Výzkumný tým 05: Produkční fyziologie a výživa rostlin pro udržitelné zemědělství

Vedením týmu pověřená (od 1. 9. 2023): Ing. Jana Wollnerová, Ph.D.

Pracovní pozice a specializace: vědecký pracovník – řešení problematiky výživy rostlin s ohledem na ochranu vod

Globální klima se mění. Tato změna s sebou přináší nové výzvy a náměty k řešení. Kombinace faktorů, které s sebou tento proces přináší mohou pozitivně nebo negativně ovlivnit produkci plodin. Hlavním cílem výzkumných aktivit týmu je získání a využití nových poznatků v oblasti produkční fyziologie a výživy rostlin pro zajištění kvalitní a stabilní produkce v podmínkách klimatické změny při omezení nepříznivých dopadů zemědělského hospodaření na kvalitu půdy, vody a ovzduší. Výzkumný tým je složen z odborníků, jejichž specializace se doplňují a umožňují komplexní pohled na problematiku v oblasti enviromentálních rizik plynoucích z moderního (intenzivního) způsobu hospodaření. Vedle výzkumné činnosti probíhá současně i monitoring efektivnosti hospodaření v rámci hodnocení opatření nastavených pro snižování negativního vlivu zemědělské činnosti na okolní prostředí. Úkolem týmu je tak propojení nejnovějších vědeckých poznatků se zemědělskou praxí, a to především na základě zpětné vazby. Výsledky výzkumu a monitoringu zemědělského hospodaření slouží jako podklad pro nastavení národních legislativních podmínek (nitrátová směrnice, dotační tituly, aj.), ale i pro vyjednávání podmínek s Evropskou komisí.

Výzkum

Další činnosti

Jiné činnosti (služby)

• Jan Haberle, CSc.: samostatný vědecký pracovník – produkční fyziologie, výživa rostlin, modelování
• Jan Klír, CSc.: akreditovaný poradce sítě MZe – systémy hnojení, nakládání se statkovými hnojivy, ochrana vod
• Lada Kozlovská: akreditovaný poradce sítě MZe – ochrana vod před znečištěním a půdy před erozí
• Marie Lhotská: vědecký pracovník – fyziologie a výživa rostlin, analytika, zajišťování vegetačních pokusů
• Michal Moulík: samostatný vědeckotechnický pracovník – zajišťování vegetačních pokusů, odběry a organizace zpracování vzorků, analýza kořenů (WinRhizo)
• Ivana Raimanová, Ph.D.: vědecký pracovník – fyziologie a výživa rostlin, příjem a utilizace živin, genotypové rozdíly, zajištění provozu laboratoře izotopové hmotnostní spektrometrie
• Pavel Svoboda: vědecký pracovník – výživa a hnojení plodin, kořenový systém, postupy pro omezení ztrát dusíku do prostředí
• Hana Šperlingová: samostatný vědeckotechnický pracovník – odborná správa webových stránek VÚRV, v.v.i., technické práce ve výzkumu a poradenství, příprava a tisk publikací, propagační a poradenská činnost, technická podpora odborných akcí pro zemědělce

Metodické nástroje pro výživu a hnojení plodin

Aktivity v rámci dané problematiky jsou směrovány k ověření metodických postupů a koeficientů vzhledem k novým vědeckým poznatkům pro hodnocení udržitelného zemědělského hospodaření v praxi.  Na základě analýz a aktualizace dosavadních metodických postupů hodnocení využívaných v podmínkách ČR a výsledků vyhodnocených z dlouhodobých i nově založených pokusů byly pro zemědělskou praxi zpracovány prakticky využitelné nástroje, které poskytují informace o možných dopadech konkrétních způsobů hospodaření.

Klír J., Wollnerová J. (2023): Bilance N za hospodářský rok 2022/2023. Software. Praha, VÚRV, v.v.i., Bilance N za hospodářský rok 2022/2023 – VÚRV, v. v. i. (vurv.cz)

Klír J., Wollnerová J. (2022): Model OH pro ekoplatbu 2023. Software. Praha, VÚRV, v.v.i., Model OH pro ekoplatbu 2023 a 2024 – VÚRV, v. v. i. (vurv.cz)

Vliv diferencované závlahy na kořenový systém ovocných dřevin

Rozsáhlý výzkum vertikální a horizontální distribuce kořenů zavlažovaných a nezavlažovaných ovocných dřevin poskytl přímo použitelné podklady pro technologie zavlažování, její optimalizaci a využití vody.

Výsledky ze sledování kořenové hmoty ukázaly, že celková hustota kořenů u sledovaných výsadeb a jejich variant závlahy se může v rámci ročníků lišit, ale hustota kořenů v hlubších vrstvách půdy a tím dosahovaná hloubka kořenů se s postupem času již u starších výsadeb výrazněji nemění. K opačnému efektu (částečné soustředění kořenové hmoty vlivem závlahy směrem do vrchních vrstev půdního profilu, oproti nezavlažované variantě) lze zřejmě očekávat jen při delší časové řadě, intenzivní závlaze a větším výskytu suchých ročníků. Efektivní hloubka kořenů byla u výsadby jabloní zjištěna do 60 cm, u meruněk do 85 cm a u třešní do 100 cm. Při sledování hustoty nových, vitálních kořenů v půdním profilu po ukončení závlahy se ukázalo, že diferencovaná dávka závlahové vody může ovlivňovat hustotu těchto kořenů. Nejvíce se to projevilo zvýšením na plně zavlažované variantě (100 % vypočtené evapotranspirace), u všech výsadeb.

Svoboda, P.; Haberle, J.; Moulik, M.; Raimanová, I.; Kurešová, G.; Mészáros, M. The effect of drip irrigation on the length and distribution of apple tree roots. Horticulturae 2023, 9, 405, https://doi.org/10.3390/horticulturae9030405.

Mészáros, M., Scháňková, K., Náměstek, J., Plavcová L., Fiala, R., Svoboda, P., Haberle J., Litschmann, T.: Stanovení potřeby a strategie zavlažování v ovocných sadech, Certifikovaná metodika. Výzkumný a šlechtitelský ústav ovocnářský Holovousy s. r. o., 2023; 72 s. ISBN 978-80-87030-88-2.

Vliv dostupnosti vody na obsah uhlíku v nadzemních a kořenových posklizňových zbytcích pšenice

Na základě přesných údajů o obsahu C v biomase zrna, slámy a posklizňových zbytcích dvou odrůd pšenice ozimé a pšenice jednozrnky pěstovaných v podmínkách vodního stresu (sucho indukované pomocí mobilního krytu) a dostatečné dodávky vody (závlaha) v tříletém polním pokusu bylo stanoveno množství uhlíku exportované ze systému ve formě zrna a ponechané ve formě posklizňových zbytků, včetně plev, strniště a kořenové hmoty. Hlavní dopad má management slámy, ale významné množství C, v bilancích organické hmoty nezohledňované, představují i plevy (až 25% obsahu C v zrnu). Pšenice jednozrnka vykazovala výrazně vyšší podíl C v posklizňových zbytcích než pšenice ozimá v důsledku nízkého sklizňového indexu,

Raimanova, I.; Svoboda, P.; Moulik, M.; Wollnerova, J.; Haberle, J. The Effect of Water Availability on the Carbon Content of Grain and Above- and Belowground Residues in Common and Einkorn Wheat. Plants 2024, 13, 181. https://doi.org/10.3390/plants13020181

Možnosti využití systému profilové aplikace hnojiva a monitoring růstu a výživného stavu rostlin pomocí UAV

Byl potvrzen vysoce průkazný vztah mezi obsahem chlorofylu a obsahem N v praporcových listech, který dává předpoklad spolehlivého monitoringu prostorové variability obsahu N celého pozemku pomocí snímkování z dronu. Profilová aplikace hnojiv do 3 hloubek přinesla výraznější zvýšení výnosu zrna u ozimé pšenice, oproti povrchové aplikaci stejné dávky hnojiv. U ječmene při použití menší dávky hnojiv a hloubky zapravení nebyl účinek profilové aplikace tak výrazný. Pozitivní účinek na půdu se hlavně v případě použití organo-minerálního hnojiva do půdního profilu očekává v delším časovém horizontu.

Údaje o vztahu obsahu chlorofylu a N s vegetačními indexy z UAV přispívají k jejich využití v oblasti mapování prostorové variability porostů a diagnostiky výživy plodin v precizním zemědělství.

Svoboda P, Lukáš, J.: Svoboda P., Haberle J., Raimanová I., Lukáš J., Rous J., Moulík M., Jacko K., Holubík O.: Možnosti využití systému profilové aplikace hnojiv pro zlepšení růstu rostlin. Úroda 12, roč. LXXI, 2023, vědecká příloha, s. 347–354.

Možnosti pozemního a vzdáleného snímání pomocí UAV ve vztahu k monitorování růstu rostlin na precizně založených půdních blocích, Hovorčovice, 27.9.2023:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr. Snímek pozemku a hodnoty výnosu pšenice (t/ha) v různých bodech

Vliv termínu setí a teplotních podmínek v ČR na rychlost vývoje meziplodin

 Rychlost vývoje druhů meziplodin vysévaných po sklizni hlavní plodiny závisí na termínu výsevu a povětrnostních podmínkách, zvláště na teplotě a dostatku vláhy v průběhu růstu. Byla analyzována suma efektivních teplot na území ČR z hlediska přechodu do fáze kvetení u hořčice a pohanky, na základě termínu setí, požadavků na délku doby růstu a zachování porostu. Průměrné výsledky za posledních 60 let byly znázorněny formou map ČR. Průměrná suma teplot při výsevu 6. září a délce trvání porostu nejméně osm týdnů umožňuje dosáhnout kvetení u pohanky na většině území ČR, u hořčice pouze v teplejších oblastech (klimatický region VT až T3). Setí až 20. září umožňuje u pohanky kvetení jen v nejteplejších oblastech (VT a T1). Mapy sumy teplot v nadprůměrně teplém podzimu 2018 naznačují posun oblastí, kde budou v blízké budoucnosti vhodné podmínky pro dosažení kvetení, do vyšších poloh.

Haberle J., Chuchma F., Brant V., Káš M. (2024): Sumy efektivních teplot a vývoj meziplodin v podzimním období. Úroda (v tisku).

Obr. Sumy efektivních teplot za období od 6. 9. a 20. 9. do nejčasnějšího možného termínu zrušení porostu (8 týdnu růstu) – průměrné údaje (1960-2020) vlevo a v roce 2018 (vpravo).

Uložení hnojiv, upravených kalů a krmiv na zemědělské půdě

Tuhá statková hnojiva vznikající při chovu hospodářských zvířat, kompost a nově i separát digestátu lze za určitých legislativních podmínek uložit na zemědělské půdě. Stanoveny jsou rovněž způsoby ukládání upravených kalů a objemných krmiv, jako jsou siláž a senáž určené pro výživu hospodářských zvířat. Nově jsou stanovena i pravidla pro provozování příkrmišť na zemědělské půdě. Z minerálních hnojiv je možné na zemědělské půdě uložit pouze vápenatá hnojiva (cukrovarská šáma, hnojiva na bázi mletých vápenců). Metodika reaguje na úpravy legislativy v letech 2020 a 2021, vychází mimo jiné ze zemědělské praxe a přináší komplexní návod pro ukládání těchto materiálů a provoz příkrmišť na zemědělské půdě. Přehledně popisuje všechna opatření, která mají za cíl zachování kvality uloženého materiálu a omezení rizika znečištění okolního prostředí, zejména povrchových a podzemních vod. Doporučuje i možnosti rekultivace ploch po rozvozu hnojiv, upravených kalů, odvozu krmiva a ukončení provozu příkrmiště. Pozornost je věnována zvláště opatřením, která řeší možnosti složišť ve zranitelných oblastech stanovených v rámci nitrátové směrnice. V neposlední řadě jsou v metodice zařazeny i návody pro výběr vhodného místa k uložení hnojiv, upravených kalů a objemných krmiv, případně místa pro příkrmiště, a to s využitím údajů z Registru půdy LPIS na Portálu farmáře.

Svoboda P., Wollnerová J., Kozlovská L., Klír J. (2022). Uložení hnojiv, upravených kalů a krmiv na zemědělské půdě. Metodika pro praxi (druhé, aktualizované vydání), Praha, Výzkumný ústav rostlinné výroby, v.v.i., 70 s.

Hospodaření ve zranitelných oblastech – 5. akční program nitrátové směrnice

V metodice pro zemědělskou praxi a poradenský systém MZe, aktualizované v roce 2022 s ohledem na dokončení novelizace legislativy hnojiv jsou přehledně popsány jednotlivé požadavky 5. akčního programu podle nitrátové směrnice pro období 2020–2024, schváleného vládou České republiky za účelem omezení ztrát dusíku vyplavením dusičnanů do povrchových a podzemních vod ve zranitelných oblastech. Cílem akčního programu je rovněž snížení rizika eutrofizace povrchových vod i omezení přenosu dusičnanů do okolních států vodami odtékajícími z území České republiky. Znečištění vod dusíkatými látkami pocházejícími ze zemědělství může ohrožovat lidské zdraví, poškozovat zdroje obživy, narušovat vodní ekosystémy i ohrožovat oprávněné používání vod.

Wollnerová J., Kozlovská L., Klír J. (2022). Hospodaření ve zranitelných oblastech – 5. akční program nitrátové směrnice. Metodika pro praxi (druhé, aktualizované vydání), Praha, VÚRV, v.v.i., 68 s.

Detekce vodního stresu polních plodin termokamerovým systémem

Porovnání RGB snímku (viditelné spektrum) s termogramem poloprovozního pokusu ozimé pšenice s bez závlahy (levá část pole označená symbolem mraku s deštěm) a části plochy zavlažované kapkovou závlahou na úroveň okolo 70 % dostupné zásoby vody ve vrstvě 0-90 cm (pravá část pole označená symbolem konve). Termosnímek zřetelně ukazuje vyšší teplotu (stupnice vpravo) stresovaného porostu, ačkoliv RGB snímek žádné rozdíly neindikuje.

Lukáš, J., Haberle, J., Chrpová, J., Kroulik, M., Brandt, V., Sova J., Kovář, J., Švestka, A., 2019. Metodika detekce vodního stresu polních plodin termokamerovým systémem. Certifikovaná metodika. VÚRV, v.v.i. Praha 2019. ISBN: 978-80-7427-304-9

Haberle, J., Lukáš, J., Sova, J., Svoboda, P., Raimanová, I. 2020. Vliv nedostatku vody na teplotu porostu ozimé pšenice Úroda č. 1/2020

Aktuálně řešené projekty:

• MZe NAZV QL24020149: Monitoring a hodnocení udržitelného hospodaření s organickou hmotou a živinami (hlavní řešitel)
• MZe NAZV QK21010130: SMART FARMING – Variabilní profilová aplikace hnojiv do zóny růstu kořenů konvenčních plodin (řešitel)
• MZe NAZV QK21020121: Stanovení a bilance měrných emisí skleníkových plynů z pěstování a posklizňové úpravy zemědělských plodin (spoluřešitel)
• MZe NAZV QK21010308: Efektivní systémy pěstování meziplodin využívající principy biotických intenzifikací (spoluřešitel)
• TAČR FW09020047:Inovované protierozní technologie v širokořádkových plodinách (řešitel)
• MZe NAZV QK21010189: Implementace ekosystémových služeb se zaměřením na vodní bilanci ve vinohradnické praxi (podíl na řešení)
• TAČR TK02010056: Rozvoj metodik pro reporting emisí a propadů skleníkových plynů a jejich projekcí, včetně projekcí emisí tradičních polutantů (spoluřešitel)
• DKRVO 2023-2027: Vývoj nových pěstebních technologií vedoucích ke zvýšení půdní úrodnosti. Aktivity: Adaptace ke změnám klimatu z hlediska příjmu a využití živin, Omezení nepříznivých vlivů zemědělství na kvalitu vody, půdy a ovzduší

 

Ukončené projekty (2020-2023):

• MZE RO0417: Udržitelné systémy a technologie pěstování zemědělských plodin pro zlepšení a zkvalitnění produkce potravin, krmiv a surovin v podmínkách měnícího se klimatu. Věcná etapa 05: Příjem a využití živin plodinami v podmínkách zvýšeného kolísání povětrnostních podmínek (řešitel) Věcná etapa 06: Omezení nepříznivých vlivů zemědělství na kvalitu vody
• MZe NAZV QK21020155: Nástroj pro hospodaření se živinami a organickými látkami
• MZe NAZV QK1910165: Moderní postupy v závlahovém režimu ovocných dřevin v podmínkách vodního deficitu (řešitel)
• TAČR TH04030249 (EPSILON 4): Vývoj dávkovacího ústrojí pro precizní aplikaci melioračních hmot – nástroj k rekultivaci a revitalizaci půd (řešitel)
• MZe NAZV QK1910041: Využití zobrazovacích metod pro automatické fenotypování ve šlechtění na rezistenci k biotickým a abiotickým stresům u pšenice (podíl na řešení)