Nationale Forschungsdateninfrastruktur - (NFDI) FAIRagro - FAIR Data Infrastructure for Agrosystems 3. NFDI-Konferenz 08. Juli 2021 - Sprecher: ...
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Nationale Forschungsdateninfrastruktur
(NFDI)
FAIRagro - FAIR Data Infrastructure for Agrosystems
Sprecher: Prof. Dr. Frank Ewert
3. NFDI-Konferenz
08. Juli 2021
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Herausforderungen für eine nachhaltige Landwirtschaft
Konkrete Herausforderungen (Europa, Green Deal):
• Klimawandel (Anpassung und Vermeidung)
• Reduzierung des Pflanzenschutzmitteleinsatzes
• Verbesserte Ressourcennutzung (Wasser, Nährstoffe, Land, Boden)
• Erhalt der Biodiversität
• Sichere Versorgung mit Lebensmitteln in guter Qualität
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Herausforderungen für eine nachhaltige Pflanzenproduktion
➢ Ernährung und Landwirtschaft ➢ Die Pflanzenproduktion ➢ Nachhaltige Agrosysteme müssen den SDG
ist relevant für alle SDG ist der wichtigste Teil der entsprechen
Landwirtschaft ➢ Integrierte Forschung benötigt Infrastrukturen
Food
and
Agriculture
Agrosysteme
agrarisch genutzte Landschaften und
Ökosysteme deren nachhaltige
Gestaltung auf einem systemischen
Verständnis von Pflanze-Boden-
Umwelt-Interaktionen beruht unter
Berücksichtigung von
skalenübergreifenden Prozessen
www.fairagro.net 3
FAIRagro – Agrosystemforschung
Skalenübergreifende Herausforderungen
➢ Wichtige Herausforderungen auf unterschiedlichen Skalen mit Bezug zu Agrosystemen
Skala Herausforderung
… Nachhaltiges Ernährungssystem. One Health
Region Nachhaltiger landwirtschaftlicher Sektor im Ernährungssystem. Klimaneutralität.
Nachhaltige Agrarlandschaften. Bereitstellung von Ökosystemleistungen und
Landschaft
Biodiversität
Anbausystem / Nachhaltige Pflanzenproduktion und Anbausysteme. Klimaresilient, reduzierte
Fruchtfolge Umweltauswirkungen und verbesserte Ressourcennutzung
Pflanzen mit verbesserten Resistenzen (Hitze, Dürre, Krankheiten) für hohe und
Pflanze /
stabile Erträge, angepasst an standort- (Boden, Klima) und management-spezifische
Feldfrucht
Bedingungen. Verständnis für G x E x M
…
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Skalenübergreifende Herausforderungen
➢ Präzision für nachhaltige Agrosystemen durch digitale Technologien Daten
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Video: H Schneider, 21st April, 13th May, 18th June, 8th July 2020
FAIRagro – Agrosystemforschung
Domänen und Datentypen
Boden Pflanze
e.g., soil e.g.,
productivity, management,
physical and fertilization,
Umwelt chemical phenotyping/ Tiere
e.g., land analyses sequence data e.g., livestock,
use, production-related
weather, emissions, one
biodiversity health
Forst
Ökonomie e.g., risk
e.g., yield, product management
chains, food strategies, forest
security simulators,
insect
abundance
Zeitreihen Geodaten Farming 4.0 Sensible Daten Altdaten
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Domain, Skalen und ausgewählte Disziplinen
Crop
Plant Agronomy
… Science Soil biology
pathology
Region Soil
Plant
microbiology
nutrition
Soil
Landschaft Breeding chemistry
Functional Soil
Anbausystem / hydrology
genetics
Fruchtfolge
Soil
Pflanze / Bioinformatics physics
Feldfrucht
… Modelling …
Artificial
Intelligence 7
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Use Cases (UC)
➢ Use Cases zu wichtigen landwirtschaftlichen Herausforderungen mit konkreten RDM Bedarfen
… Assessing tradeoffs for optimal crop nitrogen
management
Region
Towards integrated potato modelling with fully
connected information systems
Landschaft Learning from incomplete data
Streamlining pest and disease data to advance
Anbausystem / integrated pest management
Fruchtfolge
Non-invasive phenotyping with autonomous robots
Pflanze /
Exploiting genotype × location × year × management
Feldfrucht
interactions for sustainable crop production
…
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Aktuelle Herausforderungen und Ziele beim Forschungsdatenmanagement
Allgemein: viele disziplinäre oder institutionelle Infrastrukturen
Konkret: spezifische Herausforderungen an
Forschungsdaten Hand von use cases adressieren
• eingeschränkter Zugang schwer auffindbar
• geringe Interoperabilität
• heterogene Standards (z.B. Metadaten, Ontologien)
• uneinheitliche Regelungen/Rechtslage zur Nachnutzung
• unklarer Umgang mit sensiblen Daten
• diverse Datentypen (z.B. Sensor, Bonitur, Modelle, Genetik, ...)
Allgemeine Ziele
• Aufbau einer Forschungsdateninfrastruktur für die • bedarfsorientierte Produkte und Services
Agrosystemforschung Next-Gen Datainfrastrukturen • Integration über Disziplinen & Fachgebiete
• Entwicklung einer Community von Datenbereitstellern und – • Integration über Skalen
nutzenden • Services für andere Teilgebiete
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FAIRagro – Agrosystemforschung
Aktuelle Herausforderungen beim Forschungsdatenmanagement
Teil der deutschen Ackerbaustrategie: „Computergestützte Prognosen und Entscheidungshilfen im Pflanzenschutz“
Teil der Farm to Fork Strategie: „Reduktion chemisch synthetischer Pestizide um 50% bis 2030“
Ein typischer Fall
• Bedarf: Einheitliche, verfügbare Daten für nationale Prognosemodelle
• Datenerzeuger: Pflanzenschutzdienste, Forschungsinstitute
• Datenprovider: ZEPP (Zentralstelle der Länder), ISIP
(Informationssystem integrierte Pflanzenproduktion)
• Problem: Erhebung uneinheitlich, Datenbereitstellung nur auf Anfrage
(kein Suchportal), unklare, uneinheitliche Nutzungsrechte
UC3
Streamlining pest and disease data to
advance integrated pest management
www.fairagro.net 10FAIRagro – Agrosystemforschung
Aktuelle Herausforderungen beim Forschungsdatenmanagement
Teil der deutschen Ackerbaustrategie: „Computergestützte Prognosen und Entscheidungshilfen im Pflanzenschutz“
Teil der Farm to Fork Strategie: „Reduktion chemisch synthetischer Pestizide um 50% bis 2030“
Ein typischer Fall
• Bedarf: Einheitliche, verfügbare Daten für nationale Prognosemodelle
• Datenerzeuger: Pflanzenschutzdienste, Forschungsinstitute
• Datenprovider: ZEPP (Zentralstelle der Länder), ISIP
(Informationssystem integrierte Pflanzenproduktion)
• Problem: Erhebung uneinheitlich, Datenbereitstellung nur auf
Anfrage (kein Suchportal), unklare, uneinheitliche Nutzungsrechte
UC3
Streamlining pest and disease data to
advance integrated pest management
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www.fairagro.netFAIRagro – Agrosystemforschung
Aktuelle Herausforderungen beim Forschungsdatenmanagement
Teil der deutschen Ackerbaustrategie: „Computergestützte Prognosen und Entscheidungshilfen im Pflanzenschutz“
Teil der Farm to Fork Strategie: „Reduktion chemisch synthetischer Pestizide um 50% bis 2030“
Verknüpfung von regionalen und nationale Prognosen
UC3
Ackerbauliches Ertragspotential (BGR/ZALF)
Bodenübersichtskarte 1:1.000.000 (BGR)
Landnutzung: Corine Landcover (BKG)
Digitale Orthophotos in 20 cm Bodenauflösung (BKG)
Geschummerte Reliefdarstellung DGM200 (BKG)
Erosionsgefährdung der Ackerböden (BGR)
Nutzbare Feldkapazität (BGR)
Und Vieles mehr…
www.fairagro.netFAIRagro – Agrosystemforschung
Struktur und Ansatz
Data Stewards
Service developers Service users
(Measures) (Use Cases)
Mapping of service demand (use
cases) and supply (measures)
Use Case 1 Use Case 2 Use Case 3 Use Case 4 Use Case 5 Use Case 6
FAIRagro
Measures
1
2
3
4
5
6
7
8
9
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11
12
www.fairagro.net
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15
13FAIRagro – Agrosystemforschung
Hauptmerkmale (Nucleus Agrosysteme)
FAIRagro
• integriert viele benachbarte Disziplinen
• Unterstützt die Transformation nachhaltiger Agrosysteme
• baut auf umfassenden Forschungsprojekten, exzellenten Daten, Infrastrukturen und Plattformen auf
• verknüpft neue Technologien (Robotik, Sensorik, KI, Modellierung)
• eng mit nationalen und internationalen Konsortien verwoben (PhenoRob, patchCROP, MACSUR,
AgMIP, DSSAT, Bonares, DAKIS, ...)
• Integrierter Bestandteil von NFDI, EOSC, …
www.fairagro.net 14FAIRagro – Agrosystemforschung
Mehrwert für die NFDI Community
FAIRagro stellt u.a. Lösungen bereit für…
FAIRagro Agri-Community FAIRagro Agri-Community NFDI
• Für die Use Cases Nutzen für andere (neue) Use • unvollständige Datensätze: Learning from
Cases incomplete data (UC4)
• Für die Integration von Use Cases • verschiedene Datentypen: mangelnde
• Für die Einbindung weiterer Bereiche der Interoperabilität: Streamlining pest and
Agrarwissenschaften disease data to advance integrated pest
• Für die internationale Entwicklung von Standards für management (UC3)
Agrarforschungsdaten-Infrastrukturen • Ungeklärte Rechtsfragen: Exploiting
genotype × location × year × management
interactions for sustainable crop production
(UC1)
UC2 UC3 • …
UC1 UC6
UC4 UC5
www.fairagro.net 15FAIRagro – Agrosystemforschung
Partner
(Mit)-antragstellende Einrichtungen
www.fairagro.net 16FAIRagro – Agrosystemforschung
Schnittstellen / Zusammenarbeit mit anderen Konsortien
NFDI
NFDI4Health: Umgang und Austausch NFDI4BioDiversity:
von sensiblen Personendaten Forschungsbereich Pflanze;
gemeinsame Daten und Repositorien
DataPLANT: Schaffung und NFDI4Earth: Umgang und
Harmonisierung von Ontologien und Austausch von Geodaten
Standards im Pflanzenforschungsbereich
KonsortSWD: Verknüpfung der (NFDI4Bioimage:
Anwendungspotenziale von Daten zur multispektrale Bildgebung)
Landnutzung und Nahrungsmittelproduktion,
soziodemographischen Daten sowie
Wirtschafts- und Unternehmensdaten
GAIA-X EOSC
… …
www.fairagro.net 17FAIRagro – Agrosystemforschung
Wir sind ein offenes Konsortium
Möglichkeiten der Partizipation
Datennutzer Datenanbieter Infrastrukturanbieter Infrastrukturnutzer
FAIRagro Use Cases
Kontakt: fairagro@zalf.de
www.fairagro.net 18FAIRagro – Agrosystemforschung
als Teil von NFDI4Agri
Potentielle Themen für
Use Cases in NFDI4Agri
Onboarding
…
Agrosysteme
…
Weitere Forschungsbereiche als 2. und 3. Nucleus in NFDI4Agri
www.fai ragro.ne
Phase I Phase II 30 19
tNationale Forschungsdateninfrastruktur
(NFDI)
Thank you
Unsere Erwartungen
• Organisation der Bearbeitung übergreifender Themen (cross-cutting topics)
• disziplinübergreifendes Netzwerken mit anderen NFDIs
• Mitwirkung bei Querschnittsinitiativen und -themen
• kulturellen Wandel im FDM
• Parallelentwicklungen vermeiden und Synergien nutzen
• strategischer Austausch und inhaltliche Weiterentwicklung
20FAIRagro – Agrosystemforschung
Unser Beitrag zur NFDI und unsere Erwartungen
Eine gemeinsame NFDI durch Integration
• menschen- und maschinenlesbarer Zugang zu Forschungsdaten z.B. Datenabfragen und
Datenanalyse-Pipelines
• kultureller Wandel in der Forschungsdatenlandschaft z.B. Ausbildung, Training und Beratung
• technische Lösungen für den Zugriff auf sensible Daten
• Bearbeitung übergreifender Fragestellungen zu z.B. Harmonisierung, Standards, Archivierung,
Datenqualität und rechtlichen Aspekten
Unsere Erwartungen
• Organisation der Bearbeitung übergreifender Themen (cross-cutting topics)
• disziplinübergreifendes Netzwerken mit anderen NFDIs
• Mitwirkung bei Querschnittsinitiativen und -themen
• kulturellen Wandel im FDM
• Parallelentwicklungen vermeiden und Synergien nutzen
• strategischer Austausch und inhaltliche Weiterentwicklung
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