Možnosti uplatnění přesného hospodaření Ing. Pavel Kovaříček, VÚZT Praha 6, P.O.BOX 54, 161 01 Praha 6 - Ruzyně Drnovská 507 FAX: 02/33312507
tel.:02/33022236
E-mail:
[email protected] [email protected]
Do roku 1990 bylo ”pole” jednotkou k hodnocení hospodaření na zemědělské půdě i v nejvyspělejších zemích. Přesnější jednoduchý způsob určení místa, kde je pěstovaná plodina nebo kde stroj v daném okamžiku pracuje nebyl k dispozici. Po uvolněné politického ovzduší v tomto roce byl uvolněn americký vojenský systém lokalizace na zemském povrchu, známý pod označením GPS (Global Position System). Možnost určování okamžité polohy s přesností jednoho metru
urychlila vyvíjející se
technologie označované v celém světě termínem přesné nebo cílené hospodaření (Precision Farming). Tento přístup reaguje na heterogenitu úrodnosti stanoviště v rámci jednoho pole a jeho cílem je přizpůsobit prováděné agrotechnické zásahy tak, aby se snížily vklady na vyprodukovanou jednotku. Často se tato technologie charakterizuje jako provádění optimálních zásahů správným způsobem, na správném místě a v nejvhodnější chvíli. Diferencované ošetřování půdy a na ní pěstovaných plodin a respektování jejich heterogenity i v rámci jednoho pozemku dává předpoklad k zefektivnění vkladů do půdy a plodiny a přitom se chová šetrně i k životnímu prostředí. Výsledkem tohoto výběrového přístupu je snížení spotřeby prostředků ochrany rostlin o 5 až 10 %, hnojiv o 10 až 20 %. Potvrzují to výsledky výzkumných pracovišť v SRN (Gießen, Weihenstephan). Zde vykazují úsporu 15 až 30 % nákladů na hnojiva u diferencované aplikace hnojiv ve srovnání s jednotnou dávkou hnojiva. Přibližně stejný výsledek je zjištěn v letech 1997 až 98 v MJM Litovel při aplikaci tuhých průmyslových a vápenatých hnojiv. DGPS je prostředkem k lokalizaci místa na pozemku při mapování faktorů úrodnosti stanoviště, stavu vegetace a při práci strojů podle aplikační mapy. Znalost místa na pozemku v reálném čase (v okamžiku aplikace) je nezbytnou podmínkou pro uplatňování technologie přesného hospodaření. Existují i jiné způsoby navigace, ale DGPS má široké uplatnění v mnoha dalších oblastech hospodářství a řízení státu a je dostupné v současné době za přijatelných nákladů. Stejně jsou ve světě po technické stránce vyřešeny principy potřebného sběru dat o úrodnosti stanoviště, úroveň osobních
počítačů umožňuje jejich uchování a rychlé zpracování i řízení strojů podle navržených aplikačních map. Vysoká investiční náročnost na zavedení technologie přesného hospodaření však předurčuje její uplatnění zejména v oblasti služeb, kde může být dosaženo využití zařízení na desítkách tisíc ha zemědělské půdy ročně. Cílené hospodaření můžeme charakterizovat 5 klíčovými postupy: ! Digitalizace hranic pozemků v zájmové oblasti ! Sběr a archivace dat ! Analýza dat ! Prostorové modelování ! Automatické řízení agrotechnického zásahu
Digitalizace hranic pozemků v zájmové oblasti Umět graficky zobrazit pozemky v obhospodařovaných podnicích je
prvním
krokem, který musíme splnit. Digitální mapu můžeme získat z pozemkových úřadů, v kterých od roku 1993 probíhá zpracování katastru nemovitostí (KN) do podoby vhodné pro automatické zpracování a vedení databází a digitálních map. Ukončení tohoto úkolu se předpokládá v roce 2006. Máme-li štěstí, že se zajímáme o oblast, která je již zpracovaná, můžeme být zklamáni. Nákup je ve většině případů dražší, než budou náklady na vlastní
zaměření aktuálních hranic honů.
Při nákupu zařízení pro
technologie přesného hospodaření musíme s tímto krokem
(mapováním hranic
pozemků) počítat. Hranice a plochy honů (námi zaměřené) budou uvnitř našeho systému odpovídat skutečnosti s dostatečnou přesností, nebudou mít však úřední platnost.
Sběr a archivace dat Start při zavádění přesného hospodaření lze ve většině případů očekávat v oblasti hnojení, kde se úspory projeví v nejkratší době.
Pro hnojení se může v postupech
přesného hospodaření postupovat podle dvou odlišných hypotéz. Podle první se snažíme vyrovnat půdní zásobu živin
na stejnou výnosovou
hladinu v rámci celého honu. Tento postup je u nás vžitý, kontinuálně navazuje na metodiky výživy rostlin. Na každém honu se odebere potřebný počet průměrných půdních vzorků, prakticky podle metodiky zákonem předepsaného agrochemického zkoušení zemědělských půd. Před prvním odběrem na každém honu je potřeba
navrhnou místa odběru. To provede specifický program v použitém systému tak, aby se jeden vzorek odebíral na každých 3 až 5 ha a dílčí plochy byly na honu rovnoměrně rozmístěny. Řidič odběrného vozidla je navigován pomocí kurzoru značícího okamžitou polohu na monitoru palubního počítače na určený bod. Odběry v následných letech jsou opakovány vždy na topografických souřadnicích zaznamenaných při prvním průzkumu. Navigace pracovníka vybaveného přijímačem DGPS je pomocí kurzoru, který značí okamžitou polohu, přímo na mapě zobrazené na monitoru palubního počítače. Při této hypotéze přesouváme hnojivo ze stanovišť s dostatečnou na stanoviště s nižší zásobou živin. Odběr jednoho půdního vzorku a jeho chemický rozbor stojí cca 300 Kč. Abychom nezatížili jednotkový náklad na výrobu produktu nad únosnou míru, může být tento postup uplatňován jen na větších pozemcích, kde máme alespoň 4 hodnocená stanoviště. Za službu „zpracování map živin P a K, pH a organické hmoty a návrhu aplikační mapy“
je v MJM Litovel roční poplatek cca 180 až 210 Kč (tříletý cyklus
odběru vzorků). Mezi odběrnými místy se předpokládá rovnoměrný gradient živin v půdě. Tím, že síť míst odběru je náhodná a z ekonomických důvodů řídká, může být tato metoda dost nepřesná. Na velkých a poměrně vyrovnaných pozemcích ji považujeme za první krok při zavádění systému diferencovaného hnojení. V druhém přístupu se vychází z dosahovaného hektarového výnosu, který má výsadní postavení při vyhodnocování porostu plodiny a posuzování úrodnosti stanoviště na pozemku. Provedené exaktní sledování půdního typu, živin a výnosů na pozemku v síti 50 x 50 m neprokázalo závislost mezi stavem živin v půdě a výnosem. Statisticky významnou se však projevila korelace mezi odčerpanými živinami P, K, Ca, Mg a výnosem. To znamená, že opakovaně dosahovaná odchylka ve výnosu na stanovišti od průměru charakterizuje odchylku úrodnosti stanoviště. Je i možné, že ostatní úrodnostní faktory zde převládají nad úrovní živin v půdě. Je třeba objevit skutečnou příčinu sníženého výnosu. Pokud ji neodstraníme, stačí na tomto stanovišti dodávat živiny potřebné pro skutečně dosahovanou úroveň výnosu. Podle dřívějších sledování výnosů obilovin a řepky na jednom pozemku kolísají výnosy o ± 28 až 32 % i na pozemcích s vyrovnanou zásobou živin. V této metodě se stanoviště pro hodnocení budou určovat v místě s prokázanou heterogenitou a nemusí být rovnoměrně rozmístěná. Zatím se pro hodnocení úrodnosti stanoviště na pozemku převážně využívá záznamu výnosu při sklizni sklízecí mlátičkou. Tato znalost nám pomáhá vyhodnotit i účinnost předchozích opatření, která vycházejí z map živin. Zachycení vývoje heterogenity výnosu je důležitou kontrolní vazbou. Při počtu faktorů, které ovlivňují
úrodnost stanoviště, můžeme odchylce ve výnosu přikládat vyšší váhu až po víceletém opakování.
Získání výnosových map zrnin ze sklizní na téže lokalitě je v běžných
osevních postupech otázka 4 až 6 let. Investice vložená do zařízení sklízecí mlátičky nebude mít naději na rychlou návratnost. Je proto účelné, aby se zařízení kromě průtokoměru a vlhkoměru, tzn. řídící počítač a DGPS, využívalo v době mimo sklizeň k mapování
pozemků,
při
odběru
půdních
vzorků,
na
postřikovačích
apod.
Předpokladem zde však je již zavedený systém na základě map živin nebo pozemního průzkumu plevelů. Pravidelně pořizované výnosové mapy mají další důležitou funkci. Jsou objektivním podkladem pro vyjádření ekonomických výnosů dosahovaných na jednotlivých pozemcích, popřípadě na jeho částech, ale také i pro hodnocení efektivnosti jednotlivých opatření a vstupů provedených na pozemku. Lze předpokládat, výše nastíněné metody nebudou používány odděleně, v praxi se oba přístupy budou kombinovat. Čerpat informace je možné i dalšími postupy. Řídící počítače používané v dovážených systémech přesného hospodaření umožňují sběr dat současně při prováděné aplikaci. Např. obsluha sklízecí mlátičky označuje pomocí dvou tlačítek počátek a konec zaplevelení pýrem plazivým v průběhu sklizně. Výsledkem je po zpracování aplikační mapa pro automaticky řízený postřik jen zaplevelených částí pozemku. Pro sběr řídících prostorově orientovaných informací se kromě pozemního průzkumu (sledování stavu živin v půdě a stavu porostu) a kontinuálního zjišťování výnosů pomocí sklízecích mlátiček využívá i družicového a leteckého snímkování ve viditelné a infračervené části spektra elektromagnetického záření. Tento postup mapování je u nás od čtyřicátých let využíván v kartografii a je dopracován na úroveň automatického zpracování map na PC. Je zde možnost dostat obraz současného stavu porostů s vysokou plošnou výkonností a s dostatečnou rozlišitelností. Na jednou leteckém snímku je scéna 60 ha, na které každý bod zachycuje čtverec o hraně 5 cm. V infračervené oblasti spektra nebo v její kombinaci s obrazem jiné části spektra se projevují i počátky stresu rostlin při vizuální pozemní prohlídce dosud nerozeznatelné. Nelze však jednoznačně stanovit příčinu.
Její odhalení je možné většinou až při
pozemní doplňující prohlídce na mapě vyznačených stanovišť. Průzkumová data jsou použitelná, když zásobují agronoma informacemi o půdě a porostu plodiny v reálném čase, dostatečně často a s dostatečnou prostorovou rozlišitelností. Poslední podmínka – dostatečná prostorová rozlišitelnost je technický problém dnes vyřešený u všech postupů včetně kosmického snímkování.
Měřítkem
času dostupnosti obrazu sledovaného faktoru na pozemku je u pozemního mapování distančními metodami minuta (po dokončení na celém pozemku), u metod spojených s odebráním vzorků a jejich analýzou se však prodlužuje až na několik týdnů. U leteckého průzkumu pomocí scanneru (obraz v digitální formě) to je den, při snímkování na chemicky zpracovávanou fotografii potom již jeden týden, u družicových snímků několik dnů až týdnů podle způsobu přenosu dat. Opakovatelnost je vždy podmíněna. U pozemních postupů přístupností terénu a porostu pro průzkumný prostředek, u optických distančních metod i proměnlivostí slunečního osvětlení. Pro letecké snímkování je podmínkou dobrá viditelnost a malá oblačnost, u družicového průzkumu je potřeba počítat i s dobou oběhu nad stejným územím (Landsat 16 dnů). Na získávání průzkumových dat distančními metodami se usilovně pracuje v Americe i ve státech západní Evropy. Je to pochopitelné, protože jen tehdy můžeme mluvit o jejich maximální užitečnosti, má-li je agronom k dispozici do několika hodin od formulace požadavku na jejich sběr.
Analýza dat a prostorové modelování Přesnému hospodaření v rostlinné výrobě nejvíce vyhovuje získávat grafická a atributová data decentralizovaným systémem. Ta pak mohou mít více uživatelů, což umožňují víceuživatelské geografické informační systémy (GIS) s přesně definovanou hierarchií práv a povinností. Na rozdíl od technických aplikací, v kterých má dominantní roli přesnost, se v zemědělských aplikacích objevuje požadavek přesnosti na jedné straně, ale i požadavek na práci s neurčitostí. Hranici zón porostů s různým stupněm zaplevelení nelze například pevně stanovit.
V expertních navazujících přístupech
v prováděných analýzách je potřeba při prognózách pracovat i s pravděpodobnými atributy jako jsou předpokládané srážky nebo se slovní klasifikací odbornosti pracovníků, jejich organizačních schopností apod. Je potřeba, aby uživatelé dostali data předzpracovaná ve formě digitálních snímků. Nutným předpokladem k jejich plnému využití je vlastnit nějaký programový balík zaměřený do této oblasti. S jeho pomocí pak uživatel data graficky zobrazí a může analyzovat jejich obsah pro jednotlivé pozemky podle okamžitých potřeb. Obsluha současných softwarových produktů (GIS) se zjednodušila, už není potřeba specialista k provedení potřebného hodnocení předzpracovaných map. S výsledkem konečného zpracování, např. aktuální mapou stavu porostů, číselnou informací o předpovědi úrody jednotlivých plodin, mapou zásobenosti hlavními živinami apod.,
se může pomocí
připravených programových subrutin seznámit přímo agronom, který potřebuje rozhodnou o vhodnosti následných agrotechnických operacích. V současné době jsou u nás GIS nabízeny vždy v rámci firemní technologie přesného hospodaření.
Při výběru je potřeba dávat pozor, aby se nejednalo o
zobrazovací CAD systém, který neobsahuje
analytické funkce.
Ty jsou ale pro
modelování a multikriteriální oceňování hospodářských situací uživatelů přesného hospodaření nutné. Cílem je nalézt alternativu ekonomicky nejvýhodnějšího přístupu k hodnocenému pozemku – lokálně diferencovaný, pole jako celek, část nebo celý pozemek vyloučit z intenzivní výroby. V případě diferencovaného přístupu se přikročí k sestavení aplikační (zásahové) mapy.
Automatické řízení agrotechnického zásahu Zásahová mapa, např. pro diferencovanou dávku hnojiva, se navrhuje podle výběru některého alternativního přístupu v softwaru – např. pro stanovenou výnosovou hladinu, přihnojení dusíkem podle hustoty porostu apod. Každá mapa se do palubního počítače aplikačního stroje vkládá na disketě nebo paměťové kartě. Při práci obsluha vidí na monitoru znázorněnou mapu a kurzor, který ukazuje aktuální polohu přijímanou přijímačem DGPS. Navede stroj na roh pozemku, od kterého začíná běžným způsobem práci. Pracovní činnost stroje je již ve většině případů automatizovaná, počítač řídí dávku podle aplikační mapy. V případě, že bychom z nějakého důvodu vjeli znovu na ošetřenou část pozemku, aplikaci vypíná. Podobný postup je pro řízení výsevku při setí nebo dávky přípravku v ochraně rostlin.
Uplatnění přesného hospodaření v ČR můžeme rozdělit do 2 časových horizontů: A) Postupy s možným plošným uplatněním v praxi do 5 let, které budou zahrnovat: • pozemní mapování půdních faktorů a zpracování do map v GIS, • výnosové mapy vytvořené při sklizni obilnin,
• výnosové mapy z leteckých snímků na objednávku na vybraných plochách s doplněním odhadu výnosu na vybraných stanovištích, • mapy plevelů z leteckých snímků na plochách signalizovaných z pozemního průzkumu a následná lokální chemická ochrana, • zpracování aplikačních map z výše uvedených průzkumových dat. B) Postup s uplatněním po roce 2005, u něhož předpokládáme zapojení podnikatelských subjektů v zemědělství a služeb (zabezpečujících hnojení a ochranu rostlin) do počítačových sítí spolu se středisky pravidelného plošného snímkování a poradenství, která budou dále poskytovat: • signalizaci nalezených anomálií ve vývoji vegetace na pozemcích uživatelů služeb střediska, • signalizaci plošně se šířících chorob a škůdců, • předzpracování leteckých a družicových snímků do tématických digitálních map (hustota porostu, mapa sušiny, obsahu humusu v půdě, erodovaných ploch apod.), • zpracování aplikačních map pro agrotechnické zásahy drobných uživatelů GIS, • návrh a hodnocení plánu struktury výroby pro zemědělské podniky, • odbornou podporu při využívání GIS, • školení a poradenství pro účastníky střediska GIS.
Závěrem chceme upozornit na důležitou skutečnost. Mnoho praktiků a řídících pracovníků se domnívá, že celý systém přesného hospodaření se koupí v zahraničí a u nás bude analogicky vyžíván. To je možné až na to, že zemědělci nikdo neřekne, kdy a jakým způsobem se má rozhodnout při řešení konkrétní situace při hospodaření. Zkušenosti a znalosti nezbytná pro praktické užití musíme získat v našich podmínkách sami.
