CC BY
49GEOGRAPHICAL SCIENCES
УДК 551.584:633.491
Абанников Виктор Николаевич Канд.геогр.наук, доцент, заведующий кафедрой «Метеорологии, климатологии и охраны атмосферы», ФГБОУВО «РГГМУ», Санкт-Петербург DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10514 ОЦЕНКА АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ И МИКРОКЛИМАТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ КАРТОФЕЛЯ
Abannikov V.N.
head of the department of "Meteorology, climatology and atmosphere protection " candidate of geographical sciences, associate professor, Russian State Hudrometeorological University (RSHU), St. Petersburg
ESTIMATION OF AGROMETEOROLOGICAL AND MICROCLIMATIC INDICATORS FOR PREDICTING THE PRODUCTIVITY OF THE POTATO
Аннотация
На основе анализа агрометеорологических и микроклиматических показателей и их влияния на урожайность картофеля, а также обобщённых научных исследованиях учёных разных стран, предлагаются новые методы прогнозирования и программирования урожайности картофеля. В статье изложено практическое применение этих методик для прогнозирования урожайности картофеля, апробированное в течение трех лет (2011-2013 гг.) в условиях Ленинградской области.
Abstract
Based on the analysis of agrometeorological and microclimatic indicators and their impact on potato yields, as well as generalized research of scientists from different countries, new methods for predicting and programming potato yields are proposed. The article describes the practical application of these techniques for predicting the yield ofpotatoes, tested for three years (2011-2013) in the conditions of the Leningrad region.
Ключевые слова: Агрометеорология, микроклимат, суммарная фотосинтетическая активная радиация, потенциальная урожайность, климатически обеспеченная урожайность, действительно возможная урожайность, программируемая урожайность.
Keywords: Agrometeorology, microclimate, total photosynthetic active radiation, potential yields, climatically provided yields, really possible yields, programmed yields.
Введение
Актуальность разработки прогнозов урожайности сельскохозяйственных культур не возможно представить без установления абиотических и биотических факторов, влияющих на их урожайность и для планирования производственного процесса по сбору, хранения и переработки урожая.
Знание об абиотических факторах (климатические, топографические и эдафические) позволит в полной мере использовать антропогенные (биотические) факторы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
В вопросах прогнозирования урожайности следует максимально использовать количественные характеристики для установления связи урожайности с абиотическими факторами, как наиболее изменчивыми во времени и в пространстве, в отличие от антропогенных (биотических) факторов.
Огромный интерес у современных учёных и производителей картофеля вызывает уровень потенциальной урожайности картофеля. До какого предела может быть повышена урожайность картофеля и как её достичь?
Цель исследования
Анализ агрометеорологических и микроклиматических показателей для прогнозирования потенциальной урожайности и для оценки климатически-обеспеченной урожайности картофеля.
Материалы и методы
В качестве количественных показателей для анализа связи урожайности с абиотическими (агрометеорологическими и микроклиматическими) факторами в работе использованы результаты метеорологических наблюдений за вегетационный период, а так же урожайность картофеля на опытном участке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета с 2011 г. по 2013 г.[1,7]
Результаты метеорологических наблюдений приведены на рис. 1-3.
Рис.1. Метеорологические условия за вегетационный период в 2011 г.
Рис.2. Метеорологические условия за вегетационный период в 2012 г.
Рис.3. Метеорологические условия за вегетационный период в 2013 г.
Агрометеорологические условия Ленинградской области и Пушкинского района в годы проведения исследований в целом благоприятны для возделывания картофеля. Однако сдерживающим фактором оптимального накопления урожая картофеля являлось неравномерное распределение тепла и влаги по периодам роста и развития растений.
В целом, период активной вегетации (июнь, июль и август) в годы проведения исследований был хорошо обеспечен осадками и характеризовался высокой температурой воздуха.
Результаты исследований
Потенциальная урожайность - это теоретически возможная урожайность в идеальных почвенно-климатических условиях и зависит только от прихода фотосинтетической активной ра-
диации (ФАР) за вегетационный период и от генетического потенциала продуктивности сорта [6]. В работах[1, 7] для их расчёта были использованы общепринятые методики, изложенные А.П. Лосевым в сборнике задач и вопросов по агрометеорологии и адаптированные сотрудниками кафедры растениеводства им. И.А. Стебута Санкт-Петербургского государственного аграрного университета [2, 6]. Расчёт потенциальной урожайности (ПУ) по приходу ФАР показал значение 15,6 т/га (ф. 1).
ПУ=
^,Офар КФАР
100С
94600-2,9 ' 100-17,6
=15,6 т/га,
где ПУ - потенциальная урожайность абсолютно сухой биомассы, т/га; XQфАР - сумма ФАР за вегетационный период исследуемой культуры,
Дж/см2 ; Кфар - коэффициент полезного использования ФАР, % ; С - удельное количество теплоты 1 кг абсолютно сухой биомассы, МДж/кг.
Следующим этапом рассчитывается потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности, по формуле (2)
ПУ-100 15,6-100 _ .
ПУ =-=---= 36,7 т/га, су\
(100)(1 + п) (100 - 75)(1 + 0,7) (2)
где ПУосн - потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; ПУ - потенциальная урожайность абсолютно сухой биомассы, т/га; Wст - стандартная влажность основной продукции, %; (1+п) - сумма соотношения частей основной и побочной продукции (по массе), основная продукция равна 1.
По соотношению основной и побочной продукции определяется урожайность побочной продукции, которая условно имеет стандартную влажность основной продукции. Используем формулу
(3)
ПУпоб = ПУосн • п=36,7 0,7=25,7 т/га , (3)
где ПУпоб - потенциальная урожайность побочной продукции при стандартной влажности, т/га; ПУосн - потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; п - доля побочной продукции в биомассе при стандартной влажности.
Таким образом, установлено, что в условиях Ленинградской области при накоплении в урожае 2,9 % поступившей на посев ФАР (94600 Дж/см2) потенциальная урожайность клубней картофеля может достигнуть 36,7 т/га, а потенциальная урожайность ботвы - 25,7 т/га [1,7].
Рассмотрев все значимые агрометеорологические показатели и определив их роль в формировании ПУ можно изыскать дополнительные возможности для увеличения этого показателя путем привлечения микроклиматических ресурсов.
На территории Ленинградской области наиболее существенные пространственные различия характерны для QфАР [4]. Согласно результатов исследований [4] в Ленинградской области, в зависимости от района и особенностей рельефа местности, средние многолетние значения QФAp за вегетационный период с температурой воздуха выше 10оС могут меняться от 930 МДж/м2 до 1090 МДж/м2. Многолетние минимальные значения характерны для северо-восточный и восточных районов области, а максимальные значения для южных, юго-западных районов и для побережья Финского залива. В пределах этих мезоклиматических районов ФАР, также может меняться на значительные величины.
Пушкинский район, расположенный в пригородах Санкт-Петербурга, характеризуется максимальными значениями приходящей ФАР за вегетационный период. В зависимости от микроклиматических особенностей местности в данном мезоклиматическом районе ФАР за вегетационный период подвержен пространственной изменчивости. По методике определения пространственной изменчивости ФАР, в зависимости от форм рельефа местности, рассчитаны коэффициенты для пере-
счета ФАР от ровной поверхности для южных и северных склонов с различными углами наклона за вегетационный период [3].
Для южных склонов с углом наклона 100, как наиболее пригодный для сельскохозяйственного производства, коэффициент пересчета по сравнению с горизонтальной поверхностью (средне-широтный) меняется от 1,0 (июнь) до 1,08 (сентябрь). Для северных склонов от 0,88 (сентябрь) до 0,95 (июнь) [3].
Для оценки ПУ для основной и побочной продукции на благоприятных участках рельефа, при стандартной влажности по средним многолетним значениям ФАР, с учетом ее микроклиматической изменчивости, используем осредненное значение переводных коэффициентов, за вегетационный период равной 1,04. При среднем многолетнем значении ФАР равной 1090 МДж/м2, на южных склонах в Пушкинском районе ФАР может достигнут 1134 МДж/м2.
Согласно (ф.1-3)пересчитаем показатели урожайности картофеля.
Потенциальная урожайность -
113400-2,9 10 „ .
ПУ=-—=18,7 т га.
100-17,6
Потенциальная урожайность основной продукции при стандартной влажности -
18,7-100 „„„ .
ПУ =---= 44,0т га.
осн (100 -75)(1+0,7) '
Потенциальная урожайность побочной продукции -
ПУпоб = 44 • 0,7=30,8 т/га.
При поступлении ФАР на посевы, расположенные на южных склонах (113400 Дж/см2), потенциальная урожайность клубней картофеля может дойти до 44,0 т/га, а потенциальная урожайность ботвы до 30,8 т/га. Но, на этом положительные микроклиматические свойства южных склонов для увеличения урожая картофеля заканчиваются.
Согласно [6], урожайность сельскохозяйственной культуры формируется на нескольких уровнях: на первом уровне потенциальная урожайность формируется за счет прихода ФАР и генетических возможностей культуры; на втором уровне - климатически обеспеченная урожайность (КОУ), зависящая от термического режима воздуха и запаса влаги в почве; на третьем уровне - действительно-возможная урожайность (ДВУ) с учетом плодородия почвы конкретного поля; на четвертом - это программируемая урожайность (ПрУ), достигаемая за счет агротехники.
В основе расчета КОУ лежит определение гидротермического показателя (ГТП), разработанная А.М. Рябчиковым (ф.4) [5]
КОУгтп = (2,2 х ГТП) - 1,0 , (4)
где КОУГТП - климатически обеспеченная урожайность абсолютно сухой биомассы, т/га; ГТП -гидротермический показатель, в баллах; 2,2 и 1,0 -статистические коэффициенты.
GEOGRAPHICAL SCIENCES / <<ШУШетУМ~^©У©Ма1>#Щ4©)),2Ш9
Определим ГТП. Для этого используем фор-
мулу
ГТП =
W■n■4186 36 ■ R '
(5)
где ГТП - гидротермический показатель, в баллах; W - запасы продуктивной влаги за вегетационный период, мм; п - количество декад за вегетационный период; 4186 - коэффициент преобразования ккал в Дж (введен после перехода на систему SI); 36 - количество декад в году; R - радиационный баланс, Дж/см2, определяемый по формуле
R = QФАР х 1,05, (6)
где R - суммарный радиационный баланс, Дж/см2; QФAp - приход ФАР за вегетационный период, Дж/см2; 1,05 - коэффициент пересчёта.
В работах [1,7], для исследуемого периода были определены данные показатели и получены, соответственно - R = 99330 Дж/см2, ГТП=4,9 баллов и КОУгтп = 9,78 т/га
Исходя от полученных результатов, была проведена оценка урожайности основной продукции при стандартной влажности и побочной продукции (КОУосн. и КОУпоб.), аналогично потенциальной урожайности (ф.2, 3): КОУ осн.=23,0 т/га и КОУ поб.=16,1 т/га [1, 8].
Таким образом, установлено, что биоклиматические ресурсы Ленинградской области обеспечивают получение урожайности клубней картофеля 23 т/га и ботвы 16,1 т/га.
Существуют различные способы обоснования ДВУ конкретного поля, однако наиболее доступный из них - по бонитету плодородия почвы, выражаемому в баллах. Для хорошо окультуренных почв бонитет почвы (Бп) равен 60 - 80 баллам. ДВУ может быть определена по формуле 7: КОУ
ДВУосн =-^, (7)
осн 100 • Бп где ДВУосн - действительно возможная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; КОУосн - климатически обеспеченная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; Бп - бонитет почвы, баллы.
В работах [1, 8 ] ДВУ была определена и она равнялась 17,2 т/га, достаточно приближенная к уровню программируемой урожайности, однако следует учесть, что в условиях применения удобрений (минеральных и органических) может быть запрограммирована и более высокая урожайность с учётом ожидаемой прибавки урожая 20-40%-ную и более от их внесения (ф.8):
ПрУосн. = ДВУосн. + (Ку х ДВУосн.) , (8) где ПрУосн - программируемая урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; ДВУосн - действительно возможная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га; Ку - коэффициент прибавки урожая от внесения удобрений (0,2-0,4).
Расчеты показали возможность достижения программируемой урожайности картофеля до 20,4 т/га [8].
Отталкиваясь от этих результатов, определим возможные показатели урожайности картофеля на южных склонах для КОУ, ДВУ и Пру.
Для определения КОУ южного склона следует определить ГТП, а до этого пересчитать радиационный баланс с учетом изменения показателей ФАР, при этом необходимо учитывать, что на южных склонах количество декад вегетационного периода увеличится до 11декад [4]. Радиационный баланс при пересчете составит (ф.6) - 119070 МДж/см2, а ГТП (ф.5) - 4,5 балла. Снижение ГТП обусловлено увеличением радиационного баланса на южном склоне, что приводит к увеличению испаряемости с почвы, а это в свою очередь скажется на КОУ. Снижение урожайности почти на 0,9 т/га.
КОУгтп = 2,2 х 4,5 - 1,0 = 8,9 т/га.
Пересчитаем КОУосн. и КОУпоб.
КОУосн = 20,9 т/га.
КОУпоб = 20,9 х 0,7 = 14,6 т/га.
Определим ДВУосн. и ПрУосн.
ДВУосн = 20,9 / (100 х 74)=15,5 т/га.
ПрУосн. = 15,5 + (0,2 х 15,5) = 18,6 т/га.
Проведенные расчеты показывают на снижение действительно возможной урожайности (основной продукции) до 15,5 т/га вместо 17,02 т/га, а программируемая урожайность (основной продукции) 18,6 т/га, вместо 20,4 т/га на южных склонах при естественных условиях увлажнения почвы. Южные склоны характеризуются сниженными значениями запаса влаги в почве, по сравнению с равнинными и северными участками (ГТП). Следовательно, для приближения урожайности картофеля к ПУ, зависящая от прихода ФАР, необходимо увеличить запасы влаги в почве на южных склонах более чем на 470 мм. При этих значениях запаса влаги в почве, на фоне увеличения количества декад вегетационного периода до 11 ГТП превысит 5 баллов, что позволит увеличить действительно возможную и программируемую урожайность.
Выводы
Исследование агрометеорологических и микроклиматических показателей указывает на возможность использования их потенциала для увеличения урожайности картофеля. Значительные ресурсы скрыты в рельефе местности, в особенности на участках сельскохозяйственных полей, которые ориентированы на юг (склоны с углом наклона 100). Благодаря увеличению приходящей ФАР за вегетационный период потенциальная урожайность картофеля может увеличится до 44 т/га, по сравнению с горизонтальной поверхностью (36,7 т/га). Но, повышение урожайности на этих участках затруднено по причине дефицита запаса влаги в почве, поэтому для увеличения урожайности необходимо увеличить запасы влаги в почве до 470 мм и выше, чтоб в полной мере использовать потенциал приходящей ФАР.
Список используемой литературы
1. Ганусевич Ф.Ф., Стружкова Е.А. О подходах к расчету климатически обеспеченной урожайности в условиях Северо-Запада Нечерноземной
зоны РФ. - Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2013. № 33. С. 23-27.
2. Ганусевич Ф.Ф., Носович М.А., Струж-кова Е.А. Основы программирования урожайности полевых культур. Методические указания. - СПб.: изд. СПбГАУ, 2012. - 38 с.
3. Голубова Т.А., Мищенко З.А., Пигольцина Т.Б. Микроклиматическая изменчивость суммарной и фотосинтетической активной радиации на склонах. - Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. 1977. № 385. С. 3-11.
4. Пигольцина Г.Б. Ресурсы солнечной радиации Ленинградской области // Научно-теоретический журнал. - Общество. Среда. Развитие. -2009. № 2 (11). С. 181-191.
5. Рябчиков А.М. Гидротермические условия и продуктивность фитомассы в основных ландшафтных зонах // Вестник МГУ, География, 1986. №5. с.41-48.
6. Сборник задач и вопросов по агрометеорологии : учеб. пособие / А.П. Лосев. - М.: ИНФРА-М, 2018. - 170 с.
7. Стружкова Е.А., Ганусевич Ф.Ф. Фотосинтетическая деятельность и урожайность среднеран-них сортов картофеля в условиях Ленинградской области. - Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2014. № 34. С. 24-31.
8. Стружкова Е.А., Ганусевич Ф.Ф. Прогнозные уровни урожайности среднеранних и среднеспелых сортов картофеля в условиях Ленинградской области. - Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2012. № 28. С. 12-15.
