Розділ 3. Прогнозування і програмування врожаїв с.-г. культур

3.1. Принципи програмування

Розробка програми вирощування заданого рівня врожаю неможлива без врахування законів землеробства. Всі вони відображені у сформульованих акад. І.С. Шатиловим десяти принципах програмування врожаю.

Дати характеристику основним принципам програмування врожаю. Вказати, які з них використовують для розрахунку потенціального врожаю, а які – для розробки технології його одержання.

3.2. Методи прогнозування

Прогнозування врожайності – це науково обґрунтоване передбачення можливої величини і якості врожаю на певний період. У польових умовах урожай формується під впливом нерегульованих факторів. В ідеальному їх усі й треба враховувати під час прогнозування врожаю.

Приділити увагу вивченню методів прогнозування найважливіших факторів продуктивності посівів: прогноз запасів доступної вологи рослинам у різні періоди вегетації, сум активних, середньодобових і ефективних температур, несприятливих метеорологічних факторів, густоти рослин і стеблостою, розвитку хвороб і шкідників, дат настання фенологічних фаз та ін.

Описати методи прогнозування врожаїв с.-г. культур: експертних оцінок; аналогій; вирівнювання динамічних рядів врожайності та їхня екстраполяція; кореляційно-регресивного моделювання.

3.3. Прогнозування урожайності культури методом вирівнювання динамічного ряду за результатами вирощування у господарстві

Метод вирівнювання динамічного ряду є досить поширеним аналітичним методом прогнозування. Його основою є припущення про стійку тенденцію зміни врожайності в часі. Даний метод широко використовують для прогнозування врожаїв на перспективу на основі сукупного результату господарської діяльності без вичленування впливу кожного конкретного фактора, тобто на основі тенденцій, які склалися в господарстві по забезпеченню засобами захисту рослин, добривами, технікою, сортооновлення, управління виробництвом тощо. Для цього краще мати дані про врожайність культури не менше як за 10 попередніх років.

Прогнозовану врожайність розраховують, використовуючи рівняння лінійної регресії:

, де

у – прогнозована врожайність с.-г. культури в n-му році, ц/га;

а – вільний член рівняння;

b – коефіцієнт регресії;

х – фактор часу (порядковий номер року, на який прогнозується врожайність).

З метою проведення розрахунків необхідно скласти таблицю визначення врожайності програмованої культури (табл. 5).

Таблиця 5– Визначення тренду врожайності культури

Потім розрахунки виконують у такій послідовності. Визначають середні значення х і у.

,

де n – кількість років.

Значення b визначають за формулою:

;

Значення а визначають за формулою:

Потім отримані результати підставити у рівняння лінійної регресії і визначити врожайність культури на перспективу.

Для прикладу розглянемо прогнозування врожайності озимої пшениці в господарстві на 2015 рік (12-й рік від початку періоду).

Врожайність сільськогосподарських культур у господарстві за останні 10 років, ц/га

З метою проведення розрахунків необхідно скласти таблицю визначання

врожайності:

Визначення тренду врожайності пшениці озимої

Це означає, що середній щорічний приріст врожайності озимої пшениці становить 0, 84 ц/га, а початкова прогнозована врожайність 51, 42 ц/га. Якщо тенденція зміни врожайності залишиться і в майбутньому, можна визначити врожайність у 2015 р., тобто на 12-й рік, починаючи з 2003 р. вона становитиме:

3.4. Розрахунок ефективності використання кліматичних ресурсів

Особливе значення при програмуванні врожаю польових культур має аналіз кінцевих результатів, що дозволяє оцінити повноту та ефективність використання ресурсів основних факторів росту рослин: ФАР, тепла, вологи, природної родючості ґрунтів та внесених добрив. Така оцінка можлива тільки після закінчення вегетаційного періоду, обліку врожаю та характеристики погодних умов.

3.4.1. Ефективність використання ФАР

У програмуванні урожаїв потенціальною врожайністю (ПУ) прийнято вважати максимальну врожайність, яку можна одержати при заданому коефіцієнті засвоєння ФАР посівом, якщо іншими факторами життя рослини (посів) забезпечені повністю.

Маючи фактично одержаний виробничий чи дослідний урожай (У_ф), можна визначити фактичне значення коефіцієнта використання ФАР (К_ФАР). Цю величину розраховують за формулою:

, де

К_ФАР – фактичний коефіцієнт використання посівом ФАР, %;

У_ф – фактична врожайність основної продукції (середня за декілька років у господарстві), ц/га;

q – калорійність абсолютно сухої біомаси, ккал (додаток В);

Σ Q_ФАР – сумарний прихід ФАР за період вегетації культури, млн. ккал/га (додаток Б);

10⁴ – коефіцієнт перерахунку в фізичні величини.

Дослідження енергетичного балансу фотосинтезу дали можливість розрахувати можливі коефіцієнти засвоєння ФАР посівами і використанням їх для розрахунків урожайності за ресурсами ФАР. Потенціальна урожайність вираховується за формулою:

де ПУ – потенціальна урожайність її основної частини при використанні фотосинтетичної активної радіації, ц/га;

Q_ФАР – сумарний прихід ФАР за період вегетації культури, млн. ккал/га (додаток Б);

К_ФАР – коефіцієнт використання ФАР (1-3%);

10 – математичний коефіцієнт;

q – теплотворна здатність 1 кг основної продукції сільськогоспо­дарської культури, ккал (додаток В);

С – стандартна вологість продукції (додаток В).

Приклад. Розрахувати ПУ і К_ФАР кукурудзи на зерно для типових умов Рівненської області. Для розв’язання прикладу необхідно спочатку визначити суму приходу ФАР (Q_ФАР) за вегетаційний період вирощування кукурудзи на зерно.

Користуючись даними додатку Б, знаходимо прихід ФАР за період вегетації за формулою 1. Q_ФАР =(а+в+…+h),

де Q_ФАР - сума приходу ФАР за вегетаційний період;

а+в+...+h – сума ФАР за місяці вегетації. Підставляючи в формулу дані з додатку Б приходу ФАР за вегетаційний період кукурудзи на зерно для Рівненської області, розраховуємо Q_ФАР.

Q_ФАР= 233 (1/3 травня) + 760 (червень) + 750 (липень) + 630. (серпень) + 230 (1/2 вересня) = 2603 (млн. ккал/га).

За умови, що Уф кукурудзи становить 72, 3 ц/га, а q =4, 1 ккал/кг, С=14%, спочатку знаходимо К_ФАР:

Тривалість вегетаційного періоду культури визначається проміжком часу, протягом якого відбувається засвоєння ФАР (тобто проходить фотосинтез) і накопичується біомаса. Потенціальна урожайність (ПУ) буде мати таке значення:

3.4.2. Ефективність використання ресурсів тепла

При вивченні даного питання необхідно визначити суму температур за період активної вегетації, що характеризують умови конкретного року.

Ефективність використання ресурсів тепла розраховують за формулою:

, де

Ет – ефективність використання ресурсів тепла, %;

Уф – фактична врожайність культури в господарстві (за останні 5 років), ц/га;

ДМУ_БКП – дійсно можлива врожайність за біокліматичним потенціалом, ц/га.

Дійсно можливу врожайність (ц/га) за біокліматичним потенціалом розраховують за формулою:

ДМУ_БКП = β × БКП

де ДМУ_БКП – дійсно-можлива урожайність за біокліматичним потенціалом, ц/га;

β (бета) – показник рівня культури землеробства за відповідного коефіцієнта використання ФАР (Додаток Г);

БКП – біокліматичний потенціал, який вираховують за формулою:

де БКП – число, що виражає біокліматичний потенціал;

Σ t> 10⁰С – сума середньодобових температур за вегетаційний період сільськогосподарських культур, які дорівнюють або перевищують +10°С (Додаток Д).

На основі проведених розрахунків зробити висновок щодо впливу ресурсів тепла на урожайність культури.

Приклад. Розрахувати ефективність використання ресурсів тепла кукурудзою для господарства, що знаходиться в Київській області, за умови фактичної урожайності культури (Уф) за останні роки 70 ц/га і рівня культури землеробства за коефіцієнта використання ФАР 3% – 60 ц/га.

Сума активних температур за період вегетації культури (Σ t> 10⁰С) становить:

Σ t> 10⁰С=200⁰С(травень)+300⁰С(червень)+310⁰С(липень)+310⁰С (серпень)+ 100⁰С (вересень)= 1210⁰С

Спочатку визначаємо ДМУ_БКП:

ДМУ_БКП= 60*1, 21=72, 6 ц/га

Ефективність використання ресурсів тепла кукурудзою в господарстві становитиме:

3.4.3. Ефективність використання ресурсів вологи

Вивчення цього питання є більш складним, оскільки може мати досить різну глибину аналізу. Для більш детального вивчення цього питання необхідно встановити фактичну кількість вологи, яку використала рослина для формування врожаю. Цю величину визначають за формулою:

де W – кількість доступної для рослин продуктивної вологи, мм;

W_п – запаси продуктивної вологи в шарі ґрунту 0–100 см на початку вегетаційного періоду мм (Додаток Е);

W_k – запаси продуктивної вологи в 0–100 сантиметровому шарі; ґрунту в кінці вегетаційного періоду, мм (Додаток Е);

С_о – сума опадів за період вегетації культури, мм(додаток Ж).

За запасами продуктивної вологи розраховують дійсно можливу врожайність або кліматично забезпечений врожай за вологозабезпеченістю посівів:

, де

ДМУ_В – дійсно можлива врожайність сухої біомаси за ресурсами вологи, ц/га;

W – запаси продуктивної вологи, мм;

ТК – транспіраційний коефіцієнт (додаток З);

Розрахунок коефіцієнта водоспоживання на величину дійсно можливого врожаю основної продукції проводять за формулою:

, де

КВ – коефіцієнт водоспоживання, мм/т;

ДМУв – дійсно можлива врожайність за вологозабезпеченістю, т/га.

Фактичний коефіцієнт водоспоживання розраховують за залежністю:

, де

КВф – фактичний коефіцієнт водоспоживання, мм/т;

Уф – фактична врожайність культури в господарстві, т/га.

Ефективність використання вологи, як природного ресурсу, визначають за формулою:

, де

Еф – ефективність використання ресурсів вологи, %;

Уф – фактична врожайність культури в господарстві, т/га;

ДМУв – дійсно можлива врожайність сухої біомаси за ресурсами вологи, т/га.

Коефіцієнт використання опадів визначають на основі величини фактичної врожайності за формулою:

, де

Ко – фактичний коефіцієнт використання опадів;

Wф – необхідна кількість вологи для формування фактичного врожаю, мм;

Wг – ґрунтові запаси продуктивної вологи в кореневмісному шарі ґрунту (Wг = W_п–W_k), мм;

Со – сума опадів за період вегетації культури, мм (додаток Е).

, де

W – запаси продуктивної вологи, мм;

Квф – коефіцієнт водоспоживання фактичний, мм/т;

Після проведення розрахунків зробити висновки щодо ефективності використання ресурсів вологи та атмосферних опадів. Крім того, необхідно враховувати, що коефіцієнт використання опадів відображає не лише ту частину опадів, яка залишилась в шарі ґрунту 0-100 см протягом вегетації, але й рівномірність їх випадання та ступінь використання культурою. Відповідно із збільшенням фактичного врожаю значення цього коефіцієнта збільшується.

Приклад. Розрахувати ефективність використання ресурсів вологи кукурудзою для господарства, що знаходиться в Київській області, за умови фактичної урожайності культури (Уф) за останні роки 70 ц/га, транспіраційного коефіцієнту 250.

W=163-102+2/3 56 (травень)+72 (червень)+74 (липень)+66 (серпень)+ 1/3 46(вересень)= 61+264=325 мм.

ДМУ_В=100 325/250=130 ц/га

КВ=(325/13) 10=250

КВф=(325/7) =464

Еф=(7/13) 100=53, 8%

Wф=(325/464) 100=70 мм, Wг=61 мм

Ко= (70-61)/325 100=2, 8

3.4.4. Ефективність використання ресурсів живлення рослин

Методика проведення розрахунків ефективності використання ресурсів живлення:

1) При відомому бонітеті ґрунту або фактичному вмісті в ньому елементів живлення і внесеній кількості добрив визначають можливий рівень врожаю, який може бути отриманий за рахунок даного рівня живлення:

, де

ДМУг – дійсно можлива врожайність за природною родючістю ґрунтів, ц/га;

Д_м – доза внесення мінеральних добрив, ц/га;

Ом – окупність 1 цд.р. мінеральних добрив приростом врожаю (додаток И);

Б – бал бонітету ґрунту (додаток Л);

Уб – урожайна ціна одного балу (додаток К);

До – доза внесення органічних добрив, т/га;

Оо – окупність 1 т органічних добрив приростом врожаю (додаток И).

2) Після цього визначають ефективність використання посівами ресурсів живлення:

, де

Еж – ефективність використання ресурсів живлення, %;

Уф – фактична врожайність культури в господарстві, ц/га;

ДМУг – дійсно можлива врожайність за природною родючістю ґрунтів, ц/га.

3) За необхідності можна розділити фактичний урожай на одержаний за рахунок бонітету ґрунту і внесених добрив та визначитись із фактичним значенням окупності як 1 бала бонітету, так і мінеральних чи органічних добрив. Крім того, всі ці дані дозволяють також розрахувати фактичний коефіцієнт використання елементів живлення із внесених добрив.

Фактичну урожайність, яка сформувалась за бонітетом ґрунту (Уфб) розраховують за формулою:

, де

Б – бал бонітету ґрунту (додаток Л);

Уб – урожайна ціна одного балу (додаток К);

Еж – ефективність використання ресурсів живлення, %.

Фактичну врожайність за рахунок внесених мінеральних добрив (Уфд) розраховують за формулою:

, де

Д_м – доза внесення мінеральних добрив, ц/га;

Ом – окупність 1 ц д.р. мінеральних добрив приростом врожаю (додаток И).

4) Визначити фактичну ціну 1 бала бонітету і порівняти цю величину з нормативною:

, де

Уфб – фактична урожайність за рахунок бонітету ґрунту;

Б – бал бонітету грунту (додаток Л).

5) Визначити фактичний коефіцієнт окупності добрив та порівняти з нормативним:

, де

Од – фактичний коефіцієнт окупності добрив;

Уфд­ – фактична врожайність за рахунок внесених добрив, ц/га;

Дм – доза внесення мінеральних добрив, ц/га.

Приклад. Розрахувати ефективність використання ресурсів живлення кукурудзою для господарства, що знаходиться в Київській області, за умови фактичної урожайності культури (Уф) за останні роки 70 ц/га, дози внесення мінеральних добрив (Дм) – 5 ц/га, органічних добрив (До) – 20 т/га, окупності 1 ц д.р. мінеральних добрив приростом врожаю (Ом) – 5, 4 ц, окупності 1 т органічних добрив приростом врожаю (Оо) – 0, 30 ц, балу бонітету ґрунту (Б) – 77, урожайної ціни одного балу (Уб) – 0, 40 ц.

ДМУг=(5*5, 4)+(77*0, 40+20*0, 30)=63, 8 ц/га

Еж=(70/63, 8)*100=109, 7%

Уфб=(77*0, 40*109, 7)/100=33, 8 ц/га

Уфд=(5*5, 4)*109, 7/100=29, 6 ц/га

Уб=33, 8/77=0, 44

Од=29, 6/5=5, 9