Proč přecházíme od satelitních snímků k půdním senzorům

Řadu let se intenzivně věnuji hodnocení a reakci na prostorovou nevyrovnanost půdních podmínek, které se nejvíce projevují na výnose plodin. Tato nevyrovnanost je v rámci pozemku nejlépe dokumentována prostřednictvím výnosových map. Jednoletý záznam výnosu ale může být zatížen vlivem ročníku, a proto je stanoven, při dlouhodobém sběru dat, takzvaný dlouhodobý produkční potenciál pozemku, který eliminuje vliv ročníku. Bohužel většina farem nedisponuje z mnoha důvodů historickými výnosovými mapami, a proto je v naprosté většině případů využíváno pro stanovení produkčního potenciálu pozemku satelitních snímků.

Satelitní snímky jsem dlouhodobě považoval za nejspolehlivější informaci o prostorové nevyrovnanosti pozemků. Bohužel v posledních letech, v souvislosti s protierozními strategiemi, změnou hranic pozemků (dělení na 10 a 30 ha) a nástupem regenerativního zemědělství, jsme začali narážet na nové limity dálkového průzkumu. Obr. 1 Složitá tvorba produkčního potenciálu při častých změnách hranic pozemků.

Produkční potenciál vychází z analýzy víceleté řady satelitních dat a je vypočten jako procentuální vyjádření dosažené produktivity vůči průměrné hodnotě celého pozemku. Tedy je nutné kalkulovat také s výnosovou úrovní celého pozemku (t/ha). V naší platformě SAS Cropwise Operations má zákazník možnost vybrat jakékoliv satelitním snímky s NDVI indexem pro kalkulaci produkčního potenciálu v neomezeném množství. Někteří zákazníci mají například sestavené rozdílné produkční potenciály pro ozimé a jarní plodiny.

Obr. 2 Satelitní snímek pozemků zemědělské společnosti v červnu 2024.

Přesto v naprosté většině případů produkční potenciály sestavujeme v rámci zákaznické podpory SAS Cropwise Operations. Hlavním důvodem je velmi špatně zachytitelný vliv předplodiny u změněných hranic pozemků (viz. obr. 2 a 3). V neposlední řadě porovnáme vegetační indexy s vývojem vegetace a hledáme odchylky. Mezi časté odchylky patří například podmáčení části pozemku nebo ohniskové zaplevelené plodiny. Mimo to využíváme, zemědělcům méně známý, vegetační EVI index, se kterým máme lepší zkušenosti a výsledky.

Obr. 3 Satelitní snímek pozemků zemědělské společnosti v červnu 2023.

Tvorba digitální krajiny

Změna hranic s sebou nenese pouze problémy s tvorbou produkčních potenciálů, ale také problém s uchováváním datové stopy pracovních operací - mechanizace pracuje na úrovni pozemků a nedokáže rozlišit díly půdních bloků a zemědělské parcely. Zároveň dochází k vytváření „vnitřních" souvratí a zvýšení nevyrovnanosti vlivem agrotechniky. Tyto faktory nás přivedli k on-the-go senzorům.

Co jsou to on-the-go senzory

On-the-go senzory jsou umístěny na mechanizaci nebo vozidle a nepřímo měří půdní vlastnosti v průběhu pohybu po pozemku. Ačkoliv existuje celá řada konceptů senzorů (o nich příště), mezi nejpoužívanější patří elektrické a elektromagnetické senzory. Pro tento typ měření se vžil pojem elektrická vodivost půdy. Jedná se o jednoduchý a relativně levný nástroj pro měření půdních vlastností. Měření je založeno na schopnosti látky vést elektrický proud a je vyjádřeno v jednotkách milisiemensů (mS/m).

Vodivost půdy slouží jako indikátor fyzikálních a chemických vlastností půdy, kdy koreluje s půdní texturou (obsah. jílu, písku, hlíny) vlhkostí půdy, utužením půdy, organickou hmotou nebo hloubkou půdního profilu. Narozdíl od produkčního potenciálu neinformuje o produkčním potenciálu pozemku, ale o prostorové variabilitě, kterou je nutné definovat.

Obr. 4 S on-the-go senzory pracuji v rámci mnoha projektů od roku 2020.

Za přibližně 5 let mého seznamování s on-the-go senzory jsem se rozhodl posunout naše služby a doplnit je o rakouský senzor Topsoil Mapper (Geoprospectors), který nám pomůže lépe charakterizovat prostorovou variabilitu pozemků našich zákazníků.

Co je Topsoil Mapper

Topsoil Mapper je aktivní půdní senzor pracující na principu měření elektrické vodivosti půdy (EC - electrical conductivity). Přístroj se obvykle připojuje k přední části traktoru nebo, jako v našem případě, ke čtyřkolce. Senzor během jízdy kontinuálně zaznamenává data z několika hloubkových úrovní. Výsledkem jsou detailní mapy půdní vodivosti, které korelují s půdní strukturou, obsahem jílu, vlhkostí a dalšími fyzikálními vlastnostmi.

Obr. 5 Topsoil Mapper dokáže efektivně pracovat během celého roku v no-till technologiích.

Velkou výhodou senzoru Topsoil Mapper je jeho schopnost pracovat za téměř jakéhokoliv počasí a není ovlivněn vegetací, což jsme si ověřili u měření půdních vlastností na farmách využívající setí meziplodin. Na některých pozemcích s vyšší umrtvenou plodinou je tento senzor s výnosovými mapami jediná šance pro stanovení prostorové nevyrovnanosti pozemku.

Obr. 6. Produkční potenciál sestavený z desetileté časové řady satelitních dat.

Senzor jsme zatím prezentovali u zhruba 15 našich zákazníků a s výsledky jsme velmi spokojeni. Zároveň nám nedávají pouze mapu, ale v kombinaci s výnosovými mapami nebo produkčním potenciálem přinášejí řadu otázek o závislostí mezi výnosem a vodivostí půdy.

Obr. 7 Vizualizace očištěné výnosové mapy ze sezóny 2023/2024.

Kromě mapy vodivosti půdy ve čtyřech hloubkách nás také zajímají vrstvy obsahu vody v půdě a utužení. Bohužel zde musím konstatovat, že nebyla naplněna naše očekávání a u části pozemků kvůli vysokému zatížení ochranných pásů (aplikace kejdy apod.) je vidět rozdílná odezva od zbytku pozemku.

Obr. 8 Mapa vodivosti půdy takřka kopíruje výnosovou mapu pozemku.

Zatímco satelitní snímky zůstávají cenným nástrojem v oblasti dálkového průzkumu a monitorování vegetace. Topsoil Mapper nabízí hlubší a detailnější informace o prostorové nevyrovnanosti pozemku a pevně věřím, že nám pomůže posunout naši práci kupředu.

Interpolace a práce se získanými daty

Položili jste si někdy otázku, kde končí a začíná jaká produkční zóna pozemku? My ano, a proto jsme se po dlouhých diskusích rozhodli, že data zpracujeme s Vaší účastí a zeptáme se Vás, zda odpovídají Vaším představám a znalostem o pozemku. Tyto data v podobě mapových podkladů následně nahrajeme do SAS Cropwise Operations, kde je můžete využít pro další práci - jako je například tvorba předpisových map pro variabilní aplikace nebo stanovení odběrové sítě pro odběr půdních vzorků, o kterém se více dočtete zde.

Rádi bychom se více přiblížili pozemku o pochopili souvislosti mezi výnosem a půdními vlastnostmi, proto v průběhu měsíce doplníme senzor o penetrometr a vzorkovač půdy.

Co na senzor a přístup říkáte? Je pro Vás naše práce a senzor zajímavý, případně máte zájem o vyzkoušení? Napište mi.