Методические указания по теме Гидротехнические условия урожайности сельскохозяйственных культур по дисциплине – Программирование 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: «Гидротехнические условия урожайности
сельскохозяйственных культур»
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 С.А.Волков доцент кафедры агрохимии и почвоведения, кандидат с.-х. наук
И.Н. Мацнев
Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры агрохимии и почвоведения. Протокол № 8 от 7 апреля 2009г.
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1. |
Цель и значение работы …………………………………………….. |
3 |
2. |
Определение урожайности по биоклиматическому потенциалу ... |
6 |
3. |
Определение урожайности по гидротермическому показателю … |
8 |
4. |
Определение урожайности по биогидротермическому потенциалу |
9 |
5. |
Контрольные задания ……………………………………………….. |
10 |
©Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2009
2
ЦЕЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ
1. Цель занятия
Научить студента оценивать уровень тепло- и влагообеспеченности в зависимости от гидротехнических условий для последовательного роста урожайности отдельных сельскохозяйственных культур и продуктивности севооборота в целом.
2. Значение работы
Для работы важно своевременное обеспечение производителей сельскохозяйственной продукции необходимой информацией. Главную роль в планировании получения максимальной урожайности различных сельскохозяйственных культур играют показатели тепло и влагообеспеченности, то есть, количество поступающей солнечной энергии и выпавших осадков и содержание влаги в почве. Поэтому главному агроному необходимо знать принципы определения урожайности различных сельскохозяйственных культур в зависимости от этих показателей.
Введение
Температура почвы и воздуха определяют интенсивность биохимических процессов в растениях, оказывают влияние на прорастание семян, накопление биомассы и в конечном счете определяют величину и качество урожая. При недостатке тепла задерживается появление всходов, иногда проросшие семена погибают не давая всходов, появившиеся растения медленно растут и развиваются, не образуют репродуктивных органов (зерновые не дают товарного урожая, т.е. урожая зерна). Особенно чувствительны к недостатку тепла в северной части ЦентральноЧерноземной зоны теплолюбивые южные культуры: кукуруза, бахчевых, из овощных томат, перец, баклажан. Тепло является не только незаменимым и нерегулируемым, но часто и лимитирующим фактором жизни растения.
Прорастание семян и появление всходов зависит от температуры почвы на глубине заделки семян, дальнейшее развитие растений больше связано с температурными условиями приземных слоев воздуха.
Лучистая энергия Солнца - главный источник тепла на земной поверхности. Среднее количество тепла поступающее от Солнца к верхней границе атмосферы составляет 1,946 калорий/см2 в 1 минуту или около 120 кал в час,1,44 килокалория в сутки (1,44 х 12час) и 45 килокалорий за 1 месяц. Большая часть этой энергии рассеивается в атмосфере, отражается от облаков и поверхности Земли. На нагревание земной и волной поверхности, растений, приземных слоев воздуха используется всего около 20% солнечной энергии. Считается, что суммарная солнечная радиация, поступающая в виде света и ультрако-
3
ротких и инфракрасных лучей в сумме на 5% выше фотосинтетически активной радиации - ФАР. В связи с этим в расчетах тепловых ресурсов обычно используются данные по приходу ФАР.
Из курса "Растениеводство" известно, что требования растений к температурным условиям меняются в течении вегетации (таблица 1).
1.Требования растений к температурным условиям
|
|
Мин. t˚ |
Оптимальная t˚ |
|
NN |
Культура |
прорастание |
появления |
фотосинтеза |
пп |
|
семян |
всходов |
|
1. |
Озимая пшеница |
2-3 |
10-12 |
15-20 |
|
|
|
|
|
2. |
Озимая рожь |
1-2 |
6-10 |
12-18 |
|
|
|
|
|
3. |
Яровая пшеница |
4-5 |
12-15 |
16-23 |
|
|
|
|
|
4. |
Ячмень |
1-2 |
15-18 |
20-22 |
|
|
|
|
|
5. |
Кукуруза |
8-10 |
15-20 |
25-30 |
|
|
|
|
|
Поступающая на земную поверхность лучистая энергия превращается в тепловую, накапливается в верхних слоях почвы и водной поверхности, передается в глубже лежащие слои почвы. Создается определенный тепловой режим, который зависит от свойств почвы: теплоемкости, теплопроводности и т.д. Тепловой режим почвы определяется по годовому и суточному ходу температуры на разных глубинах. Для сельскохозяйственного производства наиболее важен ход температурных изменений на глубину 20 см. На черноземах он колеблется (по среднемноголетним наблюдениям) от -4°до +22°. Наиболее важен момент перехода через 0° и до +100 в период посева культур, время которого и определяется определенными температурными условиями.
Не меньшее значение имеет температурный режим приземного слоя воздуха, в котором размещается надземная часть растения. Для получения нормального урожая с.-х. культуры необходима определенная Сумма положительных температур. Например, для овса (в зависимости от сорта) от 1200° до 1400°, для гороха -1200°, кукурузы на си-
лос-1500°.
В северной части ЦЧЗ за время вегетации - по среднемноголетним даны с 4 мая (переход среднесуточной температуры воздуха через +10˚С) по 23 сентября (снижается до 9,9˚ и ниже) – набирается около
2400˚С (таблица 2).
Важным агроклиматическим показателем тепло- и влагообеспеченности растений является гидротермический коэффициент – ГТК (по Селянинову), который представляет отношение осадков за время вегетации в тоннах на гектар к сумме температур выше + 10° за тот же
4
2. Изменение хода температуры воздуха и осадков за время вегетации растений
NN |
|
|
|
Температура воздуха, оС |
|
Количество осадков, мм |
||||||
пп |
Месяц |
Декада |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
Среднемно- |
2004 |
2005 |
2006 |
2007 |
Средне- |
|
|
|
|
|
|
|
голетняя |
|
|
|
|
многолетнее |
|
|
1 |
14,2 |
13,1 |
13,6 |
7,5 |
11,6 |
0 |
29,1 |
9,9 |
29,5 |
16 |
1. |
Май |
2 |
11,2 |
15,8 |
13,5 |
17,5 |
14,1 |
34,6 |
21,1 |
15,2 |
4,8 |
16 |
|
|
3 |
14,8 |
22,6 |
14,9 |
24,9 |
15,3 |
10,8 |
9,8 |
20,7 |
3,9 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
15,1 |
17,0 |
18,2 |
17,0 |
16,8 |
9,4 |
50,4 |
27,1 |
14,6 |
20 |
2. |
Июнь |
2 |
14,2 |
18,1 |
17,3 |
20,9 |
18,2 |
39,3 |
90,6 |
42,7 |
14,0 |
20 |
|
|
3 |
20,1 |
16,6 |
23,9 |
18,0 |
19,1 |
24,2 |
7,2 |
0 |
42,6 |
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
17,1 |
17,2 |
17,5 |
18,8 |
19,3 |
56,6 |
9,2 |
0,7 |
44,8 |
22 |
3. |
Июль |
2 |
19,8 |
20,6 |
22,3 |
22,2 |
20,0 |
1,5 |
0 |
53,8 |
3,4 |
22 |
|
|
3 |
21,0 |
22,4 |
15,9 |
20,2 |
19,8 |
17,4 |
2,2 |
23,5 |
63,9 |
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
20,7 |
22,5 |
18,5 |
21,1 |
19,6 |
11,9 |
6,2 |
44,5 |
35,3 |
19 |
4. |
Август |
2 |
17,9 |
19,0 |
21,2 |
25,0 |
18,4 |
3,6 |
28,5 |
3,5 |
0 |
19 |
|
|
3 |
20,9 |
17,4 |
19,0 |
22,0 |
17,3 |
4,1 |
1,2 |
57,7 |
1,4 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
14,2 |
15,3 |
16,1 |
15,7 |
14,6 |
7,9 |
18,8 |
40,4 |
17,6 |
15 |
5. |
Сентябрь |
2 |
14,2 |
15,4 |
11,7 |
11,3 |
12,2 |
0 |
6,5 |
5,1 |
65,4 |
15 |
|
|
3 |
12,3 |
13,1 |
13,5 |
14,4 |
11,5 |
37,7 |
0 |
9,9 |
22,5 |
15 |
|
Итого: |
|
2477 |
2661 |
2571 |
2765 |
2478 |
259,0 |
280,8 |
354,7 |
363,7 |
276,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
период:
Ос 10 ГТК o o
t 10 C |
(формула 1) |
|
где: Ос - осадки за время вегетации, в мм;
∑ t° + 10˚С - сумма температур выше +10°С; 10 - для пересчета мм осадков в тонны.
Для Северной части ЦЧЗ ГТК > 1,0 показывает удовлетворительные условия увлажнения, от 1,0 до 0,8 - недостаточное, от 0,8 до 0,5 -засуш- ливые условия, < 0.5 - острозасушливые. Наши определения ГТК в течение 21 года (1960-80 г.г.) за май-август показали следующие результаты: ГТК > 1,0 - 14 лет: в пределах от 0,8 до 1,0 - 5 лет; менее 0,5 - 2 года. Таким образом благоприятными по увлажнению можно считать 2 из 3-х лет, а неблагоприятными - 1 из 3, в том числе 1 из 10 - острозасушливый.
Существует несколько методов расчета величины урожая по тепловым ресурсам и влагообеспеченности.
I. Расчет возможного урожая по биоклиматическому потенциалу (по П. И. Кодоскову).
Биологическая продуктивность земли при прочих равных условиях определяется главным образом обеспеченностью растений теплом и влагой. В условиях достаточного увлажнения растения максимально используют солнечное тепло (и свет) и накапливают наибольшее количество биомассы. При недостатке влаги плохо используются все прочие факторы роста, в первую очередь тепло, резко снижается продуктивность.
На черноземах Тамбовской области урожай определяется в первую очередь сочетанием влагообеспеченности и тепла.
Биоклиматический потенциал определяется по формуле:
БКП |
Кр to 10oC |
|
|||
1000 |
o |
C |
(формула 2) |
||
|
|||||
|
|
|
где: Кр - коэффициент биологической продуктивности, зависящий от влагообеспеченности растений. Это отношение продуктивности в условиях недостатка влаги к максимальной продуктивности в условиях оптимального (достаточного) увлажнения.
В " Природно - сельскохозяйственном районировании земельного фонда СССР '' (Научные труды ВАСХНИЛ,-М.."Колос",1975-256с.) для
6
лесной влажной зоны Кр=1,00; для полуувлажненной лесостепной, в том числе для Средне-Русской провинции - 5-2 (стр.66) Кр=0,90; для степной полузасушливой зоны КР=0,80.
t˚ > 10 ° С - сумма температур выше + 10 ° С, отражающее теплообеспеченность растений; 1000°С - число, равное сумме температур на современной северной границе земледелия.
Установлена корреляция БКП и урожайности зерновых культур
(табл.3).
3.Общесоюзная шкала оценки биологической продуктивности земли по значениям БКП
NN |
|
Урожайность |
|
Урожайность |
пп |
Б К П |
зерновых, ц/га |
Б К П |
зерновых, ц/га |
1. |
Оч. низкая-0,8 |
8 |
Повышенная |
24-31 |
|
|
|
2,2-2,3 |
|
2. |
Низкая-0,8-1,2 |
8-12 |
Высокая-2,8-3,4 |
31-38 |
|
|
|
|
|
3. |
Пониженная - |
12-17 |
Оч. высокая- > 3,4 |
38-42 |
|
1,2 -1,6 |
|
|
|
4. |
Средняя -1,6-2,2 |
17-24 |
|
|
|
|
|
|
|
Товарный урожай зерна определяется по формуле:
Ут БКП |
(Формула 3) |
где: β (бетта) = 20 ц зерна при БКП ФАР = 1,1%; 30 ц/га – при 1,7%; 40 ц/га при 2,2%
Пример: за период вегетации яр. пшеницы ( май – июнь - июль) нако-
плено 1° > 10°С - 1400°С.
0,90 • 1400 БКП = –––––––––– = 1,26 ≈ 1,3
1000
При КПД ФАР =1.1% |
Ут = 20 • 1,3 = 28 ц/га |
При КПД ФАР =1.7% |
Ут = 30 • 1,3 = 39 ц/га |
При КПД ФАР =2.2% |
Ут = 40 • 1,3 = 52 ц/га |
КПД ФАР определяется по средней урожайности на данном участке за 3-5 лет при неизменных условиях агротехники: предшественники, удобрения, обработка почвы и т.д. по формуле:
7
Убиол Q K
100 q , отсюда
КПДФАР(К) Убиол 100 q Q
II. По гидротермическому показателю продуктивности
Расчет ведется с учетом коэффициента увлажнения, который находится по формуле:
Кувл |
586 W |
|
|||
10 |
4 |
R |
(формула 4) |
||
|
|||||
|
|
||||
|
|
|
|
где: 586 ккал коэффициент скрытой теплоты 1 л воды;
W - количество продуктивной влаги за вегетацию, т. е. сумма запаса влаги в почве в период посева ранних яровых в 1 м слое почвы в мм (в Северной части ЦЧЗ = 190 мм) и осадков за время вегетации с.-х. культур (за майиюль - 175 мм) - по таблице "Осадки за вегетационный период"
R – суммарный радиационный баланс = приходу ФАР в ккал/см2 + 5% этого прихода;
104 (10000) для перевода прихода ФАР от см2 к га нужно умножить R на 108 (100000000), но и мм запасов влаги в кг влаги • 104 (10000), т.е. производится сокращение на 104.
Далее находится гидротермический показатель.
ГТП 0,46 Кувл Тv (формула 5)
где: 0,46 - постоянный коэффициент (формула эмпирическая, найденная опытным путем, не имеет теоретического обоснования)
Тv - количество декад вегетации культуры; К увл - коэффициент увлажнения.
8
Урожай определяется по формуле:
Удву (22 ГТП 10) Кт (формула 6)
где: Кт - доля товарной продукции в общем урожае (для озимой пшени-
цы 0,40).
Пример - ячмень:
Тv = 8 декад вегетации (майиюнь, 2 декады июля) R - за 2 мес + 2 дек = 20,0 ккал / см2
Кувл. = 586 • ( 190 + 160 ос ) / 104 • 21,0 = 205100 / 210000= 1,0 ( 0,98 ) ГТП = 0,46 • Кувд. • Тv = 0,46 • 1 • 8 = 3,68
Ут = ( 22 • ГТП – 10 ) • Кт = ( 22 х 3,68 – 10 ) • 0,45 = ( 0,46 – 10 ) • 0,45 = 31,932 = 31,9 ц / га
III. По биогидротермическому потенциалу продуктивности (по формуле А.М. Рябчикова), который определяется по формуле:
Кр |
W Tv |
|
|
|
36 R |
(формула 7) |
|||
|
||||
|
|
|
||
где: W - запасы влаги в почве + осадки, в мм; |
|
|||
Tv – период вегетации культуры в декадах: |
|
|||
R -радиационный баланс за вегетацию, в ккал / см2 + 5%. |
|
|||
36 - число декад в году. |
|
При среднемноголетних запасах влаги в 1-метровом слое почвы рав-
ном 190 мм осадках |
за май – июнь - июль 174 мм и суммарном радиа- |
||
ционном балансе ( ФАР + 5 % ) равном 23 ккал / см2: |
|
||
|
364 • 9 |
3274 |
|
Кр = |
–––––– = |
–––––– = 3,95 ≈ 4,0. |
|
|
36 • 23 |
828 |
|
|
Ут Кр |
(формула 8) |
|
где: β (бетта) = 20 ц/га – начальный урожай ц/га |
|
9
Пример: 1) Яровая пшеница Убиол. = 20 х 4,0 = 80 ц/га
2) Ячмень
350 • 8 2800 Кр = –––––– = –––––– = 3,70
36 • 21 756
Убиол. = β • Кр = 20 • 3,7 = 74,0 ц
Далее следует определить товарный урожай по формуле:
100 • У биол |
100 • 74,0 |
Ут = –––––––––– |
= ––––––––– = 43,0 ц/га |
(100 – 14) • 2 |
172 |
Задачи по теме: Определение возможного урожая полевых культур по тепло- и влагообеспеченности.
1.Определить урожай ………………. в условиях ……………………..области по 1)биоклиматическому потенциалу; 2)гидротермическому показателю; 3)биогидротермическому потенциалу.
Сравнить полученный результат с фактической средней урожайностью за последние 3-5 лет.
2. Определить ГТК (гидротермический коэффициент) за вегетационный период…………………. в условиях………………………. области.
Сделать вывод по условиям произрастания этой культуры.
10