Řešení celého projektu spočívá v naplnění priorit a cílů programu "Zdravý a kvalitní život", tzn. zajištění kvalitních informací nutných pro kvalifikované rozhodování ve věcech životního prostředí, dostatečné kvality půdy z hlediska zajištění podmínek pro udržitelnou existenci živé přírody, uspokojení nároků spotřebitelů na kvalitu, zdravotní nezávadnost potravin a také zvyšování povědomí o vlivech výrobního postupu na kvalitu životného prostředí.

Charakteristika problému

Intenzivní zemědělství, tak jak je v současnosti známe, přináší řadu problémů v otázce ochrany životního prostředí, zejména v oblasti vstupů nepřírodních látek do produkčního cyklu. Pro některé tyto látky jsou platná omezení a doporučení upravující jejich správné používání vzhledem k charakteru krajiny a způsobu jejího využití. Úroveň adekvátního přístupu pěstitelských opatření vůči podmínkám dané lokality jsou však platná pro nejmenší jednotku rozhodování v agronomické praxi – hon, pro který je intenzita pěstitelského zásahu celoplošně uniformní.
V případě relativní homogenity agroekologických podmínek stanoviště je celoplošné provádění zásahu o stejné intenzitě v rámci honu výhodné, neboť není zapotřebí podrobného sběru dat a rozhodování, příp. specializované techniky. Při hospodaření na pozemcích vykazujících vyšší variabilitu je však tento přístup nedostačující. Na určitých částech honu zákonitě dochází k nedostatečné intenzitě hospodaření a naopak. Výsledek takového počínání je zřejmý – lokální nadlimitní kontaminace půdy a vod rizikovými látkami a snížení ekonomické efektivnosti vlivem zvýšené spotřeby agrochemických látek či zhoršené půdní úrodnosti.
Východiskem se jeví použití takových metod hospodaření, při kterém by bylo možné pěstební zásahy diferencovat v závislosti na konkrétních podmínkách stanoviště. Tento požadavek splňuje systém lokálně cíleného hospodaření na půdě (precizní zemědělství), které v ČR nabývá stále více na významu.

Precizní zemědělství (precision agriculture) je mezinárodně ujednocený název pro směry využívající nové technologie, které byly v různé míře rozvíjeny od počátku devadesátých let minulého století a nazývaly se: farming by soil; farming soil, not field; farming by the foot; spatially perspective farming; computer aided farming; farming by computer; farming by satellite; high-tech sustainable agriculture; soil specific crop management; site specific farming atd.
Tento systém hospodaření na půdě spojuje využití nových technologických prostředků s vyspělou zemědělskou činností. Je to integrovaný přístup k pěstování polních plodin, který se snaží dát do souladu druh a výši vstupů se skutečnými potřebami plodiny pro malé plochy v rámci pozemku a jeho agroekologickými podmínkami. Tento cíl, provádět pěstitelská opatření ve správnou dobu, správnou intenzitou na správném místě není nový, ale nové technologie, původně často vyvinuté mimo zemědělství, umožňují jeho realizaci v zemědělské praxi a překonání dříve v rostlinné produkci široce uplatňované paradigma homogenity podmínek na pozemcích (polích). Cílem precizního hospodaření není co nejvyšší výnos, ale maximalizace ekonomického zisku při provádění operací uvnitř environmentálních omezení (Blackmore 1994).
Precizní zemědělství umožňuje efektivněji využívat vstupy včetně hnojiv, pesticidů, zpracování půdy, závlah atd. při tvorbě výnosu a kvality produkce polních plodin a zároveň omezit dopady hospodaření na prostředí.

Jako nejvíce významné vstupy nepřírodních látek v zemědělství lze označit hnojení rostlin minerálními hnojivy a prostředky chemické ochrany rostlin. Navrhovaný projekt se zaměřuje na oblast:
- výživy rostlin dusíkem (hnojení dusíkatými hnojivy),
- dodávání ostatních makroživin do půdy (hnojení P, K, Mg, Ca, přip. S hnojivy),
- potlačování zaplevelení herbicidy.

Optimální dodávání dusíku rostlinám je z agrotechnického i environmentálního hlediska jedna z nejproblematičtějších oblastí výživy rostlin. Dusík jako hlavní makroživina ve výživě rostlin je významný pro tvorbu zelené biomasy a produkce z jednotky plochy. Jeho nedostatek vede k omezení růstu rostlin a k redukci tvorby výnosotvorných prvků. Jako problematická se jeví jeho pohyblivost v půdním profilu, s níž je spojeno obtížné stanovení dávky během vegetace a zejména riziko znečištění podzemních a povrchových vod dusičnany při jejich nedostatečném využití rostlinami (tzn. při přehnojení).
V praxi tuto rizikovou oblast zahrnuje dokument zvaný „Zásady správné zemědělské praxe zaměřené na ochranu vod před znečištěním dusičnany ze zemědělských zdrojů“ (dále jen Zásady), který vychází z „nitrátové směrnice“ Rady 91/676/EEC a upravuje používání dusíkatých hnojiv na orné půdě a trvalých travních porostech v tzv. zranitelných oblastech (tj. v oblastech se zvýšeným nebezpečím kontaminace vod dusičnany). Postupy dané Zásadami jsou pro zranitelné oblasti povinné, pro ostatní doporučené.
Neadekvátní použití P, K, Mg, a Ca hnojiv nepředstavuje na rozdíl od dusíkatých takové ohrožení životního prostředí, způsobuje ale zbytečné zvýšení jeho zátěže a omezení příjmu ostatních živin rostlinami v případě přehnojování, nedostatečné hnojení vede ke snížení půdní zásoby živin a půdní úrodnosti. Zvláštní kapitolu představuje vápnění půd, kdy jeho optimální dávka a aplikace vede ke stabilizaci řady půdních vlastností a k lepšímu využití živin z hnojiv.

Prostředky ochrany rostlin představují další významnou skupinu látek nepřírodního charakteru, která vstupuje zemědělskou činností do ekosystému. Podobně jako u hnojiv, i zde představuje celoplošný přístup ochrany rostlin při zjištění vyšší prostorové variability výskytu plevelů (škodlivého činitele), snížení ekonomické efektivnosti a zvýšení ekologické zátěže. Při celoplošně stanovené dávce přípravků dochází ke neúčelné aplikaci na místech s nulovým výskytem, což vede ke zvyšování koncentrace rezidui účinných látek v půdním prostředí s následným ohrožením kvality vod, zvýšení ekonomických nákladů, příp. může docházet k lokálnímu poškození kulturních rostlin. I v tomto případě se jeví jako výhodné použití variabilní aplikace se zohledněním lokálních výskytů plevelů (škodl. činitelů).


Úspěšnost zohlednění agroekologických podmínek stanoviště při variabilní aplikaci (hnojiv, přípravků na ochranu rostlin) je vázána na množství a kvalitu informací příslušných ukazatelů. V navrhovaném projektu budou použity následující nástroje a metody precizního zemědělství:

Satelitní navigační systémy

Základním stavebním kamenem pro diferencované provádění agrotechnických zásahů je lokalizace pomocí satelitní navigace a jejich analýza v geograficko informačním systému (dále jen GIS). Na evropském kontinentu lze v současnosti plnohodnotně využít americký systém GPS (Global Positioning System) se zpřesněním pomocí diferenčního signálu satelitu Egnos. Ve startovací fázi je evropský satelitní systém Galileo a dále ruský systém Glonass.
Využití satelitní navigace zaznamenalo za posledních 10 let obrovský rozvoj. Poskytují informace o pozici dostupné v reálném čase. To umožňuje mapování výsledků měření (analýz) půdy a plodin. Přijímače dovolují uživatelům vrátit se na určitá místa pro odběr vzorků nebo ošetření těchto ploch. Využití získaných informací o heterogenitě pozemku, definováním místa či lokality zeměpisnými souřadnicemi, může být v dnešní době ekonomicky zajímavé nejen podniky a farmáře, ale také pro zpracovatele a spotřebitele neboť umožňuje kontrolu potravinového řetězce. Používání zásad variabilní aplikace hnojiv a pesticidů, zpracování půdy a setí při pěstování plodin je šetrnější vůči okolnímu životnímu prostředí.

Monitorování a mapování půdních vlastností a výnosů

Pro správné rozhodování je měření výnosů nezbytné. Při interpretaci výnosové mapy je třeba brát v úvahu půdní, krajinné a environmentální faktory, včetně počasí. Správně používané informace o výnosu poskytují důležitou zpětnou vazbu při hodnocení vlivu řízených vstupů (variabilní aplikace hnojiv, vápenných hmot a pesticidů, diferencované zpracování půdy, diferenciace výsevku, případně závlah).

Měření elektrické půdní vodivosti půdy (Electric Conductivity - EC)

Metoda umožňuje rychlé, nedestruktivní a relativně přesné ohraničení rozdílů půdního substrátu s využitím geofyzikálních vlastností půdy. V navrhovaném projektu bude použito bezkontaktní měřící zařízení EM-38 (Geonics Ltd, Kanada).
Za hlavní faktory ovlivňující hodnotu ECa považují SCHMIDHALTER a kol. (2002) obsah jílovitých částic, vlhkost půdy a vodivost půdního roztoku (salinita půdy). Standardně jsou naměřené hodnoty korigovány podle aktuální teploty půdního povrchu. ŠAŘEC a kol. (2001)
dospěli k závěru, že „v krátkém časovém horizontu měření jsou místa s rozdílnými vlastnostmi půdy zjištěná pomocí elektrické vodivosti neměnná (liší se pouze absolutní hodnoty naměřených veličin)“. Podobných výsledků bylo dosaženo také v německém projektu PreAgro (LAMP a kol. 2002, SCHMIDTHALTER a kol. 2002), kde měření prováděná v různých ročních obdobích vzájemně úzce korelovala. Pro ověření těchto výsledků bude měření prováděno v různých termínech. Půdní mapy, vyhotovené na základě měření půdní vodivosti, vykazují úzkou korelaci s výnosovými mapami (ŠAŘEC a kol. 2001). Podle SCHMIDTHALTERa a kol. (2002) je nejužší vztah mezi hodnotami ECa a výnosem vykazován na heterogenních, vodou limitovaných stanovištích (tedy v podmínkách, kde výnos limitujícím faktorem je půdní vláha).

Metody založené na principu měření fluorescence chlorofylu

Měření fluorescence chlorofylu je základem řady bezkontaktních metod, pomocí nichž lze kvantifikovat řadu procesů, které ovlivňují fotosystézu rostlin. V Nizozemí byla vypracována tzv. Minimum Lethal Herbicide Dose method (MLHD), která umožňuje používat minimální dávky herbicidu ze skupiny inhibitoru fotosyntézy, potřebné k regulaci plevelů na daném pozemku (HAAGE et al., 2002). Dávka herbicidu je stanovena v závislosti na plevelném druhu a jeho růstové fázi.

Odebírání půdních a rostlinných vzorků

Odběr půdních vzorků je nejčastěji používaný a relativně přesný způsob získání informací o některých významných půdních vlastnostech (pH, obsah živin, KVK, atd.). V podmínkách diferencovaného provádění pěstebních zásahů se při požadavku na plošnou podrobnost výsledných map stává jednou z ekonomicky velmi náročných metod sběru dat. Vlastní vzorkování je zpravidla prováděno v pravidelné (nejčastěji čtvercové) síti o různé vzdálenosti odběrových míst. Kritickým parametrem je právě zvolená hustota zvolené sítě, která významně ovlivňuje nákladnost celého procesu.
V navrhovaném projektu bude ověřována možnost vytvoření vzorkovacího schématu s nepravidelným rozmístěním odběrových bodů dle předem zjištěné variability půdních podmínek bezkontaktními metodami (EC, DPZ). Očekává se, že takto optimalizovaná síť ve srovnání s tradiční pravidelně koncipovanou sítí zachování podrobnosti výsledných půdních map při celkovém snížení počtu odběrů půdních vzorků, neboť půdní charakteristiky většině případů pravidelnou prostorovou strukturu nevykazují.
Na základě výsledků analýz vzorků odebraných ze zaměřených míst jsou vypracovávána doporučení pro aplikaci hnojiv. Interpretace potřeby živin se provádí pro každý vzorek. Potom je možné zakreslit mapu aplikace hnojiv s využitím výsledků ze všech vzorků. Aplikační mapa se vkládá do počítače na aplikátoru hnojiv pro variabilní aplikaci. Počítač využívá aplikační mapu a přijímač GPS k řízení ovladače dávkování hnojiva, který mění množství anebo druh hnojiva podle aplikační mapy.

Dálkové snímání (DPZ, remote sensing)

Dálkový průzkum Země je způsob získávání informací o objektech na Zemi bez kontaktu s nimi. V systému precizního zemědělství je již patřičně „zabydlen“, avšak družicové a letecké snímky jsou využívány zejména pro výzkum. Největší význam má prozatím využití leteckých a družicových snímků ve státním systému stanovování daňových poplatků a dotací v zemědělství. To je zejména dáno zdroji a použitelností získaných dat, z leteckého a družicového snímku a rovněž také dobou mezi pořízením (samotným snímkováním) a získáním surových dat.
Použití satelitních a leteckých snímků se může vzájemně doplňovat. Je to dáno plochou zachycenou na snímku, přesností a spektrálními pásy, ve kterých je pořízen. Je možné vytvářet digitální snímky ve viditelné oblasti spektra klasickou kamerou nebo ve vybraných částech spektra multispektrální kamerou. Analýza obrazu takto získaných snímků slouží jako nástroj pro hodnocení stavu porostu polních plodin. Lze tak zjistit nepříznivé vlivy sucha, nedostatku živin, zhutnění půdy, chorob a škůdců (snímkování na různých vlnových délkách záření - v oblasti viditelného spektra, NIR - near infra red, případně IR - infra red). Dálkové snímání může odhalit změny variability pozemku, které ovlivňují tvorbu výnosu polních plodin v průběhu vegetace. Na základě dálkových snímků a polního šetření lze určit příčinu a rozsah "stresu" plodiny na dané lokalitě. Snímky mohou být potom využity k ošetření jednotlivých míst, podle doporučení pro aplikaci agrochemikálií.

Geografické informační systémy (GIS)

Základním předpokladem pro využití nástrojů precizního zemědělství je vytvoření geograficko-informační databáze prostorových dat pro danou oblast. Tu lze vytvořit využitím dat získaných polním měřením nebo metodami DPZ s lokalizací pomocí satelitních navigačních systémů.
GIS je počítačový software, který umožňuje zpracovávat prostorová data. K datům lze připojit databázi, která obsahuje libovolné množství informací, které lze dále analyzovat a třídit. Datové soubory mohou tvořit data získaná měřením přímo na poli, jiné vrstvy mohou obsahovat data zpracovaná. Na základě několika vrstev může být vygenerována i nová datová vrstva. To lze využit k hodnocení současného a alternativního pěstitelského postupu pomocí modifikací a kombinací datových vrstev. To lze také využít k analýze různých scénářů pěstitelských postupů.

Originalita (jedinečnost) navrhovaného řešení

Nástroje a opatření směřující v rostlinné produkci k omezení negativních dopadů na životní prostředí jsou platná pro nejnižší jednotku hospodaření - hon. Technologie precizního zemědělství, která v ČR nabývá na významu, však umožňují toto paradigma překonat a diferencovat intenzitu pěstebních operací v rámci honu odpovídající potřebám rostlin a agroekologickým podmínkám stanoviště. Navrhovaný projekt se zaměřuje na oblast hnojení a ochrany rostlin, které v zemědělské činnosti představují nejvýznamnější vstupy látek negativně působících na životní prostředí, s cílem ověřit možnosti jejich omezení s využitím nástrojů a technologií systému precizního zemědělství. Při řešení projektu budou využity výsledky předcházejícího výzkumu prováděného v zahraničí a v ČR a doplněny podle záměru projektu výsledky z nově plánovaných experimentů.

S výsledky řešení bude zemědělská praxe a ostatní uživatelé seznámeni v odborném tisku (metodiky a doporučení na zavádění výsledků výzkumu do praxe, články v odborných a vědeckých časopisech, apod.).