Budoucnost pěstování cukrové řepy

04. 05. 2020 Prof. Ing. Vladimír Švachula, DrSc., Prof. Ing. Josef Pulkrábek, CSc.; Česká zemědělská univerzita v Praze Management Zobrazeno 8457x

Laická i odborná veřejnost se dnes zajímá, jaký význam má pěstování cukrové řepy, zda její pěstování na našich polích je konkurenceschopné a udržitelné, zda jsme soběstační v produkci cukru, či zda by nebylo rentabilnější dovážet cukr třtinový, sice levnější, ale s horší uhlíkovou stopou při jeho produkci.

Postavení a význam cukrové řepy v zemědělské soustavě ČR

Před pěti lety předvídal Vašák et al. (2015) pokles výroby cukru a mírný růst výroby lihu. Produkce měla být chráněna pro přežití, jelikož šlo o potravinovou bezpečnost, udržení tradice, využití stávající mechanizace a moderních cukrovarů. Předpověď se nesplnila. Plocha cukrové řepy v ČR neklesá, v roce 2019 bylo zaseto cca 60,4 tis. ha, průměrná produkce cukru za 7 let činila 526 t, což je sice neprůkazný, ale patrný růst (R² = 0,1395).

Cukrová řepa díky současným výkonným geneticky jednoklíčkovým odrůdám (více méně tolerantním k chorobám a škůdcům) a při výrazném podílu intenzivních pěstitelských technologií je bezpochyby nejproduktivnější plodinou mírného zeměpisného pásma. I ve světě stále patří mezi 15 nejvýznamnějších plodin. Dosahuje dnes více než desetinásobku výnosu cukru oproti počátku svého pěstování před více než 180 lety. Vyprodukovaný cukr a vedlejší produkty jsou cennou obnovitelnou surovinou pro potravinářský a fermentační průmysl, pro produkci pohonných látek (ethanolu), bioplynu - díky příznivým vlastnostem pro fermentaci (produkce methanu CH₄ a oxidu uhličitého CO₂ v bioplynových stanicích, bez vazby na cukrovar) a mj. i pro malotonážní chemii. Cukrovka je však také jednou z nejnáročnějších plodin s přísně vyhraněnými požadavky na pěstitelská opatření.

Cukrovka v přeneseném pojetí funguje jako výkonná sluneční elektrárna, produkující a uskladňující získanou energii ve své biomase. Díky energii slunečního záření vytváří z vody a oxidu uhličitého fotosyntetickým procesem užitečné suroviny, především cukr, dále krmivo a po zaorání nezkrmeného chrástu a posklizňových zbytků i vydatné zelené hnojení. Produkční potenciál současných odrůd cukrovky přesahuje 240 GJ/ha. Odhaduje se dále, že z 1 ha cukrovky lze vyrobit biotechnologickým postupem až 5 500–7 000 l alkoholu použitelného do lihobenzinových směsí. Zanedbatelná není ani eventuální produkce ETBE (etylterciátbutyléteru), antidetonační přísady do benzinu.

Při zpracování řepné šťávy s vyšším obsahem dusíku (v některých oblastech a z některých odrůd) by bylo možno vyrobit kvasnou cestou 8 až 10 t/ha krmných kvasnic (např. za použití fermentačního organizmu toruly - Torulopsis utilis).

Významný je i ekologický efekt pěstování cukrovky. Kyslík, který vyprodukuje 1 ha této plodiny, stačí k dýchání 62 lidí po dobu jednoho roku. Vyprodukovaný cukr (sacharóza) je chemicky nejčistší potravinou v plejádě zemědělských produktů. Pěstování cukrovky zpestřuje osevní postupy, cukrovka je výbornou předplodinou, přispívá ke zúrodňování půdy díky praktikované hluboké orbě a organickému hnojení.

Pěstitelé cukrové řepy představují podle Chocholy (2010) elitní klub a vstupenkou do něj je porozumění dnešní úloze zemědělství, vysoká kvalifikace a právo pěstovat nejintenzivnější (a podle Chocholy také nejperspektivnější) plodinu mírného pásma.

Připustíme-li potřebu zachovat pěstování této plodiny v naší zemi, nabízí se otázka, jaká je budoucnost jejího pěstování?

Znalost genomu zefektivní šlechtění cukrové řepy

V současnosti se řada genetiků velmi intenzivně věnuje výzkumu genomu cukrové řepy (genom je kompletní sekvence - pořadí nukleových bází DNA popř. RNA jedné sady chromozómů). Poprvé sekvenoval genom cukrové řepy v roce 2013 mezinárodní výzkumný tým s iniciací Technické univerzity v Drážďanech (TUD - Technische Universität Dresden). V souboru všech chromozomálních genů se podařilo určit pořadí nukleových bází, a tím rozluštit genetický stavební plán této hospodářsky důležité plodiny. Sekvenování genomu cukrové řepy lze považovat za velký vědecký přínos pro její další šlechtění.

Výsledky uvedeného výzkumu jsou významné v několika ohledech. Předně šlechtění lze nyní provádět mnohem rychleji a efektivněji. Sekvence genomu cukrové řepy umožňuje identifikaci genů ovlivňujících zemědělsky významné vlastnosti. V situaci, kdy je 27 421 genů řepy cukrové identifikováno, může být cíleně ovlivňována její odolnost proti škůdcům, tolerance k suchu a cukernatost.

V USA se 1988 podařilo vyšlechtit odrůdy odolné vůči glyfosátu (širokospektálnímu systémovému herbicidu Roundup). Při postřiku celého řepného pole jsou zničeny jen plevele. V EU pro transgenózu rostlin a genové manipulace není dosud potřebná důvěra a legalizace.

Cukrová řepa jako ozimá plodina

Od konce minulého století řada výzkumných ústavů, univerzit a šlechtitelských pracovišť usiluje o vyšlechtění ozimé řepy cukrové. Nově vyšlechtěné odrůdy ozimé řepy cukrové musí mít při výsevu na podzim dostatečnou odolnost vůči nízkým teplotám a při pěstování na produkci bulev nesmí v následujícím roce vybíhat a kvést.

Motivem pro vyšlechtění ozimé řepy cukrové je udržet konkurenceschopnost s producenty třtiny a současně s tím využít při pěstování této plodiny i pro ni výhodné oteplování klimatu a zvyšování koncentrace CO₂ v atmosféře.

Německé a švédské výzkumné skupiny identifikovaly dlouho hledaný gen tzv. vybíhání v řepě cukrové. Tento gen nazvaný BvBTC1 určuje, zda a kdy bude řepa kvést. Poznatky o lokalizaci tohoto genu pomohou vyřešit strategii regulace kvetení a vybíhání ozimé řepy cukrové.

Snižování uhlíkové stopy

Nárůst skleníkových plynů vyvolává změny klimatu. Pokud se průměrná globální teplota na Zemi zvýší o více než 2 °C v porovnání s teplotou před industriálním obdobím, znamenalo by to riziko, že nastanou nebezpečné a možná dokonce katastrofické změny v životním prostředí. Z tohoto důvodu se mezinárodní společenství shodlo na nezbytnosti udržet oteplování pod hranicí 2 °C. Toho lze dosáhnout snižováním produkce skleníkových plynů. Měřítkem celkového množství emisí skleníkových plynů, které se uvolní během životního cyklu výrobku či služby je tzv. uhlíková stopa.

Odhad emisí skleníkových plynů při pěstování cukrové řepy je nezbytnou součástí posuzování její udržitelnosti v zemědělské soustavě.

I když cukrová řepa zaujímá relativně malou výměru v ČR, možnosti snižování uhlíkové stopy jsou v řepařských lokalitách poměrně značné (Pulkrábek et al, 2019). Doporučuje se např. redukovat základní (předseťové) obdělávání půdy - místo hluboké orby pouze hluboké kypření, vybírat osiva odrůd zohledňujících prevenci proti chorobám, škůdcům a suchu, upřednostňovat odrůdy mající v obalu osivového klubíčka látky aktivující buněčné pochody, opakovaně plečkovat a dlátovat s automatickým naváděním, hledat úspory v dopravě apod.

Regulace ochrany proti chorobám a škůdcům

Ve větší míře se budou v budoucnu využívat nové metody prevence a identifikace chorob a škůdců. K jejich určení se budou využívat optické senzory, umožňující detekci biotických a abiotických poškození rostlin a rozpoznání stresů vlivem povětrnosti (Mahlein, in Bittner 2019). Pěstitel vyfotografuje poškozený list či bulvu a snímek odešle smart telefonem na příslušný server a do 5–10 sekund obdrží s 90% pravděpodobností diagnózu a příčinu poškození.

Podle Ladewiga (in Bittner, 2018) vyšlechtěním a pěstováním odrůd tolerantních a rezistentních vůči chorobám bude možno výrazně přispět k omezení fungicidních aplikací a zvýraznit integrovaný přístup k pěstování cukrovky.

Očekává se udržení vysokého stupně rezistence nových odrůd vůči viru rizomanie, hledání nových zdrojů rezistence vůči BNYVV, zkoumání genetické struktury viru a jeho kmenů, analýza vztahu hostitel × patogen a hledání odolnosti odrůd vůči vektoru viru Polymyxa betae (Kopisch-Obuch, in Bittner 2019).

Nepostradatelnou součástí pěstitelské technologie cukrové řepy je aktivace osiva různými stimulačními technologiemi a moření insekticidy. Novým problémem je úplný zákaz neonikotinoidů pro venkovní použití od konce roku 2018 (kvůli ochraně včelstev, ani u cukrové nebyla schválena výjimka). Bez aplikace mořidel je výrazně ohrožena rentabilita pěstování cukrovky.

Budoucnost regulace plevelů v porostech cukrové řepy

Regulace zaplevelení v cukrové řepě vyžaduje značné znalosti a zkušenosti pěstitele, přičemž náklady na herbicidy jsou oproti ostatním plodinám relativně vysoké (Jursík a Holec, 2019).

Ochrana řepných porostů je řešena sledem několika (nejčastěji 3) postemergentních aplikací herbicidů s cca 8 účinnými látkami. Selektivita ošetření bývá závislá na povětrnostních podmínkách. Lze předpokládat vyšší využití listových graminicidů. V důsledku očekávané restrikce některých herbicidů vzroste pravděpodobně význam plečkování.

Očekává se značný přínos v použití systému Conviso Smart. Spočívá v zavedení odrůd cukrovky odolných vůči některým herbicidům ze skupiny inhibující enzym acetolaktát syntázu (ALS). Herbicid Conviso One je schopen potlačit většinu nejvýznamnějších plevelů cukrové řepy, včetně mračňáku Theoprastova (Abutilon theophrasti), zvláště při dělené aplikaci. Významným efektem systému Conviso Smart je vysoká účinnost i při likvidaci plevelné řepy.

Ochrana řepných ukládek proti poškození bulev mrazy

Delší kampaně v posledních letech jsou již standardem v řepařství a cukrovarnictví a pomáhají zejména cukrovarům ke zlepšení ekonomiky produkce cukru a ředění fixních nákladů. Déle trvající kampaně zvyšují riziko namrznutí řepy na polních ukládkách, a proto je nutno zakrývat sklizené bulvy slámou či polopropylenovým rounem Toptex (s formou fleece neboli flis = vlasová pletenina).

Racionalita ve výživě a hnojení cukrové řepy

K dosažení požadovaných vysokých výnosů a kvality cukrovky je zapotřebí racionální hnojení, založené na dobrých znalostech požadavků rostlin a stanovištních podmínek. Dávky živin k cukrovce budou stále více určovány analýzami půdy a chemickými rozbory rostlin. Provozní praxe má dnes k dispozici řadu akreditovaných laboratoří. Doporučuje se hnojit variabilně např. dle snímkování pozemků a porostů (využívat globální polohový systému GPS v rámci precizního zemědělství).

Základem hnojení cukrovky jsou stále klasická stájová hnojiva. Kvůli současnému poklesu zvířat skotu je však statkových hnojiv nedostatek. Zásoba dusíku i dalších živin v půdě je však na pozemcích v řepařském výrobním typu dostatečná, cukrovka má dnes méně chrástu a odebírá mnohem méně živin, než dříve. Letní přihnojování dusíkem spíše škodí cukernatosti. Organické hnojení přispívá nesporně k půdní úrodnosti, na aplikaci k cukrové řepě ho však není potřeba vázat a není dnes podmínkou dobrých výsledků.

Precizní zemědělství, robotizace pěstování a další nové trendy v zemědělství 4.0

Jak uvádí Křováček (2018), na kongresu IIRB bylo zmíněno, že musíme do budoucna počítat s kyberfyzikálními systémy pěstování 4.0, službami cloud computingu atd. Do roku 2020 měli nastoupit mikroroboti a do roku 2035 pak nanoroboti, vše v rámci precizního zemědělství.

Podle Najmana et al. (2019) precizním (přesným) zemědělstvím rozumíme moderní hospodaření respektující přirozenou heterogenitu pozemku a využívající technický pokrok v oblasti navigací, senzoriky, elektroniky, informačních technologií, včetně přenosu, uchování, zpracování a interpretace dat. Je typicky mezioborovou disciplínou, která skloubí nejmodernější poznatky několika vědních oborů, jako je technika, biologie, agronomie či ekonomika.

Nejdůležitější částí technologie precizního zemědělství je základní stanice přijímající poziční signál GPS (Global Positioning System) z družic. Základní stanice, která zpracovává GPS signál a šíří tzv. korekci RTK (Real-Time-Kinematic), komunikuje s traktoristou pomocí rádiových vln s deklarovanou přesností do vzdálenosti 20 km od základní stanice. Moderní secí stroje umožňují přesné setí přes GPS i do sponu a šetří i množství spotřebovaného osiva, hnojiva a pesticidů. Moderní plečky a kypřiče jsou dnes vybaveny optickým naváděním v řádcích.

Podle Maupase (in Křováček 2018) bude v budoucnu výhodné využití dronů v měření multispektrálního záření porostů cukrovky. Pomocí speciální kamery bude účelné a využitelné zjišťování zelené frakce měřeného spektra, indexu zelené plochy listů (LAD), obsahu chlorofylu v listech, chlorofylu v listovém zapojení a zejména obsahu dusíku v rostlinách (pomocí tzv. N senzorů).

K širšímu a lepšímu uplatnění těchto technologií a pěstitelských podmínek pomůže využívání počítačové technologie cloud computing. Technický termín cloud computing by se dal volně přeložit výpočetní technika z oblaků - výpočetní technika z mraků (angl. cloud = oblak, mrak). Jula et al. (2014) ve svém literárním přehledu poskytli systematický přehled o výhodách, které poskytuje cloud computing. Vzhledem k velkému růstu nabízených služeb čelí makléři cloudových technologií tvrdé konkurenci při jejich poskytování. Jak vybrat vhodné služby z široké nabídky, jak překonat různá omezení a jak určit důležitost různých parametrů kvality služeb, jak se zaměřit na dynamické vlastnosti problému a jak řešit rychlé změny ve vlastnostech služeb, to vše patří mezi nejdůležitější otázky, které je třeba dnes prošetřit a vyřešit. Jedná se o metodu účelového přístupu k využití výpočetní techniky, která je založena na poskytování sdílených výpočetních prostředků a jejich využívání formou služby. Existují nejrůznější modely služeb a možnosti jejich poskytování, ale všem typům cloud computingu je společná schopnost poskytovat prostředky na vyžádání, elasticky, samoobslužně a prostřednictvím přístupu z rozsáhlé sítě, a také schopnost měřit a kontrolovat spotřebované služby. Principem služeb a produktů v cloud computingu je okolnost, že uživateli se propůjčuje výpočetní výkon serverů. V mnoha případech se tak děje formou specializovaných aplikací, jejichž nabídka se pohybuje od kancelářských aplikací přes systémy pro distribuované výpočty až po operační systémy provozované v prohlížečích, jakými jsou např. eyeOS, Cloud či iCloud.

Závěr

Cukrová řepa je nejproduktivnější plodinou mírného zeměpisného pásma. Vyprodukovaný cukr a vedlejší produkty jsou cennou obnovitelnou surovinou pro potravinářský a fermentační průmysl, pro produkci pohonných látek (ethanolu) a mj. i pro malotonážní chemii.

Cukrovka funguje jako výkonná sluneční elektrárna, produkující a uskladňující získanou energii ve své biomase.

V souboru všech chromozomálních genů se podařilo určit pořadí nukleových bází cukrové řepy, a tím rozluštit genetický stavební plán této hospodářsky důležité plodiny. Před dokončením je vyšlechtění odrůd ozimé řepy cukrové. Jejím zavedením se zvýší konkurenceschopnost našich pěstitelů vůči producentům třtiny. Ozimé odrůdy s výhodou využijí prodloužení vegetační doby díky současnému oteplovaní klimatu.

Stávající moderní pěstitelské technologie umožňují požadovanou redukci uhlíkové stopy a snižování nežádoucí produkce skleníkových plynů.

Regulace ochrany proti škodlivým činitelům (především chorobám, škůdcům a plevelům) má vzestupný trend. Dosahovaná zvýšená rezistence odrůd bude snižovat používání pesticidů.

Zdokonalovat se bude racionální výživa a hnojení. V širokém rozsahu se budou modernizovat pěstitelské technologie využívající precizní systémy a počítačové technologie systému cloud computing.

V souhrnu možno konstatovat, že pěstování cukrové řepy má v podmínkách ČR plné oprávnění, potřebnou udržitelnost a velmi dobré předpoklady pro zajištěnou budoucnost.

Přesné setí

Univerzální robot (setí, plečkování a další pracovní operace)

Zpracování půdy a hnojení do depa

Variabilní přihnojování

Přihnojování a plečkování

Sklizeň