Харченко О.В. Основи програмування врожаїв сільськогосподарських культур

Подождите немного. Документ загружается.

Прихід ФАР (додаток, табл. 1):

- за травень - (29,33/31) х 29 = 27,44 кДж/см

;

- за червень - 30,58 кДж/см

;

- за липень - (31,42/31) х 28 = 28,38 кДж/см

У сумі ця величина складає 86,40 кДж/см

, або 86,40 х

кДж/га.

При коефіцієнті використаня ФАР (К

) 4% потенційний

урожай абсолютно сухої біомаси дорівнює 20,6 т/га:

ПУ =

86,40х10

х4,0

= 20,6 т/га .

16,76x10

хЮ

При врахуванні рослинних залишків сума частин ос-

новної і побічної продукції складе не 2,1, а на 1,2 більше,

тобто 3,3 (див. табл. 7.3). У цьому випадку потенційна уро-

жайність основної продукції ячменю буде:

ПУ„ =

100x20,6

= 11,4 т/га.

(100 - 14) х 2,1

Тобто структура сформованої біомаси буде такою: зер-

но стандартної вологості - 7,26 т/га, солома - 6,87 т/га і

пожнивні залишки - 7,49 т/га в сухій біомасі. Це, в свою

чергу, дозволяє одержати ще одну залежність ПУ

= і:(К

)

при умові врахування пожнивних залишків (рис. 3.1).

Враховуючи структуру формул (3.1) та (3.2), слід вва-

жати доцільним графічну ілюстрацію залежності ПУ від К

(рис. 3.1).

ПУ

, т/га

10 —

0 1

Рис. 3.1. Залежність потенційної врожайності ячменю (ПУ

) від

коефіцієнта використання ФАР (К

): 1 - без урахування

пожнивних залишків, 2 - з урахуванням пожнивних залишків

Необхідно відзначити, що для озимої пшениці

вегетаційний період складається з двох частин: сходи - при-

пинення вегетації (осінь) та відновлення вегетації - визрівання

(весна).

Представлену величину потенційної вражайності (ПУ )

можна вважати за потенційну продуктивність культури вза-

галі. Однак, за самим визначенням, потенційна врожайність

характеризується можливостями конкретного сорту, тому

виникає необхідність уточнення цього рівня продуктивності.

З одного боку, кожен сорт характеризується максималь-

ною, а значить, потенційною врожайністю як можливою

(ПУ

)> Що була реально одержана автором сорту в найбільш

сприятливих (оптимальних) умовах. З іншого боку, реальні

врожаї цього сорту в умовах конкретної сортодільниці до-

зволяють, з деяким наближенням, найбільший з них вважа-

ти за потенційну фактичну врожайність (ПУ

) даного сорту

в даній зоні. При цьому ступінь оптимальних умов, а зна-

чить, і величина ПУ

, є характеристикою конкретної зони.

З точки зору встановлення можливостей сорту культури

інтерес представляють всі рівні потенційної врожайності, ве-

личини яких найчастіше співвідносяться як ПУ

> ПУ >

- ПУф, хоча в окремих випадках це співвідношення може

бути й іншим. Слід також зазначити, що при таких визна-

ченнях важливе значення має не тільки, а можливо й не

стільки, величина врожаю, а фактичне значення коефіцієнта

використання ФАР (К

), що становить найбільш узагальне-

ний показник можливостей сорту даної культури в конкрет-

них умовах на фоні тієї чи іншої технології вирощування.

Так, наприклад, якщо максимальна фактична вро-

жайність ярого ячменю в даних умовах складає 82-88 ц/га

(ПУ

), то з рис. 3.1 маємо, що фактичний коефіцієнт вико-

ристання ФАР при цьому буде 2,9-3,1% (К

). У випадку,

коли відомою величиною є не тільки урожай (ПУф), але й

фактична кількість ФАР, яка надійшла за вегетаційний

період (0

), фактичне значення коефіцієнта її використання

(К

) можна визначити за формулами 3.1 і 3.2 як

ПУ

хСх(100-¥)ха

= - , %.

(3 3)

Прямолінійність ПУ

= ДК

) (рис. 3.1) є досить умов-

ною, і фактично вона має місце тільки в досить незначному

діапазоні значень «К

». За даними А.О. Лимаря [46], для

більшості культур ця величина складає 2,0 -3,5%. З подаль-

шим підвищенням цього коефіцієнта залежність стає криволі-

нійною, набуваючи асимптотичного характеру. Це пояснюєть-

ся біологічними можливостями самого сорту і ступенем опти-

мальності в співвідношенні зовнішніх факторів, тобто наявні-

стю зазначених вище рівнів потенційної врожайності.

Такий характер залежності спостерігається для всіх

культур. Як приклад на рис. 3.2 наведені дані по цукрових

буряках, взяті з роботи А.О. Лимаря [46].

Уцук, ц/га

250—1 800

125— 400

0 —

12 3 4

Рис. 3.2. Залежність врожайності коренеплодів цукрових

буряків (У

кор

) і збору цукру (У

щк

) від КПД «К

» ФАР

в умовах зрошення [46]

Вище наведені приклади розглянуті за умови врахуван-

ня середньої величини приходу ФАР (додаток, табл. 1). З

одного боку, це можна вважати достатнім, оскільки порівня-

но з іншими ресурсами (волога і тепло) коливання цього фак-

тора є відносно незначним, а потенційний урожай є найбіль-

шим із можливих [35, 52, 53 та інші]. Однак О.М. Ткаченко

і М.В. Роїк [89] вважають, що в умовах України в окремі

роки за вегетаційний період, наприклад, цукрових буряків,

коливання надходження ФАР досягають 30-45%, що значно

може вплинути на врожайність цієї культури. Звичайно, амен-

шення приходу ФАР могло б компенсуватися підвищенням

коефіцієнта його використання, що забезпечило б формуван-

ня одного й того ж врожаю. Однак відомо, що для забезпе-

чення оптимального росту сільськогосподарських культур в

різні періоди вегетації необхідна тільки відповідна інтен-

сивність ФАР, яка для цукрових буряків, наприклад, скла-

дає 150-180х10

кДж/га [89]. У цьому разі забезпеченість

Укор, ц/га

Укор —

Уцук

Ко, %

ФАР не завжди може збігатися з біологічними потребами

рослини, і як наслідок - цей фактор може бути лімітуючим.

Слід зауважити, що заміри ФАР проводяться далеко не

на всіх метеостанціях, тому проведення зазначених розра-

хунків у деяких випадках може бути проблематичним. Од-

нак з деяким наближенням надходження ФАР за вегетацій-

ний період культури (0) може бути визначене емпірично че-

рез суму активних температур за цей же період [46, 14]:

<3 = [0,0502 $ > 10°С) + 22,3] х 10

, кДж/га. (3.4)

3.2. КЛІМАТИЧНО ЗАБЕЗПЕЧЕНИЙ

РЕСУРСАМИ ВОЛОГИ ВРОЖАЙ

Найбільш поширеним способом визначення кліматично

забезпеченого врожаю за ресурсами вологи є залежність [53]:

,т/га, (3.5)

де ПВ - продуктивна волога, мм;

К - коефіцієнт сумарного водоспоживання культури, мм/т.

Ця залежність одержана з відомої умови [35]

Е = КхУ, мм, (3.6)

де У-урожайність культури, т/га;

Е - сумарне водоспоживання, мм.

При цьому кількість продуктивної вологи (ПВ) в в та-

кому разі відповідає можливим витратам води на сумарне

водоспоживання (ПВ = Е). Тобто в даному випадку рослині

пропонується кількість продуктивної вологи (ПВ), яка може

бути використана нею на сумарне водоспоживання (Е).

Однак загально відомо, що коефіцієнт сумарного водо-

споживання (К) не є величиною сталою, а залежить від рівня

агротехніки і, зрештою, від величини врожаю: К = ^У). Це

пояснюється своєрідним ефектом взаємокомпенсації факторів

росту, який полягає в тому, що, наприклад, внесення міне-

ральних добрив (а значить, і підвищення врожаю) підвищує

концентрацію ґрунтового розчину, і, як результат, відбувається

зменшення кількості вологи, необхідної для створення одиниці

органічної речовини. Інакше кажучи, кожний агротехнічний,

агрохімічний чи якийсь інший захід, що підвищує врожай,

веде до більш економної витрати води, а значить, зменшення

коефіцієнта сумарного водоспоживання [41]. Сумарне водоспо-

живання (Е) при цьому зростає (рис. 3.3).

У, т/га

Рис. 3.3. Схема залежності сумарного водоспоживання (Е)

та його коефіцієнта (К) від урожайності культури (У)

Для кількісного врахування заданих умов можна кори-

стуватися залежністю [102]:

Е = А

-у,мм, (3.7)

де А, В - емпіричні коефіцієнти (додаток, табл. 4),

У - урожай культури, т/га.

Визначення самої величини продуктивної вологи (ПВ) є

питанням досить складним, оскільки необхідно визначити її

кількість на початок вегетаційного періоду в кожних реаль-

них умовах. Найбільш простим та поширеним способом виз-

начення запасу продуктивної вологи може бути [57]:

ПВ = ВН + цА, мм, (3.8)

де ВН - запас продуктивної вологи у метровому шарі ґрун-

ту на початок вегетаційного періоду культури, мм;

А - атмосферні опади за вегетаційний період культури, мм;

- коефіцієнт використання атмосферних опадів, який скла-

дає 0,7-0,8 [57].

Слід зазначити, що як початкові запаси продуктивної

вологи в ґрунті (ВН), так і атмосферні опади в вегетаційний

період (А) змінюються за роками в дуже широких межах

(додаток, табл. 5). При цьому їх співвідношення може бути

найрізноманітнішим. Крім того, співвідношення атмосфер-

них опадів місяця чи декади конкретного вегетаційного

періоду теж може бути будь-яким.

Наприклад, якщо в травні випала мінімальна кількість

опадів, то в червні вони можуть бути якими завгодно.

Для деякого вирівнювання різного співвідношення скла-

дових продуктивної вологи можна вважати доцільним бра-

ти як норму продуктивну вологу в метровому шарі ґрунту

на початок вегетації культури ВН , а атмосферні опади роз-

глядати в усьому можливому діапазоні [111, 112].

Загальновідомо, що коливання значень продуктивної

вологи (ПВ) за роками дуже велике (досягає 300-400% ), тому

цю величину слід розглядати в усьому можливому діапазоні

й оцінювати її як імовірнісну [111, 112].

Таким чином, визначившись за залежністю (3.8) з ПВ

ПВ

сер

та ПВ

min

, видається можливим з деяким наближенням

(воно полягає в допущенні умови про нормальний розподіл

продуктивної вологи ( ПВ = ВП

50%

) одержати імовірнісну кри-

ву цієї величини. Цей графік, а також графік Е = f(Y) дозво-

ляють одержати імовірнісну криву кліматично забезпечено-

го за ресурсами вологи врожаю культури.

Зрозуміло, що запаси продуктивної вологи на початок

вегетації культури (ВН) як фактичні можна визначити в полі

на будь-яку дату. Однак для задачі, що розглядається, за

визначенням, слід використовувати цю величину як серед-

ню багаторічну ( ВН ). Ці значення наводяться в довідниках,

але лише на кінець третьої декади місяця [42]. Згідно з

рекомендацією цих довідників продуктивну вологу в ґрунті

на будь-яку іншу дату визначають інтерполяцією. Не викли-

кає сумніву, що така інтерполяція може бути доцільною у

випадку значних відхилень дати посіву від наведених строків

визначень продуктивної вологи (додаток, табл. 6, 7).

Приклад 3.2. Визначити кліматично забезпечений вро-

жай ярого ячменю за ресурсами вологи в умовах Сумської

області. Запаси продуктивної вологи в метровому шарі ґрун-

ту на кінець III декади квітня складають в середньому 188

мм ( ВН ). За вегетаційний період ярого ячменю від сходів до

воскової стиглості (з 2 травня до 13 липня) сума можливих

опадів складає:

травень

червень

липень

сер.

max

(124:31)х29=116

(48:31)х29=45

(2:31)х29=2

168

(167:31)х13=70

(76:31

)xl 3=32

(17:31

)xl 3=7

Таким чином, імовірнісна кількість продуктивної воло-

ги, яка може бути «запропонована» культурі за вегетаційний

період, складає:

ПВ = 188 + 0,7 х 354=436 мм;

шах

ПВ = 188 + 0,7 X 141=287 мм;

ПВ"" = 188 + 0,7 х 23=204 мм.

min

За одержаними даними побудовано імовірнісну криву

продуктивної вологи (рис. 3.4).

На рис. 3.5 наведено графічну ілюстрацію залежності

3.7, яка разом з рис. 3.4 дозволяє одержати імовірнісну криву

кліматично забезпеченого врожаю ячменю за ресурсами во-

логи при А = 382, В = 264 (рис. 3.6). При цьому на основі

залежності 3.7 визначають верхню межу необхідного забез-

печення культури вологою.

У = —— , т/га, (3.9)

А-ПВ

тобто вологи буде достатньо для формування будь-якого вро-

жаю (У = при ВП = А (ПВ = 382 мм). З рис. 3.4 маємо, що

вірогідність цієї величини складає близько 15%. Після цьо-

го визначаємс

>, що:

При Р =

100% ПВ = 204 мм, У = 1,48 т/га;

При Р =

70% ПВ =

248

мм,

У = 1,88 т/га;

При Р =

50% ПВ = 287 мм,

У = 2,78 т/га;

При Р =

40%

ПВ = 302

мм, У = 3,30 т/га;

При Р = 30% ПВ = 326

мм, У = 4,89 т/га;

При Р = 20% ПВ = 359 мм,

У =

11,47 т/га;

При Р = 10% ПВ =

390

мм,

У -

ОО.

ПВ, мм

400

Р,%

200

0 40 80

Рис. 3.4. Імовірнісна крива продуктивної вологи вегетаційного

періоду ярого ячменю (МС Суми)

При розрахунках по озимих зернових продуктивна во-

лога визначається дещо інакше, оскільки при цьому

необхідно враховувати осінній період вегетації культури:

ПВ = ПВ, + ВН + цА, мм, (3.10)

де ПВ

- продуктивна волога, використана посівом за осінній

період (посів - припинення вегетації).

ПВ

= ВН

+ цА

- ВН

, мм, (3.11)

де ВН

- продуктивна волога в метровому шарі ґрунту на

період посіву, мм,

ВН

- те саме на дату припинення вегетації, мм;

- атмосферні опади за осінній період, які можна брати

як норму, мм.

Е(ПВ), мм

У, т/га

0 10 20 30

Рис. 3.5. Зв'язок між сумарним водоспоживанням

та врожайністю ярого ячменю [102]

КУв, т/га

Рис. 3.6. Імовірнісна крива кліматично забезпеченого

ресурсами вологи врожаю ячменю

Однак зрозуміло, що всі розрахунки, виконані за наве-

деною вище методикою, є певною мірою наближеними. Зви-

чайно, більш об'єктивною була б побудова імовірнісних кри-

вих фактичних значень для даних умов продуктивної воло-

ги (ПВ = ВН + цА) вегетаційного періоду конкретної культури

за наявності репрезентативного ряду спостережень (Т > 25

років). Такі дані у довідковій літературі не наводяться, про-

те їх можна одержати з архівних даних метеостанцій.

Необхідно зазначити, що залежності, наведені на

рис. 3.4 і рис. 3.5, дозволяють досить легко визначитися з

оцінкою вегетаційного періоду і можливим урожаєм за ре-

сурсами вологи. Наприклад, якщо за конкретний вегета-

ційний період продуктивна волога (ПВ) складала 350 мм, то

згідно з рис. 3.4 цей рік був вологішим за середній (р = 36%).

А з рис. 3.5 маємо, що цієї кількості вологи було достатньо

для формування врожаю близько 7,0 т/га.

Усі ці розрахунки є формально об'єктивними і відтво-

рюють суть необхідних визначень, тобто встановлюється ве-

личина врожаю, на формування якої буде достатньо вологи.

Але відомо, що залежно від водно-фізичних властивостей ґрун-

ту та гідро-геологомеліоративних умов ділянки (поля) при

значній кількості вологи можливе істотне зниження аерації

ґрунту і, як результат, - зниження врожайності культури [97].

Таким чином, можна стверджувати, що при значній кількості

продуктивної вологи (ПВ) можливі два варіанти зміни вро-

жаю: або по лінії «аб», або по лінії «ас» (рис. 3.7).

У наведеному визначенні продуктивної вологи прийняті

істотні спрощення. Зрозуміло, що механізм використання

рослинами вологи з ґрунту досить складний, і його схема по-

лягає в тому, що волога (продуктивна) використовується перш

за все з активного шару. В міру підсихання цього шару за

умови, що більш глибокі горизонти мають більшу вологість,

волога з цих шарів через різницю потенціалів перетікає в ак-

тивний більш сухий шар. Тому більш точно врахувати про-

дуктивну вологу, яка була використана посівом, можна за

умови наявності регулярної інформації про фактичну вологість

активного шару ґрунту, який змінюється упродовж вегетації

культури. Крім того, паралельно необхідне врахування як тієї

кількості атмосферних опадів, що залишилися в активному

шарі, так і тієї кількості вологи, яка фактично надходить у

цей шар з більш глибоких горизонтів. Природно, що такі роз-

рахунки можливі при регулярному польовому визначенні фак-

тичних запасів вологи по шарах ґрунту до глибини 100 чи

навіть 150 см [65], тобто при воднобалансових дослідженнях.

Слід відзначити, що в окремих випадках досить ефективним є

встановлення регресійних зв'язків між запасами вологи (про-

дуктивної чи загальної) в різних шарах ґрунту з запасами

вологи в шарі 100 чи 150 см.

т/га

Рис. 3.7. Схема можливої зміни кліматично забезпеченого

врожаю за ресурсами вологи

Співставляючи потенційний урожай (ПУ) та кліматично

забезпечений урожай за ресурсами вологи (КУ

), необхідно

визначитися з відповідністю цих величин. Це неохідно перш

за все в тому разі, коли потенційний урожай не є розрахова-

ним при тому чи іншому коефіцієнті використання ФАР (К

= 3-5%), а одержаний як максимальний у фактичних умо-

вах (ПУ = ПУ

). Зрозуміло, що в цьому випадку вологи було

достатньо для формування одержаного врожаю.

У розглянутому прикладі (рис. 3.6) маємо обґрунтовану

відповідність цих величин, яка полягає в тому, що в даних

умовах мають місце роки (випадки), коли ресурси вологи

дозволяли сформувати потенційний урожай, тобто за ресур-

сами вологи умова ПУ

= КУ

є можливою. В умовах засуш-

ливих років вказана невідповідність можлива. Отже, у ви-

падку, коли потенційний урожай як фактично одержаний

(ПУ = ПУ

) є більшим, ніж максимально можливий за ре-

сурсами вологи (КУ

в гаах

), виникає невідповідність. Вона по-

лягає в тому, що вологи було достатньо для формування

врожаю тільки (КУ

втах

), а фактично одержано ПУ , при цьо-

му ПУ

> КУ

ф в шах

Одним із можливих і найбільш простих способів при-

ведення рівнів врожаю у відповідність може бути уточнення

коефіцієнта використання атмосферних опадів (ц) у даних

умовах, тобто визначення його фактичної величини. Для

цього з залежності 3.7 визначають ПВ :