu poljoprivredu (Radočaj i Jurišić, 2022.). S razvojem satelitskih misija s otvorenim pristupom podacima, vrednovanje poljoprivrednog zemljišta na temelju geoprostornih analiza pogodnosti u odnosu na abiotičke kriterije (klima, tlo i topografija) postalo je sve dostupnije. S obzirom na dugotrajnost postojećih satelitskih misija te njihov kontinuirani razvoj i poboljšanje, poput satelitskih misija Sentinel iz programa Copernicus Europske svemirske agencije, njihova dostupnost ima snažnu perspektivu u narednim desetljećima (Malenovský i sur., 2012.). Ove činjenice omogućuju redovito ažuriranje rezultata pogodnosti poljoprivrednog zemljišta za uzgoj određenih kultura, što je neophodno zbog vremenske varijabilnosti uzrokovane klimatskim promjenama i neadekvatnim upravljanjem poljoprivrednim zemljištem.
Za kvantificiranje pogodnosti poljoprivrednog zemljišta za uzgoj pojedinih kultura, prethodne su studije predložile rješenja temeljena na daljinskim istraživanjima koja su globalno primjenjiva i dostupna, za razliku od podataka o prinosima usjeva. Frampton i sur. (2013.) uočili su mogućnosti izračuna nekoliko biofizičkih varijabli iz multispektralnih satelitskih podataka, kao što su indeks lisne površine (LAI) i udio apsorbiranog fotosintetski aktivnog zračenja (FAPAR). Vrlo važna značajka ovih podataka je njihova visoka korelacija s prinosima usjeva u određenim fazama rasta što pruža mogućnost korištenja ovih podataka za obuku i validaciju modela pogodnosti poljoprivrednog zemljišta za uzgoj pojedinih kultura (Habyarimana i sur., 2019.). Naglašena je važnost LAI i FAPAR u određivanju utjecaja klimatskih promjena na vegetaciju prema standardima Ujedinjenih naroda, što ukazuje na visok potencijal primjene u studijama pogodnosti (Frampton i sur., 2013.). Te su mogućnosti dodatno poboljšane lansiranjem multispektralnih satelitskih misija Sentinel-2 i Sentinel-3 koje omogućuju modeliranje biofizičkih varijabli vegetacije u visokoj i srednjoj prostornoj rezoluciji. Upotrebom podataka daljinskih istraživanja također se izbjegava skupo i dugotrajno prikupljanje podataka korištenjem terestričkih metoda, posebno za veća područja i slabije razvijenu prometnu infrastrukturu koja karakterizira većinu poljoprivrednih čestica.
Unatoč dostupnosti modeliranih podataka biofizičkih varijabli na temelju satelitskih misija, posebice Sentinel-3, podatke daljinskih istraživanja, općenito je potrebno kalibrirati u odnosu na podatke terenskog uzorkovanja koji se smatraju istinitima (engl. ground truth data). Dosadašnja istraživanja unutar kontinentalne biogeoregije Republike Hrvatske ukazala su na mogućnost korištenja podataka Agencije za plaćanja u poljoprivredi, ribarstvu i ruralnom razvoju (APPRRR), što uključuje geometrijski obuhvat ARKOD čestica i registrirane usjeve na temelju kojih su dodijeljeni poljoprivredni poticaji (Vidaček i sur., 2018., Radočaj i sur., 2020.). Međutim, zbog relativno niske prostorne razlučivosti Sentinel-3 snimki od 300 m, korišteni podaci terenskog uzorkovanja trebaju zadovoljiti određene uvjete vezane uz njihove geometrijske i semantičke točnosti. Cilj je ovog istraživanja ustanoviti mogućnosti korištenja ARKOD podataka u tu svrhu, što je nužno za studije pogodnosti poljoprivrednog zemljišta za uzgoj pojedinih kultura, odnosno za eventualnu regionalizaciju i komasaciju poljoprivrednog zemljišta.
MATERIJAL I METODE
Ulazni podaci za analizu iskoristivosti ARKOD podataka za obradu sa Sentinel-3 satelitskim podacima sadržavali su poligonske vektorske slojeve ARKOD čestica i tablične podatke registriranih usjeva po ARKOD ID, ustupljene od strane APPRRR. Područje istraživanja obuhvaćalo je kontinentalnu biogeoregiju Republike Hrvatske, uz sedmogodišnje razdoblje istraživanja od 2015. do 2021. godine. Poljoprivredne čestice soje korištene su za analizu predstavljajući ratarsku kulturu koja se u referentnom razdoblju nalazi među pet kultura najveće obrađivane površine u Republici Hrvatskoj. Pridruživanje registriranih usjeva bazi podataka poligonskog vektorskog sloja ARKOD čestica provedeno je na temelju jedinstvenog ARKOD ID broja. Za obradu i analizu podataka u istraživanju korišten je R v4.3.2 programski jezik u odnosu na georeferenciranje u Hrvatskom terestričkom referentnom sustavu poprečne Merkatorove projekcije (HTRS96/TM). Ukupna površina poljoprivrednog zemljišta korištenog za analizu postotka filtrirane površine definirana je prema CORINE 2018 Land Cover podacima, koje uključuje nenavodnjavano obradivo poljoprivredno zemljište (kod 211) i trajno navodnjavano poljoprivredno zemljište (kod 212). Granična vrijednost za dovoljan broj terenskih podataka za geoprostorne analize temeljene na klasifikaciji i regresiji korištenjem strojnog učenja definirana je kao minimalno 0,25 % područja istraživanja, prema preporukama Colditza (2015.).
Analiza iskoristivosti ARKOD podataka za korištenje u analizama sa Sentinel-3 satelitskim snimkama provedena je u odnosu na pet stupnjeva filtriranja ARKOD podataka u skladu s postupkom Radočaja i sur. (2021.): 1.) uklanjanje svih ARKOD parcela za koje je registrirano dva ili više usjeva po godini, s obzirom na to da ulazni podaci ne sadrže informacije o točnom rasporedu više kultura unutar jedne ARKOD čestice; 2.) izdvajanje ARKOD čestica s površinom većom od 6,75 ha, čime se omogućuje barem 75 % pokrivenosti pojedinog piksela Sentinel-3 podataka poligonom koji predstavlja ARKOD česticu, s obzirom na to da prostorna razlučivost Sentinel-3 snimki u HTRS96/TM iznosi 300 m; 3.) izdvajanje ARKOD čestica za koje je registrirana soja kao uzgajana poljoprivredna kultura; 4.) izdvajanje čestica s indeksom oblika (engl. shape index) većim od 0,5, kao omjerom dvostruke vrijednosti kvadratnog korijena umnoška konstante π i površine ARKOD čestice s opsegom iste čestice (Basaraner i Cetinkaya, 2017.), čime se uklanjaju čestice koje imaju nepravilan oblik ili su primjerice uske i znatno duge, što otežava njihovo korištenje s kvadratnim pikselima Sentinel-3 podataka i 5.) uklanjanje svih ARKOD čestica za koje je dvije godine zaredom registrirana soja kao uzgajana poljoprivredna kultura, što je u izravnom odudaranju s primjenom plodoreda.
REZULTATI I RASPRAVA
Tablica 1. ukazuje na učestalu pojavnost slučajeva u kojima je za istu ARKOD česticu u istoj godini unutar razdoblja od 2015. do 2021. godine registrirano više poljoprivrednih kultura. Vidljiv je trend povećanja tih slučajeva od 2015. godine, u kojoj je bilo 31 % ARKOD čestica s registrirane dvije ili više kultura do 2021. godine, u kojoj je taj postotak porastao na 45,6 %. Uslijed nemogućnosti određivanja na kojem se području točno nalaze višestruko registrirane poljoprivredne kulture unutar iste ARKOD čestice, gotovo se polovicna dostupnih čestica morala ukloniti u prvom stupnju filtriranja, čime je broj podataka dostupnih za obradu sa Sentinel-3 satelitskim snimkama znatno umanjen. Iako nisu javno poznati detalji geoprostorne analize podataka po kojima funkcionira trenutno operativan pristup kontrole prihvatljivosti poljoprivrednih površina (Agencija za plaćanja u poljoprivredi, ribarstvu i ruralnom razvoju, 2021.), moguće je da ovaj način evidencije ARKOD čestica i registriranih usjeva otežava postupak kontrole dodjele poljoprivrednih poticaja. Iako je spomenuti sustav evidencije u skladu s definicijom ARKOD parcele, po kojoj je „ARKOD parcela neprekinuta površina poljoprivrednog zemljišta koju obrađuje jedan poljoprivrednik, klasificirana uvažavajući vrstu uporabe poljoprivrednog zemljišta iz šifrarnika u Prilogu I.“ Pravilnika o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemljišta, također je navedeno da „Parcele uglavnom karakterizira homogenost područja i pravilan oblik.“, što je poprilično neegzaktan opis i samo je u ograničenom dijelu primijenjen u praksi, na što ukazuju rezultati ovog istraživanja. Navedeno je definirano u trenutno važećem Pravilniku (NN 1/2023), a isti opis se pojavljuje i u prethodnim verzijama Pravilnika (NN 54/2019 i NN 35/2015), koji su bili važeći za referentno razdoblje u ovom istraživanju.
Tablica 1. Podaci filtriranja ARKOD čestica po kriteriju registriranih dva ili više usjeva po godini
Table 1 ARKOD parcels filtering data according to the criterion of two or more registered crops per year
Najveći broj ARKOD čestica koji uključuje sve registrirane poljoprivredne kulture, ne samo soju, filtriran je u drugom stupnju, s kriterijem minimalne površine od 6,75 ha (Tablica 2.). Problem usitnjenosti poljoprivrednog zemljišta otprije je poznat problem u Hrvatskoj, ali i u drugim državama srednje i istočne Europe. Taj je problem riješen komasacijom poljoprivrednog zemljišta samo na vrlo ograničenom dijelu kontinentalne biogeoregije Republike Hrvatske (posebno u većem dijelu Baranje), no prosječno 98,5 % svih ARKOD čestica konstantno nisu zadovoljavale uvjet minimalne površine u razdoblju od 2015. do 2021. godine. Navedeno je i najveći problem korištenja podataka APPRRR kao terenskih podataka za geoprostorne analize uz Sentinel-3 satelitske podatke, no prevelika rascjepkanost poljoprivrednog zemljišta otežava i korištenje satelitskih snimki sa srednjom prostornom razlučivosti, kao što je Sentinel-2. Na taj se način potencijalno stvara problem po kojem se vrednovanje poljoprivrednog zemljišta može provesti samo konvencionalnim i vrlo uopćenim postupkom definiranim u Pravilniku o mjerilima za utvrđivanje osobito vrijednog obradivog (P1) i vrijednog obradivog (P2) poljoprivrednog zemljišta (NN 23/2019) koji se temelji na zastarjelom pristupu vrednovanja poljoprivrednog zemljišta, za što su posljednjih godine razvijene znatno egzaktnije i potpunije metode (Radočaj i Jurišić, 2022). Ipak, filtriranih 1,37 – 1,43 % najvećih poljoprivrednih čestica sadržavao je između 64,9 % i 68,1 % ukupne površine poljoprivrednog zemljišta, što ukazuje na prisutnost ARKOD čestica sa znatno većom površinom od graničnih 6,75 ha u kontinentalnoj biogeoregiji Republike Hrvatske.
Tablica 2. Podaci filtriranja ARKOD čestica po kriteriju minimalne površine od 6,75 ha
Table 2 ARKOD parcels filtering data according to the criterion of a minimum area of 6.75 ha
Iako je 2017. godine ukupna površina poljoprivrednog zemljišta na kojem je uzgajana soja u Republici Hrvatskoj iznosila preko 85 000 ha (Galić Subašić, 2018.), filtrirana površina u ovom istraživanju iznosi manje od 3 % te vrijednosti (Tablica 3.). Ovo odstupanje ukazuje na to da je soja dominantno uzgajana na ARKOD česticama s površinom manjom od 6,75 ha, koje su uklonjene u prethodnom stupnju filtriranja. Dodatno, soja je uzgajana na samo 0,62 – 1,06 % najvećih ARKOD čestica u razdoblju između 2015. i 2021., što ukazuje da su trenutni pristup poljoprivrednika u uzgoju soje i ARKOD evidencija negativni aspekti u geoprostornim analizama koje se temelje na pogodnosti poljoprivrednog zemljišta za uzgoj soje. Rezultati ovog stupnja filtriranja svejedno ukazuju da postoji dovoljna površina ARKOD čestica soje u odnosu na preporuke Colditza (2015.), što ukazuje da soja zadovoljava postavljene kriterije za geoprostorne analize u kontinentalnoj biogeoregiji Republike Hrvatske. S obzirom na to da je prethodnim stupnjevima filtriranja ipak izdvojeno preko 18 000 ARKOD čestica u svim godinama istraživanja, buduća istraživanja trebala bi ustanoviti za koje je poljoprivredne kulture trenutni pristup uzgoja pogodan kad su u pitanju geoprostorne analize.
Tablica 3. Podaci filtriranja ARKOD čestica po kriteriju soje kao uzgajane poljoprivredne kulture
Table 3 ARKOD parcels filtering data according to the criterion of soybean as an agricultural crop
Rezultati filtriranja ARKOD čestica prema vrijednosti indeksa oblika ukazuju na to da su prethodno filtrirane ARKOD čestice soje s površinom većom od 6,75 ha primarno pravilnog oblika, pri čemu je samo za 2016. godinu uklonjeno preko 10 % ulaznih čestica (Tablica 4.). Prema ovom kriteriju zabilježene su i najveće relativne oscilacije u postotku filtriranih parcela između dvije uzastopne godine, pri čemu je za 2015. godinu zadržano čak 7,81 % više ARKOD čestica u odnosu na 2016. Kako filtrirani rezultati sadrže ARKOD čestice čiji je oblik blizak kvadratnom, ovi rezultati pozitivno utječu na mogućnosti implementacije poljoprivredne mehanizacije koja omogućuje provedbu agrotehničkih operacija s velikim radnim zahvatom (Cid Garcia i sur., 2013.). Ovo opažanje odnosi se na velike ARKOD čestice te bi buduće studije usmjerene na analizu isplativosti investiranja u suvremenu poljoprivrednu tehniku i preciznu poljoprivredu trebale uz površinu uzeti u obzir i geometrijsku pravilnost poljoprivrednih čestica koje su filtrirane u prethodnim stupnjevima filtriranja.
Tablica 4. Podaci filtriranja ARKOD čestica po kriteriju indeksa oblika većeg od 0,5
Table 4 ARKOD parcels filtering data according to the criterion of shape index greater than 0.5
Unatoč tome što prethodna opažanja vezana uz način evidencije ARKOD čestica te njihovih geometrijskih svojstava generalno ne pogoduje geoprostornim analizama, do posljednje faze filtriranja ARKOD čestica nisu uočeni slučajevi za koje se može smatrati da izravno krše pravila dobre prakse poljoprivrednog uzgoja soje (Demirdogen i sur., 2023.). Međutim, rezultati filtriranja po kriteriju registrirane soje kao uzgajane poljoprivredne kulture dvije godine zaredom, odnosno detekcije nepoštivanja plodoreda, ukazuju na to da se na između 3,82 % i 10 % najvećih ARKOD čestica soje provodila monokultura (Tablica 5.). To je opažanje u izravnom konfliktu sa sadržajem Pravilnika o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemljišta, u kojemu je zapisano kako je „Poljoprivredno zemljište redovito obrađeno radi proizvodnje jednogodišnjih i višegodišnjih kultura koje se uzgajaju u plodoredu maksimalno 5 godina te umjetno zasnovani travnjak koji se koristi samo za proizvodnju krmiva i nalazi se u sustavu plodoreda te površina pod ugarom.“ (NN 1/2023). Dodatno je zabrinjavajuće kako je velik dio najvećih ARKOD čestica soje u Republici Hrvatskoj u vlasništvu velikih poljoprivrednih gospodarstava. Bilo da je u stvarnosti soja zaista uzgajana po principu monokulture, čime se dugoročno degradira kvaliteta tla, da se dogodila pogreška prilikom evidencije ARKOD čestica i registriranih poljoprivrednih kultura ili nešto treće, ovi podaci ukazuju na to da je nužna stroža kontrola uključenih strana u budućnosti. Konačni rezultati filtriranja ARKOD čestica soje za potrebe geoprostornih analiza sa Sentinel-3 satelitskim snimkama ukazuju na to da šest analiziranih godina u razdoblju od 2015. do 2021. zadovoljava minimalnu površinu u odnosu na cjelokupno obradivo poljoprivredno zemljište u kontinentalnoj biogeoregiji Republike Hrvatske.
Tablica 5. Podaci filtriranja ARKOD čestica po kriteriju registrirane soje kao uzgajane poljoprivredne kulture dvije godine zaredom
Table 5 ARKOD parcels filtering data according to the criterion of soybean as a registered crop for two consecutive years
ZAKLJUČCI
Rezultati ovog istraživanja upućuju da ARKOD podaci u vremenskom razdoblju od 2015. do 2021. godine podržavaju geoprostorne analize sa Sentinel-3 satelitskim snimkama za šest od sedam analiziranih godina. Kroz pet stupnjeva filtriranja i analize ARKOD čestica provedeni su sljedeći najvažniji zaključci:
Između 31 % i 45,6 % ARKOD čestica imale su registrirane dvije ili više poljoprivredne kulture što nije protivno trenutnoj definiciji ARKOD čestica prema Pravilniku o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemljišta (NN 1/2023), no nije u skladu s preporukom istog Pravilnika po kojem ARKOD čestice „uglavnom karakterizira homogenost područja i pravilan oblik“. S obzirom na to da u ARKOD evidenciji nije poznato na kojoj se lokaciji uzgajaju dvije ili više registriranih poljoprivrednih kultura na istoj ARKOD čestici, one su uklonjene tijekom prvog stupnja filtriranja za potrebe geoprostornih analiza.
Samo 1,37 – 1,43 % ARKOD čestica u dugom stupnju filtriranja zadovoljilo je uvjet minimalne površine od 6,75 ha, no isti je skup ARKOD čestica sadržavao između 64,9 % i 68,1 % ukupne površine poljoprivrednog zemljišta u kontinentalnoj biogeoregiji Republike Hrvatske.
Soja je uzgajana na samo 0,62 – 1,06 % najvećih ARKOD čestica u trećem stupnju filtriranja, što je prema površini manje od 3 % površine pod sojom prema državnoj evidenciji. Zaključak je da je soja u razdoblju istraživanja dominantno uzgajana na ARKOD česticama s površinom manjom od 6,75 ha. Iako to nepovoljno utječe na mogućnosti korištenja istih ARKOD čestica u geoprostornim analizama, nakon trećeg stupnja filtriranja izdvojeno je više od 0,25 % ukupne površine poljoprivrednog zemljišta.
Rezultati filtriranja ARKOD čestica prema vrijednosti indeksa oblika u četvrtom stupnju filtriranja ukazuju na to da su prethodno filtrirane ARKOD čestice soje s površinom većom od 6,75 ha primarno pravilnog oblika, pri čemu je samo za 2016. godinu uklonjeno preko 10 % ulaznih čestica. To je povoljno za geoprostorne analize sa satelitskim snimkama, ali i za implementaciju suvremene poljoprivredne tehnike i precizne poljoprivrede.
Nakon petog stupnja filtriranja po kriteriju soje kao registrirane uzgajane poljoprivredne kulture dvije godine zaredom, odnosno detekcije nepoštivanja plodoreda, ukazano je da je na između 3,82 % i 10 % najvećih ARKOD čestica soje provođena monokultura. Ovo zapažanje je u izravnom neslaganju sa sadržajem Pravilnika o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemlji, no nije poznato je li zaista soja uzgajana dvije godine zaredom na istim ARKOD česticama ili se radi o pogrešnoj evidenciji u ARKOD bazi podataka.
Zaključno, rezultati ovog istraživanja upućuju da bi se revidiranjem definicije ARKOD čestice na način da sadrži samo jednu poljoprivrednu kulturu postigla znatno veća iskoristivost ARKOD podataka u geoprostornim analizama sa satelitskim snimkama te bi se vrlo vjerojatno i olakšao postupak kontrole dodjele poljoprivrednih poticaja. Regionalizacija i komasacija poljoprivrednog zemljišta najcjelovitija su rješenja za okrupnjavanje poljoprivrednog zemljišta te uspostavu ARKOD čestica pravilnih geometrijskih oblika. Konačno, ovi rezultati upućuju kako je nužno pronaći stvarni uzrok pojave evidencije iste kulture na istoj ARKOD čestici dvije ili više godina zaredom, čime se izravno sprječava dugoročno degradiranje kvalitete tla i onečišćenje okoliša uslijed neizbježnog povećanja aplicirane količine poljoprivrednih inputa.
LITERATURA
Habyarimana, E., Piccard, I., Catellani, M., De Franceschi, P., Dall’Agata, M. (2019.): Towards predictive modeling of sorghum biomass yields using fraction of absorbed photosynthetically active radiation derived from sentinel-2 satellite imagery and supervised machine learning techniques. Agronomy, 9(4); 203
NN 35/2015.: Pravilnik o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemljišta
NN 54/2019.: Pravilnik o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemljišta
NN 1/2023.: Pravilnik o evidenciji uporabe poljoprivrednog zemljišta
Radočaj, D., Jurišić, M., Gašparović, M., Plaščak, I. (2020.): Optimal soybean (Glycine max L.) land suitability using GIS-based multicriteria analysis and Sentinel-2 multitemporal images. Remote Sensing, 12(9); 1463
Adresa autora - Author's address: Primljeno – Received:
dr. sc. Dorijan Radočaj, asistent 18.03.2024.
E-mail: dradocaj@fazos.hr Revidirano – Revised:
prof. dr. sc. Mladen Jurišić 10.05.2024.
redoviti profesor u trajnom izboru Prihvaćeno – Accepted:
E-mail: mjurisic@fazos.hr 11.06.2024.
Fakultet agrobiotehničkih znanosti Osijek
Vladimira Preloga 1, Osijek, Hrvatska