Программирование урожаев. Методические указания для выполнения расчетнографического задания
 Скачать 1.11 Mb.
|
|
Программирование урожаев – это разработка комплекса взаимосвязанных мероприятий, своевременное и качественное выполнение которых обеспечивает получение предельно возможной урожайности сельскохозяйственных культур заданного качества. При этом ход формирования урожаев предопределяется программой, составленной заранее с учетом почвенно-климатических условий района и биологических особенностей растений. В установленной последовательности и в оптимальные сроки применяют агроприемы, необходимые для достижения на каждом этапе предусмотренных количественных и качественных показателей роста, развития растений и продуктивности агрофитоценозов. Программирование урожаев предусматривает также корректировку хода формирования фитоценоза по этапам органогенеза растений на основании оперативно получаемой информации. Отсутствие ГОСТ послужило причиной возникновения и других определений и, самое главное, отождествления программирования, прогнозирования и планирования. Собственно программирование стали называть ресурсным. Цели и задачи, стоящие перед программированием, позволяют дать такое определение. Программирование урожаев – это определение продуктивности земли по почвенно-климатическим ресурсам и разработка интенсивных технологий возделывания, обеспечивающих наиболее полное использование генетического потенциала сортов и гибридов сельскохозяйственных культур. Следовательно, программирование урожаев предусматривает полную реализацию потенциальной продуктивности сорта при оптимизации основных факторов жизнедеятельности растений в регулируемом земледелии и рациональное использование ресурсов климата и почв при условии лимитирования продуктивности посевов каким-нибудь фактором. При этом потенциальный урожай рассчитывают по формуле (5), а реальный – по формуле (8). Прогнозирование урожаев – это научно обоснованное предсказание продуктивности сельскохозяйственных культур на ряд лет или на перспективу. При использовании метода корреляционно-регрессионного анализа в прогнозировании урожаев пользуются линейной формой уравнения:  где у – средний урожай в n-м году, ц с 1 га; а – свободный член уравнения: b – коэффициент регрессии: х – фактор времени. Уравнение (3) предусматривает ежегодный прирост урожайности в зависимости от различных почвенно-климатических факторов, доз удобрений, способов и глубины обработки почвы, и т.п. Планирование урожаев, как правило, осуществляется от достигнутого уровня с использованием показателей роста продуктивности растениеводческой продукции, утвержденных на предстоящую пятилетку. Так, в Основных направлениях экономического и социального развития России на 1986-1990 годы и на период до 2000 года предусмотрено увеличить продуктивность пашни на 14-16%. Этот прирост является обязательным условием для определения урожая культуры на перспективу. Например, за годы одиннадцатой пятилетки урожай пшеницы в хозяйстве составил в среднем 26,6 ц зерна с 1 га. При увеличении урожая на 14 % к концу 1990 г. сборы зерна пшеницы в хозяйстве должны составить 30,3 ц с 1 га, или увеличиться на 3,724 ц, то есть ежегодно на 0,745 ц с 1 га. Урожаи по годам должны быть следующими (ц с 1 га): 1986 – 27,3; 1987 – 28,1; 1988 – 28,8; 1989 – 29,6 и 1990 – 30,3. Таким образом проводят планирование от достигнутого уровня. В этом заключается отличие планирования от прогнозирования урожаев. Возможно ли тождество между программированием и планированием? Возможно, если на полях хозяйств с высокой культурой земледелия будет полностью реализовываться потенциальная продуктивность районных сортов (гибридов). Тогда планирование потеряет свой смысл: к достигнутому уровню урожая не будет применим соответствующий процент ежегодного роста продуктивности. В настоящее время практика планирования урожаев от достигнутого уровня не обеспечивает всестороннего учета факторов формирования урожая и оценки потенциальной продуктивности посевов. В связи с этим оценку максимальной урожайности следует начать с выявления причин несоответствия между показателями в условиях хозяйства (Уф), реально возможной (Удву) и потенциальной продуктивностью (Упу).Следует отметить, что до сих пор много сил и средств вкладывают на исследования отдельных параметров, характеризующих посевы как биологические системы. Однако знание отдельных факторов не дает представления об их комплексном влиянии на урожай. Программирование урожаев обеспечивает соединение всего накопленного до сих пор экспериментального материала в единое целое и планирование исследований в целях изучения посевов как целостной биологической системы. Программирование урожаев следует рассматривать как науку об управлении формированием посевов с заранее заданными параметрами при изменяющихся условиях окружающей среды обитания растений. Теория управления развитием растений и продуктивностью посевов опирается на объективные законы и закономерности земледелия и растениеводства, а также на научные принципы, определяемые в результате проведения экспериментальных исследований. 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ УРОЖАЕВ Теоретической основой программирования урожайности служат фотосинтетическая деятельность и минеральное питание растений как единая биологическая система с определенными параметрами агрофитоценоза и климатических условий, обеспечивающая максимальную продуктивность растений. Практическая реализация метода программирования заключается в оптимизации фотосинтетической деятельности посевов высокопродуктивных сортов и гибридов в условиях интенсивных технологий возделывания. Интенсивное использование земли, климатических ресурсов и продуктивности сортов требует развития новых представлений как о величине урожайности, так и о самом процессе ее формирования. Разработке теории программирования урожаев сопутствуют научное обоснование максимального или потенциального урожая (ПУ), действительно возможного урожая (ДВУ), а также фактически получаемого в условиях производства (УП), выявление причин несоответствия УПДВУПУ и определение путей перехода от низкого уровня к максимальному. Поэтому, для программирования урожаев необходима информация по приходу солнечной энергии в данной почвенно-климатической зоне. Этот показатель составляет энергетическую основу фотосинтеза, транспирации, поглощения и передвижения элементов минерального питания и ассимилятов. Он формирует тепловой, водный и воздушный режимы почвы и растений в период вегетации. 3.1. Ресурсы ФАР и потенциальный урожай (ПУ) Урожай формируется в процессе фотосинтеза в результате использования энергии солнечной радиации. К.А. Тимирязев считал, что предел плодородия земли определяется не количеством удобрений, которые мы можем ей доставить, не количеством поданной влаги, а количеством световой энергии, посылаемой солнцем на данную поверхность. Различают два вида естественной радиации: – коротковолновую, называемую также интегральной радиацией, с длиной волны 280-400 нм; – длинноволновую с длиной волны от 400-4000 нм. Для определения потенциальной урожайности используют фотосинтетически активную радиацию (ФАР) с длиной волны 380-710 нм. В свою очередь, ФАР подразделяется на следующие виды: – прямая солнечная радиация S – часть лучистой энергии солнца, поступающая к земле в виде почти параллельных лучей, она измеряется фитоактинометром и пиргелиометром; – рассеянная радиация D – часть солнечной радиации, падающая на горизонтальную поверхность после рассеивания атмосферой и отражения от облаков, ее измеряют пиранометром, приемная часть которого затеняется от солнца при помощи специальных экранов; – суммарная радиация Q, равная S+D, измеряется пиранометром, установленным на открытой площадке. Суммы ФАР по району (хозяйству) могут быть рассчитаны также по данным ближайшей актинометрической станции или агрометеорологического поста. Данные сумм интегральной радиации, взятые на станции, пересчитывают на сумму ФАР по формуле:  (4)где Qфар – сумма общей ФАР; S' – сумма прямой солнечной радиации; D – сумма рассеянной солнечной радиации. Показатель ФАР обычно составляет 42-47% интегральной радиации и зависит от метеорологических условий года. В агроклиматическом справочнике области (края, республики) приводится суммарная ФАР по месяцам, которая также может быть использована для определения потенциальной урожайности. Так же определяют приход суммарной ФАР за период вегетации различных культур. В среднем эти показатели будут следующими (млрд. кДж/га):
Наиболее достоверные данные по приходу ФАР получают путем проведения экспериментальных исследований конкретно для каждого хозяйства или группы хозяйств, расположенных на расстоянии до 50 км от метеостанции. Потенциальный урожай – это урожай, который может быть получен в идеальных метеорологических условиях (при достаточном количестве влаги и тепла). Он зависит от прихода ФАР, агротехнического фона, биологических свойств культуры и сорта. Потенциальный урожай (ПУ) определяют при помощи математической модели продукционного процесса и формирования урожайности. Для его оценки пользуются формулой:  (5)где Упу – потенциальный урожай товарной продукции, ц с 1 га; – КПД ФАР культуры или сорта в оптимальных метеорологических условиях, %; Кm – коэффициент хозяйственной эффективности урожая или доля основной продукции в общей биомассе: Q – суммарный за период вегетации приход ФАР, кДж/см2; – калорийность урожая, кДж/кг. В зависимости от продолжительности вегетационного периода значения ФАР сильно различаются: в приполярных зонах приход ее составляет 4,19-6,28 млрд. кДж/га, на Северном Кавказе – 25,12-29,31 млрд., а в республиках Средней Азии – 33,49-41,87 млрд. кДж/га, что обусловливает формирование различного количества биомассы. Пользуясь формулой (5), рассчитывают потенциальный урожай сухой биомассы для различных значений КПД ФАР. Для перевода сухой биомассы на основную продукцию (зерно, клубни, корнеплоды и др.) рассчитывают Кm по формуле  (6)где Чт – доля товарной продукции в общей биомассе (принимают равной единице): а – сумма частей в соотношении основной продукции и побочной. При известном количестве абсолютно сухой биомассы (Убиол) с помощью Кm определяют массу товарной продукции:  При обычной агротехнике посевы, как правило, используют приходящую энергию ФАР с КПД 0,5-1%; в условиях хорошего водоснабжения и обеспеченности удобрениями коэффициент использования возрастает до 2-3%. В наиболее благоприятных условиях посевы усваивают 4-5 и даже 80-10% и более ФАР. Значения КПД ФАР в разных посевах подразделяются следующим образом (%):
КПД ФАР определяют по формуле:  (7)Для определения потенциального урожая по формуле (5) КПД ФАР, как правило, следует определять по данным урожайности рекомендованного к районированию сорта, которая получена на полях ближайшего к хозяйству госсортоучастка. Использование ФАР посевами в целом значительно ниже, чем КПД ФАР листьев. К естественным причинам снижения КПД ФАР посевов относятся: недостаточная площадь листовой поверхности вначале вегетационного периода, не позволяющая полностью использовать падающую на посев ФАР; постепенное увеличение в процессе роста затрат ассимилятов на дыхание фотосинтезирующих и нефотосинтезирующих органов растений; наличие листьев, фотосинтетически неактивных из-за их физиологического возраста; наличие листьев, не адаптированных к существующим условиям ФАР внутри посева. Основная причина ограничения потенциально возможного урожая и высоких КПД ФАР заключается в том, что современные сорта обладают чрезмерно большим вегетативным ростом и в условиях высокого плодородия почвы формируют загущенные посевы. Высокий уровень азотного питания стимулирует фотосинтетическую активность листьев растений, в результате ускоряется темп роста листьев. Возникает нежелательная обратная связь – показатели листовой поверхности вскоре превышают оптимальные, режим ФАР посева ухудшается, снижается газообмен и в конечном счете КПД ФАР и урожай. Можно ли избавиться от нежелательной обратной связи и использовать высокий агротехнический фон для получения запрограммированных урожаев? Это возможно при определенной структуре урожая. Так, повышение урожая пшеницы и риса достигнуто главным образом в результате изменения морфологических признаков растений. Новые сорта имеют короткий стебель, вертикально расположенные листья, крупные колосья с большим числом крупных зерен и хорошо отзываются на высокие дозы удобрений без чрезмерного роста вегетативной массы. Теоретическое обоснование и практическое создание высокопродуктивных посевов, которые способны в различных условиях усваивать энергию солнечной радиации с максимально возможным для этих условий КПД ФАР, – один из важнейших принципов программирования урожаев. Конечно, программировать урожай не следует только по приходу солнечной энергии. Часто получение запрограммированных урожаев ограничивается другими факторами жизни растений: углекислотой, необходимой для фотосинтеза, плодородием почвы, реакцией почвенной среды, воздушным режимом, потенциальной продуктивностью сорта. Кроме того, программирование будет неточным, если ориентироваться на уровень потенциального урожая, так как метеорологические условия в большинстве случаев отличаются от идеальных. По этому при разработке практических основ программирования урожаев следует также обосновывать продуктивность посевов с учетом почвенно-климатических ресурсов. 3.2. Определение возможных урожаев по влагообеспечености посевов (ДВУ) Действительно возможный урожай – это урожай, который теоретически может быть обеспечен генетическим потенциалом сорта или гибрида и основным лимитирующим фактором. ДВУ всегда ниже ПУ. Определяют ДВУ по следующей формуле:  (8)где W – количество продуктивной для растений влаги, мм; КВ – коэффициент водопотребления, мм га/ц., Кm – коэффициент хозяйственной эффективности урожая. Коэффициент водопотребления (Кв) – количество влаги, затрачиваемое на формирование единицы сухой биомассы. Размерность (мм га/ц) взята произвольно. Этот коэффициент специфичен для каждой культуры и меняется в зависимости от климатических особенностей вегетационного периода, уровня почвенного плодородия, доз удобрений и других факторов. В частности, в определенных пределах справедливо утверждение, что растение затрачивает на создание единицы сухого вещества тем меньше воды, чем полнее удовлетворяются его потребности в других факторах жизнеобеспеченности. Чем ниже уровень агротехники ипочвенного плодородия, тем коэффициент водопотребления в среднем выше. При отсутствии данных, которые отвечают условиям хозяйства (или еще лучше - поля.участка), можно пользоваться средними коэффициентами водопотребления. Для озимых пшеницы, ржи, ячменя, овса, а также для картофеля этот коэффициент равен 350-400, для кормовой свеклы, моркови, капусты, кукурузы, викоовсяной смеси на зеленый корм – 300-400, для многолетних трав на сено – 500-700. Продуктивная влага и ее определение. Количество продуктивной влаги определяют по данным выпадаемых в течение года осадков. Для этого месячные суммы осадков по агроклиматическим районам области (края, республики) суммируют и вычитают из полученной суммы непроизводительные расходы влаги. Годовое количество осадков не полностью используется растениями. Непроизводительные расходы влаги бывают за счет стока с талыми водами и во время ливневых осадков с полей, имеющих значительный уклон, а также испарения с поверхности почвы, не занятой растениями. Болотные почвы обладают большей влагоемкостью, чем другие типы, и в них накапливается больше продуктивной влаги. Песчаные почвы имеют низкую влагоемкость, в них содержится лишь 42-48% влаги от годового количества осадков. Различная влагоемкость почв обусловливает и значительные колебания продуктивной влаги по агроклиматическим районам. Из-за неравномерности выпадающих осадков по территории области расчет действительно возможных урожаев по влагообеспеченности следует проводить дифференцированно для каждого хозяйства, а в дальнейшем и для каждого поля с учетом почвенных особенностей и рельефа местности. Следует отметить, что на нижней трети склона содержание влаги в почве всегда будет на 30% выше, чем на возвышенных полях. Такими же условиями влагообеспеченности обладают и пойменные почвы. Часто достоверные данные по урожайности получают, когда продуктивную влагу определяют как сумму: запасы доступной для растений влаги в метровом слое почвы в период сева или возобновления активной вегетации озимых культур и многолетних трав (W0) плюс влага осадков (Ос), которые выпадают за вегетационный период культуры. Количество продуктивной для растений влаги рассчитывают по формуле:  (9)Продуктивная влага для растений – один из важнейших показателей урожайности. Поэтому ее используют для определения ДВУ. 3.3. Расчет доз удобрений при интенсивной технологии При разработке системы удобрения с учетом эффективного плодородия почв и потребности растений в питательных веществах на планируемый урожай необходимо иметь следующие данные: вынос элементов минерального питания общим урожаем биомассы; обеспеченность почв доступными для растений азотом, фосфором, калием и микроэлементами; коэффициенты использования азота, фосфора и калия из почвы, органических и минеральных удобрений. Вынос питательных веществ растениями зависит от типа почв, доз и видов удобрений, предшественников, метеорологических условий и величины урожая. В агрохимических картограммах почв, имеющихся в каждом хозяйстве, показана обеспеченность почвы (в пахотном горизонте) .подвижными формами фосфора, калия и азота. Если в картограмме не указано содержание азота, то перед расчетом доз удобрений необходимо провести агрохимический анализ. Примерные коэффициенты использования питательных веществ зерновыми культурами из почвы, органических и минеральных удобрений приведены в таблице 1. Существует несколько способов расчета доз удобрений. Проста и доступна формула расчета по нормативным затратам питательных веществ на 1 т планируемой урожайности:  (10)где Д – доза удобрения, кг/га д.в.; УП – планируемая урожайность, т/га; НР – нормативный расход удобрений на получение 1 т урожая, кг; КП – поправочный коэффициент на агрохимические свойства почвы. Поправочные коэффициенты на агрономические свойства почвы составляют: при среднем содержании фосфора и калия 1,3; при повышенном – фосфора 1,0 и калия 0,7; при очень высоком – фосфора и калия 0,5. За оптимальное содержание подвижных форм питательных веществ (Р2О5 и К2О) на черноземных почвах принято по 150 мг/кг почвы. Поправочный коэффициент на содержание азота принимается за 1 при посеве по непаровым предшественникам 0,7-0,8 – по чистым парам. При внесении органических удобрений дозы минеральных уменьшают с учетом количества внесенного навоза и содержащихся в нем питательных веществ. Расчет ведут по формуле:  где ДН – количество навоза, т/га; СН – содержание питательных веществ в 1 т навоза, кг (в среднем азота 4,5-5, фосфора 2,3-2,5, калия 5-6); КН–коэффициент использования питательных веществ из навоза в первый год, % (азота 20-30, фосфора 40, калия 60). Потребность в удобрениях на запланированный урожай зерна можно определить расчетно-балансовым методом по формуле И.С. Шатилова и М.К. Каюмова:  (12)где Д – доза удобрений, кг/га; В – вынос элемента минерального питания с планируемым урожаем, кг/га; П – наличие в почве доступного питательного вещества, кг/га; КП – коэффициент использования питательных веществ почвы, %: КУ – коэффициент использования питательных веществ удобрения, %; С – содержание действующего вещества удобрения, %. Расчет доз удобрений под запрограммированный урожай Отметим, что коэффициенты использования питательных веществ из почвы, органических и минеральных удобрений непостоянны, они зависят от почвенно-климатических условий (возрастают во влажные годы и уменьшаются в засушливые), биологии возделываемых культур. Следовательно, для расчета применяют коэффициенты, полученные для конкретных районов или близлежащих зон. Удобной и понятной считается логическая схема расчета доз удобрений под запрограммированный урожай (табл. 1). При детальном расчете необходимо учитывать поступление питательных веществ из атмосферы, с пожнивными и корневыми остатками, семенами, а также последействие вносимых органических и минеральных удобрений. Микроэлементы (бор, медь, марганец, цинк) положительно влияют на уровень урожая и качество зерна полевых культур. На кислых почвах под основную обработку вносят известковые материалы с таким расчетом, чтобы реакция почвенного раствора стала близкой к нейтральной – рН 6,5-7. На солонцах солонцовых комплексах проводят гипсование. 4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПРОГРАММИРОВАНИЯ УРОЖАЯ ПОЛЕВЫХ КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ Программирование урожайности предусматривает определение величины урожая с учетом природно-климатических и почвенных условий: по приходу ФАР; по влагообеспеченности посевов; расчет норм удобрений под культуру с учетом её биологических особенностей. Все эти операции можно проводить на ЭВМ за весьма короткое время. Однако для успешного использования климатических и почвенных факторов, а также материальных ресурсов хозяйства, студент должен овладеть методикой определения величины планируемой (программируемой) урожайности, конкретной для хозяйства, использованием данных ближайшей метеорологической станции и картограмм обеспеченности почв основными элементами питания конкретного поля. 4.1. Природно-климатические условия Амурской области Амурская область располагается на юго-востоке азиатской части Советского Союза, занимая 11,7% территории Дальнего Востока. В области сосредоточено 38% сельхозугодий, 59% пашни Дальневосточного экономического района. Почти вся она лежит в бассейне Амура, поэтому ее относят также к Верхнему и Среднему(после впадения р. Зеи) Приамурью. Амурская область расположена в основном между 48° и 56° с.ш. и между 120° и 135° в.д. Юго-западной границей области служит река Амур от слияния Шилки и Аргуни у села Покровского до водораздела Буреинского хребта, в этих местах называемого Малым Хинганом. На основательном протяжении граница идет по водораздельным линиям хребтов Буреинского, Тукурингра и др. Территория области составляет 363,7 тыс. км2. Протяженностью севера на юг 753 км, с востока на запад – 695 км, а с севера-запада на юго-восток – 1140 км. Обширная ее территория характеризуется сложным геологическим строением, неоднородностью физико-географических и природных условий. Рельеф Амурской области – горно-равнинный, горы занимают 57,5%, равнины – 42,5% территории. По характеру поверхности горная территория разделяется на три геоморфологических района: северо-западный, центральный и восточный. Выделяются также три крупные равнины: Зейско-Буреинская, Амурско-Зейская, и Верхнезейская. Здесь расположены основные сельскохозяйственные зоны области: южная (1), центральная (II) и северная (III); IV и V относятся к северной таежной и горно-таежной зонам (см. таблицу 2). Наиболее благоприятны для возделывания сельскохозяйственных культур почвенно-климатические условия южной зоны Амурской области. Здесь производится свыше 50% валовой продукции сельского хозяйства, в том числе 58% зерна и 76% сои. Посевные площади зерновых – 330 тыс. га, сои – 272,1. Центральная зона включает Бурейский, Завитинский, Октябрьский, Ромненский, Серышевский, Свободненский районы. Здесь производится до 40% валовой сельхозпродукции, в том числе зерна 35%, сои – 22%. Зерновые возделываются на площади 311 тыс. га, соя занимает 165,8 тыс. га. В северную зону входят Шимановский, Мазановский и Зейский районы. Здесь производится до 8% валовой продукции сельского хозяйства, в том числе зерна 7,4%, сои 2%. Северная таежная и горно-таежная зоны включают Магдагачинский, Селемжинский, Тындинский районы. Характерная особенность их – очаговое сельское хозяйство. Посевные площади составляют всего 10,7 тыс. га, в том числе зерновых 6,5, кормовых – 39 тыс. га. Структура посева по зонам области различна. В южной зерновые занимают 41,9 %, соя – 30,8%, кормовые 22,7%, в центральной – соответственно 44,3%, 23 |