Zemědělské pozemky velmi výrazně ovlivnilo období kolektivizace, kdy se odstraňovaly krajinné prvky, prováděly terénní urovnávky apod., vše pod taktovkou vyšší efektivnosti. Zároveň ale došlo k narušení ekologické stability území, krajina se stala zranitelnou a s tímto problémem se potýkáme dodnes. Česká republika tak má jedny z největších půdních bloků v Evropě, u nichž se zvýšila náchylnost k vodní erozi, v půdách došlo k úbytku organické hmoty, jejíž obsah a kvalita ovlivňují přímo či nepřímo další degradační činitele a na některých lokalitách, jako např. na jižní Moravě, bylo významně ovlivněno mikroklima.

V posledních letech je snaha tento stav napravit, realizují se Komplexní pozemkové úpravy, budují se technická protierozní opatření. Nicméně především rychlost a rozsah navracení krajinných prvků jsou naprosto nedostačující. Co lze ale nepoměrně rychleji realizovat na takto velkých půdních blocích, to je mozaika menších parcel zemědělských plodin, tedy rozdělení obrovských monokultur do menších částí s vyšší ekologickou stabilitou. Tvar zemědělských parcel ovlivňuje mimo jiné trasu pojezdů, které mohou při nesprávné aplikaci v terénu (orba kolmo na vrstevnice) zrychlit erozní procesy a následně snížit úrodnost půdy. Optimalizací trasování pohybu zemědělské techniky, či přeskupením zemědělských parcel v rámci půdních bloků je možné navést zemědělskou techniku k vrstevnicovému obdělávání (VOB) a erozní degradační činitele půdy tak redukovat. Pro tento účel lze s úspěchem využít moderní technologie jako je precizní zemědělství, CTF.

Tento článek se zabývá právě možnostmi optimalizace managementu takto nadměrných půdních bloků a to se zohledněním především požadavků protierozní ochrany a nároků zemědělské techniky. Provedená a popisovaná analýza byla zaměřena na prostorovou identifikaci půdních bloků, na kterých lze zavádět vrstevnicové obdělávání (VOB) a zároveň jednoduše optimalizovat pojezdy zemědělské techniky. Současně v rámci dílčích analýz byly lokalizovány a identifikovány charakteristiky, jejichž vlastnosti mohou komplikovat jednoduché zavádění VOB a automatizaci plánování tvaru pozemků a přejezdů po nich.

Analýza půdních bloků

Erozní ohroženost je z velké části dána sklonem a délkou svahu, proto je reliéf (vertikální průmět) primárním faktorem vstupujícím do analýzy zhodnocující vhodnost pozemku. Dalším popisným faktorem je tvar pozemku (horizontální průmět – půdorys) určující možnosti pohybu zemědělské techniky, následně je nutné zohlednit i přístupnost pozemku (vnější pohled).

Pro účel multikriteriální analýzy proběhly dílčí výpočty jednotlivých kritérií.

Vybraná kritéria popisující vlastnosti půdních bloků:

Reliéf

• sklonitost,
• podíl výrazně sklonité plochy,
• maximální převýšení,
• svahová variabilita.

Tvar

• tvarová složitost pozemku,
• vnitřní tvarová složitost pozemku.

Půdní vlastnosti

• náchylnost k utužení.

Přístup

• dostupnost půdních bloků.

Základní charakteristiky reliéfu

Primárním kritériem hodnocení morfologie pozemku je sklonitost neboli svažitost. Hodnota sklonitosti zohledňuje ohroženost pozemku z hlediska eroze půdy má vliv i na výkon motoru, pracovní rychlost a dostupnost zemědělské soupravy pro vrstevnicové obdělávání.

Právě sklon pozemku vyšší než 6° je při vrstevnicovém obdělávání hůře obhospodařovatelný, z důvodu možného vychýlení pracovní soupravy z požadovaného směru pojezdu. Při vyšším sklonu hrozí i převrácení celé zemědělské soupravy. Kritérium podílu vysokého sklonu bylo vyjádřeno podílem sklonité plochy vyšším než 6° a následně i vyšším než 11°. Pokud má pozemek výrazný podíl vysokého sklonu oproti celkové ploše pozemku, lze uvažovat o vyčlenění bloku pro alternativní způsoby obdělávání.

Dále je pozemek zhodnocen na základě maximálního převýšení nadmořské výšky, tj. rozdíl nejvyššího a nejnižšího bodu pozemku. Tento rozdíl nám dává informaci o převýšení, které je nutné překonat při přejezdech zemědělskou technikou.

Pro identifikaci hydrologicky složitých půdních bloků bylo stanoveno kritérium svahové variability (čili expozice svahu, obr. 1). Pozemek je v této analýze chápán jako soustava plošek s definovanou orientací vůči osmi světovým stranám (rovinné plochy se do výpočtu nezahrnují). Jednotlivé oblasti s odlišnou orientací svahu jsou odděleny pomyslnými hranami. Tyto hrany vymezují odtokové celky. Pokud se na pozemku nacházejí plochy s protilehlou orientací, lze na pozemku určit ostrou hranu mezi povodími a předpokládat přítomnost více než jednoho lokálního povodí, což dává informaci o složitosti pozemku.

Obr. 1: Příklad půdního bloku s výraznou svahovou variabilitou; uprostřed snímku je patrná ostrá hrana vymezující odtokové celky (orientace svahu je odlišena jednotlivými barvami viz růžice)

Obr. 2: Vývoj hodnoty tvarové složitosti po oddělení složitých fragmentů, hodnota vyjadřuje výhodnost tvaru k hospodaření (nižší je vhodnější); kritérium je vyjádřeno v 5 kategoriích

Obr. 3: Ukázka nutnosti změny pojezdu v důsledku enkláv v půdním bloku

Charakteristiky tvaru pozemku

Utužení půdy lze, mimo jiné, ovlivnit snížením počtu přejezdů po pozemku, a tím i snížit náklady spojené s pracovními operacemi. Výrazný vliv na přejezdy má tvar pozemku. Nepravidelný tvar je dále spojován s nárůstem vlivu okrajového efektu, který zvyšuje rizika zaplevelení, rozvoje chorob a škůdců a následně vede k použití většího množství pesticidů. Okrajové části pozemku rovněž vykazují nižší hodnoty výnosu ve srovnání s vnitřními částmi půdních bloků. Jako kritérium bylo proto vhodné začlenit tvarovou složitost pozemku. Kritérium na základě LSI indexu vyjádří hodnotu složitosti pozemku. Nejlépe je vnímán pozemek blížící se tvaru čtverce. Naopak negativně jsou vnímány pozemky s vysokým poměrem obvodu ku obsahu (obr. 2).

V praxi se setkáváme s půdními bloky s vysokou hodnotou tvarové složitosti a přitom nadprůměrnou výměrou. Takové bloky lze rozčlenit na menší pozemky či parcely s rozdílným systémem obhospodařování, s výhodnějším tvarem, čímž se obhospodařování stane efektivnějším.

Obrázek 2 zobrazuje vývoj hodnoty tvarové složitosti při rozdělení půdního bloku na tvarově vhodněji obhospodařovatelné půdní parcely. Vyčleněné fragmenty půdního bloku s vysokým indexem tvarové složitosti lze využít ke změně managementu hospodaření, například k tzv. greeningu.

Mimo vnější tvar pozemku je při zohlednění pojezdů zemědělské techniky nutné zohlednit i kritérium velikosti neobdělávatelné (neprodukční) plochy uvnitř pozemku. Mezi tyto enklávy nejčastěji patří plochy mezí, zarostlých snosů kamení, remízků, ale i sloupy elektrického vedení apod. S těmito enklávami se pojí problematika nutnosti změny trasy pracovních jízd (obr. 3).

Tvar pozemku výrazně definuje trasu a zároveň počet pojezdů zemědělské techniky, právě zvýšený počet přejezdů v nevhodných vlhkostních podmínkách, jako je vlhká až přemokřená půda, způsobuje zhutnění půdy. Důsledkem zhutněním půdy je snížení pórovitosti, zhoršení schopnosti infiltrace půdy a snížení retenční kapacity půdy. Proto bylo do analýzy zahrnuto kritérium vyjadřující náchylnost půd ke zhutnění. Výsledkem je identifikace půdních bloků, jenž jsou tímto degradačním činitelem ohroženy.

Přístupnost pozemků

Pro zohlednění přístupnosti zemědělskou technikou bylo do analýzy zařazeno kritérium nejbližší komunikace. Kritérium vyjadřuje, zda půdní blok sousedí s komunikací, čímž lze předpokládat i více možností vjezdu na pozemek a snížení transportu techniky přes samotné půdní bloky. Mezi komunikace byly zahrnuty silnice a cesty přístupné pro zemědělskou techniku. Jedná se o silnice II. a III. třídy, místní komunikace a polní a účelové cesty.

Třída	Charakteristika třídy	Příklad
I	Bloky vhodné pro vrstevnicové obdělávání (VOB) s jednoduše implementovatelnou optimalizací pojezdů zemědělské techniky (tzn. možno využít dostupné softwarové nástroje pro návrh trajektorií apod.).
II	Bloky vhodné pro VOB s implementovatelnou optimalizací pojezdů zemědělské techniky.
III	Bloky vhodné pro dělení dle požadavků VOB a optimalizace pojezdů zemědělské techniky.
IV	Bloky nutné pro rozdělení dle požadavků optimalizace pojezdů zemědělské techniky s možným vyčleněním pozemků vhodných pro VOB.

Obr. 4: Mapa prostorového rozložení tříd MKA

Klasifikace vhodnosti pro optimalizaci pomocí multikriteriální analýzy (MKA)

Výsledkem zhodnocení definovanými a výše uvedenými kritérii je klasifikace všech půdních bloků v ČR do čtyř kvalitativních tříd, dle náročnosti implementace optimalizace tvarů a velikostí půdních bloků s ohledem na požadavky pohybu strojů a na zavedení protierozní ochrany, a to zejména při využívání vrstevnicového obdělávání. Třídy vyjadřují potenciál půdních bloků k optimalizaci managementu, tedy k dělení a zavedení vrstevnicového obdělávání. Současně třídy indikují náročnost zavádění těchto nových opatření.

Výsledné třídy MKA byly rozděleny dle velikostí půdních bloků (prezentuje graf 1). V grafu je patrný pokles zastoupení třídy I u velikostí půdních bloků větších než 10 ha. Dle provedené MKA s uvedenými kritérii lze uvést, že výměry půdních bloků 10–60 ha mají zastoupeny 40–50 % tříd MKA (I, II), u kterých je možné snadno implementovat optimalizaci pojezdů zemědělské techniky a VOB. V dalších kategoriích je však možné v rámci půdních bloků vymezit zemědělské parcely a optimalizovat jejich tvar pro efektivní obdělávání.

Třídy MKA I a II – zastoupení tříd je dominantní v rovinatějších oblastech ČR vyznačující se zároveň nižší nadmořskou výškou. Jedná se většinou o oblasti většinou s vyšším produkčním potenciálem půdy a s možností pěstování erozně nebezpečných plodin. Tuto skutečnost lze považovat za pozitivní z hlediska možností optimalizace systémů pohybu zemědělských souprav po půdních blocích při pěstování širokořádkových plodin: kukuřice na zrno a na siláž, cukrovka, případně rané brambory. Jednoznačně poskytují tyto oblasti vhodné podmínky pro rychlý rozvoj systémů precizního zemědělství bez výrazných limitních omezení prostorovými parametry půdního bloku. Je potřeba si uvědomit, že právě optimalizace systémů pohybu zemědělských souprav, včetně systémů evidence trajektorií, není základem jen pro omezení degradačních procesů půdy, ale především pro uplatnění technologií šetrného hospodaření s půdní vodou a eliminace rizik vodního stresu.

Třídy MKA III a IV – v souladu s předpoklady je prostorové zastoupení problematičtěji obhospodařovatelných půdních bloků typické pro vyšší polohy ČR. Tato skutečnost poukazuje na potřebu detailního pohledu na místní podmínky (reliéfové, tvarové, možnosti přístupu techniky), řadící půdní bloky do vyšších tříd MKA. Na jejich základě lze pak volit individuální přístup k návrhu optimalizace tvarů a pojezdů po pozemku. Tato analýza je nutná pro návrh reálných postupů optimalizace prostorového uspořádání zemědělských pozemků jako základu preventivních a kurativních opatření ochrany půdy.

Kombinace environmentálního přístupu (vodní eroze, utužení půd apod.) s přístupem k optimalizaci pohybu zemědělské techniky v rozsahu půdních bloků na celém území ČR přináší silnou datovou základnu identifikovaných půdních bloků a jejich rozčlenění do tříd (MKA) vyjadřující náročnost pro optimalizaci managementu. Zároveň jsou pro půdní bloky indikovány problémové parametry pozemků.

Jednotlivé výsledky spolu s postupem výpočtu jsou blíže popsány v „Metodickém postupu optimalizace velikosti zemědělských pozemků“ volně dostupné ve formátu PDF na titulní stránce aplikace Protierozní kalkulačky (https:/kalkulačka.vumop.cz). Výstupy z veškerých výpočtů jsou taktéž dostupné v aplikaci Protierozní kalkulačka, kde jsou prezentovány v rámci interaktivní mapy, umožňující kombinovat výsledky s dalšími vrstvami, jako jsou mapy erozní ohroženosti, mapy katastru nemovitostí, vrstva odtokových linií atd. Zároveň lze využít dalších funkcionalit Protierozní kalkulačky, jako je možnost vytvářet vlastní scénáře zhodnocení míry ohroženosti pozemku, při změně tvaru, či osevního postupu pozemku.

Graf 1: Zastoupení tříd MKA dle rozlohy půdních bloků

Článek vznikl na základě výsledků Funkčního úkolu Ministerstva zemědělství „Integrace optimalizace velikosti a rozměrových parametrů půdních bloků ve vztahu k efektivní zemědělské výrobě a ochraně zemědělského půdního fondu do samostatného modulu Protierozní kalkulačky“ s dobou řešení v letech 2016–2017 (MZe smlouva č.: 632-2016-10052).

Článek vznikl za podpory Ministerstva zemědělství, institucionální podpora MZE-RO0218.

Ing. Jan Lang, Ing. Jiří Kapička, Ing. David Petrus, Ing. Ivan Novotný; Výzkumný ústav meliorací a ochrany půdy, v. v. i.
Doc. Ing. Václav Brant, Ph.D., Doc. Ing. Milan Kroulík, Ph.D.; Česká zemědělská univerzita v Praze