Zemědělské systémy Agricultural systems • Zobecňující termín používaný pro vyšší hierarchické úrovně než agroekosystém či při studiu agroekosystémů včetně jevů nejen biologické povahy – farmářské systémy, s. hospodaření (farming systems) způsob pěstování (chovu) hospodářských organismů v daném prostředí (krajině) – produkční systémy (production systems) – druh a způsob používání produčních prostředků (faktorů) – pěstitelské, chovatelské systémy (cropping, growing systems) – uplatňovaný technologický postup
Schéma agroekosystému (Duvigneaud, 1988)
Význam a aplikace teorie systémů a systémového přístupu v biologických (zemědělských) vědách • lepší poznání a znázornění složitých struktur • poznání vazeb mezi jednotlivými prvky • poznání funkcí • možnost matematického popisu • možnost modelování
Definice systému: • komplex prvků nacházejících se ve vzájemné interakci (Bertalanffy, 1956) • množina objektů spolu se vztahy mezi nimi a mezi jejich atributy (Hall, 1956) • neprázdný soubor prvků a jistých jejich vazeb, které určují vyšetřované vlastnosti systému jako celku (Kudláček, 1970)
Agregátové schéma zemědělské soustavy
Kudrna, 1985
Členění systémů podle složitosti • jednoduché • složité – (velký počet vazeb)
• velké (rozlehlé) – (velmi mnoho prvků)
• neprůhledné (mlhavé – fuzzy) (mnoho prvků a spletitých vazeb)
Členění systémů podle vztahu k okolí vstupy (inputs): množina vazeb nebo proměnných, jimiž je prvek nebo systém ovlivňován výstupy (outputs): množina vazeb nebo proměnných, jimiž je prvek nebo systém projevuje
• uzavřené • relativně uzavřené • otevřené
Členění podle vztahu podnětu a chování • deterministické – (chování jednoznačně určeno podněty a stavem)
• stochastické – (chování je určeno pouze s určitou pravděpodobností při stejném podnětu)
Agroekosystém • Složitá, dynamická, otevřená soustava převážně biologické povahy.
Atributy činnosti systémů – produktivita – stabilita (homeostáza) systému – adaptivita systému • primární (přizpůsobení vnějším vlivům) • sekundární (vzájemné přizpůsobování systému a systémového okolí)
– udržitelnost (sustainabilita)
Atributy činnosti složitých systémů • ergodicita – schopnost spět do rovnovážného stavu
• homeostáza – stabilita dynamických systémů
Stabilita soustavy – obecná teorie – schopnost udržet proměnné v příslušných mezích – schopnost přizpůsobení se okolnímu prostředí
Energetická úroveň vs. stabilita
energetická úroveň
Prostředky k posílení stability • Větší počet vazeb • Provázanost na více energetických úrovních • Podpůrné prostředky – regulace škodlivých organismů (přímé i nepřímé metody) – hnojení – genetický potenciál odrůd
Dlouhodobá udržitelnost – sustainabilita „setrvalé zemědělství“ • Uspokojení potřeb společnosti v množství a kvalitě potravin • Zajištění ekonomické prosperity zemědělských subjektů • Zachování kvality přírodních zdrojů a biologické diverzity • Racionální čerpání surovinových a energetických zdrojů
Hodnocení složek udržitelnosti prosperita podniku 1 energetická náročnost
0,5
podnik stabilita soustavy
další generace ochrana přírodních zdrojů
sociální rozvoj
0 množství produkce
kvalita produkce
společnost
Předpoklad trvale udržitelného rozvoje: rovnováha mezi produkčními a mimoprodukčními funkcemi: • dosažení vyrovnaného poměru mezi činiteli přírodní a kulturní povahy • ochrana přírodních zdrojů
Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) • Ecosystems that support healthy rural, regional and urban communities • Landscapes that sustain viable enterprises and • Management that allows biodiversity to prosper. • We do this by understanding the connections between natural, agricultural, industrial and urban ecosystems and the degree to which the management of these systems is shaped by economic and social processes
Socioekonomické souvislosti • Růst počtu obyvatel na Zemi – 6,5 mld. nyní – 9,4 mld. v r.2030
• Stagnující výměra orné půdy – 0,26 ha/hlavu v r.1990 – 0,15 ha/hlavu v r. 2050 – V ČR 0,42 ha z.p., z toho 0,30 ha o.p. / hlavu (evropský průměr)
• • • • •
Zvyšující se spotřeba potravin, paliv a biomateriálů Rostoucí požadavky na kvalitu Stagnující ceny zemědělských produktů Úbytek obyvatelstva provozujícího zemědělství Snaha o náhradu manuální práce, zvýšení produktivity
Možnosti zvyšování množství a kvality zemědělské produkce • Využití potenciálu prostředí – vhodná rajonizace • Šlechtění nových odrůd (konvenční / transgenní) • Hnojení statkovými / minerálními (průmyslovými) hnojivy • Snižování škod způsobovaných škodlivými činiteli biotické / abiotické povahy
Hrubá produkce RV v USD
Spotřeba hnojiv (v kg NPK)
Závislost produkce na stupňování intenzity produkčního faktoru Makovski SRN (1993) 45
výnos (q/ha)
40 35 30 horší stanoviště lepší stanoviště
25 20 25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
275
300
dávka N (kg/ha)
p řírů ste k v ýn o su (q /h a)
Přírůstek výnosu v závislosti na hnojení N (Makowski 1993, SRN) 4 3 2
horší stanoviště lepší stanoviště
1 0
-1 -2
25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300
dávka N (kg/ha)
výnos
Intenzita produkčního faktoru respektující „výkonnost“ stanoviště
horší stanoviště lepší stanoviště
úroveň produkčního faktoru
Podíl energetických vstupů (konvenční pěstování kukuřice)
Socioekonomické • Vlastnictví půdy – Společné – Soukromé – Družstevní – Státní
• Velikost podniku – Počet zaměstnanců – Plocha obhospodařované půdy – Hodnota produce
Situace v ČR • Většina zemědělské půdy je nyní ve vlastnictví fyzických a právnických osob. Ve vlastnictví státu cca 500 tis. ha zem. půdy půdy kterou pronajímá Pozemkový fond ČR. • Velký podíl hospodaření na pronajaté půdě (90 %) od velkého počtu pronajimatelů. • Velikostní struktura podniků se výrazně liší od ostatních zemí Evropské unie. Podniky s více než 50 ha zemědělské půdy zaujímají přes 90 % z celkové výměry z.p. • V zemědělství pracuje cca 140 tis osob, t.j. 2-3 % zaměstnanosti národního hospodářství
Struktura podniků
Velikostní struktura podniků
Technologické • Spotřeba lidské práce a její intenzita – počet pracovníků na 1ha • Vstupy ve formě zvířecí práce – tažná zvířata • Mechanizace – traktory, sklízecí mlátičky atd. na 1ha • Hnojiva – organická, minerální • Pesticidy • Závlahy • Intenzita chovu zvířat – počet dobytčích jenotek na 1ha
Potřeba lidské pracovní síly / ha
Produkční • Hrubá zemědělská produkce na 1ha • Produktivita práce – hrubá zemědělská produkce na 1 zaměstnance • Stupeň komercializace – podíl produktů určených k prodeji • Tržní produkce na 1ha
Strukturální • • • • • •
Podíl trvalých travních porostů Podíl vytrvalých kultur Podíl víceletých plodin Podíl krmných/pícních plodin Podíl technických plodin Podíl živočišných produktů na produkci podniku
Členění zemědělských systémů (soustav hospodaření) • Podle uplatnění produkce – samozásobitelské (subsistence agric.) – komerční
• Podle soustavnosti obhospodařování pozemku – nepermanentní – permanentní
• Podle intenzity – intenzivní (HEIA) – extenzivní (LEIA)
• Podle typu produktu: – systémy pěstování plodin – systémy chovu zvířat – smíšené systémy
Classification of Agricultural Systems D. Whittlesey has classified world agricultural systems as follows: 1. Nomadic herding 2. Livestock ranching 3. Shifting cultivation ("dibble agriculture") 4. Rudimentary sedentary tillage 5. Intensive subsistence tillage with rice dominant 6. Intensive subsistence tillage without rice 7. Commercial plantation crop 8. Mediterranean agriculture (olive, citrus, grape, winter wheat) 9. Commercial grain farming 10. Commercial livestock and grain farming 11. Subsistence crop and subsistence stock farming 12. Commercial dairy farming 13. Specialized horticulture
Klasifikace systémů hospodaření D. Whittlesey, 2001
1. Kočovné hospodaření 2. Faremní chov zvířat 3. Přílohové hospodářství 4. Soustavné zpracování půdy 5. Intenzivní samozásobitelské obhospodařování půdy s rýží 6. Intenzivní samozásobitelské obhospodařování půdy bez rýže 7. Komerční plantážnictví 8. Středomořské zemědělství (olivy, citrusy, réva) 9. Komerční pěstování obilí 10. Komerční chov skotu a pěstování obilí 11. Samozásobitelské pěstování plodin a chov skotu 12. Komerční chov mléčného skotu 13. Specializované zahradnictví
Produkční systémy • nepermanentní – kočovné pastevectví a polaření (shifting cultivation)
• permanentní – konvenční (industriální) – alternativní (ekologické, organické) – integrované – využívající GMO plodin
Produkční systémy • konvenční – produkční prostředky využívány s cílem maximalizace (optimalizace) produkce – využívání všech dostupných produkčních opatření – prostředků: užívání minerálních hnojiv, pesticidů, ... – intenzivní chov zvířat – pěstování intenzivních odrůd v monokultuře – opakované intenzivní zpracování půdy – závlahy
Produkční systémy • konvenční – úroveň negativních vlivů závislá na úvaze zemědělce – vysoká efektivita kapitálu a práce – problematické z hlediska udržitelnosti – nežádoucí jevy pro zemědělce – půdní vlastnosti, změny ve výskytu a vlastnostech škodlivých organismů, ...
Produkční systémy Integrované – zohlednění ekonomických i ekologických hledisek při uplatňování produkčních faktorů – využívání plodin a zvířat adaptovaných na dané stanoviště podmínky prostředí – produkční organismy s vyšší odolností vůči bio- a abiotickým stresorům – škodlivé organismy regulovat podle prahů škodlivosti – využívání potenciálu užitečných asociovaných organismů – zajištění reprodukce půdní úrodnosti – používání technologií šetrných k prostředí • mechanizace • agrochemikálie • hnojiva
Produkční systémy • Low input – „nízkovstupový“ systém – intenzita vstupů do výroby se řídí efektivitou (energetickou, ekonomickou) jejich využití, ne výší či objemem produkce – minimum využití agrochemikálií – nižší náklady ale i nižší výnosy – vyšší rentabilita, ale nižší celkový zisk než u integrovaného způsobu pěstování
Produkční systémy • Alternativní produkční systémy – biologické a ekologické zemědělství – nepotravinářská produkce • energetické plodiny • suroviny pro stavební aj. průmysl • léčivé rostliny, ...
Produkční systémy Ekologické – přátelské k prostředí – vyloučení syntetických hnojiv a pesticidů – přesevy a pěstování krajových odrůd – využívání leguminóz – vyloučení transgenních odrůd – období konverze při přechodu z konvenčního – problematické z hlediska potřeby lidské práce – potravinová bezpečnost?
Vývoj ploch ekologického zemědělství v ČR rok 2001
rok 2002
rok 2003
rok 2004
rok 2005
rok 2006
výměra
výměra
výměra
výměra
výměra
výměra
(ha)
(ha)
(ha)
(ha)
(ha)
(ha)
Orná půda
19 164
19 536
19 637
19 694
20 766
23 478,57
TTP
195 633
211 924
231683
235 379
209 956
232 189,53
963
898
928
1 170
820
1 195,61
2 354
2 778
2747
7 056
23 440
24 670,97
218 114
235 136
254 995
263 299
254 982
281 534,68
Plochy
Trvalé kultury Ostatní plochy Celkem
Systémy využívající GMO • • • •
Dnes významný klasifikační faktor EU – období legislativních omezení Každý spotřebitel má svobodu výběru Každý výrobce má právo volbu, jakou technologii bude využívat • Definování pravidel koexistence
Vývoj ploch transgenních plodin
Kategorizace transgenních plodin • I. generace - výhody pro pěstitele, zjednodušení pěstebních technologií: snazší ochrana porostů proti zaplevelení, rozvoji chorob, škůdců (min. 30 % ztrát)
• II. generace – odolnost abiotickým stresům chlad, sucho, zasolení (až 70 % ztrát gen. potenciálu)
• III. generace – plodiny s vyšší nutriční hodnotou (vitamíny, aminokyseliny, mastné kyseliny aj.) Výhody pro spotřebitele
• IV. generace - plodiny, produkující suroviny pro průmyslová odvětví • V. generace – plodiny, produkující biopaliva
Agro-forestry systémy zemědělsko-lesnické systémy • Vzájemně se doplňující kombinace zemědělského a lesnického využití krajiny – pěstování dřevin – trvalých travních porostů – chovu zvířat – plodin na orné půdě
Typy agroforestry-systémů • silvopastorální systémy (silvopastures)
Typy agroforestry-systémů • agrosilvo systémy (silvoarable) – podplodiny – větrolamy, aleje
Typy agroforestry-systémů • pěstování lesních plodů (forest farming, gardening)
Typy agroforestry-systémů • speciální environmentálně – ekologické aplikace – biokoridory – biocentra – ochrana vodních zdrojů
Pěstitelský systém = způsob pěstování plodiny •
volba odrůd a agrotechnických lhůt – – – –
•
krajové x liniové x hybridní rané x polorané x pozdní typ habitu, .... odolnost škodlivým organismůma abiotickým stresům
způsoby zakládání porostu (zpracování půdy, setí – spon a hloubka výsevu) – orba x bezorebné zpracování půdy – počet jedinců / plošnou jednotku - ...
•
výživa a hnojení – způsoby základního hnojení a přihnojování – typy používaných hnojiv
•
ochrana proti škodlivým organismům – preventivní a přímé metody ochrany – výběr prostředků – časování ochrany
•
sklizeň a posklizňové zpracování – předsklizňová úprava – termín a způsob sklizně – posklizňová úprava
