Úvod / Informácie / Rastlinná výroba / Rastlinná výroba všeobecne

Technologické postupy pri presnom poľnohospodárstve

02-07-2019
prof. Dr. Ing. Richard Pospišil | richard.pospisil@uniag.sk
Slovenská poľnohospodárska univerzita v Nitre

Súčasné veľkovýrobné postupy pestovania poľnohospodárskych plodín sú dlhodobo overené a uplatňujú sa pri nich tradičné agrotechnické operácie na pozemku ako pôdnom celku. Každý pozemok je však iný a veľmi často sú významné rozdiely aj v rámci jedného pozemku. Z detailného pohľadu majú však pozemky, alebo ich časti rozdielne vlastnosti. Týka sa to pôdneho druhu, svahovitosti, zhutnenia pôdy, pôdnej reakcie, obsahu živín, organickej hmoty, hĺbky ornice, ohrozenia eróziu a ďalších parametrov. Tieto vlastnosti sa môžu navyše menia v čase. Vytvára sa tak značná variabilita stanovišťa pre pestovanie poľných plodín.

Pre úspešné  vykonávanie pracovných postupov presného poľnohospodárstva je dôležité nielen variabilitu vlastností na pozemkoch poznať, ale ich aj priestorovo lokalizovať. Cieľom je, aby pracovné postupy boli vykonané na potrebnom mieste. Preto sa presné poľnohospodárstvo niekedy nazýva aj technológia s priestorovo diferencovanými vstupmi. Pracovné postupy a materiálové vstupy, z hľadiska vysokej efektívnosti ich využitia, by mali byť preto usmerňované tak, aby boli vykonané optimálnym spôsobom, v agrotechnickom termíne a len na potrebnom mieste pozemku. Toto všetko rieši systém precízneho poľnohospodárstva.

Pojem presné poľnohospodárstvo však nesmie vytvárať dojem, že súčasné pestovateľské technológie sú nepresné. Nie je to tak, pri presnom poľnohospodárstve sa vytvára a využíva len dokonalejší systém informácií a riadenia s cieľom zvýšenia efektívnosti výroby.

Precízne poľnohospodárstvo sa zaoberá skúmaním heterogenity pozemku. Kľúčové je získanie maximálneho množstva informácií o pozemku. Zmeny jednotlivých vlastností v rámci pozemku je možné zistiť hustou sieťou vzorkovania. Používajú sa aj nepriame metódy, ktoré získavajú dáta o pôdnej heterogenite bezdotykovo špeciálnymi prístrojmi počas pohybu súprav po pozemku. Na základnú identifikáciu parcely (presná poloha lokality, plocha, obvod) sa využívajú prenosné prístroje Globálneho navigačného systému. Tieto geodetické údaje sú následne pri  mapovaní variability spájané s konkrétnymi vlastnosťami pozemku (pôdne charakteristiky, chemické vlastnosti pôdy). Aby získané hodnoty bolo možné správne priradiť k danému miestu na pozemku, je nutné k nim priradiť dáta o polohe z GPS prijímača. Po nazbieraní dostatočného množstva údajov je možné vytvoriť v špecializovaných GIS aplikáciách mapu vyjadrujúcu heterogenitu pozemku. Následne sa na tomto podklade vytvárajú špecializované aplikačné mapy (napr. podľa zásoby živín v jednotlivých častiach pozemku). Na takejto mape sa vyznačia oblasti s nízkym alebo vysokým obsahom živín a aplikačná technika potom podľa informácií z týchto máp vložených do riadiaceho systému stroja dodá do pôdy potrebné množstvo hnojiva na konkrétne miesto. Podobným spôsobom sa stanovuje aplikačné mapa pre použitie prostriedkov na ochranu rastlín (hlavne herbicídov).

Precízne poľnohospodárstvo vďaka znalostiam rozdielností v rámci pozemku môžev rámci uplatňovanej pestovateľskej technológie pristupovať k danému miestu individuálne. Oproti jednotnej dávke agrochemikálií na celý pozemok, sa pri presnom poľnohospodárstve aplikuje presné množstvo pesticídu, alebo hnojiva len v mieste kde je to potrebné. Tým sa znižuje množstvo vstupov a znížia sa náklady. Tento postup je tiež  šetrnejší k životnému prostrediu.

Už niekoľko rokov sa uplatňuje v presnom poľnohospodárstve kombinácia merania množstva úrody s presným určením polohy obilného kombajnu. Týmto spôsobom je potom  možné pre každú takto zmapovanú parcelu neskôr vypracovať úrodovú mapu. Systém pracuje tak, že palubný počítač obilného kombajnu v zvolených intervaloch zaznamenáva údaje o okamžitej polohe na základe družicovej navigácie a spája ich s hmotnosťou zrna, ktoré prechádza na danom mieste kombajnom pri zbere. Tieto údaje je možné potom vyhodnotiť graficky na úrodovej mape. Táto základná informácia o produkčnom stave pozemku má dosah aj na realizáciu ďalších agrotechnických prác. Na podobnom princípe sa na základe analyzovaných vzoriek pôdy dajú zhotoviť mapy obsahu živín, pôdnej reakcie, zhutnenia v spojitosti s dosahovanými úrodami na jednotlivých častiach parcely.

Na praktické použitie priestorovo lokalizovaných informácií o pôde tak vznikajú informačné a aplikačné mapy. Informačná mapa predstavuje obraz priestorového rozloženie hodnotených vlastností. najčastejšie sa používajú informácie o  úrode obsahu a rozmiestnení živín, pôdnej reakcii, zhutnení pôdy. Pri interpretácii variability zistených vlastností možno použiť mapy pôdnych blokov a rozmiestnenia BPEJ.

Na aplikačnej mape sú zobrazené výsledky i z informačných máp. Na základe zisteného skutkového stavu v teréne sú vypracované návrhy na aplikáciu jednotlivých hnojív, vápenatých hmôt na redukciu pôdnej kyslosti, herbicídov proti trvácim burinám. Sú spracované digitálne pre vstup do riadiacej jednotky aplikačnej techniky.

Častým javom nerovnomernosti vykonania jednotlivých agrotechnických zásahov pri klasickom pohybe techniky po poli je prekrývanie záberov. Vodiči traktorov sa „istia“ proti „vynechávke“ prekrývaním záberov najmä pri „širokozáberových“ strojoch hlavne pri príprave pôdy, lebo neobrobené miesta je ihneď vidieť. Podobne je ale aj pri aplikácii hnojív a pesticídov, kde sa síce prekryv prejaví neskôr, ale prehnojenými pásmi alebo poškodenou plodinou pri dvojitej dávke herbicídu. S prekrývaní súvisia straty pracovného času, vyššia spotreba pohonných hmôt a zaťaženie životného prostredia pesticídmi a hnojivami. Na základe praxe a početných meraní  je prekrytie súpravy na predsejbovú prípravu pôdy s pracovným záberom 6 m  v rozsahu 0,2 -0,5 m! Pri sejačkách je to tiež viac ako jeden riadok, t. j. 12 – 15 cm. Ľahko vypočítame koľko to predstavuje zbytočných jázd na parcele o veľkosti 100 ha. Odhadované prekrytie je asi 3% to je plocha 3 hektáre dvakrát prejdená, zasiata, vyhnojená, alebo postriekaná pesticídom, so zbytočne utlačenou pôdou!

Technický rozvoj v oblasti poľnohospodárskej techniky  sa dlhodobo uberal najmä smerom zväčšovania šírky pracovného záberu strojov a zvyšovania výkonu motorov. Dospeli sme k stavu, keď ďalšie zvyšovanie týchto parametrov prináša len malý efekt. Ťažká a silná poľnohospodárska technika naopak negatívne vplýva na pôdu a jej vlastnosti. Prejazdy strojových súprav tak utláčajú na parcele značnú časť jej výmery. Pri presných pokusoch s predsejbovou prípravou pôdy boli vykonané štyri prejazdy techniky. Z celkovej plochy pozemku iba 22% zostalo nepojazdených, na 43% bol jeden prejazd, 31% dva a na 4% plochy boli zistené tri prejazdy! 

Riešenie uvedeného problém ponúka ďalší princíp presného hospodárenia a to je riadený pohyb strojov po poli. Základnou myšlienkou je realizovať pohyb poľnohospodárskej techniky na tých istých trvalo používaných koľajach.  Predpokladom je zosúladenie pracovných záberov jednotlivých strojov. Následne je pohyb techniky možné riadiť pomocou satelitnej navigácie s presnosťou až na 2 cm! Navigačný systém zabezpečí navádzanie strojových súprav na tieto koľaje aj v ďalších rokoch. Technológia riadeného pohybu strojov má pozitívny vplyv predovšetkým na dosahované úrody. Ďalším prínosom je obmedzenie zhutňovania pôdy na celej ploche parcely. Zhutnenie pôdy v permanentných koľajach je predmetom pokračujúceho výskumu. Presnými metódami hodnotenia fyzikálnych vlastností pôdy sa sleduje ako sa menia vlastnosti pôdy pod permanentným zaťažením kolies a ako sa „revitalizuje“ pôda po ktorej dlhodobo neprešla žiadna poľnohospodárska technika. V koľajach boli namerané nižšie hodnoty ťahového odporu pri obrábaní pôdy, pri menšom počte pracovných operácií. Presnosť pohybu na niekoľko centimetrov umožňuje realizovať pracovné operácie aj bez zbytočného prekrývania záberov. To prináša následne aj úsporu hnojív, osív a pesticídov. Nemenej významnou skutočnosťou je aj zlepšenie štruktúry pôdy na nepojazdených plochách.

Sejba za použitia navigácie zabezpečuje presné založenie porastu s dopadom na úspory aj v ďalších operáciách využívajúcich koľajové riadky. To znamená nižšie straty pri zbere dobre založeného porastu, možnosť jazdy v každom druhom riadku,  ľahšie otáčanie a nižšie utužovanie pôdy na úvratiach. Aj ovládanie výsevku je možné cez GPS. Presný pojazd aplikátorov pesticídov a kvapalných hnojív môže využívať automatické vypínanie sekcií a tak prináša úsporu agrochémie. Podľa praktických skúseností je to 3 až 5% ročne.

Rozmetadlá priemyselných hnojív využívajúce  presný pojazd dosahujú významnú úsporu hnojív pri nižšom prekrytí záberov. Podľa údajov GPS navigácie je k dispozícii aj informácia kedy ešte možno vojsť do riadku a kedy už ísť plniť hnojivo.

Presné navádzanie techniky pri príprave pôdy umožňuje zníženie prekryvov a z toho tiež vyplývajú úspory ( nafta, opotrebovanie ). Podobne je k dispozícii možnosť jazdy na každý druhý riadok, väčší polomer otáčania na úvratiach.

Ak pri kultivácii porastov  je k dispozícii autopilot s RTK presnosťou, pričom sa môže napríklad plečkovať kukurica alebo repa s využitím mapy pojazdu vytvorenej pri sejbe.

Plečka tak presne kopíruje jazdy sejačky a najmä pri vyhýbaní sa prekážkam (stĺpy, hydranty) nedochádza k vysekávaniu, alebo zahŕňaniu pestovanej plodiny. Diferencované obrábanie pôdy vytvára v zóne riadku dobrú pôdnu štruktúru, ktorá umožňuje priaznivé klíčenie a vzchádzanie rastlín, rast koreňov a vhodnú teplotu, vlhkosť a biologickú aktivitu pôdy. Súčasne vytvára podmienky pre reguláciu burín a dobrý rast rastlín. Zóna v medziriadku vytvára podmienky pre dobrú infiltračnú schopnosť pôdy, protieróznu schopnosť, dobrú prevádzkovú schopnosť pôdy pre prejazdy strojov a minimalizuje výskyt škodcov. Zóna v medziriadku sa obrába tak, aby sa zvyšovala jej drsnosť a zvyšovala infiltračná schopnosť. Mala by tiež inhibovať klíčenie semien burín a odolávať vonkajším tlakom (prejazdy strojov). V tejto zóne sa majú vysievať medziplodiny pre fixáciu alebo imobilizáciu dusíka. Zóna potláča buriny a vytvára podmienky pre činnosť užitočnej fauny. Príklady takéhoto obhospodarovania pôdy predstavuje napr. pásová aplikácia herbicídov, cielené umiestnenie hnojív v blízkosti semien rastlín, pestovanie medziplodín a lákajúcich plodín v medziriadku. Predstaviteľom takéhoto spôsobu obhospodarovania pôdy je pásové obrábanie pôdy.

Realizácia precízneho poľnohospodárstva  v pôdochranných  systémoch hospodárenia sa definuje sa ako uplatňovanie pestovateľskej technológie plodiny  v súlade s agroekologickými podmienkami a infraštruktúrou lokality. Cieľom je všestranné rešpektovanie princípov  udržateľného  poľnohospodárstva.

Aplikácia postupov pri využívaní presného hospodárenie na pôde využíva:

  • geopolohované (geograficky, t.j. súradnicovo a výškou polohované) parametrizovanie  produkčných faktorov a produkčného stavu porastu pomocou GPS (globálny polohovací systém),
  • digitalizované mapy pomocou GIS (geografický informačný systém),
  • digitalizované prekladanie máp uvedených viacerých faktorov a stavu produkčného porastu na danom pozemku (hladina živín v pôde, ha úroda) v PC (personálnom počítači),
  • použitie príslušných aplikačných máp (hnojenia, vápnenia) a variabilná (diferencovaná aplikácia pestovateľského opatrenia).

V ostatnom období pristupujú k týmto podkladom aj možnosti snímania produkčného stavu porastu pomocou príslušných snímačov porastu (N-senzor )a pôdy (buriny). Cieľom  je ďalšia optimalizácia vstupov a lepšie využitie produkčného potenciálu pozemku. Diferencovaná, priestorovo cielená,  pestovateľská technológia  prináša ekonomické efekty a znižuje zaťaženie životného prostredia agrochemikáliami.

Presné poľnohospodárstvo zahrňuje celý rad čiastkových systémov, ktoré využívajú technický a biologický pokrok (modely, automatické riadenie technologických procesov satelitmi). Je možné s jeho pomocou vykonávať variabilnú ochranu proti burinám s použitím lokálnej  aplikácie herbicídov na miestach, kde zaburinenosť prekračuje prahy škodlivosti. podobne sa realizuje aj cielená výživa porastov a úprava pôdnej reakcie. Do špeciálneho (variabilného) postrekovača sa vloží disketa s aplikačnou mapou, ktorá riadi dávkovanie prípravku len na danom mieste pozemku. Presné poľnohospodárstvo predstavuje prepojenie rastlinnej výroby na modernú informačnú, výpočtovú a  aplikačnú techniku a tak optimalizuje celý produkčný proces. Systém presného hospodárenia akceptuje skutočnosť, že pozemky majú značnú heterogenitu pôdnej úrodnosti. Zaznamenáva tiež nežiaduce materiálové a energetické úniky (erózia, vyplavovanie živín, prchanie pesticídov). Tieto straty z hospodárskeho územia sú nielen straty ekonomické (živiny, pôda), ale signalizujú, že systém hospodárenia nie je uzatvorený! Upozorňuje nás na nutnosť zmeny. Čo tak vykonať zmeny v osevnom postupe, kedy sme naposledy vápnili pôdu? Aký máme obsah humusu v pôdach?

Presný systém hospodárenia na pôde využíva technický a biologický pokrok (digitalizované pôdne mapy, letecké snímky, mapy so súradnicovou sieťou potenciálnej úrodnosti, pôdne limity a  záznamy o výskyte škodcov).

Pri riešení ochrany pôdy proti erózii sa často prijímajú opatrenia v rámci povodia a pritom sa nerešpektujú hranice pozemkov, katastrov často i regiónov. V praxi je zriedkavá skutočnosť, aby sa farmári starali o biotopy, ktoré sú vytvárané hranicami ich polí a lesíkmi a vodnými plochami v blízkosti podnikov. So systémom presného hospodárenia súvisí aj biologická ochrana rastlín a posilnenie stability lesopoľnohospodárskej krajiny. V tomto systéme si vyžadujú adekvátnu starostlivosť cenné biotopy, hranice pozemkov, nelesná drevinová vegetácia v poľnohospodárskej krajine, stanovištia vzácnych a chránených druhov.

Presné poľnohospodárstvo umožňuje obhospodarovania pôdy v priestore a čase, ktorý je kritický pre trvalú udržateľnosť. Pri zonálnom obhospodarovaní pôdy v rámci pozemku sa zvyšuje účinnosť energomateriálových vstupov. Efekty uplatňovania technológie presného poľnohospodárstva sú najmä v spresnení evidencie vykonaných zásahov, znížení spotreby osív, hnojív a pesticídov,  znížení nákladov na mechanizované práce. S tým súvisí aj redukcia zaťaženie prostredia nadbytočnými dávkami agrochemikálií a vylúčenie neefektívnych plôch z produkčného procesu.

V našich podmienkach sa pôda intenzívne obhospodaruje len počas vegetačného obdobia rastlín. Paradoxom však je, že rozhodujúce pôdne degradačné procesy ako erózia pôdy, vyplavovanie živín a kompakcia sa vyskytujú a najintenzívnejšie prebiehajú v mimovegetačnom období pestovania rastlín! Kľúčom k trvalej udržateľnosti poľnohospodárstva v 21. storočí je obhospodarovanie pôdy i v mimo vegetačnom období, s cieľom minimalizovať únik energie a materiálov  z agroekosystémov. Východiská predstavuje aplikácia autoregulačných mechanizmov v agroekosystémoch tak, aby sa zvýšila ich diverzita a stabilita. Napríklad medziplodiny by sa mali vysievať počas celého životného cyklu pestovaných rastlín, s cieľom zabezpečenia ich významných mimoprodukčných funkcií, potláčania škodlivých organizmov, zmien vývojových cyklov škodcov a fixácie a biocyklácie živín. Vážnym problémom je pokles obsahu humusy v pôdach a nedostatok organických hnojív. Šľachtenie malo byť kompatibilné s ohľadom na striedanie plodín v osevnom postupe. Medziplodiny by mali slúžiť ako hostiteľské plodiny pre organizmy, ktoré sú významné z hľadiska využitia biologickej ochrany rastlín.

V súčasnosti sú rôzne spôsoby obhospodarovania pôdy zamerané na maximalizáciu zisku. V centre pozornosti však musia byť aj snahy o redukciu rizík spojených s eróziou pôdy, (strata živín, redukciu kontaminácie vody pesticídmi).

V oblasti vývoja presného poľnohospodárstva možno očakávať najmä zdokonaľovanie senzorových systémov pre hodnotenie stavu porastov a prístrojov na detekciu agrochemických pôdnych vlastností. Okrem optimalizácie agrotechnických postupov sú overované technologické riešenia, ktoré umožnia prenesenie rozhodovacích procesov priamo do terénu pomocou mobilných systémov a moderné správu geopriestorových informácií (BIG data). Kým vyspelosť technických prvkov je v mnohých prípadoch pre prax dostačujúce, ich plné využitie však závisí od prístupu agronóma ich využívaniu.