Modele geomatice aplicate în planificarea spațiului agricol în zona de vest a României [307689]

Modele geomatice aplicate în planificarea spațiului agricol în zona de vest a României

Mihai Simon1, Cosmin Popescu1, Maria Despina Bordean1, Loredana Copăcean1, Luminița Cojocariu1,2

1Banat’s University of Agricultural Sciences and Veterinary Medicine”King Mihai I of Romania” from Timisoara, 300645, 119, [anonimizat], Romania

2Centre for Mountain Economics, “Costin C. Kiritescu” [anonimizat], [anonimizat] 13 Septembrie Nr. 13, Sector 5, București, Romania

Abstract. Agricultura, [anonimizat], [anonimizat]. Daca în „trecutul agricol” [anonimizat] „indiferentă”, [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat]. [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat] a geosistemelor corespunzătoare. Prezentul studiu susține afirmațiile anterioare prin elaborarea unui model holistic de analiză a [anonimizat] „clasificare” a terenurilor în funcție de potențialul lor agricol. În analiza potențialului agricol s-a pornit de la Indicele Normalizat de Diferențiere a Vegetației (NDVI) calculat pe baza imaginilor sateliare. [anonimizat], asupra calității terenurilor și a modului de utilizare a acestora, [anonimizat]. După ce au fost excluse arealele ocupate cu păduri și construcții, s-a procedat la identificarea terenurilor „potențial agricole”, [anonimizat]. Analiza spațială a fost întreprinsă prin tehnici și mijloace specifice Sistemelor Informatice Geografice și teledetecției. [anonimizat] (inferioare calitativ terenurilor arabile), zonele cu restricții majore determinate de prezența unor factori limitativi dar și poziția spațială a acestora. [anonimizat], dar și în vederea elaborării strategiilor de gestiune eficientă și sustenabilă a spațiului și în mod special a teritoriului agricol.

Cuvinte cheie: spațiu, agricol, planificare, potențial, [anonimizat] a terenurilor, [anonimizat]. [anonimizat], la date geospațiale.

Analiza modului de utilizare a terenului și în mod deosebit a teritoriului agricol, este una dintre cele mai complexe „provocări geospațiale”, îmbracă diferite forme, tehnici și mijloace și se regăsește atât în literatura de specialitate internațională ([2], [3], [5]), printr-o serie de proceduri de analiză geomatică deja standardizate și consacrate, cât și în țara noastră ([1]], [4])

Agricultura, reprezintă și în prezent principalul susținător socio-economic la nivelul zonei analizate. În aceste condiții, planificarea teritorială, devide o acțiune care, prin caracterul său sistemic, impune analiza complexă a geosistemelor corespunzătoare. Prezentul studiu susține afirmațiile anterioare prin elaborarea unui model holistic de analiză a teritoriului județului Arad din vestul României, scopul principal fiind acela de identificare și „clasificare” a terenurilor în funcție de potențialul lor agricol.

Materiale și metode

Cercetările prezentate în această lucrare au fost realizate în zona de vest a României, pe teritoriul administrativ al județului Arad, pe suprafața de 775400 ha [7].

În realizarea studiului au fost utilizate:

materiale cartografice analogice, scanate și georeferențiate cu software-uri CAD și GIS (planuri și hărți topografice, hărți cadastrale, ortofotoplanuri), preluate de la instituțiile de profil [6]

Modelul Digital de Elevație cu rezoluția spațială la 30 m disponibil gratuit pe platforma Earth Explorer și pe site-ul Agenției Europene de Mediu ([8], [9])

Harta pedologică în format vectorial obținută prin prelucrarea datelor pedologice disponibile pe site-ul www.geospatial.org

imaginea satelitară Landsat 8 – LANDSAT SCENE ID LC81860282015275LGN01 și LANDSAT PRODUCT ID LC08_L1TP_186028_20151002_20170403_01_T1 – cu 11 benzi spectrale (fig. 1), achiziționată în data de 02.10.2015 disponibilă gratuit în arhiva Landsat [8]

date și informații științifice din literatura de specialitate, precum și observații directe în teren

Fig. 1 Benzi spectrale și combinații de benzi spectrale pe imaginea Landsat 8 [12]

Prelucrarea datelor și interpretarea rezultatelor s-a realizat conform fig. 2.

Fig. 2 Modul de abordare a problematicii

Rezultate

Situat în vestul României, județul Arad, zona în care s-au desfășurat cercetările expuse în prezenta lucrare, are suprafața de 7754 km2 [7], sub acest aspect fiind situat pe locul șase la nivelul României și se învecinează cu Ungaria, la vest, județul Bihor, la nord, județele Alba și Hunedoara, la est și județul Timiș, la sud.

Sub aspect geomorfologic, pe teritoriul județului Arad se regăsesc toate formele majore de relief: munți (Munții Apuseni), dealuri (Dealurile de Vest), câmpii (Câmpia de Vest) și depresiuni (depresiuni-golf), grefate pe un interval altitudinal cuprins între 80 – 1480 m, cu valoarea medie de 207.95 m, ceea ce sugerează predominarea reliefului de câmpie. În aceste condiții, agricultura reprezintă un important segment sub aspect economic.

Evaluarea potențialului agricol al județului Arad, principalul scop al acestui studiu, vizează, în principal, cuantificarea și analiza terenurilor destinate agriculturii, respectiv pajiștile și terenurile arabile, având în vedere specificul zonei.

Analiza propusă pornește de la identificarea și reprezentarea spațială a modului de utilizare a terenului, pe baza imaginilor satelitare și a datelor și materialelor topo-cadastrale. Astfel: prin clasificarea supervizată (algoritmul Maximum Likelihood Classification) a unei imagini satelitare Landsat 8 din octombrie 2015 s-a obținut distribuția suprafețelor de teren în funcție de modul de utilizare, numărul de clase fiind redus la 5, respectiv teren arabil, pajiști, păduri, spațiu antropic și ape (fig 3). Validarea datelor s-a făcut pe baza materialelor topo-cadastrale și a bazei de date spațiale Corinne Land cover.

Fig. 3 Modul de utilizare a terenului în județul Arad obținut prin prelucrarea subscenei satelitare Landsat 8 [8]

Componentele calsificării spectrale, analizate statistic sub aspectul relevanței și acurateții, pe etape și global, au arată că, la nivelul județului Arad cca. 46% din suprafața totală este utilizată ca teren arabil și cca. 19%, ca pajiști, ceea ce sugerează un potențial agricol ridicat.

Consistența vegetației, apreciată prin Indicele Normalizat de Diferențiere a Vegetației (NDVI) are valori reduse în cazul terenurilor arabile, datele satelitare au fost preluate în luna octombrie, însă în cazul pășunilor și pădurilor valorile sunt mai ridicate (fig. 4), plantele componente fiind încă în vegetație la acel moment temporal. Pe baza acestui considerent, valorile NDVI au fost folosite în analiza modului de utilizare a terenului.

Fig. 4 Valorile NDVI la nivelul județului Arad

După stabilirea și spațializarea modului de utilizare a terenului, următoarea etapă în evaluarea potențialului agricol al județului Arad, a fost analiza multi-factorială a terenurilor agricole, în principal prin prisma a trei criterii esențiale: altitudine, pantă și sol. Factorul climatic, deosebit de important în evaluarea teritoriilor agricole, nu impune restricții deosebite în zonele analizate, fiind astfel omis.

Pe considerentul că pajiștile sunt mai puțin vulnerabile la acțiunea factorilor menționați, în cele ce urmează vor fi avute în vedere numai terenurile arabile, „sensibile” și direct influențate sub aspectul distribuției și productivității.

În analiza factorului „altitudine”, determinant al calității și utilizării spațiului agricol, s-a pornit de la Modelul Digital de Elevație cu rezoluția spațială de 30 m. În cazul terenurilor arabile, rezultatele obținute sunt redate schematic în fig. 5. Prin argumente agro-tehnice, au fost incluse în analiză numai terenurile arabile situate sub altitudinea de 500 m.

Fig. 5 Repartiția altimetrică a terenului arabil în județul Arad

Datele prezentate în fig. 5 evidențiază faptul că din totalul suprafeței arabile, numai 0.03% reprezintă terenuri care se situează peste altitudinea de 500 m, majoritatea terenurilor (cca. 96%) fiind amplasate sub altitudinea de 200 m.

În analiza factorului „pantă” s-a pornit de la premisa că în cazul terenurilor arabile acesta nu trebuie să depășească valoarea de 25° [15]. Rezultatele obținute sunt prezentate în fig. 6.

Fig. 6 Repartiția terenului arabil în județul Arad în funcție de pantă

Din totalul suprafeței arabile analizate, numai 0.007% reprezintă terenuri așezate pe pante mai mari de 25°, acestea fiind excluse din analiză.

Corelația altitudine – pantă (tabelul 1) arată că cea mai mare parte a terenurilor arabile (cca. 95%) sunt poziționate sub altitudinea de 200 m, pe terenuri cu panta sub 10°.

Tabelul 1

Dispunerea terenurilor arabile în funcție de altitudine și pantă

Factorul pedologic, unul dintre cei mai importanți factori în analiza mediului agricol, dictează modul și tipul exploatării terenurilor arabile. Analiza solurilor în relație cu altitudinea este redată sintetic în tabelul 2.

Tabelul 2

Dispunerea terenurilor arabile pe etaje altitudinale în funcție de tipul de sol

Datele prezentate în tabelul 2 arată calitatea superioară a terenurilor în mai mult de 50% din suprafața analizată, terenul arabil fiind suprapus pe cernoziomuri și preluvosoluri.

Concluzii

În urma analizelor spațiale, multi-factoriale întreprinse au fost evidențiate următoarele aspecte:

altitudinea, ca factor limitativ în utilizarea terenurilor agricole, are o influență nesemnificativă având în vedere faptul că numai un procent de 0.03%, respectiv 61,98 ha de teren arabil sunt situate la altitudini peste 500 m; în cazul suprafețelor de pajiști, acest element al reliefului nu este considerat factor restrictiv

panta terenului nu poate fi privită ca factor limitativ întru-cât terenurile arabile cu înclinare peste 25° sunt în proporție de sub 0,1%, respectiv 26,93 ha

cca. 50% dintre terenurile arabile sunt situate în zone cu altitudinea sub 200 m și panta sub 1° și cca. 45% dintre acestea, situate de asemenea sub 200 m altitudine, au panta sub 5°, ceea ce le califică, sub aspect geomorfologic, de calitate superioară pentru practicarea agriculturii

solurile cu grad mare de fertilitate naturală sunt „concentrate” sub altitudinea de 200 m (conform distribuției naturale normale), ceea ce înseamnă că peste 50% dintre terenurile analizate sunt „înzestrate” cu potențial pedologic maxim.

Datele și informațiile științifice prezentate în cadrul acestui studiu susțin ideea de potențial agricol ridicat al județului Arad și, având în vedere caracterul lor „geospațial” pot fi utilizate în analize ulterioare mai detaliate referitoare la calitatea și capacitatea productivă a tereurilor agricole.

Bibliografie

[1] Cojocariu, Luminița, Copăcean, Loredana, Popescu, C., Horablaga, M., Bostan, C., Pîrvulescu, Luminița, (2015), Spatial and temporal analysis of vegetation differentiation based on satellite images, Agrobuletin AGIR, no. 20, 2015

[2] Fu P., Gong Y., Analyzing variation of NDVI and its relationship with slope in Hubei Province, China, EEE Xplore 2016, 2015 23rd International Conference on Geoinformatics, Electronic ISBN: 978-1-4673-7663-1, DOI: 10.1109/GEOINFORMATICS.2015.7378623, pp. 1 – 6, on-line at: http://ieeexplore.ieee.org/document/7378623/

[3] Gandhi G. Meera, Parthiban S., Thummalu Nagaraj, Christy A., Ndvi: Vegetation Change Detection Using Remote Sensing and Gis – A Case Study of Vellore District, Procedia Computer Science, Volume 57, 2015, pp. 1199-1210, on-line at: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050915019444

[4] Rujoiu-Mare, Mariana, Mihai, B., (2016), Mapping Land Cover Using Remote Sensing Data and GIS Techniques: A Case Study of Prahova Subcarpathians, Procedia Environmental Sciences, Volume 32, 2016, pp. 244-255, Environment at Crossroads: Smart Approaches for a Sustainable Development, on-line at:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878029616001626

[5] Zhan Zhong-Ze, Liu Hong-Bin, Li Hui-Ming, Wu Wei, Zhong Bin, The Relationship between NDVI and Terrain Factors –A Case Study of Chongqing, Procedia Environmental Sciences, Volume 12, Part B, 2012, pp. 765-771, on-line at:

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878029612003489

[6] Arhiva Oficiului de Cadastru și Publicitate Imobiliară Arad

[7] Institutul Național de Statistică

[8] https://earthexplorer.usgs.gov/

[9] https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/eu-dem

[10] www.geospatial.org

[11] https://landsat.usgs.gov/what-are-band-designations-landsat-satellites

[12] https://blogs.esri.com/esri/arcgis/2013/07/24/band-combinations-for-landsat-8/

[13] http://desktop.arcgis.com/en/arcmap/latest/extensions/spatial-analyst/image-classification/image-classification-using-spatial-analyst.htm

[14] https://geogeek.xyz/calculating-normalized-differential-vegetation-index-ndvi-arcgis.html

[15] https://books.google.ro/books?id=OSEhcK64MhYC&pg=PA103&lpg=PA103&dq=maximum+slope+for+arable+land&source=bl&ots=0ckpkq6YrU&sig=eoytbhD86TdMXbdBKlnmF3vb3RM&hl=ro&sa=X&ved=0ahUKEwip76bSpYHXAhUEbVAKHXdGD9UQ6AEIOjAD#v=onepage&q=maximum%20slope%20for%20arable%20land&f=fals