Již naši předkové si uvědomovali, že jejich pozemky nejsou vždy vyrovnané a výnosy plodin nejsou na všech místech stejné. Každý sedlák svoje pole dobře znal a věděl, která jeho část je úrodnější, na níž lze správným hospodařením dosáhnout vyšších výnosů, a na kterých se nevyplatí intenzivně hospodařit, protože jsou úrodné méně. Tento vztah k půdě vycházel z dlouhodobé tradice péče o krajinu a předávání zemědělských usedlostí z generace na generaci.
Změnami v naší nedávné historii došlo ke vzniku nových zemědělských podniků hospodařících na rozsáhlých územích, kde pro dodržení tohoto diferencovaného přístupu chyběl nejen zmiňovaný generační vztah k půdě, ale také potřebné technické vybavení. Získání znalostí o tom, jak ošetřovat rozdílné části pozemku, je při tradičním přístupu velmi náročné a s ohledem k větší výměře zemědělských podniků mnohdy až neuskutečnitelné. Až bouřlivý rozvoj výpočetní techniky a vývoj globálních navigačních satelitních systémů (GNSS) umožnily identifikaci a lokalizaci rozdílů v rámci pozemků pro nově vznikající způsob hospodaření, nazývaný precizní zemědělství.
Při zjištění nevyrovnanosti v rámci pozemku vzniká logicky otázka, jak problémy způsobující nízké výnosy na dílčích plochách řešit. Nabízejí se dvě možnosti – vyrovnat tyto vzniklé rozdíly nebo je při pěstování zohlednit a přizpůsobit se jim. Úprava ploch s méně úrodnou půdou je značně ekonomicky náročná a mnohdy nerealizovatelná. Řešením tedy je optimálně hospodařit na plochách s rozdílnou produkční schopností v rámci pozemku. To však neznamená, že se dosáhne stejného výnosu na všech jeho částech.
Základní technologie
Základní principy precizního hospodaření přitom nejsou nové, prostorovou a časovou variabilitu půdních a porostních faktorů v rámci honů si pěstitelé uvědomovali již před staletími. Menší pozemky a jejich vymezení přirozenými hranicemi umožňovaly měnit zásahy manuálně. Se zvětšováním pozemků, intenzivní produkcí a mechanizací v polovině minulého století již nebylo možné zohledňovat prostorovou nevyrovnanost honů bez vývoje technologií. Mezi ty základní patří již zmíněné GNSS, geografické informační systémy (GIS), senzorová technika a aplikační ovládací prvky.
Globální navigační satelitní systémy jsou nezbytným prvkem pro přesné určení polohy na zemském povrchu, neboť všechny informace s vazbou na prostorovou variabilitu musí mít přiřazeny souřadnice v daném souřadném systému. Nejpoužívanějším navigačním systémem (a také jediným plně funkčním) je americký systém GPS. Kromě něj buduje také své systémy Evropská unie (Galileo), Rusko (Glonass) anebo Čína (Compass/Beidou). Princip určení polohy je u všech podobný – na základě doby putování signálu vysílaného z družic je určena přibližná vzdálenost od koncového přijímače. Určení vzdálenosti minimálně od čtyř družic pak umožňuje stanovit polohu přijímače v prostoru s přesností v řádu několika metrů; tato služba je poskytována bezplatně. Vyšší přesnosti je možné dosáhnout pomocnými technologiemi poskytujícími diferenční korekce přes satelitní systémy (EGNOS, Omnistar), pozemní referenční stanice (CZEPOS) nebo mobilní virtuální referenční systémy (VRS). S výjimkou EGNOS se jedná o placené služby nebo dodatečně pořízené technologie (VRS). Požadavek na úroveň přesnosti je dán typem pěstební operace – např. variabilní aplikace hnojiv nevyžaduje takovou přesnost jako kultivace plodiny naslepo.
Zpracování prostorových dat (dat s přiřazenou polohou) probíhá v geografických informačních systémech (GIS). Jedná se o desktopové nebo mobilní programy, které umožňují provádět sběr, zpracování, analýzy a export dvou základních typů dat – vektorů a rastrů. Vektorová data vyjadřují body, linie a polygony, rastry jsou obrazovými daty s definovanou nejmenší jednotkou – pixelem. Záznamy pojezdů strojů, vymezení hranic pozemků, mapy zásobenosti půdy živinami nebo výnosové mapy – to vše jsou prostorová data, která jsou vytvářena a zobrazována pomocí GIS. Zřejmě pro pěstitele nejznámější GIS aplikací je webové rozhraní zpřístupňující registr půdy – iLPIS (pro farmáře), či pLPIS (pro veřejnost).
Senzorová technika umožňuje efektivní stanovení variability pozemku, jejíž zjištění je impulzem pro uplatnění metod precizního zemědělství. Senzory nahrazují nebo vhodně doplňují tradiční metody zjišťování půdních vlastností a hodnocení porostů polních plodin a snižují tak jejich nákladnost, operativnost a náročnost. Mezi nejpoužívanější patří senzory pro hodnocení spektrálních vlastností porostů cílené pro určení výživného stavu (N-sensor, N-tester, metody leteckého a družicového snímkování a další), pro měření hustoty porostů (CropMeter), pro mapování půdních vlastností (utužení půdy, měření elektrické vodivosti půdy, vlhkosti půdy) a mapování výnosů při sklizni. Jistě nikoho nepřekvapí, že uvedená měření jsou prováděna pomocí GNSS a data jsou zpracovávána v GIS.
Aplikační ovládací prvky slouží pro vlastní provedení diferencovaných zásahů. Na základě vstupní informace o intenzitě zásahu, tzn. aplikační mapy, umožňují plynulou změnu dávky hnojiva nebo postřiku, hloubky pracovního nářadí při zpracování půdy či automatickou navigaci mechanizace po pozemku.
Rozšíření precizního zemědělství
Precizní zemědělství je rozvíjeno především v agrárně vyspělých zemích, ale lze pozorovat celosvětový trend rostoucího zájmu o tento způsob hospodaření. V praxi nachází zatím největší uplatnění v USA, což lze vysvětlit jak agrární strukturou (dostatečně veliké farmy i pozemky), tak i technologickou vyspělostí. Na rozdíl od západní Evropy je v ČR příznivá agrární struktura pro uplatňování technologií precizního zemědělství (převládají velké zemědělské podniky i hony, pestrost geologických, pedologických, hydrologických a klimatických podmínek v kombinaci s členitostí terénu). Nevýhodou je převažující nepříznivá ekonomická situace většiny podniků, která komplikuje nákup nových (mnohdy značně drahých) technologií i placení služeb. V našich podmínkách je proto zavádění technologií precizního zemědělství pod značným ekonomickým tlakem. Přesto je o tento systém v zemědělské praxi zájem a rovněž dodavatelé zemědělských strojů, hnojiv a pesticidů s ním v blízké době počítají. Těžiště využití je prozatím v podnicích služeb.
Kromě uplatnění precizního zemědělství na orné půdě se objevují postupy zavádění těchto principů i do jiných oblastí zemědělské produkce, jako je hospodaření na trvalých travních porostech, trvalých kulturách (vinice, sady), v polním zelinářství a v živočišné produkci. Metody hodnocení stavu porostů v kombinaci s variabilním ošetřením jsou aplikovány i v jiných sférách, jako je péče o sportovní a rekreační trávníky, údržba veřejné zeleně nebo komunální služby (variabilní aplikace herbicidů v okolí cest a chodníků). Kromě rozličných oblastí využití lze pozorovat rozšiřování technologií diferencovaně prováděných operací i do směrů hospodaření, kde by to ještě donedávna nikdo neočekával – do ekologického zemědělství, kde pomáhají při mechanické regulaci zaplevelení a zpracování půdy.
Přínosy precizního zemědělství
Tradičním přístupem v konvenčním zemědělství je uniformní obhospodařování pozemků. Nejmenší jednotkou agronomického rozhodování je hon, který je považován za homogenní prostředí, a na základě průměrné hodnoty z této plochy je volena intenzita pěstitelských zásahů. Lokálně specifický přístup zohledňuje rozdílné podmínky v rámci jednotlivých pozemků a přizpůsobuje pěstitelské vstupy konkrétním podmínkám daného stanoviště. Tento přístup přináší: 1. ekonomické přínosy optimalizované rostlinné produkce, 2. omezení rizika environmentálního znečištění nadměrnou aplikací agrochemických prostředků, a 3. zlepšená dohledatelnost pomocí záznamů polních operací (tzv. traceability).
Ekonomické přínosy vyplývají z optimalizace materiálních vstupů plynoucích do rostlinné produkce. Mezi nejvýznamnější patří hnojiva, pesticidy a PHM. Optimalizace však nemusí nutně znamenat úsporu. Z výsledků porovnání variabilního a uniformního hnojení, provedeného v Ústavu agrosystémů a bioklimatologie Mendelovy univerzity v Brně na modelovém pozemku, vyplývá vyšší spotřeba celkového množství aplikovaných živin základního hnojení u variabilní aplikace. Stanovení jednotné dávky na celý pozemek nezohledňovalo některé oblasti s nižší zásobeností, které následně byly u variabilní aplikace dohnojeny zvýšenou dávkou. Nedošlo tedy k úspoře hnojiv, ale byla dosažena vyrovnaná bilance živin, jejíž ekonomický přínos bude patrný až za delší dobu. V případě variabilní aplikace pesticidů je situace složitější, neboť úspěšnost zásahu závisí kromě jiného na úspěšnosti identifikace škodlivého organismu či plevele. V případě nesprávného vymezení aplikačních zón nebo špatně provedené aplikace se mohou přeživší jedinci v krátké době opět rozšířit po pozemku a je nutné zásah opakovat. V daném případě je pak vhodnější provádět celoplošnou aplikaci a zaměřit se na její správné načasování.
Úspora PHM je dána zefektivněním provozu strojů pomocí navigačních systémů. Pořízení navigačních systémů bývá zpravidla prvním krokem při přechodu na precizní hospodaření. Je ale nutné říct, že samotné navádění mechanizace bez variabilní aplikace plnohodnotně neplní cíle precizního zemědělství z důvodu absence přizpůsobení intenzity zásahů lokálním podmínkám. Technické řešení navigačních systémů dosahuje v současnosti dostatečné přesnosti, vývoj lze očekávat zejména v navigačních aplikacích, které by dokázaly optimalizovat trajektorii pojezdu s ohledem na tvar a reliéf pozemku, pracovní operaci, parametry mechanizační soupravy a konkrétní podmínky na stanovišti (utužení půdy, erozní ohroženost apod.). Kromě optimalizace pracovních operací je možné úspor dosáhnout také efektivním řízením dopravy zemědělských produktů v podniku a managementem využívání strojů.
Další ekonomické výhody v oblasti lidských zdrojů vyplývají ze zjednodušení a zpřehlednění řízení podniku a z automatizace řady pracovních operací v rostlinné a živočišné produkci a s nimi spojené agendě.
Na druhou stranu je třeba počítat, že zavedení moderních technologií vyžaduje dostatečně kvalifikované pracovníky.
Přizpůsobení intenzity pěstitelských zásahů konkrétním podmínkám na dané lokalitě a zohlednění aktuálních požadavků rostlin přináší environmentální výhody v podobě omezení nadměrného používání materiálních vstupů. Metody precizního zemědělství umožňují také identifikovat ohrožené či chráněné oblasti, kde je nutné hospodařit extenzivně nebo kde je pěstování rostlin zcela nevhodné.
Nejvýznamnější přínosy ve vztahu k životnímu prostředí, při zachování úrovně produkce, jsou připisovány snižování úniku nitrátu z orné půdy, snížení kontaminace prostředí rezidui pesticidů, omezení přehnojování půdy, omezení eroze půdy a následné eutrofizace povrchových vod, snížení spotřeby pohonných hmot a další. Z výsledků studií prováděných v Německu vyplývá zvýšení efektivnosti využití dusíku u ozimé pšenice o 10 až 15 % při variabilní aplikaci. V rámci experimentu se simulací úniku nitrátů do vod byla zjištěna 26% redukce těchto ztrát a současně snížení aplikační dávky o 2 % při použití postupů precizního zemědělství.
Vedle těchto přímých účinků lze také zaznamenat nepřímé efekty související s výrobou a používáním agrochemických látek a pohonných hmot (např. snížení spotřeby neobnovitelných surovin a energie při výrobě hnojiv a pohonných hmot, snížení emisí skleníkových plynů, zvýšení biodiverzity volně se vyskytujících rostlinných a živočišných společenstev aplikací pesticidů jen na místech s hospodářsky nebezpečným výskytem škodlivých organismů, atd.). Detailní hodnocení pozitivních environmentálních účinků stejně jako porovnávání precizního hospodaření s celoplošně uniformním je v praxi obtížné a dosud citelně chybí.
Zatím nejmenovanou pozitivní vlastností precizního hospodaření je podrobná evidence operací a tedy tzv. dohledatelnost zemědělských produktů. Každá variabilní aplikace vychází z aplikační mapy, která definuje intenzitu daného zásahu a umožňuje ji zpětně určit pro kterékoli místo na pozemku. Vyspělé palubní systémy navíc umožňují zpětný zápis reálně aplikované dávky pro případ, že by obsluha měnila nastavení přímo na poli. V kombinaci s podrobnou pěstitelskou evidencí se jedná o přesnou informační základnu pro řešení případných problémů a sporů nebo pro prokázání způsobu produkce prodávané komodity.
Budoucí vývoj precizního zemědělství
Jak již bylo zmíněno, precizní zemědělství vychází z moderních technologií a je úzce spojeno s jejich vývojem. V této oblasti lze očekávat zejména zdokonalování senzorových systémů pro hodnocení stavu porostů a přístrojů pro detekci agrochemických půdních vlastností, které by nahradily pracné a nákladné tradiční metody. V rámci výzkumných projektů a úkolů je pak řešeno zavádění nových technologií a postupů do agronomické praxe. Jedním z výzkumných projektů, zabývající se u nás problematikou precizního zemědělství, je projekt PREZEM, který se snaží nalézt a ověřit efektivní postupy pro dosažení přínosů precizního zemědělství v oblasti výživy a ochrany rostlin. Kromě optimalizace agrotechnických postupů jsou ověřována technologická řešení, která umožní přenesení rozhodovacích procesů přímo do terénu pomocí mobilních systémů a moderní správě geoprostorových informací.
Zatímco vyspělost technických prvků je v mnoha případech pro praxi dostačující, jejich plné využití závisí na rozvoji agronomie a znalosti vztahů mezi produkčními faktory. O pokroku technologií a metod se můžete sami přesvědčit na osmé evropské konferenci o precizním zemědělství, konající se příští rok v Praze.
Další zajímavou vývojovou oblastí je využití robotických systémů v rostlinné produkci. Polní roboty, jak jsou tyto přístroje nazývány, by se zcela automaticky pohybovaly v porostu plodin a vykonávaly procedury na základě senzorového měření. Nejčastěji se jedná o lokální aplikace herbicidů – robot identifikuje plevelnou rostlinu v porostu a následně na ni aplikuje herbicid. Že je snahou tyto myšlenky realizovat v praxi, dokazuje pravidelně konaná soutěž Field Robots Events, kde jednotlivé týmy porovnávají vyspělost polních robotů v různých disciplínách na testovacím pozemku. Na jejich plné nasazení na našich polích si ale budeme muset ještě chvíli počkat.
Použitá literatura je k dispozici u autorů.
Příspěvek je součástí řešení projektu MŠMT č. 2B06124.
Klíčové informace
– Precizní zemědělství využívá informačních a navigačních technologií pro specifikaci a modifikaci pěstebních opatření v závislosti na prostorové heterogenitě a na dynamice změn růstových procesů.
– Cílem je přizpůsobit pěstební zásahy konkrétním podmínkám na daném místě pozemku a aktuálním potřebám rostlin.
– Hlavními přínosy precizního zemědělství je zvýšení ekonomické efektivnosti výroby, racionální využití vstupů a šetrný přístup k životnímu prostředí.
Ing. Vojtěch Lukas, Ph.D.
Ing. Lubomír Neudert, Ph.D.
Prof. Ing. Jan Křen, CSc.,Mendelova univerzita v Brně
Agronomická fakulta
Ústav agrosystémů a bioklimatologie
