Česká Zemědělská univerzita v PrazeTechnická fakulta

Prostorově proměnlivé hnojení v systému precizního zemědělství

Precizní zemědělstvíSeminární práce

Vypracoval: Datum vypracování: 10. 6. 2010

Datum odevzdání: 15. 6. 2010

ABSTRAKT

Tato semestrální práce se zabývá otázkou prostorově proměnlivého hnojení, jejím hlavním cílem je vysvětlení pojmu prostorově proměnlivé hnojení, jeho základních postupů a vlastností. Vzhledem k malému rozsahu semestrální práce je problematika řešena jen velmi zjednodušeně a stručně.

KLÍČOVÁ SLOVA

hnojení rostlin, precizní zemědělství, GPS, DGPS, hořčík, fosfor, draslík, aplikační mapy

Obsah

1 Úvod.......................................................................................................1

2 PRECIZNÍ ZEMĚDĚLSTVÍ.........................................................................2

2.1 Charakteristika Precizního zemědělství............................................2

2.1.1 Cíl precizního zemědělství..........................................................2

2.1.2 Pojem precizní zemědělství........................................................2

2.1.3 „Kruh“ precizního zemědělství:..................................................3

3 Hnojení v precizním zemědělství............................................................4

3.1 Způsoby mapování porostové variability pozemku..........................4

3.1.1 Satelitní snímkování...................................................................5

3.1.2 Letecké snímkování....................................................................5

3.1.3 Snímání během polních operací.................................................6

3.1.4 Snímání vzorkováním.................................................................7

3.1.5 Zpracování aplikační mapy.........................................................8

3.2 Agrochemické vlastnosti půdy.........................................................8

3.2.1 Fosfor..........................................................................................9

3.2.2 Obsah draslíku............................................................................9

3.2.3 Obsah hořčíku.............................................................................9

3.2.4 Variabilita N................................................................................9

3.3 Požadavky na rozmetadla minerálních hnojiv..................................9

4 Závěr....................................................................................................10

5 Citovaná literatura...............................................................................11

6 Seznam obrázků:..................................................................................12

1 Úvod

Postřikovač, který sám podle své polohy automaticky vypíná a zapíná postřik v klínech a na souvratích, dávkuje přesně podle potřeb konkrétního místa v honu. Obdobně funguje i rozmetadlo průmyslových hnojiv. Traktor v přípravě půdy, který se sám řídí při průjezdech a ty tak přesně navazují záběr na záběr, žádné zbytečné překrytí a možnost jízdy ob záběr. To vše umožňuje precizní zemědělství.

Základem precizního zemědělství je usměrňování jednotlivých pracovních procesů tak, aby maximálně odpovídaly podmínkám konkrétního místa na pozemku. Precizní zemědělství vychází ze znalosti variability půdního prostředí a umožňuje přistupovat k jednotlivým částem honu odděleně podle úrovně sledovaných faktorů. Pro získání údajů o pozemku jsou používány odběry vzorků půd, rostlin, mapování pomocí senzorů nebo metody leteckého a satelitního snímkování. Pro hodnocení variability faktorů se vztahem k výživě rostlin (živin fosfor, draslík a magnesium) je doposud nejvíce používanou metodou odběr půdních vzorků. Volba schématu vzorkování je individuální podle sledovaného pozemku a musí respektovat prostorovou variabilitu sledovaných měřených parametrů, technické, ekonomické a analytické možnosti a způsob konečného vyhodnocení získaných dat.

1

2 PRECIZNÍ ZEMĚDĚLSTVÍ

2.1 Charakteristika Precizního zemědělství

2.1.1 Cíl precizního zemědělstvíCílem je „usměrňovat vstupy a technologie v závislosti na lokálních podmínkách v rámci pole tak, aby bylo možné vykonat správný zásah na správném místě ve správném čase a správným způsobem“ (ASAE). Jedná se tedy o lokálně cílené zemědělství

2.1.2 Pojem precizní zemědělstvíJde o další ze systémů hospodaření, vedle tzv. klasických (konvenčních, ekologických, organických nebo integrovaných), který se proti uvedeným liší diferencovaným přístupem k dílčím částem pozemku a využíváním moderní techniky (informační technologie, moderní zemědělská technika). Optimalizací vstupů (výsevky, dávky hnojiv, dávky pesticidů, …), jež jsou zde využívány, lze docílit ekonomičtějšího i ekologičtějšího hospodaření. Tento systém hospodaření vyžaduje rozdělit pozemky na zóny s relativně homogenním obhospodařováním (tzv. management zóny) (1)

Obrázek 1 ukázka mapy (1)

2.1.3 „Kruh“ precizního zemědělství:

2

Obrázek 2 "Kruh" precizního zemědělství (1)

3

3 Hnojení v precizním zemědělství

Minerálními hnojivy doplňujeme především úbytek živin odčerpaných rostlinami, upravujeme půdní úrodnost, chemické a biologické vlastnosti půdy. Z technologického hlediska lze hnojení charakterizovat jako rovnoměrnou aplikaci hnojiva (rozmetání) na povrch půdy případně do vhodné hloubky pod povrch půdy podle požadavků rostlin a vlastností hnojiva. Při aplikaci se může jednat o základní nebo předseťové hnojení nebo o přihnojování během vegetace.Množství rozmetaného materiálu je v porovnání s organickými hnojivy podstatně menší, nejběžnější dávky se pohybují v rozsahu 100 až 200 kilogramů na hektar. Rozmetadla jsou vyráběna pro jednonápravové i dvounápravové traktory. Pohon funkčních skupin je řešen nejčastěji pomocí vývodového hřídele traktoru nebo prostřednictvím převodů od pojezdových kol. Rovněž může být v dopravě materiálu použit tlakový vzduch, do jehož proudu je hnojivo vyhrnováno dávkovacím zařízením. (2)Přihnojování dusíkem, draslíkem a fosforem se provádí jednak na jaře podle výsledků minulé sklizně, nebo v dalších dávkách podle aktuální potřeby rostlin. Používají se dva systémy, a to systém Hydro NPK-on-line a Hydro N-senzor. K použití systému on-line je třeba pouze výnosová mapa, stroj umožňující plynulou regulaci měrné dávky hnojiva, traktor s palubním počítačem a počítač připojený na internet nebo příslušný software. V tom případě ale musí mít farmář dokonalé znalosti o požadavcích rostlin a o geografickém informačním systému, aby si mohl vytvářet mapy hnojení. Lepší pro něj je proto využívat služeb specializované firmy. Prvotní informací potřebnou pro stanovení měrné dávky NPK je plodina, která se na poli bude pěstovat. Musí se samozřejmě počítat s předchozím dosaženým výnosem, s rostlinnými zbytky, množstvím organického hnojení a vlastnostmi půdy. Z těchto informací se určí rozsah a poměr živin první měrné dávky hnojiva. Informaci o poli přinese výnosová mapa nebo analýza půdy a rostlin.

3.1 Způsoby mapování porostové variability pozemku

Prostorová variabilita se na pozemku vyskytuje ve všech úrovních, proto je třeba jednotlivé postupy mapování přizpůsobit tak, aby získaná data byla reprezentativní. Kvalita a použitelnost získaných dat závisí do značné míry na hustotě měření. Z tohoto pohledu lze získaná data vztažená k pozemku rozdělit na:• mapování na základě odběru půdních vzorků (jednotky vzorků na hektar)• mapování pomocí senzorů (stovky dat na hektar)• letecké a satelitní snímkování (tisíce dat na hektar)Poslední dva uvedené způsoby se vyznačují kromě vysoké hustoty zaznamenaných prostorově vztažených dat, také krátkým intervalem mezi měřením a využitím naměřených dat. Letecké a satelitní snímkování je

4

velkým přínosem pro detekci prostorové variability díky velké rozlišovací schopnosti. Není příliš rozšířen kvůli vysoké finanční náročnosti.

3.1.1 Satelitní snímkováníVyužívá systému DGPS a existují dva způsoby satelitního snímkování. První způsob se nazývá aktivní, při kterém je vysílaný signál srovnáván se zpět přijatým signálem. Druhou variantou je tzv. pasivní, který využívá příjem energie odraženého slunečního záření. Pro zpřesnění lokalizace je původní systém lokalizace GPS doplněn o diferenční metody měření. Přesnost určení polohy se poté pohybuje na úrovni 20 mm až 5 mm. /m3/

Obrázek 3 Systém DGPS

3.1.2 Letecké snímkováníLze jej využít pro pozemky bez vegetace, kdy je prostřednictvím leteckého snímkování určen půdní druh a typ, tepelný a vláhový režim, … Případně se letecké snímkování využívá pro pozemky s vegetací, kde slouží k determinaci kvality porostu při dozrávání a k určení výnosu. Jeho výhodou je vysoké rozlišení (detailnost) snímků. Hlavní nevýhodou leteckého snímkování je vysoká cena získaných dat, jako další nevýhody lze hodnotit poměrně velká časovou prodlevu mezi měřením a získáváním dat a silnou závislost kvality dat na počasí.

3.1.3 Snímání během polních operací Během polních operací je možné měřit výnosy, vytvářet optickou a ultrazvukovou dokumentaci včetně vizuálního sledování ohnisek plevelů, chorob a škůdců. Případně rovnou provádět měření půdních vlastností a to vše vztažené ke konkrétním úsekům honu dle jeho strategického rozdělení. Příkladem, může být tzv. Hydro Precise, měrný odpor půdy (vlhkost, utužení, pH senzor). Monitoring výnosů bývá prováděn měření průtoku zrna ve vynášecím dopravníku pomocí tenzometrického a kapacitního čidla, při čemž se současně měří vlhkost (výsledek v sušině). Běžně se provádí 150-500 měření na 1 ha. Monitoring výnosu je nejvíce rozšířen pro zrniny, existují však i prototypy pro sklizeň brambor, řepy, pícnin. Při srovnání se vzorkováním pozemků odpadají náklady na analýzy půd dopočítávání neměřených bodů…

5

Obrázek 4 metoda snímání výnosů

Výstupem monitorování výnosů jsou tzv. výnosové mapy, které je třeba vytvářet více let a poté jsou využitelné při agronomickém rozhodování o variabilním přístupu k pozemkům (aplikace hnojiv, pesticidů, …) (3)

3.1.4 Snímání vzorkováním

Obrázek 5 vzorkování půdy

Odběr půdních vzorků je doposud nejvíce používanou metodou získávání plošně vztažených informací o vlastnostech pozemku. V ČR je vzorkování zavedeno od 60. let systematicky v rámci Agrochemického zkoušení půd. Metodika AZP je založena na odběru průměrného vzorku o hustotě, příslušné pro danou výrobní oblast (kukuřičná a řepařská 1 vzorek na 10 ha, bramborářská a horská 1 vzorek na 7 ha). Dílčí odběry musí dostatečně reprezentovat celou sledovanou plochu. (4)

6

Kritickým parametrem je hustota vzorkování, přičemž se zvyšující se hustotou klesá variabilita mezi sousedními vzorky a proto je jako optimální doporučována síť 100 x 100 m (1 ha) – podle literatury i firmy Ag-Chem Equipment (systém Soilection – MJM). Dnes se hledají nové systémy vzorkování, pozemek nemusí být rozdělen na pravidelnou síť, hustotu vzorkování lze měnit podle variability sledovaného faktoru. (1)Ekonomický profit lokálně cílené aplikace hnojiv závisí na schopnosti vzorkování dostatečně reprezentovat hlavní plochy o různé úrovni zásoby přístupných živin v půdě a tak od sebe oddělit plochy, kde není nutná aplikace a kde je nutné dávku odstupňovat. (4)

3.1.5 Zpracování aplikační mapyVýnosová mapa

+Mapa násobenosti živin

+Topografická mapa

+Půdní mapa

+Zkušenosti farmáře

+Výpočetní technika

=

Aplikační mapa

3.2 Agrochemické vlastnosti půdy

K faktorům, které nejvíce ovlivňují výši výnosu na pozemku, patří

agrochemické vlastnosti půdy, zejména zásoba přístupných živin (P, K,Mg) a půdní reakce vyjádřená pH.Prostorová variabilita agrochemických vlastností půd má řadu různých příčin. Především se jedná o skupinu geogenních příčin, tj. různou matečnou horninu a odlišný půdotvorný substrát.Variabilita má také řadu antropogeních příčin, mezi které patří spolu s nedokonalou aplikační technikou také zcelování menších honů s mnohdy různou úrovní agrotechniky do větších celků.Prostorovou, ale i časovou variabilitu půdních agrochemických vlastností ovlivňuje také klima, expozice a nadmořská výška stanoviště spolu s úrovní agrotechniky, hnojení a ochrany rostlin. (4)

3.2.1 FosforFosfor se nachází v půdě ve třech hlavních skupinách:• fosfor v půdním roztoku, okamžitě přístupný rostlinám

7

Obrázek 6 tvorba aplikační mapy (1)

• fosfor ve formě pomaleji přístupných fosfátů, adsorbovaných na povrchu půdních částic• stabilní anorganické fosfáty a stabilní organické vazby fosforuUrčitou část z celkového fosforu půdě tvoří fosfor mikrobiální biomasy a fosfor obsažený v posklizňových zbytcích.

3.2.2 Obsah draslíkuDraslík se vyskytuje v půdě především vázaný na primární minerály či sekundární jílové minerály (illit, montorillonit). Kromě draslíku, který je součástí krystalových mřížek minerálů a draslíku fixovaného v mezivrstvách jílových minerálů, obsahuje půda ještě výměnný draslík poutaný v sorpčním půdním komplexu, draslík vázaný na organickou hmotu a draslík v půdním roztoku. (4)

3.2.3 Obsah hořčíkuHořčík stejně jako draslík se nachází v půdě převážně vázaný v primárních minerálech a sekundárních jílových minerálech, díle jako výměnný v sorpčním půdním komplexu a vodorozpustný v půdním roztoku. Obsah hořčíku vázaného v organické hmotě je zpravidla nízký.

3.2.4 Variabilita NN nelze mapovat pomocí půdních vzorků, zdrojem dat jsou výnosové mapy nebo odhady výnosů podle leteckých a satelitních snímků, u kterých je třeba víceleté sledování. Metody okamžitého zjištění potřeby dohnojení dusíkem využívají obsah chlorofylu v listech (barevnost porostu).

3.3 Požadavky na rozmetadla minerálních hnojiv

a) Přesnost aplikace – rovnoměrná aplikace požadované dávky v podélném i příčném směru (podstatně vyšší než u rozmetadel organických hnojiv vzhledem k vysoké koncentraci živin).b) Univerzálnost – možnost rozmetat více forem hnojiv (granule, prášky, krystalky), snadné a rychlé nastavení dávky, dobrá manévrovatelnou, snadné a rychlé čištění ložného prostoru a korozivzdorné provedení částí přicházejících do styku s hnojivy.

8

4 Závěr

Základem pro rozvoj technologií precizního zemědělství je rozvoj technologií a to především GPS případně DGPS systému, které umožňují podrobné mapování pohybu strojů v rámci jednotlivých honů a s tím spojené dávkování hnojiva dle vytvořených aplikačních map. Řídící počítač má informace o poloze a dávkuje hnojiva podle aplikační mapy, rozmetadlo je vybaveno více komorami pro různá hnojiva a každá je řízena samostatně, což umožňuje variabilní dávkování několika živin současně. V rámci 40-ti let zkušeností v USA a ČR lze vyvodit závěry, že při využití prostředků precizního zemědělství dochází ke snížení spotřeby minerálních hnojiv dosahující úspory 11,8 % a snížení vápenatých hnojiv dokonce 31,8 %. Jedinou překážkou v masovém rozšíření této aplikace je její pořizovací cena, která však v rámci pokračujícího vývoje a masovější výroby stále klesá.

9

5 Citovaná literatura

1. Ryant, Pavel. Multimediální učební texty z výživy a hnojení polních plodin. [Online] Prosinec 2001. [Citace: 16. Květen 2010.] http://web2.mendelu.cz/af_221_multitext/hnojeni_plodin/pdf/precizni_zemedelstvi.pdf.2. Krupička, Josef. Hnojení v precizním zemědělství. Agroweb. [Online] Profi Press s.r.o., 11. Leden 2008. [Citace: 06. 06 2010.] http://www.agroweb.cz/Hnojeni-v-preciznim-zemedelstvi__s155x29665.html.3. Jirka, Václav. agris. agrární www portál. [Online] 2009. [Citace: 16. Květen 2010.] www.agris.cz/etc/filereader.php?iId=7647&PHPSESSID=71.4. Precizní zemědělství. Balík J., Černý J. pro vnitřní potřebu, Praha : Vědecký výbor fytosanitární a životního prostředí, ČZU, 2006.5. AGROWEB. AGROWEB. [Online] 8. duben 2010. [Citace: 2010. květen 17.] www.agroweb.cz. ISSN 1214-7621.6. Kadavý M., Kubásek M. No Wire. Vzdělání dostupnou alternativou. [Online] [Citace: 16. Květen 2010.] www.vda.cz.7. Jirka, Václav. Agrární www portál. Agris. [Online] [Citace: 18. Květen 2010.] http://www.agris.cz/.8. Kavka Miroslav, Pošar Bohuslav, Rybka Adolf, Nozdrovický Ladislav. Možnosti využití systému precizního zemědělství v podmínkách ČR. [pdf dokument] Praha : ČZU, SPU v Nitre.

10

11

6 Seznam obrázků:

Obrázek 1 ukázka mapy (1).........................................................................4Obrázek 2 "Kruh" precizního zemědělství (1)..............................................5Obrázek 3 Systém DGPS..............................................................................7Obrázek 4 metoda snímání výnosů..............................................................8Obrázek 5 vzorkování půdy.........................................................................9Obrázek 6 tvorba aplikační mapy (1).........................................................10

12