Regenerativní zemědělství

Drony, senzory a AI pomáhají zemědělcům šetřit půdu i náklady. Precizní zemědělství v Česku už využívá zhruba 30 % pěstitelů

Půda představuje základ veškerého zemědělství, a tím i potravinové bezpečnosti – její stav se však po celé Evropě horší. 62 % všech půd a 89 % těch zemědělských v EU závažně ubývají funkce. Například v Česku trpí erozí z obdělávání hned 31 % půd. Jako zásadní se v reakci na tento stav ukazuje být trend regenerativního hospodaření: tuzemsko se v podílu šetrně obdělávané orné půdy řadí na desáté místo v EU s necelými 39 %. S degradací půdy však rostou i další hrozby, jako je nevratné zapečeťování zemědělské půdy zástavbou, v Česku takto degradovalo již 3,5 % půd. „Záchrannou brzdou“ při ochraně půdy může být precizní zemědělství, které díky technologiím, jako jsou drony, senzory nebo AI, prostředí nevytěžuje zdaleka tolik. Jeho zavedení nejen omezuje emise skleníkových plynů, ale také zemědělcům v průměru zvyšuje čistý zisk.

Podle dat EU Soil Observatory 62 % všech půd a 89 % zemědělských půd v EU přestává být postupně schopných plnit v rámci životního prostředí své role. Mezi procesy, které vedou k degradaci půdy, patří také různé typy eroze. Co se týče Česka a toho, jak se s různými typy eroze potýká, podle EUSO Soil Degradation Dashboard si oproti jiným státům nevede příliš dobře, když dojde na erozi způsobenou obděláváním: takový osud v tuzemsku postihuje hned 31 % půd. „V tomto ohledu se tak nachází ve skupině států EU, které jsou tímto typem eroze postihnuté vůbec nejvíce –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ přibližně 30 % mají podobně jako my Itálie, Španělsko, Bulharsko, Portugalsko či Lucembursko, kde je tomu tak dokonce u 43 % půdy. U premiantského Nizozemska přitom obdělávání mělo z pohledu eroze na svědomí ‚pouze‘ 9 % půdy,“ porovnává stav mezi unijními státy analytička Evropy v datech Hana Vincourová.

Mezi více postiženou část sedmadvacítky Česko patří také v případě eroze, ke které dochází vlivem sklizně. Ačkoli se tak u nás děje „pouze“ u 4,3 % půdy, většina unijních kolegů si vede lépe, a to v čele s Portugalskem a Řeckem, kde podíl eroze při sklizni dosáhl 0,02 % půdy. Kromě zmíněných typů erozí způsobených napřímo zemědělskými činnostmi, zůstává v Česku nicméně neopomenutelným problémem také vodní a větrná eroze, kdy první zmíněná postihuje téměř 28 % českých půd a druhá téměř 4 % půd.

Pokud se zaměříme vyloženě na zemědělskou půdu, situace kolem působení vody a větru se zdá být ještě horší: „V České republice je v současné době podle našich analýz více než 60 % zemědělské půdy potenciálně ohroženo vodní erozí a více než 30 % větrnou erozí,“ poukazuje David Kincl z Výzkumného ústavu monitoringu a ochrany půdy (VÚMOP). Česko je přitom, co se týče odplavování půdy při vodní erozi, podle něj určitým způsobem znevýhodněné: „České území je poměrně členité, obhospodařované půdní bloky s osevy jsou často rozsáhlé a v osevních postupech se ve značné míře vyskytují erozně nebezpečné plodiny, které méně pokrývají půdu,“ popisuje Kincl s tím, že to, jak moc jsou půdy náchylné k vodní erozi, je dáno kombinací několika hlavních faktorů – dešťovými srážkami, charakterem půdy, sklonem terénu, délkou pozemku po spádnici, zda je v období srážek vedoucích k erozi povrch pokrytý pěstovanou plodinou nebo jestli se na daném území hospodaří v rámci určitých protierozních opatření (například pásové střídání plodin, které vodní erozi zabraňují, a těch, které činí půdu náchylnější). I v Česku se nicméně v posledních letech situace v souvislosti s vodní erozí zlepšila. „Hlavním důvodem je zejména dodržování standardu DZES 5, který stanovuje za účelem ochrany půdy postupy hospodaření zaměřené na omezení vodní eroze,“ říká Kincl.

Degradace půdy zastavováním té zemědělské je prakticky nevratná, v Česku díky „soil sealingu“ degradovalo 3,5 % půd

Degradace půdy může mít kromě eroze spoustu dalších forem, přičemž v případě Česka je jednou z nejzávažnějších tzv. soil sealing, neboli zábor půdy zástavbou. Jde o prakticky nevratný proces, při kterém se přirozený půdní povrch trvale překrývá nepropustnými umělými materiály –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ typicky betonem, asfaltem nebo dlažbou. Půda pod takovým povrchem ztrácí schopnost vsakovat vodu, vyměňovat plyny s atmosférou a plnit ekologické funkce, jako jsou růst rostlin, filtrace, biodiverzita nebo ukládání uhlíku. Podle předběžných dat Evropské agentury pro životní prostředí (EEA) bylo v roce 2021 v Česku díky soil sealingu znehodnoceno 3,5 % veškerých půd, což odpovídá desáté nejhorší hodnotě v evropské sedmadvacítce. Nejvyšší podíl zapečetěné půdy nejdeme na Maltě, kde se soil sealing týká téměř 19 % půd; naopak v unijním porovnání tento problém nejméně trápí Švédsko, kde podíl dosahuje jen 0,7 % půd.

„Problém záboru půdy je v České republice extrémní. Je to dáno především polohou země ve středu Evropy, kvůli které se pro investory stáváme atraktivní z hlediska tranzitu a překladišť. Souvisí to ale i s relativně levnou cenou pozemků a omezenou funkčností legislativy oproti západním zemím. K tomu se dále připojuje současná finanční nejistota nebo masivní výstavba bytů,“ popisuje Jan Vopravil z Fakulty životního prostředí ČZU a připomíná, že díky tomu, že se člověk historicky usazoval na kvalitních půdách, čelí největšímu tlaku právě ty nejúrodnější zemědělské půdy.

Soil sealing obecně platí za jednu z hlavních příčin degradace půdy v EU, přičemž představuje riziko pro biodiverzitu, zvyšuje riziko záplav, nedostatku vody a v neposlední řadě také přispívá ke globálnímu oteplování. Na pováženou je pak z tohoto pohledu fakt, že podle EEA se od poloviny padesátých let minulého století celková rozloha měst v EU zvětšila o 78 %, což ke zpevňování půdy a s tím spojeným negativním dopadům výrazně přispívá. Podstatné u soil sealingu je, že jde nevratný typ degradace. „Buldozery půdu, jejíž jeden centimetr v našich podmínkách vznikal stovky až tisíce let, shrnou za pár minut a vylijí povrch betonem. Půda tak přestává existovat. Dnes se bohužel často tvrdí, že zábor půdy přináší pro společnost obrovské ekonomické benefity. Ale to je jen krátkodobý pohled. Se zábory nenávratně přicházíme o místo, kde produkujeme potraviny, kde se vsakuje voda, kde žijeme; bez půdy tu dlouho nebudeme,“ varuje Vopravil.

Česko patří v podílu plochy orné půdy obdělávané šetrně do TOP 10 v EU

Pokud chceme stále zachovávat půdu, která zůstane plodná a bude schopná nás uživit, přistupovat v zemědělství k ekologickým metodám se zdá být nezbytné. Existují přitom postupy, které jsou k půdě přívětivější než jiné, a to třeba i z pohledu již zmiňované eroze způsobené obhospodařováním zemědělské půdy. „U zmírňování eroze vyvolané zpracováním půdy –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ tedy orbou či kypřením –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ nejlepších výsledků dosahují technologie, které vůbec nevyžadují zpracování půdy („no-till“) nebo systémy s omezeným rozsahem zpracování („strip-till“), kde dochází k posunu půdních částic po svahu minimálně,“ popisuje Kincl a dodává, že sklizňové erozi jde do určité míry předcházet prováděním sklizně za optimální vlhkosti půdy. „Z tohoto důvodu si řada zemědělců pořídila meteorologické stanice, které sledují průběh srážek a v některých případech právě také měří aktuální vlhkost půdy.“

Podíl orné půdy, kterou zemědělci obdělávají šetrně, je podle dat Eurostatu z roku 2023 v Česku desátý nejvyšší mezi unijními státy, a to asi 39 % orné půdy. Šetrným obděláváním je v tomto případě myšlen souhrn tzv. konzervačního obdělávání, při kterém na poli zůstává určitá část rostlinných zbytků a půda se zpravidla nepřevrací, a bezorebného obdělávání, v jehož případě se mezi sklizní a následujícím výsevem půda vůbec nezpracovává.

Ekologický charakter zemědělství se nicméně nedá omezit pouze na metody obdělávání nebo na protierozní opatření, v potaz je nutné brát také dopad hospodaření na životní prostředí obecně, včetně vlivu na v okolí volně žijící druhy nebo na chovná domácí zvířata. Eurostat míru pokroku členských států v oblasti ekologického zemědělství sleduje jako podíl z celkově využívané zemědělské plochy, kde buď již došlo, nebo dochází k tomu, že zemědělci uplatňují ekologické metody. V roce 2024 bylo v tuzemsku ekologicky obhospodařováváno asi 16 %, což v unijním kontextu znamená nadprůměrnou 6. pozici. Z regionu střední Evropy nás v tomto ohledu předčí pouze Rakousko, kterému navíc s hodnotou 26 % patří prvenství v rámci celé EU.

Osvojení precizních postupů zemědělcům průměrně zvyšuje čistý zisk o 18,5 %

Kromě zmiňovaných metod s ekologickou a udržitelnou evolucí zemědělství pomáhají přirozeně také nejmodernější technologie. Zemědělství, které je právě o nové, „chytré“, technologické přístupy obohacené, se označuje jako precizní (přesné), protože umožňuje detailně přesné řízení podmínek na polích; jde o daty podložené rozhodování o tom, kde na poli je potřeba jaká optimalizovaná péče. Precizní zemědělství integruje technologie jako globální navigační satelitní systém, geografické informační systémy, technologie variabilního dávkování nebo senzory a sítě internetu věcí (IoT).

Dosavadní výzkum ukazuje, že přechod na precizní zemědělství přináší jak environmentální, tak ekonomické benefity; zvyšuje zemědělcům například průměrně návratnost investic o 22 % a čistý zisk o 18,5 %. Z pohledu životního prostředí má pak výrazné přínosy v tom, že průměrně o 15 % zvyšuje účinnost využití dusíku, snižuje spotřebu pesticidů (průměrné snížení o 12,8 %) i omezuje emise skleníkových plynů, průměrně o 9,4 %.

Precizní zemědělství nicméně logicky nejde brát jako samospásu pro všechny zemědělce. Již zmiňovaný výzkum například říká, že technologie variabilního dávkování a systémy automatického navádění jsou výrazně přínosné zejména pro velké obilnářské provozy, zatímco u malých farem a v rozvojových zemích je v tomto porovnání pozitivní efekt precizního zemědělství slabší a méně stabilní.

Češi se nicméně zdají být z pohledu precizního zemědělství mezi těmi pokročilejšími, a to i ve světovém kontextu, popisuje studie z roku 2024, která mapuje situaci ohledně precizního zemědělství ve střední Evropě. Právě v porovnání s ostatními středoevropskými státy jsou Česko spolu s Německem v roli lídrů ohledně osvojování technologií precizního zemědělství; a naopak Rakousko, Polsko, Slovensko, Slovinsko a Maďarsko stále mají co zlepšovat. Již právě v roce 2024 nicméně mělo některou z technologií precizního zemědělství využívat asi 30 % českých zemědělců v oblasti rostlinné výroby, jak naznačila analýza Ústavu zemědělské ekonomiky a informací.

Technologie precizního zemědělství mohou být do určité míry také záplatou na problémy eroze, kterou pomáhají zmírňovat. „Například řízení pohybu strojů během sklizně umožňuje omezit počet přejezdů, čímž se snižuje podíl utužené půdy a zlepšuje se schopnost půdy vodu vsakovat. Významnou roli hrají také chytré senzory, které jsou schopny identifikovat nevhodné fyzikální parametry půdy a bezprostředně na ně reagovat úpravou činnosti pracovních orgánů v požadované hloubce. Současně mohou monitorovat obsah půdní vláhy, i další důležité půdní charakteristiky,“ doplňuje celý obrázek, co se týče eroze, David Kincl z VÚMOP.

Hnojivo pouze tam, kde je ho třeba. O dronech slyšíme pořád, o těch v zemědělství už ale méně

V Česku mezi novějšími projekty v oblasti precizního zemědělství najdeme platformu Agrip, která kombinuje 5G síť a AI v rámci řešení využívajícího drony a další zdroje dat. Platforma dokáže sbírat data z různých zdrojů, a ta pak vizualizovat a vyhodnocovat. Na základě těchto analýz pak systém dává instrukce zemědělské technice – ať už jde o přesné ošetření rostlin, hnojení nebo závlahu. Klíčovou vlastností platformy je fakt, že vše probíhá online téměř v reálném čase, což by ovšem nemohlo fungovat bez přenosu dat (z dronů) o dostatečné kapacitě i spolehlivosti. Tuto podmínku v případě Agripu zajišťuje 5G SA (Stand Alone) mobilní síť. „Zaměřujeme se na optimalizaci sítě pro konkrétní scénáře použití, aktivně využíváme EDGE servery a celkově zajišťujeme, aby datová komunikace běžela dle potřeb projektu. Právě moderní 5G síť provozovaná v režimu Stand Alone umožňuje definovat parametry nutné pro dané úlohy, a to včetně doby odezvy a vyhrazené přenosové kapacity,“ popisuje Jindřich Hemer ze společnosti T-Mobile, která je součástí projektu Agrip.

Oproti plošnému zemědělství taková platforma jako Agrip posouvá péči o pole na novou úroveň přesnosti a optimalizace. „Zatímco klasické zemědělství často pracuje s průměrnými daty pro celé pozemky, Agrip umožňuje extrémně detailní a lokalizovaný sběr a vyhodnocování dat o stavu pěstovaných plodin. Díky tomu můžeme identifikovat potřeby konkrétních částí pole, a to téměř na úrovni jednotlivých rostlin. To vede k optimalizaci – například k aplikaci hnojiv nebo pesticidů jen tam, kde jsou skutečně potřeba, a v přesném množství,“ porovnává moderní metody s těmi zastaralejšími Jindřich Hemer z T-Mobile. „Oproti klasickému zemědělství to precizní přináší mimo jiné efektivitu a úspory v mnoha bodech. Spotřebu vody snižuje díky cílené závlaze. Hnojiva se aplikují jen tam, kde je nedostatek. Pesticidy jsou aplikovány pouze na napadená místa, opět nikoli plošně. Uspoří se pak navíc také palivo a čas, protože díky precizním metodám dochází také k optimalizaci tras zemědělských strojů,“ vyjmenovává Jindřich Hemer z T-Mobile.

Jan Beneš z firmy JUMP-TECH, která dodává platformě Agrip zázemí ohledně informačních technologií, vypichuje jako největší přínos platformy právě již zmiňovanou kombinaci monitorování drony a následné variabilní aplikace hnojiv a postřiků. „Největší dopady to pak má zejména ohledně optimalizace hnojení, ochrany rostlin včetně lokalizace škůdců a celkového snížení environmentální zátěže,“ říká Beneš. Budoucí rozvoj Agripu směřuje zejména právě k pokročilé analýze pomocí AI (automatická detekce poškození porostu nebo škůdců) a počítá se i s větším zapojením automatizovaného prozkoumávání porostů a přímého napojení na zemědělskou techniku pro plně datově řízené obsahy. Obecně bude projekt mířit k ještě vyšší míře automatizace.

Testování precizních technologií pod projektem Agrip probíhá hlavně na farmě AGRO Hrádok na Slovensku, přičemž se jím zabývají odborníci z České zemědělské univerzity v Praze (ČZU). A s čím praxe na farmě přichází? „U variabilní aplikace v rámci Agripu dochází nejen na snížení spotřeby vstupů, ale také na pozitivní vliv na výnosy,“ popisuje Radomíra Kršová, manažerka transferu technologií na ČZU. To naznačuje, že výsledky v rámci Agripu odpovídají obecnějším výzkumným poznatkům o efektech precizních postupů. Zkušenosti z testování přesto ukazují, že některé oblasti mají zatím svá omezení: „Práce s daty vyžaduje zkušeného agronoma. Uživatelé často potřebují školení, aby data uměli efektivně využít. Výzvou zůstává i vyšší finanční a organizační náročnost, a to zejména pro menší farmy. Výsledky navíc mohou ovlivnit vnější podmínky, jako jsou počasí nebo kvalita dat,” popisuje Kršová a připomíná, že samotný sběr dat obecně nestačí – klíčová je jejich správná interpretace a praktické využití.

Za vývojem technologických prototypů na ČZU stojí specializovaná laboratoř

Česká zemědělská univerzita (ČZU) se věnuje výzkumu a vývoji technologií pro precizní zemědělství dlouhodobě. Součástí vysoké školy je dokonce Centrum precizního zemědělství. Výsledkem univerzitního výzkumu je například dvojice komunikujících dronů pojmenovaných Agronaut: ⁠první stroj snímá pole a vyhodnocená data pak automaticky předává druhému dronu, který už pak provádí přesný postřik. Dalším z projektů, na kterých se ČZU podílí, je vývoj sítě meteorologických stanic ISIDOR, kdy stanice poskytují zemědělcům lokální data o počasí. Vývoj jednotlivých prototypů zařízení, jako je Agronaut, zajišťuje na ČZU laboratoř ProLab, kde vznikají speciální díly, držáky senzorů i samotné drony.

Jako prostor, kde lze vynálezy testovat, ČZU využívá také projekty v rámci konceptu „Chytrá krajina“. Ty rozvíjí Centrum pro vodu, půdu a krajinu při ČZU od roku 2018 mimo jiné rovněž ve spolupráci s operátorem T-Mobile. Území Chytrá krajina Amálie u Lán je například vybaveno sítí senzorů sledujících vlhkost půdy, hladinu podzemní vody i průtoky toků. Na zemědělskou krajinu Amálie pak navazuje projekt Chytrá lesní krajina, kde technologie jako 5G sítě a IoT zkoumají přírodní děje s cílem pomoci k lepšímu zadržování vody v krajině v rámci adaptace na probíhající klimatickou změnu, a tím pádem snížení rizika sucha a povodní. Jednou z čerstvých novinek spolupráce univerzity a operátora je pak měření uhlíkové stopy kampusu ČZU. Na různých místech kampusu najdeme IoT čidla, která monitorují spotřebu energií ve všech budovách. Podle naměřené spotřeby pak probíhá výpočet uhlíkové stopy vybraných budov i celého kampusu. Součástí je navíc také systém IP kamer připojených přes 5G síť, které monitorují průchod lidí. Uhlíkovou stopu tak jde přepočítávat přímo na jednotlivé osoby, což vede k ještě přesnějšímu zmapování hodnot podle reálného využití budov.