CC BY
15УДК 551.509+528.235 (477)
Оцнка стану озимоi пшениц псля перезим1вл1 з використанням системи CGMS
1 УкраТнський науково-дослщний пдрометеоролопчний Ыститут МНС УкраТни та НАН УкраТни, м. КиТв,
2 УкраТнський гiдрометеорологiчний центр, м. КиТв,
e-mail: kryvobok@uhmi.org.ua, krivoshein@uhmi.org.ua, adamenko@meteo.gov.ua, Ruban@uhmi.org.ua
Анотац/я. Проведено оцнку стану озимо! пшениц псля перезим/'вл/' в рамках системи CGMS (Crop Growth Monitoring System). На основi отриманих результат/'в було проанал1зовано стан пос/'в/'в озимо! пшениц та отримано значення клькостi загибло! бомаси в межах областей та район/'в Укра!ни протягом двох зим. Проанал1зовано узгодженють мж фактичними даними критично! температури на глибин вузла кущння та змодельованими значеннями загибло! бомаси за методикою CGMS для зими 2011-2012 рок/'в.
Ключовi слова: оцнка стану озимо!пшениц, перезим1вля, CGMS, моделювання, бомаса.
Вступ
Склады осшньо-зимов1 умови - головний чинник зниження врожайност озимоТ пшениц1. Умови перезим1вл1 визначають територш районування та ступшь промисловоТ придатност сорт1в. Навггь морозостшк сорти можуть в сувор1 зими сильно порщшати або загинути. Пошкоджеш рослини упов1льнюють св1й р1ст, зап1знюються 1з дозр1ванням, через що знижуеться ст1йк1сть проти хвороб i, як наслщок, врожайн1сть. В окрем1 роки поави гинуть на великих площах (так сталося в 2003 роц1, коли загинуло майже 70% пос1в1в озимоТ пшениц! в УкраТш).
На сьогодшшнш день в украТнськш практик агрометеоролог1чного обслуговування с1льськогосподарського виробництва використовуеться дек1лька п1дход1в для зд1йснення оперативного мошторингу умов росту i розвитку стьськогосподарських культур та прогнозування Тх врожайност1 [13], але серед них е лише невелика ктькють моделей, як1 включають моделювання зимових умов. Bd ц1 методи мають територ1альну обмежен1сть, тобто вони характеризують стан пос1в1в окремого поля чи господарства, в той час як наше дослщження потребуе оцшки стану пос1в1в озимих культур на районному, обласному та державному р1внях. Тому виникла необхщнють у застосуванн1 розрахункового блоку модел1 WOFOST (WOrld FOod Studies), в основ! якого лежить зв'язок i залежн1сть життездатност1 рослин вщ метеоролог1чний фактор1в, як1 пщдаються точному вим1ру (м1н1мальна температура пов1тря, товщина сн1гового покриву, температура фунту на глибиш вузла кущ1ння) [4]. Принцип моделювання стану озимоТ пшениц! ц1еТ модел1 в зимовий перюд заснований на визначенн1 !ндексу загартовування, що е комплексною характеристикою i залежить вщ температури на глибиш вузла кущшня, сн1гового покриву та сорт1в рослини.
Для оц1нки умов перезим1вл1 озимих культур необх1дно знати змшу температури грунту на глибиш залягання вузла кущшня. Знаючи м1н1мальну температуру грунту i з1ставляючи IT з критичною температурою рослини, тобто з т1ею температурою, при якш гине рослина, можна отримати уявлення про умови перезим1вл1 та дати прогноз, щодо весняного стану пос1в1в.
Температура фунту на глибиш вузла кущшня - один !з головних агрометеоролопчних фактор1в для оцшки умов перезим1вл1 та визначення стану озимих культур. Зазвичай загибель рослин пщ впливом низьких температур трапляеться в результат! пошкодження вузла кущшня. Вузли кущшня озимих культур знаходяться на глибиш вщ 1 до 6 см вщ поверхш грунту. Температуру грунту прийнято вим1рювати на середнш глибиш залягання вузла кущшня, р1вний 3 см вщ поверхш грунту. Температуру вим1рюють щодня протягом зимового перюду за допомогою мш1мального термометра, що розмщуеться в коробц1 Ызенькова. Так само використовують термометри, як1 записують максимальну i м1н1мальну температуру грунту на глибиш вузла кущшня [5].
Основна мета дослщження на цьому етап1 полягала в розрахунку загиблих пос1в1в та оцшц1 можливих площ переаву озимоТ пшениц! на основ! системи CGMS в межах адмшютративних областей та район1в УкраТни внаслщок перезим1вл1.
Методи оцiнки стану озимо! пшениц в перюд зими за системою CGMS
У практик дуже часто доводиться визначати стан озимих пос1в1в на полях, де не проводять спостережень за температурою грунту на глибиш 3 см. У цих випадках ТТ знаходять розрахунковим шляхом. Ряд дослщниш отримали розрахунков1 формули, графш i таблиц! для обчислення температури грунту на глибиш 3 см, однак ц1 формули виявилися дуже складними, а розрахунки по них гром1здкими[5].
Кривобок О.А.1 Кривоше!н О.О.1 Адаменко Т.1.2 Рубан Т.М.1
Тому в практичнш робот вони не отримали широкого застосування. Найбтьш виправданий метод базуеться на визначеннi залежносл мУмально'' температури Грунту на глибин вузла кущiння вiд мУмально'' температури повггря та товщини снiгового покриву[6]. Ця методика пягпа й в основу блоку перезимiвлi системи CGMS. На рисунку 1 представлена залежнють мУмально'' температури Грунту на глибин залягання вузла кущiння вiд мУмальноТ добово'' температури повiтря i товщини сыгового покриву. Розрахунковий графк побудовано наступним чином. На оа абсцис вщкладеы значення мУмально'' температури повпря, а на осi ординат - значення мУмально! температури на глибин вузла кущiння, характер зображення лшш на графiку вiдповiдають висотi сыгового покриву (см). Отже, знаючи мУмальну добову температуру повiтря i висоту сыгового покриву, можна за формулою (1) пщрахувати мiнiмапьну температуру фунту на глибин вузла кущiння.
Твк = ТмШ (а + Ь(сп -15)2) (1)
де Твк - температура Грунту на глибин вузла кущiння, °С; Т^н - мУмальна температура повiтря, °С; сп - товщина сыгового покриву, см; а,Ь - коефiцiенти регреси, а = 0.4, Ь = 0.0018
,1П И :и щ * II
Рис.1. Визначення температури на глибин1 вузла кущ1ння по формул! 1 в залежносп в1д товщини сн1гового покриву
Треба зазначити, що у формулi визначення температури на глибин вузла кущшня (1) е певна умова -значення сп (сыговий покрив) не повинно перевищувати 15см. Це пов'язано з тим, що якщо товщина сыгового покриву становить, наприклад, 30 см, то значення температури на глибин вузла кущшня буде такою самою як i при товщин сыгового покриву 0 см. Саме через це в моделi i вводиться дана умова.
Для встановлення точност розрахункових значень температури фунту на глибин вузла кущшня за цим методом була проведена порiвняльна характеристика з фактичними даними, що були надан нам Украшським ГМЦ. Результати порiвняння зображенi на рисунку 2.
"2-9:0 -2&.-0-
змодельован! значення
Рис.2. Пор1вняння змодельованих та фактичних вим1рювань температури Грунту на глибин1 вузла кущ1ння
Порiвняння показало, що застосований нами метод дае вщносно хорошi результати (на графку порiвняння ми бачимо лiнiйну залежнють). Тобто, за вщсутнютю спостережень за температурою фунту на глибин вузла кущшня можна користуватися запропонованим методом.
1ндекс загартовування використовуеться для визначення порогового значення температури на глибиш вузла кущшня, нижче яко'' рослина гине. В системi CGMS був реалiзований пiдхiд щодо врахування iндексу загартовування рослин, який базуеться на двох етапах. Перший етап загартовування потребуе середню температуру фунту на глибиш вузла кущшня вщ -1 до +8°С протягом 10 дшв. Другий етап загартовування характеризуемся вiд'емною температурою на глибиш вузла кущiння протягом 12 дшв. Проходження двох еташв призводить до повного загартовування рослини. Послаблення загартовування вщбуваеться за температурою вище 10 °С. За таких умов добова норма послаблення для другого етапу становить
0,04*(Тмакс - 10) (2)
де Тмакс - денна максимальна температура фунту на глибиш вузла кущшня, i - для першого етапу :
0,02*(Тмакс - 10) (3)
Порогове значення температури фунту на глибиш вузла кущшня (Тпор), нижче якого рослина гине визначаеться наступним чином:
Тпор = -6 * (1+Н1) (4)
де Н1 - iндекс загартовування.
Це порогове значення порiвнюеться з мУмальною температурою на глибинi вузла кущшня. Якщо значення температури на глибиш вузла кущшня нижче за порогове на 7°С, то це призводить до загибелi 95% рослин[6].
Моделювання параметрiв продуктивностi озимо! пшениц з урахуванням блоку перезимiвлi
в системi CGMS
Моделювання загибло'' бiомаси озимо' пшеницi з урахування блоку перезимiвлi в системi CGMS проводилось протягом двох зим (2011-2012 та 2012-2013 рош).
Аналiз зими 2011 - 2012 рош показав, що станом на 30 листопада 2011 року агрометеоролопчш умови були сприятливими для озимо' пшениц перед входженням до зими, але в ачш - лютому вщбувалося значне зниження температури. По даним Укра'нського ГМЦ фактична температура на глибиш вузла кущшня, що представлена на рис.3, у деяких районах становила < -15оС. Так, як шдекс загартування був досить низький у цей перюд, порiвняно з середшми багаторiчними (рис.4), температура на глибиш вузла кущшня менш шж -15оС рахуеться критичною, що е основною причиною значно' ктькосп загиблих посiвiв озимо' пшениц в зимовий перiод.
Рис.3. Фактичн вим1рювання температури Грунту на глибиш вузла кущ1ння (Дан1 УкрГМЦ)
На рисунку 5 зображеш змодельоваш значення загибло'' бiомаси, що розраховаш за системою CGMS. Карта була побудована таким чином, щоб видтити найбтьш критичнi райони областей Укра'ни, де за даними моделi можлива значна кiлькiсть загиблих посiвiв озимо'' пшеницк
Рис.4. 1ндекс загартовування озимоТ пшеницi в перюд 01.09.2011 - 26.04.2012
Рис.5. Можлива ктькють загиблих посiвiв озимоТ пшеницi станом на 20 лютого (CGMS)
Як видно з рисунку 6 фактичш значення критичноТ температури на глибиш вузла кущ1ння (рис. 3) досить непогано узгоджуються 1з значеннями загиблоТ б1омаси розрахованими за системою CGMS (рис.5). Так, найбтьша узгоджен1сть фактичних значень 1з змодельованими спостер1гаеться в районах СумськоТ, ЮровоградськоТ, ДшпропетровськоТ областей, в п1вн1чно-зах1дних районах Запор1зькоТ' област1, в окремих районах ХерсонськоТ област1 та в Криму. Найбтьша розб1жнють у значеннях спостер1гаеться у Харк1вськ1й, Луганськ1й, Донецьк1й, Одеськш та В1нницьк1й областях, що пов'язано 1з високим значенням 1ндексу загартовування в районах цих областей. Так, наприклад, шдекс загартовування для Великобурлуцького, Двор1чанського та ТроТцького район1в ХаршськоТ та ЛуганськоТ областей за розрахунками CGMS склав б1льше 0,8, що за умов сотового покриву протягом зими 2011-2012 рок1в дозволяе витримати температуру на глибиш вузла кущшня бтьше н1ж -18°С. Проте, в районах ЖитомирськоТ та ВолинськоТ областей вщсутнють узгодженост1 м1ж фактичними та змодельованими значеннями швидше за все пов'язана 1з недосконалим вщпрацюванням модел1, адже 1ндекс загартовування в цих районах мав низьк1 значення (близько 1) I за умов характеру сшгового покриву протягом вс1еТ зими там була заф1ксована значна ктькють загиблих пос1в1в озимоТ пшениц1.
Фактичш даш щодо реальноТ к1лькост1 загиблих пос1в1в зими 2011-2012 рок1в у територ1альному в1дношенн1 по УкраТн1 не були доступш. Проте, п1сля вщрахування змодельованоТ к1лькост1 загиблих пос1в1в ми отримали близьке до фактичного значення валового збору врожаю озимоТ пшениц! (15,6 млн. тонн за моделлю та приблизно 16 млн. тонн за фактичними даними).
Рис.6. Карта узгодженост фактичних значень температури на глибин вузла кущшня i3 значеннями загиблоТ бюмаси розрахованими за системою CGMS
Щодо зими 2012-2013 рок1в, то вона мае дещо 1нший характер в1д вище розглянуто!'. Входження озимо!' пшениц! в зимовий перюд супроводжувалося сприятливими агрометеоролог1чними умовами, як1 збер1галися протягом вс1еТ зими. Сшговий покрив був значним на бтьшо!' частини територп Укра!'ни, а температура досить висока для ц1е!' пори року (рис.7). Саме через сприятлив1 зимов1 умови к1льк1сть загиблих пос1в1в по УкраМ 2012-2013 рок1в була м1н1мальною (рис.8).
Рис.7. Розподт снiгового покриву та мiнiмальна температура на територп УкраТни за ачень-лютий 2013 року
За даними фах1вц1в агрометеоролог1чного в1дд1лу Укра!'нського ГМЦ змодельоваш дан1 щодо к1лькост1 загиблих пос1в1в озимо!' пшениц! п1сля зими 2012-2013 рок1в майже повн1стю в1дпов1дали дшсносп, що вказуе на над1йн1сть застосованих п1дход1в до моделювання стану озимих культур.
Висновки
Таким чином було апробовано оцшку стану озимо!' пшениц! пюля перезим1вл1 в рамках системи CGMS. На основ! отриманих результат1в було проанал1зовано стан пос1в1в озимо!' пшениц! та отримано значення кшькосп загибло!' б1омаси в межах областей та райошв УкраТни протягом двох зим.
Рис.8. Ктькють загиблих nociBiB озимоТ пшениц за розрахунком системи CGMS станом на 20 березня
Проанал1зовано узгодженють м1ж фактичними даними критичноТ температури на глибиш вузла кущшня та змодельованими значеннями загиблоТ бюмаси за методикою CGMS. Пор1вняння отриманих результат1в з фактичними даними к1лькост1 загиблих пос1в1в були проведен! частково, через в!дсутн!сть !нформац!Т на обласному та районному р!внях. Проте, пор!вняння змодельованого валового збору озимоТ пшениц! з в!драхуванням загиблих пос!в!в та фактичного валового збору на р!вн! краТни показало досить непогану узгоджен!сть (модель - 15,6 млн.тонн, фактичн! дан! - близько 16 млн.тонн).
Лтература
1. Кобець М. I. Використання сучасних ¡нформацшних технологш в системах стьськогосподарського менеджменту / М. I. Кобець. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://undp.org.ua/agro/pub /ua/P2005_05_08_05. pdf
2. Куссуль Н. М. Оценка состояния растительности и прогнозирование урожайности озимых культур Украины по спутниковым данным / Н. М.Куссуль, М. I. ИльТн, С. В. Скакун, А. М. Лавренюк. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://sci-gems.math. bas. bg/jspui/bitstream/10525/1064/1/I BS-03-p16. pdf
3. Адаменко Т. I. Особливост адаптаци системи CGMS для оперативно!' оцЫки стану та прогнозу врожайност озимоТ пшениц! в УкраТы / Т. I. Адаменко, О. А. Кривобок, О.О. КривошеТн // Прац! УкрНДГМ!. - 2001. - №261. -118 - 129 с.
4. CGMS version 9.2. User manual and technical documentation [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.marsop.info/marsopdoc/cgms92/3_7_en.htm
5. Личикаки В. М. Перезимовка озимых культур / В. М. Личикаки. - москва «колос» 1974. - 205 с.
6. Ritchie J. T. Wheat Phasic Development. Modelling Plant and soil Systems / J. T. Ritchie // Agronomy Monograph. -№31. - p.31-53
Анотация. А. А. Кривобок, А. О. Кривошен, Т. И. Адаменко, Т. Н. Рубан Оценка состояния озимой пшеницы после перезимовки с использованием системи CGMS. Проведена оценка состояния озимой пшеницы после перезимовки в рамках системы CGMS. На основе полученных результатов было проанализировано состояние посевов озимой пшеницы и получено значение количества погибшей биомассы в пределах областей и районов Украины в течение двух зим. Проанализирована согласованность между фактическими данными критической температуры на глубине узла кущения и смоделированными значениями погибшей биомассы по методике CGMS для зимы 2011-2012 годов.
Ключевые слова: оценка состояния озимой пшеницы, перезимовка, CGMS, моделирование, биомасса.
Abstract. O. A. Kryvobok, O. O. Kryvoshein, T. I. Adamenko, T. M. Ruban Winter wheat crop condition assessment after overwintering using CGMS system. Winter wheat crop condition assessment after wintering within the CGMS was conducted. Based on these results, the values of winter killed biomass within the regions and districts of Ukraine for two winters were obtained. The consistency between the measured crown temperature and winter killed biomass, simulated by CGMS for 2011-2012 winter was analyzed. Keywords: crop condition assessment of winter wheat, overwintering, CGMS, modeling, biomass.
Поступила в редакцию 16. 01.2014 г.
