Программирование урожая

Программирование – это разработка комплекса взаимосвязанных мероприятий, своевременное и высококаче­ственное выполнение которых обеспечивает получение заплани­рованной урожайности. Это направление в агрономии отражает достижения большого числа смежных наук – физиологии растений, земледелия, растениеводства, почвоведения, агрохимии, метеоро­логии, агрофизики, а также математики, кибернетики и экономи­ки. Основная цель программирования состоит в том, чтобы перей­ти к широкому использованию в агрономии количественных моделей и электронно-вычислительной техники, позволяющей быстро обработать информацию о факторах, влияющих на рост растений, и выбрать оптимальный вариант агротехнических ме­роприятий, направленных на получение запрограммированной урожайности.

Один из главных принципов современного сельско­хозяйственного производства – применение интенсивных мето­дов ведения хозяйства для повышения урожайности культур и качества продукции. Получение высоких урожаев сельскохозяй­ственных культур возможно лишь при создании оптимальных ус­ловий для превращения и обмена веществ в растительном орга­низме, начиная от фотосинтеза и кончая образованием конечных продуктов жизнедеятельности растений.

Для непрерывной работы зеленых листьев растений необходим постоянный приток энергетических средств: света, различных элементов минерального питания, воды, тепла, диоксида углерода и кислорода. Необходимо также оптимальное сочетание внешних факторов: плодородия почвы, приемов возделывания, влажности и температуры почвы, позволяющих растениям реализовать свои потенциальные возможности.

Уровень питания растений, используемые сорта, технология возделывания и погодные условия находятся в тесной взаимосвя­зи, определяющей величину урожайности. Резкое отклонение лю­бого фактора от нормы может оказаться решающим и ограничить получение высокой урожайности.

Получение максимально возможной урожайности чаще всего зависит от нерегулируемых, частично или труднорегулируемых факторов (свет, тепло, влагообеспеченность), которые могут ограничивать рост и развитие растений [8].

Недостающее количество того или иного фактора может быть ком­пенсировано соответствующими приемами агротехники. Агротехниче­скими приемами можно ослабить или усилить влияние факторов жиз­ни на рост, развитие растений и формирование урожая [17].

Проблема увеличения производства зерна и другой сельскохозяйственной продукции решается главным об­разом за счет повышения продуктивности пашни. Этому способ­ствует новое направление в агрономической науке – программи­рование урожайности. В основе его лежат удовлетворение потреб­ностей растений в жизненно важных факторах внешней среды, целенаправленное формирование посевов для получения задан­ной урожайности [8].

Таким образом, основу метода программирования урожаев сель­скохозяйственных культур составляют прогноз возможной урожайно­сти, а также разработка и реализация на практике технологии возделывания культуры, в наибольшей степени отвечающей ее биологиче­ским особенностям.

Существуют следующие принципы программирования урожаев (по И.С. Шатилову):

1-ый принцип предусматривает при определении уровня уро­жайности использование гидротермических показателей среды.

2-ой принцип учитывается при определении потенциальной урожайности сельскохозяйственных растений и основывается на зави­симости урожайности от прихода ФАР и коэффициента использования растениями фотосинтетически активной радиации.

3-ий принцип предусматривает определение потенциальных возможностей культуры и отбор для возделывания в конкретных при­родных условиях сортов по их потенциальным возможностям.

4-ый принцип заключается во взаимосвязи урожайности со сформированным в агрофитоценозе фотосинтетическим потенциалом и предполагает формирование такого фотосинтетического потен­циала, который обеспечивает получение высокого урожая.

5-ый принцип предполагает обязательное и правильное приме­нение основных законов научного земледелия и растениеводства.

6-ой принцип состоит в разработке системы удобрения, учиты­вающей эффективное плодородие почвы, а также потребность расте­ний в питательных веществах, необходимых для выращивания про­граммированного урожая высокого качества.

7-ой принцип состоит в разработке и применении комплекса агротехнических мероприятий, учитывающего требования культуры (сорта) к условиям произрастания, а также условия агрометеорологи­ческой обстановки. Четкая реализация разработанного комплекса агро­технических мероприятий должна обеспечить получение программи­рованного урожая.

8-ой принцип предусматривает обеспечение растений влагой в оптимальных количествах, в неорошаемых условиях - определение и поддержание уровня урожайности, исходя из климатических условий и особенностей зоны.

9-ый принцип - принцип обязательной защиты растений от вредителей, болезней, сорняков, обеспечивающей выращивание здоро­вых растений.

10-ый принцип предусматривает создание банка данных о био­логических особенностях полевых культур, условиях их произраста­ния, экспериментальных материалах, оценивающих различные агро­технические приемы и операции, использование современной вычис­лительной техники.

В методе программирования урожайности расчеты ведут на следующие ее уровни:

Потенциальная урожайность (ПУ) – предельно возможный уровень урожайности; лимитируется приходом ФАР, ее КПД и биологическими особенностями культуры, сорта.

Климатически обеспеченная урожайность (КОУ) - урожайность, которая может быть получена в конкретных климатических условиях при оптимизации всех остальных факторов жизни растений. Лимитируется КОУ элементами климата, погодой.

Действительно возможная урожайность (ДВУ) - максимальная урожайность, которая может быть получена на конкретном поле, с его реальным плодородием в складывающихся метеорологических условиях. Лимитируется ДВУ плодородием почвы.

Программируемая (ресурсо- и технически обеспеченная) урожайность (ПрУ) - это урожайность, которую планируют получить на конкретном поле в соответствии с комплексом разработанных агротехнических мероприятий. Уровень ПрУ определяется через величину КОУ и ДВУ путем оптимизации питательного режима почвы.

Урожайность в производстве (УП) – фактически достигнутый уровень урожайности в конкретном хозяйстве [17].

Определение потенциальной урожайности (ПУ)

Уровень потенциальной урожайности зависит от биологических свойств культуры или сорта; количества энергии проходящей фотосинтетически активной радиации иколичеством энергии, аккумулированной в биомассе урожая; элементов питания в почве; уровня агротехники и метеорологических условий [8].

Методика расчетаПУ по приходу ФАР и коэффициенту ее использования предложена проф. А. А.Ничипоровичем:

Расчет ПУ по использованию ФАР среднего уровня:

где

ПУ – потенциальная биологическая урожайность абсолютно сухой биомассы, ц;

∑ QФАР – приход суммарной ФАР за период вегетации культуры в зоне, млрд. ккал/га (кДж/га);

К – планируемый КПД ФАР;

q - калорийность 1 кг сухой биомассы урожая, ккал/кг (кДж/кг).

Чтобы получить ПУ хозяйственно ценной части урожая необходимо применить следующую формулу:

где

С – сумма составляющих урожая (зерно + солома);

В ст – стандартная влажность.

Или по следующей формуле (предложенную проф. Х.Т. Тоомингом):

где

∑ QФАР – приход суммарной ФАР за период вегетации культуры в зоне, млрд. ккал/га (кДж/га);

К – планируемый КПД ФАР;

q - калорийность 1 кг сухой биомассы урожая, ккал/кг (кДж/кг);

Кm – коэффициент хозяйственной эффективности урожая на массу продукции стандартной влажности.

Для определение потенциальной урожайности мне понадобились следующие расчетные данные:

- сумма составляющих урожая озимой тритикале (зерно + солома) = 2, 5 [17, прил. 22];

- калорийность 1 кг сухой биомассы урожая, (ккал/кг или кДж/кг) = 4400 (так как в данном приложении озимая тритикале отсутствует, показатель был взят по озимой ржи) [17, прил. 23];

- приход суммарной ФАР за период вегетации культуры в зоне возделывания = 34, 6 (ккал/см²) [см. раздел 3, табл. 5];

- стандартная влажность для озимой тритикале = 14 % [17, прил. 21];

- планируемый КПД ФАР для зерновых культур = 1, 5-3, 0 %; теоретически возможный (в общем) = 7, 0-10, 0%, этот показатель варьируется в зависимости от культуры [8];

- коэффициент хозяйственной эффективности урожая на массу продукции стандартной влажности = 0, 465 [17, прил. 22].

Определение климатически обеспеченной урожайности (КОУ)

Методика расчетов по ресурсам влаги (КОУw) базируется на определениисоотношения количества влаги, поступающей в распоряжение растений в течение вегетационного периода, и суммарного расходования влаги на созданиеединицы урожая:

т/га или 62, 3 ц/га,

где

КОУw – климатически обеспеченная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га;

Wмс – влажность мертвого слоя почвы при возобновлении весенней вегетации или перед весенним посевом, мм;

Ов.п. – сумма осадков за вегетационный период, мм;

Ко – коэффициент полезности осадков;

Кв – коэффициент водопотребления, мм × га/ц или м³ /т;

С – сумма частей основной и побочной продукции;

Вст – стандартная влажность.

Для определения климатически обеспеченной урожайности понадобились следующие расчетные данные:

- влажность мертвого слоя почвы при возобновлении весенней вегетации = 184 мм. [17, прил. 17];

- сумма осадков за вегетационный период = 312 мм. [см. раздел 3, табл. 4];

- коэффициент полезности осадков = 0, 7 [17, прил. 18];

- коэффициент водопотребления (мм × га/ц или м³ /т) = 405 [17, прил. 15];

- сумма составляющих урожая озимой тритикале (зерно + солома) = 1, 6 [17, прил. 22];

- стандартная влажность для озимой тритикале = 14 % [17, прил. 21].

Определение климатически обеспеченной урожайности по ресурсам тепла (КОУ t°)

Методика расчетов базируется на предварительном определении биоклиматического потенциала продуктивности (БКП) и вычисляется по следующей формуле: