Mapování půdních vlastností a ekonomické vyhodnocení variabilní aplikace zásobního hnojení

05. 12. 2024 Ing. Jiří Blaha; Mendelova univerzita v Brně Hnojení Zobrazeno 388x

Česká republika je v rámci EU charakteristická vyšší výměrou půdních bloků, za což bývá často kritizována. Vytvoření velkých pozemků znamenalo zvýšení jejich heterogenity, kterou nebylo možné tehdejšími prostředky řádně postihnout, a tak bylo k pozemkům přistupováno jednotně. Právě moderní metody precizního zemědělství přinášejí možnosti, jak heterogenitu půdních podmínek podrobně zmapovat a k jednotlivým částem pozemků přistupovat podle jejich specifických vlastností, např. plošně diferencovanou (variabilní) aplikací hnojiv. Tímto způsobem lze na heterogenních pozemcích hospodařit racionálně, a přitom minimalizovat negativní souvraťové efekty u menších pozemků dané častými přejezdy a otáčením zemědělské mechanizace.

Mapování vlastností půdy

V případě zásobního hnojení je nezbytným předpokladem pro variabilní aplikaci mapování agrochemických vlastností půdy. Základním metodou pro poznávání vlastností půdy je odběr půdních vzorků v dostatečné hustotě, které je možné doplnit o výsledky dálkového průzkumu Země (DPZ) v podobě družicových snímků (např. Sentinel-1 a Sentinel-2). Tato data slouží pro určení variability pozemků, sledování dynamiky a výživného stavu porostů pomocí vegetačních indexů nebo pro stanovování zón relativního výnosového potenciálu. Zpracování dat z DPZ i výsledků vzorkování probíhá v prostředí geografických informačních systémů (GIS). K tvorbě plošných map z výsledků rozborů půdy jsou využívány geostatistické metody, konkrétně prostorová interpolace. Jednou z těchto metod je například empirical bayesian kriging (EBK).

Cílem této diplomové práce bylo zmapovat na vybraných pozemcích heterogenitu půdních podmínek vzorkováním půdy se zaměřením na zásobenost půd fosforem a následně na základě získaných výsledků agrochemických rozborů půdy vytvořit předpisové mapy pro variabilní aplikaci fosforečných hnojiv. Dílčím cílem práce pak bylo zhodnocení šesti různých variant stanovení dávky hnojení s ohledem na množství aplikovaných hnojiv a ekonomickou efektivitu variabilních aplikací.

Metodika vzorkování

Sledování bylo provedeno v druhé polovině roku 2022 na vybraných pozemcích zemědělské společnosti ROSTĚNICE, a. s. (okres Vyškov).
Po sklizni plodin (ječmen ozimý, ječmen jarní, řepka ozimá, pšenice ozimá a sója) byl proveden odběr vzorků půdy pomocí automatického vzorkovacího zařízení Nietfeld N2006 (obr. 1), taženým za terénním automobilem.
Vzorkovací síť byla vytvořena ve spolupráci s VÚMOP. Při její tvorbě byla zohledněna prostorová heterogenita pozemků, jejich rozdělení na produkční zóny podle výnosového potenciálu a dále zrnitostní složení půdy. Následně byly shlukovou analýzou vytvořeny shluky s podobnými vlastnostmi, do nichž byly umístěny jednotlivé odběrové body (mapa 1). Průměrná hustota navržené vzorkovací sítě byla 1,8 ha/vzorek. Kolem každého odběrového bodu byl vytvořen buffer o poloměru 5 m.
Při srovnání s metodikou vzorkování v systému AZZP je zřejmé, že odběrová síť s hustotou 1 vzorek/10 ha nemůže být v žádném případě považována za dostatečnou pro uplatňování metod lokálně cíleného hospodaření. Hustota vzorkování má významný vliv na kvalitu mapování půdní heterogenity, protože počet vzorků má vliv na přesnost zachycení jevů v půdě interpolačními metodami.
Porušené směsné vzorky půdy byly odebírány z profilu 0–30 cm, přičemž jeden směsný vzorek se skládal z 10–15 dílčích vzorků tak, aby bylo dosaženo celkové hmotnosti směsného vzorku cca 400 g. Tato požadovaná hmotnost byla nastavena ze dvou důvodů. Prvním bylo dodržení zásady průměrnosti, tedy aby vzorek byl dostatečně reprezentativní, druhým důvodem pak byla snaha zajistit dostatečné množství odebrané půdy pro případné opakování rozboru a možnost archivování vzorků. V ojedinělých případech, kdy nebylo odběrem stanoveného počtu dílčích vzorků dosaženo cílové hmotnosti směsného vzorku, byl počet vpichů na odběrovém místě navýšen až na 20. Docházelo k tomu zejména na extrémně lehkých písčitých půdách zasažených erozí a také při velkém opotřebování vrtáku vzorkovače, který byl následně po zjištění této skutečnosti vyměněn. Výbavou odběrové soupravy byla navigace GPS Trimble CFX 750 s RTK anténou v kombinaci s automatickým řízením EZ-Steer, obrazovka kamery s pohledem na půdní vrták, tiskárna štítků k polepu sáčků na vzorky a notebook se záznamem polohy a ID jednotlivých vzorků (obr. 2).
V navigaci je zobrazen 5m buffer kolem odběrového bodu a obsluha musí odběr dílčích vzorků rozvrhnout v ideálním případě na celý průměr bufferu. Záznam o poloze jednotlivých dílčích vzorků je zapisován do CSV souboru na připojeném notebooku a lze jej následně zobrazit v GIS. Po odebrání požadovaného množství dílčích vzorků je odběr ukončen stiskem tlačítka na ovladači, a zároveň je automaticky vytištěna etiketa s přiřazeným ID odběru. Obsluha poté vyprázdní obsah zásobníku do připraveného sáčku s nalepenou etiketou a pokračuje na další odběrové místo.
Vzorky byly po vysušení předány do zemědělské laboratoře pro stanovení výměnné reakce půdy a obsahu přístupných živin dle metodiky Mehlich 3.

Obr. 1: Celkový pohled na vzorkovací soupravu

Obr. 2: Vybavení k ovládání vzorkovacího stroje v kabině tažného vozidla

Varianty hnojení

Pro vyhodnocení variabilní aplikace zásobního hnojení bylo posuzováno celkem šest variant stanovení dávky hnojiva, z toho dvě uniformní (UNI) a čtyři variabilní (VRA, VRY). Varianty se dále lišily v klasifikaci obsahu živin, a to dělením tříd zásobenosti dle standardně využívané metodiky Mehlich 3 (M3) oproti použití bilančního koeficientu (BK_10), dále pak uvažováním jednotného výnosu pro celý pozemek (VRA) oproti zohlednění výnosového potenciálu (VRY).
Hnojení na zájmových pozemcích bylo nastaveno dle plodin v osevním plánu podniku. Výnosová hladina byla pro všechny pozemky s danou plodinou jednotná. Plánovaný výnos u pšenice ozimé byl 8 t/ha, u ječmene jarního 7 t/ha, u ječmene ozimého 9 t/ha, u řepky ozimé 4,5 t/ha a u sóje 3,5 t/ha.
Varianta UNI_M3 - uniformní hnojení se stanovením normativní dávky dle průměrného odběru živin a korekcí dle průměrného obsahu živiny s klasifikací do pěti tříd Mehlich 3.
Varianta UNI_BK10 - uniformní hnojení se stanovením normativní dávky dle průměrného odběru živin a korekcí dle průměrného obsahu živiny s klasifikací dle bilančního koeficientu členěného do 15 tříd odstupňovaných po 10 % (rozsah 0–150 %).
Varianta VRA_M3 - při stanovení dávky hnojení zohledňuje prostorovou variabilitu zásobenosti půdy živinami, klasifikovanou dle Mehlich 3. Normativ odběru živin výnosem je stanoven podle průměrného očekávaného výnosu za celý pozemek.
Varianta VRA_BK10 - stanovení dávky hnojení podobně jako u varianty VRA_M3 s tím rozdílem, že klasifikace a korekce je prováděna dle bilančního koeficientu.
Varianta VRY_M3 - pro hodnocení zásobenosti využívá klasifikaci dle Mehlich 3, při stanovení dávky hnojení je zohledňována výnosová úroveň jednotlivých produkčních zón v rámci pozemku.
Varianta VRY_BK10 - stejně jako varianta VRY_M3 zohledňuje prostorovou variabilitu ve výnosech plodin (výnosový potenciál), vy­užívá ale podrobnější členění zásobenosti pomocí bilančního koefi­cientu po 10 %.

Mapa 1: Navržená vzorkovací síť a vymezené shluky na podkladu výnosového potenciálu

Mapa 2: Mapa pro variabilní aplikaci hnojiva na pozemku Žleb Mo

Mapa 3: Mapa zásobenosti pozemku fosforem, vytvořená metodou EBK s vyznačenými body odběru vzorků

Výsledky

Pro každý ze sledovaných pozemků bylo zpracováno šest plošných map - mapa zásobenosti P, mapa relativního výnosového potenciálu a předpisové mapy pro každou z možností variabilního hnojení (mapa 2).
K vyhodnocení variabilní aplikace zásobního hnojení bylo vybráno hnojení fosforem, protože šlo na sledovaných pozemcích o nejvíce deficitní živinu, a také jeho obsah vykazoval největší variabilitu. Zjištěný průměrný obsah 58 mg/kg je blízko hranice nízké zásoby, takže potřebu hnojení touto živinou lze očekávat na většině pozemků. Pro vytvoření celoplošných map zásobenosti pozemků fosforem byla použita interpolační metoda empirical bayesian kriging (EBK). Následně byl u všech pozemků zjištěn průměr a me­dián obsahu P, nejnižší a nejvyšší hodnota obsahu P a variační koeficient. Z pohledu obsahu fosforu vykazovaly pozemky výraznou heterogenitu (mapa 3).
Na sledovaných pozemcích bylo také na základě interpolované vrstvy obsahu fosforu provedeno hodnocení plošného zastoupení kategorií zásobenosti fosforem dle Mehlich 3. Z grafu 1 vyplývá, že největší část z výměr klasifikovaných pozemků spadala stejně jako průměrný obsah P do kategorie Vyhovující, ale velmi významně byla zastoupena také kategorie Nízký. Při uniformní aplikaci zásobního hnojení, kde korekce dávky hnojiva vychází z průměrné zásobenosti pozemku, by na sedmi pozemcích o výměře v součtu 88,55 ha bylo hnojení úplně vypuštěno z důvodu vysokého obsahu.
Základním podkladem pro všechny varianty stanovení dávky zásobního hnojení byla mapa zásobenosti fosforem. Pro hodnocení rozdílů mezi jednotlivými variantami hnojení byla nejprve stanovena dávka ve variantě UNI_M3, se kterou byly následně všechny varianty srovnávány podle množství vypočtené dávky hnojiva, a podle změny dávky v procentech.
Z tabulky 1 vyplývá, že pouze u dvou z pěti porovnávaných va­riant došlo ke snížení potřeby hnojiv a nákladů. Mezi jednotlivými variantami nejsou příliš významné rozdíly, což ale neznamená, že by variabilní aplikace zásobního hnojení neměla své opodstatnění. Malé rozdíly mezi jednotlivými variantami (nejvyšší dosažená úspora 0,5 % u varianty VRA_BK10) jsou pravděpodobně způsobeny deficitem fosforu v půdě po sklizni předplodin. Největší část pozemků spadala do kategorie Vyhovují, významné bylo také zastoupení v kategorii Nízký.
Při pohledu na absolutní čísla se může zdát přínos variabilní aplikace zásobního hnojení z ekonomického hlediska nevýznamný, v grafu 2 jsou však změny v nákladech na hnojiva mezi jednotlivými variantami jasně patrné. U tří ze čtyř variant variabilní aplikace došlo ke snížení nákladů na hnojiva na více než 50 % sledované výměry. Vzhledem ke zjištěným skutečnostem existuje reálná šance, že správným nastavením zásobního hnojení může v horizontu několika let dojít ke zlepšení zásobenosti půd, a tím v budoucnu šetřit větší část nákladů.

Graf 1: Podíl pozemků zařazených do jednotlivých tříd zásobenosti dle Mehlich 3

Graf 2: Změna nákladů u jednotlivých variant na hnojiva vyjádřená podílem z výměry pozemků

Tab. 1: Celkové srovnání všech variant hnojení proti variantě UNI_M3

Závěr

Kvalitní zmapování prostorové nevyrovnanosti pozemků je zásadní podmínkou pro zavádění metod precizního zemědělství do praxe. Při realizaci odběru půdních vzorků je důležité zvolit vhodné nastavení odběrové sítě.

Na sledovaných pozemcích byla pozorována vysoká variabilita půdních podmínek. Na 90 vzorkovaných parcelách se nacházely všechny třídy zásobenosti, z nichž nejvíce byla zastoupena kategorie vyhovujícího obsahu fosforu (57 %), druhá nejčastější byla kategorie nízkého obsahu (39 %). Variační koeficienty obsahu fosforu se pohybovaly v poměrně širokém intervalu od 1 do 42 %. Takto výrazná variabilita může být způsobena řadou vzájemně se ovlivňujících jevů, a proto je snaha o zmapování takové heterogenity velice náročným úkolem. Kromě zřejmých faktorů, jako je mateční hornina, bude mít nepochybně určitý vliv i rozsah zájmového území, kdy nejvzdálenější pozemky od sebe leží 20 km vzdušnou čarou. Zároveň je tato oblast typická větší členitostí reliéfu.

Při vyhodnocení variabilní aplikace zásobního hnojení vykázaly varianty modelového výpočtu velmi malé rozdíly (úspora nákladů na hnojivo kolem 0,5 %). Z hlediska úspory nákladů se nejlépe jevila varianta VRA_BK10. Z agronomického hlediska by ale bylo vhodnější přiklonit se k variantě VRY_BK10, neboť zohlednění výnosového potenciálu jednotlivých zón pozemku přináší uspokojivější distribuci živin v prostoru v návaznosti na očekávané rozdíly v odběru živin na finální produkci.

Hlavním cílem variabilní aplikace hnojiv v tomto případě není snížení nákladů, ale dlouhodobé udržení výnosové úrovně a dostatečné dosycení silných zón živinami.

Vzorkování bude v podniku probíhat i v následujících letech podle zde představené metodiky, díky čemuž pak ekonomické hodnocení variabilní aplikace zásobního hnojení bude mít daleko větší vypovídací hodnotu. Z dlouhodobého pohledu by pak při tomto způsobu hnojení mělo dojít ke stabilizaci zásobenosti půd fosforem.

Výsledky využité ve studii vznikly za podpory výzkumného projektu MZe NAZV QK21010247 „Optimalizace hospodaření na nevyrovnaných pozemcích využitím efektivního mapování půdních podmínek a zohlednění změn vláhových poměrů s cílem stabilizace dosahovaných výnosových úrovní“, na kterém spolupracují Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, Mendelova univerzita v Brně, World from Space s.r.o. a ROSTĚNICE, a.s.

Vytvořeno na základě diplomové práce obhájené na Mendelově univerzitě v Brně pod vedením doc. Ing. Vojtěcha Lukase, Ph.D.