705801
Методические указания подготовлены: д. с.-х. н., проф. Ф.Ф. Ганусевич, канд. с.-х. н., доц. М.А. Носевич; канд. с.- х. н. Н.М. Носовым; ассист. Е.А. Стружковой. Под редакцией докт. с.-х. н., проф. А.Л. Кокориной. Рецензент: д.с.-х.н., профессор Царенко В.П. Одобрено методическим советом СПбГАУ, протокол № 4 от 4 апреля 2012 года В настоящих методических указаниях представлены методики и примеры расчета (прогноза) уровней урожайности полевых культур (потенциальной, климатически обеспеченной, действительно возможной, программируемой) с учетом среднемноголетних агроклиматических показателей, бонитета почвы, прибавки урожайности от внесенных удобрений; методика и пример расчета доз минеральных удобрений; контрольные вопросы к семинару; варианты исходных данных для выполнения заданий (приложения); рекомендуемая литература. 2-е издание переработанное и дополненное
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ……………………………………………………. 4 Задание 1. Расчет потенциальной урожайности по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР)……………..7 Задание 2. Расчет климатически обеспеченной урожайно- сти (КОУ)……………………………………………………12 2.1 Расчет климатически обеспеченной урожайности по запасам продуктивной влаги……………………….12 2.2 Расчет климатически обеспеченной урожайности по гидротермическому показателю (ГТП)……………18 Задание 3. Расчет действительно возможной урожайности (ДВУ) и программированной урожайности (ПрУ)………20 Задание 4. Расчет доз минеральных удобрений, обеспечивающих получение программируемой урожайно- сти……………………………………………………………22 Задание 5. Семинар………………………………………. 30 Рекомендуемая литература………………………………. 31 Приложения…………………………………………………32 1
ВВЕДЕНИЕ Курс «Основы программирования урожайности полевых культур» является составляющей дисциплины «Растениеводство», которая является базовым профессиональным циклом для бакалавров, обучающихся по направлениям 110100 – Агрохимия и агропочвоведение, 110400 – Агрономия, 110500 – Садоводство, 110900 – Технология производства и переработки с.-х. продукции. Цель курса – теоретически обосновать и практически реализовать максимальное аккумулирование солнечной энергии, наиболее полное использование почвенноклиматических ресурсов, генетического потенциала районированных сортов, материальных и трудовых ресурсов, получение экономически оправданных высоких урожаев. Студент должен знать физиологические процессы, протекающие в растительном организме, их зависимость от внешних условий и значение для продукционного процесса. В результате изучения дисциплины бакалавр должен уметь: использовать агрометеорологическую информацию при производстве растениеводческой продукции; прогнозировать влияние метеорологических явлений на урожайность культур; рассчитывать дозы удобрений на планируемую урожайность; систематизировать и обобщать информацию по использованию и формированию ресурсов предприятия. Программирование урожаев – это метод комплексного подхода в реализации достижений агрономических наук для эффективного использования природных ресурсов и потенциальной продуктивности районированных сортов. Это научное направление возникло в 30-е годы 2
прошлого столетия. Большой вклад в развитие данного направления внесли академики ВАСХНИЛ — РАСХН: Абрам Федорович Иоффе, Иван Семенович Шатилов, Николай Филиппович Бондаренко, Виктор Анатольевич Семенов. Производство сельскохозяйственной продукции перед наукой ставит сложный вопрос – обосновать уровень урожайности, который может быть, достигнут в конкретных климатических условиях; как на него влияют ресурсы тепла, влаги, эффективное плодородие почвы и удобрения? Обоснованный ответ на это может быть получен только путем проведения соответствующих расчетов. Процесс обоснования и получения программируемой урожайности состоит из следующих этапов: анализ почвенно-климатических условий рассматриваемого агроклиматического района с целью выявления лимитирующих факторов; расчет уровней урожайности (потенциальной (ПУ), климатически обеспеченной (КОУ), действительно возможной (ДВУ), программируемой (ПрУ)); расчет доз удобрений, необходимых для получения программируемой урожайности на конкретном поле (контуре); разработка технологических карт, своевременное и качественное исполнение агроприемов; контроль за состоянием посевов; учет урожая. Целю, программирования урожаев является получение не максимального, а именно, запрограммированного (расчетного) уровня урожайности. Задача состоит в том, чтобы на каждом поле (контуре) получить тот уровень урожайности, который там возможен с учетом эффективного плодородия почвы и ожидаемой прибавки урожайности от внесенных удобрений. 3
Следует помнить, что расчеты выполняются по среднемноголетним климатическим показателям, и расчетная урожайность будет иметь место в среднем через год. В настоящих методических указаниях расчеты уровней урожайности базируются на обобщенных агроклиматических показателях, связывающих урожайность с лимитирующими его факторами: количество фотосинтетически активной радиации (ФАР), тепла, продуктивной влаги, доступных элементов питания. Студент должен изучить формулы, используемые для теоретического обоснования урожаев сельскохозяйственных культур. Необходимые для расчетов показатели можно получить из агроклиматического справочника области, ближайшей агрометеорологической станции, если выполняется научно-исследовательская работа. При работе в процессе обучения студент получает вариант задания от преподавателя. Обоснование программируемой урожайности начинают обычно с расчета ПУ, выше которой в дальнейших расчетах результата быть не должно, при условии, что все расчеты выполнены правильно и корректно. Затем рассчитываются уровни КОУ, ДВУ и ПрУ, зависящие от биоклиматических показателей продуктивности почвы и влагообеспеченности посевов. Каждый из последующих уровней, как правило, ниже предыдущего, но должен стремиться к нему в процессе совершенствования технологии, повышения уровня агрофона и потенциальной продуктивности сорта, что указано в таблице 1 стрелками. 4
| Таблица 1. Взаимосвязь различных уровней урожай- | |||||
| ности и условий местообитания культурных растений | |||||
| Уровни | |||||
| урожай- | |||||
| ности | УП | ||||
| КО | ДВУ | ПрУ | |||
| Усло- | ПУ | ||||
| вия | |||||
| Климатиче- | идеальные | реальные | реальные | реальные | реальные |
| ские | |||||
| Почвенные | идеальные | идеальные | реальные | реальные | реальные |
| Агротехника | идеальная | идеальная | идеальная | опти- | реальная |
| мальная | |||||
| Расчеты каждого из уровней урожайности будут | |||||
| осуществляться в следующих трех заданиях. | |||||
Задание 1. РАСЧЕТ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ УРОЖАЙНОСТИ ПО ПРИХОДУ ФОТОСИНТЕТИЧЕСКИ АКТИВНОЙ РАДИАЦИИ (ФАР) Потенциальная урожайность – это теоретически возможная урожайность в идеальных почвенноклиматических условиях и зависит только от прихода ФАР за вегетационный период и от генетического потенциала продуктивности сорта. Академик Климент Аркадьевич Тимирязев писал, что «зеленый лист, а точнее микроскопическое зеленое зерно хлорофилла является точкой в мировом пространстве, в которую притекает энергия Солнца и откуда берет начало все живое на Земле». Фотосинтетически активная радиация, вызывающая ассимиляционные процессы (фотосинтез) в зеленых частях растений – это часть суммарной 5
радиации Солнца, имеющая длину световой волны в пределах от 380 до 710 нм (нанометров), где 1 нм = 1м х 10 -9 или 1мм х 10 -6 . Суммарная радиация Солнца состоит из прямой радиации (S) поступающей к Земле в виде параллельных лучей и рассеянной радиации (D) – попадающей на поверхность Земли после рассеивания атмосферой и отражения от облаков. Приход суммарной радиации можно рассчитать за вегетационный период при возделывании определенной культуры или за календарный год в целом путем сложения ежемесячных данных прихода солнечной радиации зафиксированных на метеостанции конкретного агроклиматического района. Сумма ФАР (Q ФАР ) за вегетационный период складывается из 42% суммы прямой солнечной радиации (ΣS) и 58% рассеянной (ΣD). Поэтому данные сумм интегральной радиации, полученные на метеостанции, необходимо пересчитать по формуле 1.
| Q ФАР = 0,42ΣS + 0,58ΣD , | (1) | |||||
| где: | Q ФАР | — приход ФАР за | вегетационный | период, | ||
| Дж/см 2 ; | ||||||
| ΣS | — сумма прямой солнечной радиации за веге- | |||||
| тационный период, Дж/см 2 ; | ||||||
| ΣD | — сумма рассеянной солнечной радиации за | |||||
| вегетационный период, Дж/см 2 ; | ||||||
| Расчет потенциальной урожайности (ПУ) по прихо- | ||||||
| ду ФАР производят по формуле 2. | ||||||
| ПУ = | Q ФАР | × К ФАР | , | (2) | ||
| 1000 × С | ||||||
| где: ПУ | — потенциальная урожайность абсолютно сухой | |||||
| 6 | ||||||
биомассы, т/га; Q ФАР — приход ФАР за вегетационный период, Дж/см 2 (рассчитывается по формуле 1.); К ФАР — коэффициент использования ФАР, % (заданный); С — удельное количество теплоты 1 кг абсолютно сухой биомассы, МДж/кг. Следующим этапом рассчитывается потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности, по формуле:
| ПУ осн = | ПУ × 100 | (3) |
| (100 — W ст ) × (1+п) |
где: ПУ осн — потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; ПУ — потенциальная урожайность абсолютно сухой биомассы, т/га (расчет по формуле 2); W ст — стандартная влажность основной продукции, % (заданная); (1+п) — сумма соотношения частей основной и побочной продукции (по массе), основная продукция равна 1; По соотношению основной и побочной продукции определяется урожайность побочной продукции, которая условно имеет стандартную влажность основной:
| ПУ поб = ПУ осн × п, | (4) |
где: ПУ поб — потенциальная урожайность побочной продукции при стандартной влажности, т/га; ПУ осн — потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; 7
п — доля побочной продукции в биомассе при стандартной влажности (заданная); Формулы 3 и 4 будут применяться и при расчетах других уровней урожайности, в частности, при обосновании климатически обеспеченной урожайности (КОУ), так как в любом случае на начальном этапе будет определяться выход абсолютно сухой биомассы с единицы площади. ПРИМЕР РАСЧЕТА ПУ ПО ПРИХОДУ ФАР Исходные данные: регион, область – Ленинградская область; культура – ячмень яровой; удельное количество теплоты (С), – 16,7 МДж/кг; вегетационный период – с 15 мая по 10 августа; стандартная влажность основной продукции (W ст ) – 14%; соотношение частей основной и побочной продукции (по массе) при стандартной влажности (1 : п) – 1,0 : 1,1; содержание ФАР в потоках прямой и рассеянной радиации, соответственно – 42 и 58%; коэффициент использования ФАР (К фар ) – 3,0%; прямая и рассеянная радиация:
| Месяц года | 05 | 06 | 07 | 08 | 09 |
| Поток прямой радиации | 20097 | 30982 | 27214 | 19259 | 13398 |
| за месяц, Дж/см 2 | |||||
| Поток рассеянной радиа- | 17584 | 26795 | 27659 | 20043 | 13398 |
| ции за месяц, Дж/см 2 |
Следует учесть, что фотосинтетически активная радиация в начале вегетации (всходы) и в конце (уборка) 8