CC BY
44
УДК 631.84 Х.М. Назранов, Ф.Х. Нагудова, А.М. Калмыков
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА АДАПТИВНОГО ПОТЕНЦИАЛА ОЗИМОГО ТРИТИКАЛЕ В УСЛОВИЯХ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА
Рассмотрены вопросы оценки адаптивного потенциала озимого тритикале на основе математических моделей и методов. Разработана модель управления продукционным процессом культуры в определенных агрономических условиях, его регулирование по этапам органогенеза применительно к условиям Северного Кавказа.
Ключевые слова: озимый тритикале, адаптивный потенциал, вертикальная зональность, оценка, математическая модель, Северный Кавказ.
Kh.M. Nazranov, F.Kh. Nagudova, A.M. Kalmykov COMPLEX ESTIMATION OF WINTER TRITICALE ADAPTIVE POTENCIAL IN THE CONDITIONS OF THE NORTHERN CAUCASUS CENTRAL PART VERTICAL ZONATION
The issues of the winter triticale adaptive technology estimation on the basis of mathematical models and techniques are considered. The model to manage the culture production process in the special agronomical conditions, its regulation on the organogenesis stages relating to the Northern Caucasus conditions is developed.
Key words: winter triticale, adaptive potential, vertical zonation, estimation, mathematical model, Northern Caucasus.
Введение. Механизм формирования адаптивно-ландшафтной системы земледелия заключается в том, чтобы, исходя из агроэкологических требований сельскохозяйственных растений, найти отвечающий им агроэкологический ареал.
В современных условиях хозяйствования одной из актуальных задач в области производства продукции растениеводства является повышение продуктивности пахотных угодий. В комплексе мер по решению данной задачи особое внимание уделяется вопросам идентификации степени адаптивности и устойчивости сельскохозяйственных культур к изменениям внешней среды [1]. Новые рыночные отношения привели к тому, что на первый план вышли требования доходности и рентабельности производства той или иной культуры. В результате многие приемы интенсификации (многократная обработка почвы, внесение больших доз удобрений, орошение и др.) оказались слишком дорогими. Поэтому велико значение разработки новых технологий возделывания культур, отвечающих определенным требованиям современного производства. Озимый тритикале в условиях различного уровня интенсификации производства может сыграть определенную роль в укреплении кормовой базы животноводства с его низкой себестоимостью среди зерновых культур. Получение устойчивых урожаев и высококачественного зерна на фоне неустойчивых погодно-кпиматических условий является актуальной проблемой сельскохозяйственного производства в Центральной части Северного Кавказа.
Земледелие - исторически наиболее древняя область производственной деятельности человека, несмотря на свой традиционализм, также нуждается в модернизации и переходе на наукоемкие технологии.
Интенсификация земледелия за счет простого увеличения вложения материалов и антропогенной энергии не дает адекватной отдачи. Более того, каждое такое дополнительное вложение сопровождается уменьшением окупаемости урожаем. Земледелие становится все более энерго- и ресурсоемким. Поэтому во
всем мире ведется поиск так называемых альтернативных технологий, отличающихся от существующих снижением энерго- и ресурсоемкости при повышении окупаемости каждой единицы затрат.
Из вышесказанного напрашивается вывод о том, что повышение эффективности земледелия на современном этапе заключается в снижении антропогенных затрат и увеличении роли природных сил. В научном мире такое направление называется биологизацией земледелия. Наиболее полно она выражается в концепции адаптивно-ландшафтного земледелия.
Все реакции растений, способствующие росту величины и качества урожая, считаются адаптивными. Адаптивный потенциал культуры является интегральной характеристикой степени ее устойчивости к изменениям внешней среды и имеет как количественные, так и качественные признаки, включающие понятия экологической устойчивости и потенциальной продуктивности.
Следует отметить, что потенциальная продуктивность и экологическая устойчивость вносят самостоятельный вклад в формирование урожайности культур. Другие факторы (природные, хозяйственные) опосредованно влияют на величину урожайности. Характер связей может быть различным и определяется особенностями культуры, сорта.
Так, для каждого вида/сорта растений имеются минимумы, оптимумы температур, содержания элементов в субстрате, степени его кислотности и т.д. Есть определенная градация приспособленности к факторам внешней среды. Причем в течение вегетации специфическое для каждого вида /сорта растений избирательное отношение к факторам внешней среды изменяется.
Главным условием получения высоких урожаев культур является агроклиматическое микро- и макрорайонирование в строгом соответствии с особенностями и их специфическими адаптациями.
Для решения задач прогноза урожайности разработаны и используются математические модели, включающие различные комбинации влияющих факторов [2]. Однако задача разработки комплексной математической модели, включающей не только природные и хозяйственные факторы, но и генотипические особенности культур, еще не решена. Рассмотрим вопросы оценки адаптивного потенциала растений на основе математических моделей и методов. Введем следующие обозначения:
Р- потенциальная продуктивность культуры/сорта (урожайность в оптимальных условиях);
у - реальная урожайность.
Уровень реальной урожайности культуры определяется множеством факторов, одним из которых является генетическая особенность культуры/сорта (потенциальная урожайность, уровень экологической устойчивости, продукционный процесс). Исходя из вышеизложенного, величина реальной урожайности условно определяется как функционал
У=Р(КД6), (1)
где К (К.1,....Кк) - вектор включающий показатели, характеризующие природные факторы;
Н=(Н1,...Щ - показатели агротехнологии;
в= (в1_..Сд) - генотипические факторы, включающие адаптивный потенциал растений.
В определенных условиях возделывания сельскохозяйственных культур уровень реальной урожайности не превышает уровень потенциальной продуктивности, поэтому он ниже уровня потенциальной продуктивности. По сути имеем неравенство
Тогда величина ут=Р-Г (К,Н,6)>или=0. (3)
Определяем степень отклонения сложившихся условий производства относительно оптимальных, выраженную в изменении урожайности культуры:
Ут=ут-Ц (4)
где Ут - максимально возможное отклонение урожайности от потенциальной продуктивности;
1_ - вклад адаптивного потенциала культуры, выраженный в виде амортизации потерь урожайности вследствие тех или иных неблагоприятных факторов производства.
Если теоретически адаптивный потенциал культуры отсутствует {1=0), то снижение урожайности не амортизируется, оно максимально.
Подставив выражение (4) в формулу (3), получаем выражение для оценки адаптивного потенциала культуры
у=Р- Ут=Р- У.т+Ц из этого следует 1-= у-Р+ Ут. (5)
На практике получить величину Ут практически невозможно, так как в каких бы условиях мы не возделывали культуру, всегда имеет место влияние адаптивного потенциала. Поэтому следует опираться на величину Ут, которую можно оценить по фактическим данным и уровню рекордного урожая в определенной местности.
Для оценки адаптивного потенциала озимого тритикале необходимо учитывать степень отклонения урожайности относительно его потенциальной продуктивности, для этого целесообразно использовать величину ду, определяемую как отношение абсолютного изменения урожайности к уровню потенциальной продуктивности:
ду=Ут:Р. (6)
При фиксированном (одинаковом) уровне интенсификации земледелия, климатических и почвенных условий, известной и одинаковой потенциальной продуктивности культуры/сорта можно выделить уровень экологической устойчивости культур и их адаптивный потенциал для определенной территории. То есть, величины ду и Ут при фиксированных прочих факторах будут характеризовать адаптивный потенциал по комплексу генотипических факторов для данной местности.
Объективно адаптивный потенциал растений определяется генетическими особенностями культур и имеет место зависимость
А=ЦР,Рф), (7)
где Р - потенциальная продуктивность культуры/сорта;
Рг-особенности продукционного процесса;
и - оценка экологической устойчивости культуры.
Характер и степень влияния генотипических факторов на адаптивный потенциал растений достоверно известен и зависит от культуры/сорта и окружающей среды.
С ухудшением условий внешней среды адаптивный потенциал и экологическая устойчивость культуры стремятся сдержать уровень урожайности, то есть минимизировать величину ду и Ут. Процесс адапта-
ции растения с определенными генетическими особенностями й к изменению внешней среды можно описать с помощью следующей формулы:
т'т ут = т'т (Р- F(K,Н,G), (8)
К-К
Н-Н
где К - наихудшее, неблагоприятное состояние природных факторов в исследуемой местности;
Н - наихудшее, неблагоприятное ведение хозяйственной деятельности. Максимальное отклонение данного показателя составляет ут = Р.
Одним из приемов оценки адаптивного потенциала культуры является оценка величины среднеквадратичного отклонения (СКО) или дисперсии (за многолетний период). Многочисленные данные свидетельствуют о том, что культуры/сорта (к которым относится озимый тритикале) с большей потенциальной продуктивностью чувствительнее к стрессовым ситуациям и им свойственна большая амплитуда колебаний урожайности по годам. В связи с этим нами предлагается оценивать уровень устойчивости агрономической системы по формуле
ска
(9)
где у - урожайность культуры в год £
у - средняя величина урожайности за весь период исследования;
Т- период исследования.
Приведенные зависимости (1)-(9) в комплексе легли в основу математической модели адаптивности культур. Следует отметить, что оценка адаптивного потенциала культур должна проводиться в конкретной местности и будет действовать только для нее.
Результаты исследований авторы использовали для оценки адаптивного потенциала и устойчивости озимого тритикале на территории Центральной части Северного Кавказа.
Показатель относительной устойчивости достаточно хорошо характеризует степень адаптивности озимого тритикале по зонам возделывания. Существенные колебания урожайности культуры в степной и горной зонах показывают низкую адаптивность культуры в этих условиях. Это обусловлено, прежде всего, нестабильностью агроэкологических условий в данных зонах. Анализ показал, что колебание степени адаптивности культуры в степной и горной зонах значительно, происходит это за счет нестабильности обеспеченности посевов необходимым количеством продуктивной влаги для создания программируемых урожаев
Вариабельность устойчивости производства озимого тритикале в условиях вертикальной зональности центральной части Северного Кавказа
Год исследований Величина среднеквадратичного отклонения по зонам возделывания
Степная Предгорная Горная
1992 0,109 0,099 0,043
1993 0,151 0,107 0,136
1994 0,121 0,089 0,082
1995 0,308 0,127 0,234
1996 0,272 0,100 0,226
1997 0,118 0,207 0,194
1998 0,173 0,113 0,168
Среднее 0,179 0,120 0,155
Низкая амплитуда колебания в предгорной зоне показывает, что степень адаптивности в этих условиях возделывания высокая. Необходимо отметить, что степень отклонения урожайности относительно их потенциальной продуктивности в предгорной зоне в неблагоприятные годы амортизируется сильнее также в этих условиях. Амплитуда колебаний урожайности по годам в этой зоне не превышает 0,025 (рис.).
О)
О
ГО
о.
се
го
се
03
о.
о
□ Степная зона
□ Предгорная зона
□ Горная зона
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
Год
Вариабельность устойчивости производства озимого тритикале в условиях Центральной части Северного Кавказа
Амортизация потерь урожайности вследствие неблагоприятных факторов производства ниже в горной зоне. Это говорит о низком адаптивном потенциале озимого тритикале в условиях этой зоны, при этом высшую продуктивность растений этой культуры мы наблюдаем в данных условиях.
От адаптивного потенциала культивируемых растений и производственно-ресурсного потенциала товаропроизводителя зависит зона возделывания. Поэтому способность изменить агроэкологические условия с помощью разработанной технологии (оптимизации антропогенных факторов) позволит снизить амплитуду колебаний урожайности культуры. В развитии сложившихся представлений о роли и функциях севооборотов (звена севооборота) - регулировании водного режима, фитосанитарного состояния, режимов органического вещества и минеральных элементов питания, структурного состояния почвы и т.д., адаптивный подход позволит более дифференцированно разместить культуру в соответствии с ее агроэкологически ми требованиями.
Трудность заключается в нахождении компромиссных решений на основе системного взаимодействия севооборотов с агрохимическими средствами, системами обработки почвы, удобрения, защиты растений и т.д. Это должно получать количественное выражение для различных условий по мере развития научного обеспечения земледелия.
При разработке адаптивной технологии возделывания озимого тритикале мы основывались на необходимости экологического подхода к применению минеральных и органических удобрений. В последние годы этот подход углубляется познанием системного взаимодействия удобрений с элементами земледелия и механизмом управления продукционным процессом сельскохозяйственных культур.
Необходимо учитывать, что нарушение баланса биогенных элементов в земледелии может привести к уменьшению производства продукции, ухудшению ее качества и, что очень важно, к снижению устойчивости агроландшафтов. При формировании систем удобрений необходимо учитывать, что при осуществлении почвозащитных мероприятий повышается роль азотных удобрений. Оставление соломы, пожнивных остатков в целях усиления защиты почвы от эрозии приводит к увеличению дефицита азота, что требует повышения доз азотных удобрений. Особенно необходимо отметить важную роль оптимизации системы удобрений для поддержания противодефляционной системы земледелия в степной зоне при минимизации обработки почвы.
Интенсификация земледелия в благоприятных почвенно-климатических условиях - необходимое условие прекращения деградации почв, присущей экстенсивному хозяйствованию в данное время. Следствием такого хозяйствования являются не только дефицит продовольствия и его низкое качество, но и истощение почв, их дегумификация, иссушение, переуплотнение вследствие распыления их частыми механическими обработками и воздействия машин. В разработанной технологии, где обеспечивается более высокая урожайность культуры, растительных остатков поступает намного больше. В этих условиях удобрение играет системообразующую роль в земледелии, оказывая влияние на все его звенья - построение севооборотов, систем обработки почвы, выбор сроков посева, норм высева и др., и имеет определяющее значение в управлении продукционным процессом сельскохозяйственных культур в агроценозе.
Разработанная адаптивная технология возделывания озимого тритикале является попыткой оптимизации агроландшафтов различных по почвенно-климатическим условиям зон центральной части Северного Кавказа. Основой для этого является модель управления продукционным процессом культуры (сорта) в агроценозе в определенных агроэкологических условиях, его регулирование по этапам органогенеза применительно к этим условиям.
Литература
1. ЖученкоАС. Адаптивный потенциал культурных растений. - М., 2004. -766 с.
2. Хворова ПЛ., Брыскин В.М. Применение математических методов и математического моделирования для
оценки агроклиматического потенциала территорий II Изв. Алтайского гос. ун-та. - 2002. - С. 41-45.
