Precizní zemědělství v oblasti pěstování a sklizně cukrovky

Precision farming in cultivation and harvest of sugar beet

R. Rybář

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně

Summary: Sustainable sugar beet production systems can be achieved integrating the elements of site-specific and environmentally friendly precision farming use. A suitable form of management is precision farming with a plot-specific organisation of growing and harvesting. Selected forms were discussed and can then be introduced without economic disadvantages. A prerequisite is a higher degree of mechanisation, especially as regards measuring and processing of the yield and quality parameters. A rapid introduction will depend on the development of suitable object-orientated geo-information systems.

Key words: sugar beet, precision farming.

Souhrn: Udržitelných systémů produkce cukrovky v podmínkách moderního zemědělství může být dosaženo integrací prvků, které zohledňují půdní podmínky, specifické podmínky pěstitelské oblasti a životní prostředí. K tomu je nutné využít všech dostupných a nejmodernějších poznatků vědy a výzkumu zahrnuté v pojmu přesné zemědělství. Základním předpokladem využití těchto systémů je vyšší stupeň mechanizace a automatizace, zejména vzhledem k měření a následnému zpracování velkého množství informací o půdním prostředí vývoji porostu a sklízeném produktu a to nejen co do jeho kvantity, ale i kvality. Praktické uplatnění těchto systémů bude v podmínkách našeho zemědělství značně závislé na ceně těchto systémů ve vztahu k jejich přesnosti měření. Na výzkumu problémů souvisejících se zaváděním přesného zemědělství do praxe pracuje v zahraničí stále více institucí a firem. Tento zájem se odráží i v počtu v těchto zemích přijatých výzkumných úkolů (v USA 35, v Německu asi 20, v Dánsku 4 atd).

Klíčová slova: cukrovka, precizní zemědělství.

Celosvětový vývoj přináší značnou diferenciaci v oblasti uplatňování technického pokroku v zemědělství jednotlivých zemí. Tato diferenciace vyplývá z možností jednotlivých zemí investovat kapitál do rozvoje nejen biologické, ale i technické základny resortu zemědělství. Z analýzy současné situace našeho zemědělství vyplývají následující trendy:

· rozsáhlá změna vlastnických vztahů,

· zakládání, transformace a likvidace velkého počtu subjektů zemědělského a potravinářského kom-plexu,

· úbytek pracovníků v oblasti zemědělství doprováze-ný sníženým zájmem mladé generace o studium zemědělských oborů,

· výrazné zpomalení až zastavení obnovy technické základny,

· potíže s odbytem produkce,

· snižování celkového objemu produkce atd.

Cílem tohoto příspěvku není hledat příčiny tohoto stavu zemědělství v naší zemi, ale upozornit na vývojové tendence a směry v průmyslově, ale i zemědělsky nejvyspělejších zemích světa (USA, Kanada, Austrálie a západní Evropa - Německo a Francie). Dominujícím prvkem zemědělství těchto zemí je zvyšování efektivnosti zemědělské výroby snižováním nákladů při výrobě zemědělských produktů a tím celkové posílení konkurenceschopnosti se zemědělskými komoditami na světových trzích. Tento trend, který má i výrazný ekologický podtext je označovaný jako přesné respektive precizní zemědělství.

Přesné resp. precizní zemědělství přistupuje k produkčním podmínkám jednotlivých honů odlišným způsobem než v podmínkách tradičního zemědělství. Zohledňují skutečnost, že pole jako celek, stejně jako půda svými vlastnostmi, zásobou živin, vlhkostí představují prostorově diferencované prostředí. Této skutečnosti se následně přizpůsobuje systém hospodaření na daném honu zahrnující systém hnojení, zpracování půdy, zakládání porostů a chemické ochrany. Tento diferencovaný přístup vyžaduje rozsáhlou technickou a informační podporu související se získáváním informací o půdě, honu a plodině s tím, že každý tento údaj je vztahován ke konkrétnímu místu honu s nám známou geografickou polohou.

Pojem přesné zemědělství úzce souvisí se zvyšováním efektivnosti řízení zemědělství. Je to nová technologie, jejímž prostřednictvím se modifikují dosud používané přístupy a metody řízení zemědělských podniků. V oblasti zemědělské produkce se postupně přechází od filosofie maximálního výnosu k filosofii maximální efektivnosti. Postupně se zvyšuje přesnost vykonávaných zásahů, aplikovaných dávek hnojiva a chemických ochranných prostředků v souladu se skutečnými požadavky dané lokality. Jedním ze základních a v současné době významných rysů přesného zemědělství je i jeho podřízenost požadavkům udržitelného zemědělství. Přesné zemědělství integruje rozsáhlé a značné množství technických prostředků a programových produktů. Celkově vyšší úroveň celého procesu řízení si vyžaduje důsledné uplatňování systémového přístupu.

Struktura přesného zemědělství

V průběhu posledních roků se postupně vyspeci-fikovala vnitřní struktura přesného zemědělství. Její jednotlivé složky jsou:

· digitalizace jednotlivých honů zemědělského podniku nebo farmy,

· určování geografické polohy mechanizačních prostředků,

· získávání informací o stavu půdního prostředí,

· získávání informací o stavu porostu - dálkový průzkum země (výskyt plevelů, chorob a škůdců),

· využívání technologií cíleného dávkování hlavních vstupů (hnojiva a pesticidy),

· vytváření výnosových map,

· shromažďování dat a informací,

· využívání expertních systémů a databází pro podporu rozhodování.

Novým technickým fenoménem, který umožňuje zjišťovat parametry polního prostředí a realizovat cílené aplikace vstupů na dílčích lokalitách pozemku se stala lokalizace přesné polohy objektu - technického prostřed-ku pohybujícího se po poli ve vazbě na počítačové vyhodnocení manažerskými a geografickými informač-ními systémy. Praktická použitelnost těchto navigačních systémů je dána:

· přesností s jakou jsou schopny lokalizovat polohu objektu,

· provozní dostupností signálu,

· pořizovacími a provozními náklady.

Technické prostředky pro zjišťování polního prostředí

Zjišťování vlastností polního prostředí znamená využití technologických a programových prostředků k tvorbě databází charakterizujících prostorové rozdílnosti parametrů polního prostředí. Tyto databáze lze tvořit:

1. při práci stroje (zpravidla sklizňového - tvorba výnosových map),

2. ručním nebo mechanizovaným odběrem vzorků půdy nebo materiálu se zaměřením polohy (zásoby živin, půdní reakce, druh, vlhkost, utužení půdy atd.),

3. dálkovým průzkumem země - letecké nebo družicové snímky (analýza rostlin a půdy na bázi analýzy obrazu).

Z výše uvedených postupů získání prvotních informací o půdním prostředí s relativně nejnižšími náklady je tzv. výnosová mapa, která patří do kategorie nepřímé analýzy vlastnosti polního prostředí na základě výnosu. Poprvé byly výnosové mapy vytvořeny pomocí sklízecích mlátiček při sklizní obilí a to v Anglii již v roce 1991. Pro relativní jednoduchost a snadnost měření hmotnostního toku obilí je u této plodiny tento systém propracován nejdokonaleji. V současně době pracují výzkumné týmy na řešení elektronických čidel pro měření hmotnostního toku i u ostatních zemědělských plodin - pícnin a okopanin. Zvláště problematické je měření hmotnostního toku při sklizni cukrovky a to zvláště vzhledem k relativně vysokému a značně i v rámci jednoho honu proměnlivému zastoupení příměsí. V první fázi výzkumu a vývoje systémů pro vytváření výnosových map při sklizní cukrovky byla tendence využít výnosových map vytvořených při sklizni obilnin, s tím, že lze předpokládat určitou korelační závislost mezi oběma výnosovými mapami. Výsledky výzkumů prováděných v Anglii v polovině 90 let tuto korelační závislost nepotvrdily. Proto v roce 1995 - 96 byl zahájen vývoj systémů pro tvorbu výnosových map při sklizni cukrovky.

Výzkum v oblasti systémů měření výnosu v reálném čase u strojů pro sklizeň cukrovky je v současné době řešen dvěma způsoby:

1. Přímé měření výnosu: spočívá v měření hmot-nostni dopravovaného a sklizeného materiálu:

a. kontinuálně na vynášecím dopravníku (Kleine SF 40),

b. nekontinuálně vážením hmotnosti celého zásobníku,

c. ve vážícím boxu nacházejícím se mezi vynášecím dopravníkem a vlastním zásobníkem.

Nevýhodou metod přímého měření výnosu jsou nepřesnosti jako důsledek vibrací a náklonu stroje. Další nevýhodou je měření hmotnosti včetně příměsí

1. Nepřímé měření výnosu: spočívá ve výpočtu výnosu na základě vlastností porostu.

Jak vyplývá z měření biologického výnosu bulev bezprostředně před sklizní lze při tzv. normálním rozložení jednotlivých bulev určit parametry střední “reprezentativní bulvy”. V takovém případě pro zjištění výnosu je dostačující zjistit počet bulev zpracovaných za jednotku času. Pro tyto účely se osvědčilo měření prováděné na základě změny síly působící na ořezávací nůž [2, 3]. Zdrojem chyb při takovémto způsobu měření je nedodržení pracovní rychlosti sklízeče.

U bezkontaktních např. radiometrických metod měření počtu bulev se prokázala těsná korelační závislost mezi maximálním průměrem bulvy ve směru jízdy a její hmotností [2, 3]. Tyto systémy jsou v současné době intensivně ověřovány pro svoji nespornou výhodu, kterou je měření “čistého“ výnosu bez příměsí. V současné době není na komerční bázi vyráběn žádný systém přímého měření výnosu při sklizni cukrovky.

Naproti tomu přesné lokační systémy, které jsou vhodné jako nástroj pro řízení sklizně a jsou nabízeny jako součást systémů, budou v budoucnu nezbytné. Z tohoto pohledu se jeví lokalizace a vyhledávání pomocí GPS s použitím levných systému jako např. DGPS a WADGPS značně problematické. Vysoká rychlost požadovaná pro příjem signálu, jeho zpracování a činnost systému představuje pro konstrukční řešení samoregulačních systémů značný problém. Např. u on-line systémů je požadavek 0,2 sekundy (při pracovní rychlosti 7,5 km). Proto v současné době převládají off - line systémy využívající řídících počítačů.

Nezbytným doplňkem výnosových map získaných při sklizni cukrovky budou v budoucnu i mapy zhutnění půd získané na základě měření penetrometrického odporu půd. Mapování zhutnění půdy je založeno na faktu dosažení pouze 75 % potenciálního výnosu bulev na zhutnělých půdách. Navíc tyto mapy budou podkladem pro cílené zpracování půdy v pěstitelských systémech s orientovaným pohybem zemědělské techniky (traffic controlled growing systems). Jednoduchou integrací těchto dat do záznamu o pěstitelských plochách může pěstitel identifikovat slabá místa těchto ploch a vyhnout se tak nadměrné intenzivní přípravě půdy. Tím budou vytvořeny předpoklady pro použití cílené “inteligentní” bezorebné kultivaci půd (intelligent ploughless soil cultivation).

Tyto systémy pěstitelských technologií bude nezbytně nutné doplnit mapami poskytující informace o zásobě živin v půdě. Mapování úrovně živin v půdě se v zemích EU stává běžné při pěstování obilnin a umožňuje výrazné snížení dávek dusíku na hektar při zachování výnosu [1]. Při uplatňování těchto systému při pěstování cukrovky lze očekávat výrazně příznivější dopad nejen v oblasti ekonomické, ale i v oblasti ochrany životního prostředí.

Seznam použití literatury:

1. FISHER, S. - JAGGARD, K. - STAFFORD, J.: Precision farming for sugar beet, Brit. Suger Beet Rev., 66 1997, č.4, s. 29 - 31.

2. KROMER, K.H. - DEGEN, P.: Ertrags- und Durchsatzmessung bei Zuckerrüben, Zuckerrübe, 47. 1998, č. 2, s. 92 - 95.

1. KROMER, K.H.: Conféderatio Internationale des Bettaraviers Européens, XXXVII Kongres CIBE, 9. - 13. června 1998, Hamburg.

2. RYBÁŘ, R.: Trendy v oblasti pěstování a sklizně cukrovky v zemích EU . Tretia vedecká celoslovenská repárská konferencia, Nitra, 1999 s. 162 - 165.

3. RYBÁŘ, R.: Vliv prvků secích strijů na vzešlost a dynamiku vývoje porostů cukrovky. Listy cukrovarnické a řepařské, 115, č. 3, 1999 s. 74 - 75.

Adresa autora

Sborník z konference “Řepařství 2000” pořádané Katedrou rostlinné výroby AF ČZU v Praze 23.2.2000