Методические указания по теме Определение потенциального (ПУ) и действительно возможного урожая (ДВУ) по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР) по дисциплине – Прогр урожаев сх культур
..pdfМинистерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет»
Кафедра агрохимии и почвоведения
УТВЕРЖДЕНО протокол № 11 методической комиссии агрономического факультета от 20 апреля 2009г.
М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я
по теме: «Определение потенциального (ПУ) и действительно»
возможного урожая (ДВУ) по приходу фотосинтетически активной радиации (ФАР)»
по дисциплине – Программирование урожаев сельскохозяйственных культур для студентов 5 курса по специальностям: 110201 – Агрономия
Мичуринск – наукоград РФ 2009
Методические указания составлены доцентом, кандидатом с.-х. наук А.И. Невзоровым на основании учебной программы дисциплины «Программирование урожая сельскохозяйственных культур», Мичуринск, 2009 г.
Рецензенты :
доцент кафедры земледелия и мелиорации, кандидат с.-х. наук
Ю.И. Верещагин
ст.преподаватель кафедры агрохимии и почвоведения, кандидат с.-х. наук
Г.Н. Пугачев
Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры агрохимии и почвоведения. Протокол № 8 от 7 апреля 2009г.
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
Цель и значение работы ……………………………………………… |
3 |
2. |
Определение потенциальной урожайности культур ………………. |
7 |
3. |
Определение урожайности товарной продукции ………………….. |
7 |
4. |
Определение коэффициента ФАР …………………………………… |
8 |
5. |
Калорийность и соотношение основной и побочной продукции …. |
9 |
©Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2009
2
ЦЕЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ
1. Цель занятия
Научить студента рассчитывать количество поступившей фотосинтетически активной радиации и использовать данные показатели для расчета потенциального, действительно возможного и урожайности товарной продукции отдельных сельскохозяйственных культур и продуктивности севооборота в целом.
2. Значение работы
Для работы производителей сельскохозяйственной продукции важно своевременное обеспечение и использование необходимой информации. Существенную роль в обеспечении максимальной урожайности культур играет поступление фотосинтетически активной радиации, то есть, количество поступившей ФАР. Поэтому главному агроному необходимо знать принципы определения урожайности различных сельскохозяйственных культур в зависимости от количества поступившей фотосинтетически активной радиации.
Введение
Необходимость увеличения производства сельскохозяйственных продуктов определяется объективными закономерностями развития человеческого общества - постоянным ростом народонаселения и возрастающим спросом на высококачественны продукты питания. В настоящее время основным путем увеличения производства продукции растениеводства является повышение урожайности сельскохозяйственных культур.
Программирование урожаев сельскохозяйственных культур - качественно новая проблема, с которой связано будущее интенсивного земледелия, решение задач повышения продуктивности полей и рационального использования материальных, и трудовых ресурсов. Как важнейшая проблема времени. Программирование урожаев объединяет в себе новейшие достижения растениеводства, земледелия, агрохимии, почвоведения, физиологии и биохимии растении, физики, кибернетики, метеорологии, экономики и других наук.
Укрепление материально-технической базы сельского хозяйства создало объективные условия для постановки и возможного решения проблемы программирования урожаев в условиях производства. Элементы программирования, включающие подбор высокопродуктивных сортов и гибридов, разработка прогрессивных приемов возделывания сельскохозяйственных культур, расчет доз вносимых удобрений с учетом плодородия почв, планируемого урожая уже находят применение в практике современного земледелия и растениеводства. Наибольшая эффективность
3
этих мероприятий в настоящее время может быть достигнута в условиях орошаемого земледелия.
При программировании урожаев целесообразно рассматривать три уровня урожайности сельскохозяйственных культур: потенциальный урожай (ПУ), действительно возможный урожай (ДВУ) и урожай в производстве (УП).
1. Потенциальный урожай (ПУ) - это урожай, который можно получить при идеальной обеспеченности растений всеми факторами роста (температурные условия, влагообеспеченность, элементы минерального питания и т.д.). ПУ зависит от прихода фотосинтетической активной радиации (ФАР), агрофона, биологических особенностей культур и сорта, уровня агротехники. ПУ до некоторой степени явление абстрактное, так как неизвестно, какие метеорологические и почвенные условия являются идеальными для отдельных культур и сортов. ПУ - величина непостоянная, она возрастает с совершенствованием агротехники и выведением новых сортов.
По последним исследованиям, проведенным, у нас и зарубежном, ПУ многих культур, в том числе зерновых, при очень высоком агрофоне может быть рассчитан с учетом КПД ФАР равном 3-4%. Для северной части Европейской территории России возможно получение от 50 до 60 ц/га зерна, а для южных районов нашей страны около 125 ц/га. К сожалению, при программировании урожаев на практике нельзя ориентироваться на уровень ПУ, т.к. метеорологические и почвенные условия в большинстве случаев отличаются от идеальных.
2.Действительно возможный урожай (ДВУ) - это максимальный урожай, который может быть получен в существующих, но оптимальных для данной зоны метеорологических условиях. Для определения величины действительно возможного урожая рекомендуется организовать полевые опыты.
Установлено, что на очень высоком агрофоне урожай картофеля достигает 600 ц/га, в южных районах страны (Кубань) получен урожай пшеницы 73ц/га, кукурузы на силос 1570 ц/га. На сортоиспытательных участках и опытных станциях Тамбовской области ДВУ зерновых = 4045 ц/га.
3.Урожай в производстве (УП) - максимальный, реальный урожай при высокой агротехнике ФАР и другие факторы роста растений не полностью используются для создания урожая. Причиной этого являются недостатки в агротехнике и организации производства, заболевания растений, неудовлетворительный прогноз погоды.
Впроизводственных условиях, нашей зоны получение высоких урожаев лимитируется наличием продуктивной влаги. Огромный приход ФАР остается неиспользованным или используется незначительно. В условиях орошения можно получать достаточно высокие урожаи. Но при
4
решении задач программирования урожаев берутся реальные величины: зерно 25-30 ц/га, сахарной свёклы 200-250 ц/га, кукурузы на силос 300350 ц/га.
Проблема повышения урожайности является самой актуальной проблемой современного интенсивно развивающегося земледелия. Один из путей ее решения - максимальное использование всех факторов жизни растения. В том числе солнечной энергии -95% биомассы растений составляет органическое вещество, образующееся в процессе фотосинтеза. Увеличить урожайность – это значит повысить фотосинтетическою продуктивность растения и коэффициенты использования солнечной энергии.
Солнце посылает на землю колоссальный использования солнечной энергии. Но не вся энергия достигает поверхности земли, примерно 50% ее рассеивается в атмосфере. Та радиация, которая достигает поверхности земли, подразделяется на 2 типа: коротковолновая, называемая также интегральной радиацией, с длиной волны 0,28 – 4 ммк и длинноволновую, с длиной волны от 4 до 40 ммк..
Впроцессе фотосинтеза используется не весь спектр солнечной радиации, а только та часть, которая находится в интервале длин волн от 0,38 до 0,7 ммк. Эту радиацию называют фотосинтетической активной радиации (ФАР). Она подразделяется на следующие виды: прямая солнечная радиация – S, рассеянная радиация D, суммарная радиация Q = S + D.
Вусловиях Московской области приход суммарной ФАР за год составляет в среднем 44,4 ккал/см2, или 4,4 млрд ккал/га. По месяцам она распределяется следующим образом (в ккал/см2):
январь – |
0,8 |
май – |
6,5 |
сентябрь – 3,4 |
|
февраль – 1,5 |
июнь – |
7,7 |
октябрь – |
1,6 |
|
март – |
3,8 |
июль – |
7,5 |
ноябрь – |
0,7 |
апрель – |
4,5 |
август – |
5,8 |
декабрь – |
0,6 |
За вегетационный период с температурой выше + 10˚С суммарное радиация составляет по среднемноголетним данным 28,6 ккал/см2, или 3,36 млдр. ккал/га.
За период вегетации в Подмосковье на каждый гектар посева зерновых приходится от 2,2 до 2,6 млрд ккал/га ФАР, корнеклубнеплодов – 2,1 – 3,4 силосных культур в занятом пару - 1,7-1,8, многолетних трав при одноукосном использовании - 1,6 млрд. ккал/га. В стационарных балансовых опытах академика И.С.Шатилова в учхозе "Михайловское" Подольского района Московской области в среднем за 7 лет эти показатели были следующими: за вегетацию озимой пшеницы приходит 2393, ячмень -2242, овес - 2341, картофель -2556, свекла кормовая – 2931, кукуруза (силос) - 1792, вико-овес (зеленая масса)-1773, многолетние травы (сено)- 1594 млн. ккал/га (или соответственно 23,93 ккал/см2 и т.д.)
5
Под периодом вегетации следует понимать фактическое время от посева до начала уборки урожая, в течение которого происходит усвоение основного количества ФАР и накопление биомассы растений. Наиболее точные суммы ФАР по району могут быть рассчитаны по данным ближайшей актинометрической станции или агрометеорологического поста, а также по результатам наблюдений на госсортоучастках. В таблице приводятся данные по приходу ФАР по различным географическим точкам Европейской России.
Биомасса растений на 95% состоит из органического вещества, образующегося в процессе фотосинтеза, идущего в зеленом растении под влиянием солнечной радиации с длиной световой волны от 380 до 760 нанометра (нм).Эта радиация называется фотосинтетически активной радиацией, сокращенно ФАР. Фотосинтез - основной процесс, приводящий к образованию органических соединений. В процессе фотосинтеза солнечная энергия превращается в химическую которая в конечном счете используется для синтеза органических, соединений, которые составляют 95% сухого вещества растений. Кроме того фотосинтез - источник свободного кислорода на нашей планете.
|
|
1. |
Суммарная ФАР, |
ккал/см2. |
|
|
|
|
|
||||
Актиномет- |
|
|
|
|
|
Месяцы |
|
|
|
|
|
За |
|
рические |
I |
II |
III |
IV |
V |
VI |
VII |
VIII |
IX |
X |
XI |
XII |
год |
станции |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хибины |
0,1 |
0,5 |
2,4 |
5,0 |
5,9 |
6,9 |
6,6 |
4,0 |
2,0 |
0,7 |
0,1 |
0,0 |
34,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С.- Петербург |
0,2 |
0,8 |
2,3 |
3,9 |
5,8 |
6,6 |
6,3 |
4,4 |
2,8 |
1,1 |
0,3 |
0,1 |
34,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Архангельск |
0,1 |
0,7 |
2,7 |
4,9 |
6,3 |
7,2 |
6,8 |
4,8 |
2,3 |
0,9 |
0,2 |
0,1 |
37,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Смоленск |
0,7 |
1,5 |
3,9 |
4,0 |
5,8 |
6,6 |
6,8 |
4,9 |
3,2 |
1,7 |
0,8 |
0,5 |
40,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Москва |
0,8 |
1,5 |
3,8 |
4,5 |
6,5 |
7,7 |
7,5 |
5,8 |
3,4 |
1,6 |
0,7 |
0,6 |
44,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Екатеринбург |
0,8 |
1,7 |
4,1 |
5,6 |
7,0 |
7,7 |
7,2 |
5,6 |
3,4 |
1,7 |
0,9 |
0,5 |
46,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Брянск |
0,8 |
1,5 |
3,7 |
4,7 |
6,8 |
7,4 |
7,1 |
5,3 |
3,3 |
1,7 |
0,7 |
0,5 |
43,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Липецк |
1,0 |
1,7 |
3,9 |
5,1 |
7,0 |
7,6 |
7,3 |
5,8 |
3,6 |
2,0 |
0,9 |
0,7 |
46,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рязань |
0,9 |
1,6 |
3,9 |
4,8 |
6,9 |
7,7 |
7,4 |
5,9 |
3,5 |
1,8 |
0,8 |
0,7 |
45,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тамбов |
1,0 |
1,7 |
4,0 |
5,3 |
7,2 |
7,8 |
7,3 |
5,9 |
3,6 |
2,0 |
0,9 |
0,7 |
47,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воронеж |
1,2 |
2,0 |
4,2 |
5,9 |
7,5 |
8,2 |
7,7 |
6,3 |
3,8 |
2,1 |
1,0 |
0,8 |
50,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Самара |
1,2 |
2,0 |
4,3 |
6,1 |
7,5 |
8,3 |
7,6 |
6,4 |
3,8 |
2,1 |
1,1 |
0,8 |
51,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Саратов |
1,3 |
2,4 |
4,3 |
6,0 |
8,1 |
8,3 |
7,6 |
6,7 |
5,1 |
3,0 |
1,7 |
0,9 |
55,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Схематически фотосинтез можно представить как окислительновосстановительный процесс взаимодействия углекислого газа и воды, который идет при участии хлорофилла, поглотившего энергию солнечных
6
лучей. Для образования одной грамм-молекулы (180 грамм) гексозы потребляется 686 ккал солнечной энергии:
6 CO2 + 6 H2O + 686 ккал = C6 H12O6 + 6 O2.
Величина урожая культуры (ПУ или = Убиол. ) определяется по формуле 1.
Убиол |
Q КQ |
; |
|
100 q |
|||
|
(Формула 1) |
где: Q – приход ФАР за вегетацию культуры, ккал/га;
КQ – коэффициент усвоение ФАР посевами, в %;
q – калорийность органического вещества урожая, ккал/кг; Убиол – урожайность абсолютно сухой биомассы основной и побочной продукции (зерно + солома; клубни + ботва и т.д.), кг/га.
Урожай определяется по нескольким культурам полевого севооборота определенной географической точки страны с соответствующим подсчетом прихода ФАР за вегетацию при определенном коэффициенте усвоения культурой (в пределах от 0,5 до 5,0 %).
Записи введутся виде таблицы:
NN |
Культура |
Q |
Ko |
q |
a |
Урожай основной |
пп |
|
|
|
|
|
продукции, ц/га |
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ут 100 Убиол ;
(100 W) а (Формула 2)
где: Ут – урожай основной продукции при стандартной влажности, в кг/га
W – стандартная влажность, полученного урожая ( зерновые культуры – 14 %; клубней картофеля, корнеплодов свеклы – 80 %; зеленой массы кукурузы и трав – 75 %; сено – 16 %; ).
а– сумма частей основной и побочной продукции в соответствии с их соотношением в урожае: для озимой пшеницы 1 : 1,5, следовательно
а= 2,5; ячменя 1 : 1, а = 2,04 картофеля 1 : 0,7, а =1,7 и т.д.
7
По наблюдениям академика А. А. Ничипоровича по урожайности и
КПД ФАР посевы делятся на 4 группы: |
|
обычно наблюдаемое |
– 0,0 – 1,5 % |
хорошие |
– 1,5 – 3,0 % |
рекордные |
– 3,0 – 5,0 % |
теоретически возможные |
– 6,0 – 8,0 % |
Зная урожайность культуры в определенном хозяйстве и приход ФАР в этой географической точке, можно определить коэффициент усвоения ФАР преобразовав формулу 1:
КQ |
100 Убиол q |
; |
|
Q |
(Формула 3) |
Результаты определения коэффициента условия ФАР заносятся в таблицу:
NN |
Культура |
Урожай |
Q |
У биол |
У биол •q |
KQ |
пп |
|
|
|
|
|
|
1.
2.
3.
4.
5.
Здесь произведение У биол • q показывает количество аккумулированной в урожае солнечной энергии.
Потенциальный урожай товарной продукции может быть определен и другим путем, по формуле Х. Г. Тооминга (формула 4).
У(ПУ) 104 Кт Q;
q (Формула 4)
где: У (ПУ) – потенциальный урожай основной продукции при стандартной влажности, в ц/га; ή – коэффициент использования ФАР, в %
Кт – доля основной продукции в общей биомассе абсолютно сухого урожая (Убиол), в относительных единицах (для зерна озимой пшеницы при соотношении основной и побочной продукции 1 : 1,5 = 0,4). Значения Кт даны в таблице 2;
8
Q – приход ФАР в данной географической точке за время вегетации, ккал/см2;
q – калорийность урожая, в ккал/кг.
Запись ведется в виде таблицы:
Область ____________________ Район __________________ Хозяйство
NN |
Культура |
Q |
|
Кт |
q |
Упу |
пп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
|
|
2. Калорийность и соотношение основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур
Культура |
Калорийность |
отношения основной и побочной про- |
||
|
ккал/га |
|
дукции |
|
|
|
в частях |
|
в доля |
|
|
|
|
|
Озимая пшеница |
4500 |
1: 1,5 |
|
0,40 |
|
|
|
|
|
Яровая пшеница |
4500 |
1: 1,3 |
|
0,43 |
|
|
|
|
|
Озимая рожь |
4400 |
1: 1,6 |
|
0,38 |
|
|
|
|
|
Ячмень |
4500 |
1: 1,1 |
|
0,48 |
|
|
|
|
|
Горох, вика |
4500 |
1: 1,1 |
|
0,48 |
|
|
|
|
|
Овес |
4400 |
1: 1,3 |
|
0,43 |
|
|
|
|
|
Просо |
4450 |
1: 1,6 |
|
0,38 |
|
|
|
|
|
Гречиха |
4400 |
1: 1,7 |
|
0,37 |
|
|
|
|
|
Картофель |
4400 |
1: 0,7 |
|
0,59 |
|
|
|
|
|
Свекла кормовая |
3800 |
1: 0,4 |
|
0,71 |
|
|
|
|
|
Кукуруза на зерно |
4500 |
1: 1,5 |
|
0,40 |
|
|
|
|
|
Кукуруза на силос |
4200 |
- |
|
1,00 |
|
|
|
|
|
Кукуруза на з.к. |
4000 |
- |
|
1,00 |
|
|
|
|
|
Вико-овес (зел.масса) |
4891 |
- |
|
1,00 |
|
|
|
|
|
Многолетние травы |
4500 |
- |
|
1,00 |
(сено) |
|
|
|
|
Сахарная свекла |
4000 |
1: 0,6 |
|
0,63 |
|
|
|
|
|
Подсолнечник |
5000 |
1: 1,7 |
|
0,37 |
9
После решения задач по определению возможных урожаев сельскохозяйственных культур определяется коэффициент ФАР на посевах основных культур места прохождения практики студентом (по средней за последние 3 - 5 лет урожайности). Формула 3. Записи ведутся виде соответствующей таблицы (см. стр. 8). В заключение указываются к какой группе по Ничипоровичу относятся посевы данного хозяйства.
ЛИТЕРАТУРА:
а) основная: |
|
|
1.Учебно-методический комплекс |
по программированию урожая |
|
с.-х. культур. Мичуринск, 2009.-105с. |
|
|
б) дополнительная: |
|
|
1.Агрохимия. Под редакцией |
Б.А.Ягодина - М.: Колос. 2002, - |
|
584 с. |
|
|
2.Агроклиматические ресурсы Тамбовской области. -Л. Метеоиздат, |
||
1989 -176с. |
|
|
3.Каюмов М.К. Справочник по |
программированию урожаев. -М., |
|
Россельхозиздат, 1977 – 188с. |
|
|
4.Каюмов М.К.Программирование |
урожаев сельскохозяйственных |
|
культур. -М. Агропромиздат, 1989.-320с. |
|
|
5. Словарь - справочник по |
агропочвоведению. Под редакцией |
|
В.Л. Иванова.- Воронеж, 1999.- 394с. |
|
|
6.Технология производства, хранения, переработки продукции растениеводства и основы земледелия. Муха В.Д., Картамышев Н.И.,
Муха Д.В. и др.. – М.: КолосС, 2007.-580 с.
10