Úvod
V tomto modulu se seznámíte s výběrem a používáním digitálních technologií v oblasti vody podporujících přístup CSA s důrazem na jejich praktickou funkci.
Naučíte se zejména:
9.1 Digitální technologie z pohledu Green Deal
9.2 Druhy digitálních technologií podporujících CSA
9.3 Dopad digitálních technologií na koncepci a praxi CSA
9.4 Udržitelné inteligentní zemědělství a přechod na digitální technologie
9.5 Digitální technologie a osvědčené postupy CSA
Základní poznatky a příklady budou poskytnuty jako praktický a na míru šitý přístup k provádění kompetencí potřebných pro racionální výběr a používání digitálně podporovaných strojů, zařízení a sběru dat podle zásad a jednání klimaticky inteligentního zemědělství (CSA).
9.1 Dopad digitálních technologií na koncepci a praxi CSA
Pandemie COVID-19 ještě více ukázala, jak je důležité poskytnout uživatelům vzdělávání a práce efektivní digitální komunikační systémy, které zamezí plýtvání časem a pohotovosti v rámci řetězce dodávek znalostí. DSS, zamýšlené jako on-line dostupné softwarové nástroje pro řízení rozhodnutí a digitálně řízených strojů a nářadí, jsou v této fázi zásadní pro krok vpřed k zemědělství 4.0 v Evropě. Znamená to překlenout digitální propast ve venkovských oblastech investicemi do širokopásmového připojení a dát zemědělcům možnost investovat do digitální budoucnosti. Tento technologický proces musí doprovázet digitální vzdělávání a odborná příprava, a to zapojením zemědělců stejně jako zbytku společnosti, zejména mladých lidí. V příštím plánovacím období 2021-2027 oznámily orgány EU významné finanční částky zaměřené na digitální agendu, většinou zahrnuté do programu Digitální Evropa (DEP), jehož cílem je posílit síť evropských digitálních inovačních center (EDIH).
Nedávné zprávy o analýze vzdělávacích potřeb (EIP-AGRI, New skills for digital farming, únor 2020) ukázaly, že roste poptávka po online kurzech zaměřených na digitální kompetence, jako v případě inteligentního zemědělství může být internet věcí (IoT) propojený s osvědčenými postupy na poli a používání softwaru umožňujícího zemědělcům řídit obdělávání půdy a hnojení, ošetřování plodin proti chorobám a škůdcům a čas sklizně v závislosti na počasí, půdních a růstových podmínkách pro udržitelnější zemědělství.
Vysoká specializace pěstování polní zeleniny zdůraznila význam nejmodernějších technologických řešení odpovídajících potřebám zemědělců pro udržitelnější, účinnější a přesnější fytosanitární ošetření. Na trhu jsou k dispozici digitální technologie zlepšující udržitelnost a účinnost výkonů s nabídkou stále automatizovanějších a uživatelsky přívětivějších strojů a zařízení propojených prostřednictvím síťových systémů pomocí aplikací na PC, tabletu nebo chytrém telefonu.
Digitální technologie založené na precizním zemědělství (PA) mají pro CSA strategický význam, a to vzhledem k vysoké míře specializace obdělávaných ploch a množství práce, která je v současné době nutná, s následnými potenciálními zdravotními riziky plynoucími z lidské přítomnosti, např. při používání pesticidů. Kombinovaný cíl snížení pesticidů a zvýšení bezpečnosti práce, potravin a životního prostředí je možný, pokud je založen na kritériích PA. To, co zemědělci potřebují, je dostupnost širokopásmového připojení pro využití veškerého potenciálu digitálních technologií, snadno použitelné stroje, zařízení a software pro co největší automatizaci fází zemědělské výroby, přiměřené náklady na proveditelný nákup odůvodněné vynikajícími výkony a dostupné financování investic do digitálních technologií.
Tyto podmínky jsou v souladu s novým programem SZP na období 2021-2027, v němž se uvádí, že 40 % výdajů SZP bude věnováno cílům Zelené dohody a podpoře digitálních technologií jako prostředku ke snížení spotřeby zdrojů energie, uhlíkové stopy, znečištění chemickými látkami a degradace půdy, jakož i s tím, že Zelená dohoda stanoví cíle nové strategie Evropské unie pro spravedlivou a prosperující společnost s moderní, zdrojově účinnou a konkurenceschopnou ekonomikou, která sníží emise skleníkových plynů a stane se první klimaticky neutrální společností do roku 2050.
Druhy digitálních technologií podporujících CSA
Studie prokázaly, že pouze 50 % účinnosti léčby souvisí s chemickými látkami, zatímco zbývající část souvisí s rozhodnutím, kdy, co a jak léčit. Zemědělství se může stát efektivnějším a udržitelnějším díky použití technik ze senzorů, dronů a robotiky při optimalizaci hnojení, zavlažování, ošetřování a dosažení účinného pokrytí půdy/rostlin, což snižuje spotřebu chemikálií a šetří vodu. Traktor je stále považován za nejvhodnější variantu strojů pro ošetření polí, protože může nést postřikovač ošetřující více řádků najednou. Kontrola údajů o počasí, půdě a plodinách může pomoci vnímat aktuální stav rostlin a rozhodnout o ošetření na základě prediktivních modelů založených na datech.
ISOBUS je v současnosti nejpoužívanějším systémem pro programování a řízení zařízení podle kontrolních dat a přizpůsobení nastavení zjištěným podmínkám na základě kontroly předpovědi počasí, údajů o půdě, plodinách, zavlažování a poli.
Senzory pomáhají nejen omezit používání hnojiv nebo pesticidů, ale také udržovat dobrý strukturální stav půdy, který je tak důležitý pro zachování infiltrační kapacity a je základním aspektem dobrého zemědělského a environmentálního stavu (GAEC).
Stejně tak správné agronomické postupy, které podporují rychlé a úplné pokrytí půdy, snižují riziko obnažení půdy a riziko ucpání na silážních půdách.
Plodiny potřebují dobrou úrodnost půdy a správné množství vody v půdě, které lze kontrolovat pomocí senzorů, jež odesílají data do softwaru, který je analyzuje, což je nezbytné pro rozhodování a udržování vyváženého množství vlhkosti, které by mohlo vyvolat šíření krytosemenných rostlin.
Zdravotní stav rostlin je předpokladem dobré sklizně a kontrola údajů z pole a předpovědi počasí pomáhá omezit zbytečné nadměrné zavlažování a používání chemikálií.
Bezpilotní letadla (UAV), nazývaná také drony, mohou poskytnout veškeré informace z terénu a doplnit je o další údaje, které poskytují polní senzory s celkovým přehledem o plevelech a potenciálním vývoji patologických jevů.
Trvalé nebo sezónní plodiny na volném prostranství zahrnují mnoho druhů s velmi rozdílnou potřebou vody a zdravotní péčí. Voda a půda jsou klíčovými faktory, které je třeba chránit před znečištěním, jež by mohlo vzniknout např. nesprávným používáním chemických látek.
Precizní zemědělství (PA) mohou usnadnit všechny druhy digitálních technologií, které kombinují kvalitu a množství produkce v rámci správné zemědělské praxe, nejlepšího životního prostředí a zdravých podmínek pro plodiny. Zemědělské stroje, traktory, vybavení a zavlažovací systémy jsou stále základními zemědělskými nástroji, ale v poslední době digitální technologie mění scénář budoucího klimaticky inteligentního zemědělství, založeného na systému podpory rozhodování jako zpracování sběru dat z pole prostřednictvím senzorů a dronů.
Kombinace půdní analýzy, mapování výnosů a dálkových senzorů může přispět k optimalizaci zavlažování a ošetřování polí pomocí DSS. Zdravá půda bohatá na živiny, dobře zpracovaná a správně zavlažovaná pomocí přesných technologií podporujících úrodnost je předpokladem pro posílení plodin a omezení pesticidů.
Ve skleníku je centrem systémů dodávek senzorů a softwaru systém pro podporu rozhodování (DSS), který umožňuje zvýšit efektivitu analýzy a následně optimalizovat přijímaná rozhodnutí. Jedná se o kompletní monitorovací a řídicí nástroj, který zaručuje flexibilitu implementace díky modulární architektuře přizpůsobitelné podle konkrétních potřeb.
Na základě výběru instalovaných senzorů a akčních členů nabízí DSS různé služby řízení a kontroly mikroklimatu ve skleníku a v reálném čase zjišťuje termo-hygrometrické údaje jejich analýzou a zpracováním a automaticky zasahuje s upozorněním na konkrétní rizikové případy pro rostliny.
DSS jsou modulární, přenášejí data bezdrátově, snadno se používají a jsou vybaveny autodiagnostikou poruch, řídí také úsporu energie a další vzájemně propojené a zdvojené faktory.
Digitální technologie z pohledu Green Deal
Udržitelná intenzifikace (SI) je cestou, která je vytyčena spojením produktivity a udržitelnosti, což je koncept vhodný pro cíle po 50 letech SZP (Evropská komise, 2012).
Tento koncept byl vědci vypracován jako udržitelný růst zemědělské produkce (Buckwell, 2014) a udržitelnost intenzifikace plodin (Bonari, 2014);
V následujících letech je tento proces zdůrazňován jako nový způsob založený na znalostech: (Caron et al., 2014) a „Přístup „udržitelné intenzifikace“ (SI) a „klimaticky inteligentní zemědělství“ (CSA) se vzájemně velmi dobře doplňují“ (Campbell, 2014).
Klimaticky inteligentní zemědělství je označováno za nové paradigma pro přístup k bezpečným, vysoce kvalitním, ekonomicky a environmentálně udržitelným, výživným a rozmanitým potravinám s přidanou hodnotou, s vyhodnocením uhlíkové stopy, vodní stopy a sociální stopy, které přispívá k inteligentnímu zemědělství, jež produkuje „více s méně“.
Všechny tyto koncepce a vývoj zároveň přinášejí cíle Green Deal jako podmínku nové společné zemědělské politiky a digitální technologie jako základní nástroje.
Budoucnost zemědělství je utvářena probíhajícím výzkumem, inovacemi a budováním kapacit v zemědělsko-potravinářském odvětví, které je podporováno různými vícefinančními rámcovými iniciativami zaměřenými na propojení udržitelnosti s inovacemi, jako je například Horizon Europe Cluster 6 a program Digitální Evropa.
Cílem obou programů je:
9.5 Digitální technologie a osvědčené postupy CSA
Digitální přechod v zemědělství zahrnuje všechny sociálně-technologické procesy, které provázejí zavádění a využívání digitálních technologií a vedou ke změnám interakcí v rámci zemědělského a venkovského systému. Dlouhodobé důsledky digitálního přechodu závisí na tom, jak jsou tyto procesy řízeny.
Digitální technologie a konektivita nabízejí obrovský potenciál. Mohou zajistit efektivnější a udržitelnější zemědělskou a potravinářskou produkci a představují klíčové prvky pro zlepšení kvality života a zajištění vyváženého rozvoje ve venkovských oblastech. Digitalizace však sama o sobě nezaručuje pozitivní výsledky, protože může vyvolat nové výzvy a zranitelná místa. Z tohoto důvodu by měla být veřejná podpora řízena tak, aby tento proces směřoval k rozvoji udržitelných zemědělsko-potravinářských systémů a venkovských komunit, které jsou silnější, propojené a odolné.
Digitální přechod bude probíhat v neustále se měnícím kontextu, který se vyznačuje mnoha výzvami plynoucími ze změny klimatu, zhoršování životního prostředí, geopolitické nestability, změn dodavatelských kanálů a vývoje poptávky na trhu. Proto potřebujeme zemědělství a venkovské oblasti, které jim budou schopny čelit a budou připraveny na změny kromě schopnosti přizpůsobit se a zmírnit je.
Studie JRC (Barabanova a Krzysztofowicz, Digital Transition: Long-term Implications for EU Farmers and Rural Communities, 2023) v úzké spolupráci s DGAGRI hledá strategii, která by spojila existující interakci mezi digitálním přechodem, politikami a odolností v zemědělském sektoru a venkovských oblastech a zaměřila se na některé možné změny s ohledem na transformaci.
Širší účel, který mají procesy digitální transformace sledovat, zahrnuje schopnost zemědělství a venkovských oblastí vyrovnat se s otřesy a pokračovat v cestě systémové transformace (odolnost), přechod k udržitelnějším výrobním modelům (ekologický přechod) , schopnost aktivně se zapojit do společnosti prostřednictvím digitálních technologií (digitální občanství) a blahobyt lidí, zlepšení pracovních podmínek, přístupu ke službám a infrastruktuře a posílení sociálních vazeb.
V této souvislosti je zřejmé, že digitální přechod v zemědělství není možné řídit programy vytvořenými u stolu, ale že je spíše nutné hlouběji zapojit zemědělský svět do výběru osvědčených postupů při zavádění digitálních technologií schopných spojit udržitelnost, produktivitu a odolnost odvětví zemědělství a potravinářských podniků a dodavatelského řetězce.
Udržitelné inteligentní zemědělství a digitální přechod
Agrofotovoltaika, známá také jako agrivoltaika nebo agroprv, spočívá ve výrobě obnovitelné energie na zemědělské půdě, aniž by se spotřebovávala půda a aniž by se odnímaly produkční plochy zemědělství a chovu hospodářských zvířat.
Počítá se s využitím solárních panelů, které díky svým technickým a fyzikálním vlastnostem umožňují základní zemědělské práce a pastvu zvířat, přičemž respektují a podporují různé činnosti.
Fotovoltaické moduly jsou totiž instalovány ve výšce od země, která umožňuje pohodlně provádět obvyklé pěstitelské postupy a zároveň snižuje potřebu vody a tepelnou zátěž plodin díky ochraně a zastínění, které panely poskytují.
Pokud jde o druhy solárních panelů, instalují se především ve venkovských oblastech s výškou a geometrií, které umožňují provádět obvyklé zemědělské a chovatelské činnosti pod povrchem a mezi povrchy. Agroprv systém nachází uplatnění také v různých souvislostech:
- povodí;
- okrajové, opuštěné nebo znehodnocené oblasti;
- budovy a venkovské budovy pro nástrojové použití.
Tento inovativní typ fotovoltaického systému nachází své místo také v kontextu energetických komunit, a to s příslušnými výhodami, jako jsou:
- zachování půdy pro zemědělské a chovatelské využití;
- funkce podpory rostlin;
- regulace dešťové vody;
- zastínění solárními panely, které, jak již bylo zmíněno, snižuje potřebu vody a tepelné zatížení plodin;
- ochrana plodin před krupobitím, nepřízní počasí, srážkami a extrémními klimatickými podmínkami.
Na druhou stranu by se měl posoudit vliv agro-frekvenčních panelů na krajinu a neměly by se povolovat v chráněných přírodních oblastech a ve významné kulturní krajině.
Novou hranici pro snížení chemických látek a přispění k tomuto strategickému cíli Green Deal představuje experimentální využití ultrafialového (UV) záření účinného proti některým kryptogamům. Germicidní účinky UV záření na patogeny jsou v literatuře dobře známy (Allen et al. 1998, Caldwell et al. 1999 atd.). Zejména UV-B záření (spektrum vlnových délek mezi 280 nm a 315 nm) je účinné při hubení bakterií a hub, zatímco UV-C záření (spektrum vlnových délek mezi 100 nm a 279 nm) je rovněž účinné při redukci virů, v závislosti na bakteriích a houbách.
První pokusy s využitím UV záření k potlačení některých rostlinných patologií, především na moučnivce révy (Uncinula necator), byly prováděny v USA od roku 1990 na základě slibných pokusů (Michaloski, A.J. 1991), ale dávky potřebné k potlačení révy také nepřijatelně poškozovaly listy (David M. Gadoury a kol., 1992). V roce 2010, kdy výzkum v Norsku prokázal, že aplikací UV záření v noci lze k potlačení patogenů použít mnohem nižší dávky (Suthaparan, A., Stensvand, A. a kol. 2012), se vyřešil problém poškození rostlin při vysokých dávkách UV záření potřebných pro denní aplikaci.
Kombinované použití UV záření a listové ochrany založené na šetrných zemědělských postupech může vytvořit model snižující používání chemických látek, vyčerpávání půdy a emise skleníkových plynů a zvýšit produktivitu, kvalitu a udržitelnost.
Závěry
Digitální technologie jsou úzce spojeny s možností snížit používání chemických přípravků, emise skleníkových plynů a zavlažování a zároveň mohou zvýšit produktivitu plodin a konkurenceschopnost zemědělských podniků.
Současně se rozvíjí výzkum zaměřený na boj proti dopadům změny klimatu, který jde nad rámec zmírňování dopadů a přizpůsobování se plodinám a hledá udržitelnější a odolnější alternativy produkce.
Je proto nutné usilovat o široké a proveditelné využití digitálních technologií pro malé a střední zemědělské podniky, aby se rozšířily a zpřístupnily inteligentní stroje a zařízení a systémy na podporu rozhodování.
Kvíz
Zadání
- Popište, co je určeno pro agrofotovoltaiku.
- Zdůvodněte význam používání digitálních technologií z hlediska:
- snížení množství chemikálií
- úspory energie a vody
- snížení emisí plynů a uhlíkové stopy
- zlepšení produktivity zemědělských podniků
Odkazy
Alessandri, A., Catalano, F., De Felice, M., 2017: Zlepšení předpovědi klimatu nad pevninou ve více měřítcích zvýšením citlivosti modelu na proměnlivost vegetace v EC-Earth. Climate Dynamics 49, 1215-1237 – doi.org/10.1007/s00382-016-3372-4
Artale, V., Calmanti, S., Carillo, A., Dell’Aquila, A., Herrmann, M., Pisacane, G., Ruti, P.M., Sannino, G., Struglia, M.V., Giorgi, F., Bi, X., Pal, J.S., Rauscher, S., 2010: Regionální klimatický model atmosféry a oceánu pro oblast Středozemního moře: Vyhodnocení současné simulace klimatu. Climate Dynamics, 35 (5), s. 721-740. ISSN: 09307575 ec-earth.org
EC-Earth: FAO, 2016: Stav potravin a zemědělství – změna klimatu, zemědělství a potravinová bezpečnost. Organizace OSN pro výživu a zemědělství, Řím.
IPCC, 2019: Rapporto Speciale Cambiamento Climatico e Suolo Zvláštní zpráva o změně klimatu a půdě – ipcc.ch/rccl
MED-GOLD: med-gold.eu/it/home-page-it
Sitz, L.E., Di Sante, F., et Al., 2017: Journal of Advances in Modelling Earth Systems, 9 (4), s. 1863-1886.
Turuncoglu, U.U., Sannino, G., 2016: Sannino, S.: Validation of newly designed regional earth system model (RegESM) for Mediterranean Basin. Climate Dynamics, s. 1-29. DOI: 10.1007/s00382-016-3241-1
