Precizní zemědělství - nové postupy a technologie v rostlinné produkci

Transkript

1 Precizní zemědělství - nové postupy a technologie v rostlinné produkci Vojtěch Lukas a kolektiv Ústav agrosystémů a bioklimatologie Mendelova univerzita v Brně

2 Úvod Lokálně cílené hospodaření / precizní zemědělství je moderní způsob hospodaření, které na základě znalostí o variabilitě pozemků optimalizuje produkční vstupy (hnojiva, pesticidy, osivo, PHM, ). Na rozdíl od tradičního přístupu nepovažuje pozemek za homogenní jednotku, ale zohledňuje rozdíly půdních a porostních podmínek při provádění pěstebních zásahů.

3 Úvod Cílem je zefektivnění materiálových vstupů (hnojiva, pesticidy, PHM) a zachování produkční schopnosti půdy při dodržování agroenvironmentálních omezení daného stanoviště (přirozených i legislativních). Přínosy: Ekonomické efektivní využívání materiálových vstupů Environmentální intenzita pěstování s ohledem na agroenvironmentální limity Ostatní management mechanizace, Evidence aplikací,

4 Úvod Nedohnojeno -25 % Optimum +25 % Přehnojeno +125 % Zásobenost fosforu v půdě fert. level: 150% 125% 100% 0 % 0 % Zastoupení 47% 24% průměrná hodnota za celý pozemek

5 Úvod Struktura využívání zemědělské půdy v ČR 100% 90% 80% 70% 60% 50% 10,31 22,29 26,29 Velikost pozemků (ha) > Podniky >1000 ha = 51,3 % zemědělské půdy Podniky >500 ha = 68,0 % zemědělské půdy 40% 30% 20% 10% 0% 19,95 11,99 9,16 % výměra op <5 Pozemky >20 ha zaujímají 60% orné půdy Zelená zpráva (MZe, 2015) Zdrojová data: LPIS, MZe (2011)

6 Úvod

7

8 Zdroj: kontaminace.cenia.cz

9 Úvod Adamchuk (2010)

10 Úvod Příklad rozpětí dosahovaných výnosů z výnosových map na pozemcích (okr. Kroměříž, 2016)

11 Úvod Výnosová úroveň vypočtená z časové řady výnosových map ( )

12 Úvod Technologie a postupy PZ využitelné v ČR Navádění mechanizace Monitoring strojů Mapování půdy Plodinové senzory Dálkový průzkum Mapování výnosů Variabilní aplikace hnojiv Variabilní setí

13 Hodnocení stavu porostů v PZ Metody pozemní (plodinové senzory) dálkový průzkum (DPZ) bezpilotní/letecký průzkum družicový monitoring Využití monitoring porostů (vývoj, analýza poškození) přihnojování N aplikace fungicidů aplikace reg. Růstu desikace predikce výnosů - efektivní celoplošné mapování rozsáhlého území, - nepřímé měření = měříme fyz. veličiny, které agronomie nezná

14 B G R Red edge NIR Hodnocení stavu porostů v PZ Spektrometrická měření Hodnocení porostu na základě spektrálních charakteristik (odrazivosti) vyjádření v podobě tzv. vegetačních indexů v oblasti viditelného, blízce infračerveného nebo termálního záření Vegetační indexy se liší v citlivosti na sledované porostní parametry (biomasa, výživný stav, stresové projevy rostlin či stav půdy. širokopásmové - NDVI, EVI, SAVI úzcepásmové REIP, NRERI, NDRE Do jaké míry lze těmito metodami nahradit tradiční hodnocení porostů?

15 Hodnocení stavu porostů v PZ Rozdíl odrazivosti porostu pšenice ozimé v BBCH 39 při různé úrovni výživy N (Žabčice 2014)

16 Využití online senzorových systémů

17 Online senzorové systémy

18 Online senzorové systémy Yara N-sensor Fritzmeier ISARIA Trimble Greenseeker Topcon CropSpec AgLeader OptRx a další senzory Rozdíly: aktivní/pasivní; veg. indexy; ISOBUS; podkladové mapy; umístění na traktor/aplikátor;

19 Online senzorové systémy Vývoj systému pro variabilní dávkování pesticidů a hnojiv na základě senzorového monitoringu porostních podmínek ( ) Trimble Greenseeker (AO Greenseeker) + ISOBUS + podkladové mapy + Jednoduchá kalibrace a ovládání - Pouze NDVI

20 Online senzorové systémy Fritzmeier Isaria + veg. indexy (IRMI, IBI) + ISOBUS + podkladové mapy + módy měření/kalibrace

21 Online senzorové systémy Online + mapový podklad (map overlay) Spektrální měření porostu = aktuální stav porostu Mapový podklad s korekcí aplikace = na jakou úroveň hnojit

22 Online senzorové systémy Podkladová mapa Korekce aplikace dle rozložení výnosů stanovení výnosové úrovně (normativ) dle výnosových map za několik posledních let dle odhadu rozložení výnosu z družicových dat (výnosový potenciál) Omezení aplikace legislativní omezení (nitrátová směrnice, OPVZ, ) vlastnosti půdního prostředí (písčité půdy x těžké půdy) způsob hospodaření

23 Online senzorové systémy Rizika spektrálních měření porostů Snížená spolehlivost měření Voda na povrchu listů (absorpce NIR, odraz viditelného záření) Výskyt jiných rostlin v zorném poli senzoru (plevele) Ovlivnění ostatními faktory (sucho, poškození rostlin, deficience ostatních živin, apod.) = nejednoznačnost diagnózy stavu rostlin Provozní aspekty (např. znečištění senzoru, snížené světlené podmínky, ) Využití až od zapojení porostu

24 Online senzorové systémy

25 Metody dálkového průzkumu

26 Dálkový průzkum Využití distančních metod diferencí v zapojení porostu výživného stavu zaplevelení porostů zralosti porostů polehnutí rozlišení míst s projevy stresových stavů porostů nebo při snímkování půdy k diferenci půdních typů, vlhkostních poměrů a obsahu humusu. Rukověť agronoma prof. Petr (Petr a kol., 1989) vytvoření víceúrovňového informačního systému resortu zemědělství, který by měl poskytovat pro účely řízení produkčních procesů expertní prognózy podmínek tvorby výnosů zemědělských plodin.

27 Družicový monitoring Družicový průzkum z volně dostupných dat Landsat (NASA/USGS) od 70. let 20.stol., v současnosti Landsat 8 (2014) Doba oběhu 16 dnů (8 dnů v překryvech) Rozlišení 30m (OLI), záběr 180 km zdroj: Earth Explorer, Google Earth Engine Sentinel 2 (ESA), od 2015 Doba oběhu 10 dnů (5 (3-4dny) dnů od 2017 S2B) Rozlišení (10m/20m), záběr 290 km Red-edge pásma zdroj: ESA scihub, Amazon Web Service, Google Earth Engine Start Sentinel 2B :30 CET

28 NDVI Družicový monitoring Souhrn snímků Landsat 8 Hnojení regenerační produkční kvalitativní sklizeň Omezené využití pro plánování VRA 10/3 26/3 18/4 27/4 20/5

29 harvest Družicový monitoring Dostupnost Sentinel 2 scén pro vybranou lokalitu (Pelhřimov) v 2017 gap

30 Družicový monitoring Vývoj stavu porostů - Sentinel-2 NDVI, Rostěnice (Vyškov)

31 Družicový monitoring

32 Bezpilotní průzkum

33 Bezpilotní průzkum UAV ortofoto Sentinel

34 Bezpilotní průzkum

35 Bezpilotní průzkum Bezpilotní monitoring - celoplošné mapování - operativní nasazení - vysoké rozlišení Poškození řepky hlodavci (Rostěnice, 81 ha) září 2016

36 Bezpilotní průzkum Bezpilotní monitoring poškození porostu 81 ha (září 2016) identifikace poškozených míst analýzou obrazu (poškozeno cca 25% výměry pozemku)

37 Bezpilotní průzkum 15 cm / pix N Reg.

38 Bezpilotní průzkum Vysoká detailnost snímků umožňuje identifikovat provedené pěstitelské operace v tomto případě jednotlivé záběry secího stroje při objezdu překážky

39 Multispektrální snímek 49ha pozemku se vzcházejícím mákem setým (květen 2010)

40 vzešlý porost slabě zaplevelený silně zaplevelení Klasifikace na základě NDVI hodnot

41 Studie - hodnocení stavu porostů CASI (1m/pix) Landsat 8 (30m/pix) lokalita Otnice (Slavkov u Brna) pšenice ozimá (68 ha) ebee (15cm/pix) Sentinel 2A (10 m/pix) Lukas, V., Neudert, L., Novák, J., Širůček, P., Kramář, M., Rodriguez Moreno, F., Zemek, F., Využití dálkového průzkumu pro hodnocení stavu porostů zemědělských plodin. Úroda 64,

42 Produkční zóny Vymezení produkčních zón v rámci pozemků Stanovení produkčních zón na pozemcích na základě detekované heterogenity porostu z družicových dat za několik let Procentuální rozložení v rámci jednotlivých pozemků Využití - Definování management zón = oblasti se stejnou intenzitou pěstebního zásahu (dle plánovaného výnosu plodin) - Podklady pro senzorové systémy přihnojování porostů

43 Produkční zóny Landsat 5/8 scenes (over 8 years)

44 Produkční zóny

45 Produkční zóny Zdroj: 8-letá řada snímků Landsat (5,8) A. produkční zóny (%) B. ročníková 45 variabilita

46 CV Produkční zóny variační koeficient v rámci jednotlivých pozemků sledované pozemky

47 Polehnutý porost ozimého ječmene (2015)

48 Produkční zóny Stav porostu (UAV) (ječ.oz.) Produkční zóny (analýza časové řady snímků )

49 Produkční zóny Stav porostu (UAV) (ječ.oz.) Produkční zóny (analýza časové řady snímků ) Rozdíl dlouhodobého trendu a aktuálního stavu

50 Závěr Precizní zemědělství představuje směr racionálního hospodaření na půdě, který má z hlediska budoucího vývoje zemědělství vysoký potenciál uplatnění v ČR Pro uplatnění metod PZ je klíčová identifikace heterogenity pozemků Pro účely řízení pěstebních zásahů v průběhu vegetace plodin jsou významné metody dálkového průzkumu Výsledek mapování musí mít podobu vhodnou pro tvorbu doporučení v zemědělské praxi = aplikační mapy Cílem PZ je zefektivnění využívání agrochemických látek a rozložení dávek dle potřeb rostlin a únosnosti prostředí, čímž naplňuje cíle udržitelného hospodaření na zemědělské půdě.

51 Publikace o PZ na MENDELU Mapování variability půdy a porostů v precizním zemědělství (2011) Tvorba aplikačních map pro základní hnojení plodin v precizním zemědělství (2011) Stanovení a optimalizace diferencovaných dávek dusíkatých hnojiv v precizním zemědělství (2012) Stanovení optimálních dávek herbicidů s využitím přístrojů založených na měření fluorescenci chlorofylu (2012) Precizní zemědělství Technologie a metody v rostlinné produkci (2015)

52 Děkuji za pozornost Vojtěch Lukas Ústav agrosystémů a bioklimatologie Agronomická fakulta Mendelova univerzita v Brně vojtech.lukas@mendelu.cz Příspěvek vznikl za podpory výzkumného projektu NAZV QJ