CC BY
38
ISSN 2304-9081
Учредители: Уральское отделение РАН Оренбургский научный центр УрО РАН
Бюллетень Оренбургского научного центра
УрО РАН
(электронный журнал)
2014 * № 4
On-line версия журнала на сайте http://www.elmag.uran.ru
© А.Г. Крючков, 2014 УДК: 551.5:633.11(470.56) А.Г. Крючков
ПОГОДНЫЕ ФАКТОРЫ, ИХ РОЛЬ И МОДЕЛИ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЙНОСТИ ЯРОВОЙ ТВЁРДОЙ ПШЕНИЦЫ РАЗНОГО УРОВНЯ В СТЕПНОЙ ЗОНЕ ОРЕНБУРГСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ
Оренбургский научно-исследовательский институт сельского хозяйства РАСХН, Оренбург, Россия
Цель. Выявление параметров основных действующих погодных факторов в межфазные периоды роста и развития яровой твёрдой пшеницы на чернозёме южном центральной зоны Оренбургского Предуралья, степени их варьирования, установление зависимости от них её урожайности и построение модели этих показателей.
Материалы и методы. Материалами для исследований послужили результаты 4-х летних (1987-1990 гг.) полевых опытов (А.Г. Крючков, И.Ф. Япиев [1]) с тремя сортами яровой твёрдой пшеницы на 4-х контрастных агрофонах (чёрный пар без удобрений, чёрный пар + ^2аР120К120, яровая мягкая пшеница - стерневой фон без удобрений и он же + ^20Р120К120). Наблюдения и исследования выполнены в соответствии с принятыми в НИИ методиками, для расчётов применялись методы нелинейного корреляционно-регрессионного анализа на ПЭВМ с использованием программы Statgrafiks. Показателями погодных факторов служили данные наблюдений Оренбургского Гидрометеоцентра [2].
Результаты. Установлены зависимости урожайности яровой твёрдой пшеницы от погодных факторов, складывающихся в различные межфазные периоды её роста и развития, выявлены величины их варьирования, показана динамика их величин на протяжении вегетации по межфазным периодам, представлены параметры моделей основных действующих факторов, определяющих формирование урожайности разного уровня.
Заключение. Полученные результаты и подходы могут быть использованы исследователями при построении моделей для условий своих территорий землепользования и специалистами с.-х. производства для совершенствования агротехнологических решений.
Ключевые слова: погодные факторы, динамика, вариабельность, корреляционные связи, межфазные периоды, модели, параметры, урожайность разного уровня.
A.G. Kryuchkov
WEATHER FACTORS AND THEIR ROLE MODEL FOR FORMATION YIELD OF SPRING DURUM WHEAT OF DIFFERENT LEVELS IN THE STEPPE ZONE ORENBURG PREDURALJA
Orenburg Research Institute of Agriculture RAAS, Orenburg, Russia
Aim. To identify the parameters of the main current weather conditions in interphase periods of growth and development of spring durum wheat on chernozem southern central zone of Orenburg Ural region, the degree of variation, depending on them to establish its productivity and to build a model of these indicators.
Materials and methods. Materials for the research were the results of a 4-year (19871990.) Field experiments (AG Kryuchkov, IF Yapiev [1]) with three varieties of spring durum wheat for 4 Agrofon contrast (black couples without fertilizers , cher-tion vapor + Ni20Pi20Ki20, spring wheat - stubble background without fertilizers and he's + Ni20Pi20Ki20 ). Observations and research carried out in accordance with accepted scientific research institute procedures for the calculation methods were used non-linear regression analysis on the PC using the program Stat-
grafiks. Indicators of weather factors were the observations of the Orenburg Hydrometeocentre [2].
Results. The dependences of the yield of spring durum wheat from weather factors that are emerging in various interphase periods of its growth and develop-ment, revealed the magnitude of their variation, and dynamics of their values during the growing season at the interphase periods presented the main parameters of the models the action-sponding to the factors determining the formation of productivity different levels.
Conclusion. Results and approaches can be used investigation-ers in the construction of models for the conditions of their areas of land use and agricultural experts production to improve agro-technology solutions.
Key words: weather factors, dynamics, variability, correlation, interphase periods, model parameters, yield different levels.
Введение
В известной отечественной литературе [3-5] исследователи обычно приводят сведения о погодных факторах и их значимости для формирования урожайности растений за периоды вегетации в целом, ограничиваясь констатацией средних показателей двух-четырех факторов без детального анализа зависимости урожайности зерновых культур от действия отдельных из них на различных этапах жизни растений.
Академик В.И. Кирюшин [6] указывает, что есть необходимость четко представлять требования культур к агроклиматическим, почвенным и другим условиям. Не все из них разработаны. Часть критериев агроэкологической оценки сельскохозяйственных культур имеет описательный характер и основывается на практическом опыте без углубленной экспериментальной проработки. При этом отсутствует четкое представление о роли разных погодных факторов, отрицательное действие которых необходимо преодолевать с помощью технологий путем их своевременной коррекции или заблаговременного создания условий для лучшей сопротивляемости растений.
Исходя из этого, целесообразно выяснять роль различных погодных факторов, действующих в разные межфазные периоды роста и развития яровой твердой пшеницы на черноземе южном в степной зоне Оренбургского Предуралья, выявлять сильно действующие из них, устанавливать зависимость урожайности от этих факторов, в том числе с построением моделей.
Материалы и методы
Материалами для исследования служили результаты полевых опытов за 4 различных и характерных для климата зоны года (1987-1990 гг.) с тремя сортами яровой твердой пшеницы на четырех резко контрастных агрофонах
(Нежинское опытное поле, чернозем южный).
Наблюдения и учеты проведены согласно методикам, принятым в НИИ сельского хозяйства. Расчеты зависимостей выполнены методом нелинейного корреляционно-регрессионного анализа с использованием программы Statgrafiks по 34 алгебраическим функциям. Показателями погодных условий служили данные наблюдений Оренбургского Гидрометеоцентра.
Результаты и обсуждение
Корреляционно-регрессионный анализ показал (табл.1), что в период: посев - всходы наиболее сильные связи урожайности проявляются с осадками (пух=0,843), суммарным испарением влаги (пух=0,825) и XdW воздуха (Пух= 0,797), после них следуют £Т воздуха (пУх=0,774), ^ (Пух=0,740) и dW воздуха (пух=0,713). Связи с относительной W воздуха (пух=0,685) и запасом влаги в почве (%х= 0,589) оказались на уровне средних (табл.1), а со среднесуточной t воздуха (%х=0,517) и (пух=0,116) не получено адекватных уравнений, удовлетворяющих критерию.
В период: всходы - кущение на первые места по напряженности связей вышли среднесуточный dW воздуха (пух= 0,850) и относительная W воздуха (%х=0,845), затем следуют осадки (пух=0,799), запас влаги (%х= 0,713) и среднесуточная t воздуха (%х=0,702).
В период от кущения до выхода в трубку нарастает число факторов и усиливается напряженность их связей с урожайностью. Важнейшую роль начинает играть запас влаги в почве (пух=0,945), показатели увлажнения воздуха - среднесуточный dW воздуха (%х=0,876), £dW воздуха (пух=0,857); температурного режима - (пух=0,863), среднесуточная t воздуха (%х=0,838), сумма температур воздуха (пух=0,826) и суммарное испарение влаги
(Пух=0,812).
После выхода растений твердой пшеницы в трубку и до колошения в целом снижается степень связей и уменьшается число факторов, имеющих существенное значение для урожайности сформированных посевов.
Наиболее заметно действие осадков (пух=0,776), суммы t воздуха (пух= 0,695) и запаса влаги в почве (пух=0,624). В период от колошения до цветения наибольшую значимость имеют величина воздуха (пух=0,861) и запас влаги в почве (пух=0,727). Им уступают по силе связей (%х= 0,668), относительная W воздуха (пух=0,605) и среднесуточная t воздуха (пух= 0,602).
Таблица 1. Корреляционные зависимости между показателями погодных
условий за межфазные периоды роста и развития яровой твёрдой пшеницы и урожайностью на чернозёме южном в степи центральной зоны Оренбургского Предуралья (1987-1990 гг.)
Периоды Корреляционные отношения между урожайностью и погодными факторами
"'-ср., и, 1"тах 1"тт Запас Осад- Относ. dW Сум-
°С °С влаги ки, W воз- воз- возду- мар-
к севу, мм духа, духа, ха, мм ное
мм % мм испарение, мм
Посев-всходы 0,517 0,774 0,116 0,740 0,589 0,843 0,685 0,713 0,797 0,825
Всходы - 0,702 0,614 0,346 0,680 0,713 0,799 0,845 0,850 0,380 0,370
кущение
Кущение - 0,838 0,826 0,863 0,597 0,945 0,629 0,905 0,876 0,837 0,812
выход в трубку
Выход в трубку 0,484 0,695 0,234 0,322 0,624 0,776 0,594 0,508 0,200 0,224
- колошение
Колошение - 0,602 0,385 0,668 0,861 0,727 - 0,665 0,296 0,298 0,285
цветение
Цветение - мо- 0,719 0,701 0,866 0,703 0,843 0,842 0,944 0,792 0,824 0,818
лочная спелость
Молочная - 0,888 0,718 0,462 0,165 0,708 0,711 0,796 0,874 0,786 0,752
восковая спе-
лость
Восковая - 0,576 0,656 0,581 0,730 0,693 0,489 0,692 0,349 0,518 0,485
полная спелость
Посев - 0,476 0,623 0,727 0,570 0,583 0,416 0,790 0,946 0,445 0,432
колошение
Колошение - 0,731 0,788 0,814 0,559 0,727 0,930 0,904 0,899 0,637 0,619
полная спелость
Посев - полная 0,792 0,498 0,141 0,617 0,589 0,830 0,939 0,624 0,006 0,006
спелость
Период Корреляционные отношения по периодам с факторами
Сумма влаги, мм Расход влаги, мм
Посев - 0,714 0,485
колошение
Колошение - 0,844 0,829
полная спелость
Посев - 0,673 0,860
полная спелость
После цветения до молочной спелости зерна резко возрастает количество факторов и напряженность их связей с урожайностью. По силе связей факторы располагаются в следующем порядке: относительная W воздуха (Пух=0,944), "тах (Пух=0,866), запас влаги в почве (%х=0,842), осадки (%х=
0,842), ХdW воздуха (%х=0,824), суммарное испарение (%х=0,818), среднесуточный dW воздуха (пух=0,792), среднесуточная 1 воздуха (пух=0,719), ^ (Пух=0,703) и ХТ воздуха (%х=0,701).
Количество сильно действующих факторов в период от молочной до восковой спелости несколько снижается и отдельные из них меняются ролями в смысле напряженности связей по сравнению с предыдущим периодом.
В этот период наибольшая зависимость урожайности наблюдается от среднесуточной 1 воздуха (%х=0,888), среднесуточным dW воздуха (%х= 0,874), относительной W воздуха (пух=0,796), ХdW воздуха (%х=0,786), суммарного испарения (пух=0,752), ХТ воздуха (пух= 0,718), осадков (пух=0,711) и запаса влаги в почве (пух= 0,708).
На этапе созревания (восковая - полная спелость) значимость подавляющего числа погодных факторов резко снижается. Можно отметить лишь роль (%х= 0,730), где связь входит в категорию сильной, запасов влаги в почве (пух= 0,693), относительной W воздуха (%х= 0,692) и ХТ воздуха (Пух=0,656), где связи относятся к категории средних.
При сопоставлении погодных условий первого периода вегетации с урожайностью яровой твердой пшеницы обнаруживается наиболее сильное действие среднесуточного dW воздуха (%х= 0,946), затем относительной W воздуха (пУх=0,790), 1тах (%х=0,730) и Х влаги (%х=0,714).
Во втором периоде вегетации (колошение - полная спелость) в отличие от первого, с урожайностью сильно коррелируют 7 факторов из 11 изученных. Наиболее сильная связь обнаруживается с осадками (пух=0,930), относительной W воздуха (пух=0,904), среднесуточным dW воздуха (пух=0,899), суммой влаги (пух=0,844), расходом влаги (пух=0,829), максимальной 1 воздуха (пух=0,814), а также среднесуточной 1 воздуха (пух=0,731) и ХТ воздуха (Пух=0,788).
В целом в течение всего периода вегетации главными погодными факторами оказались относительная W воздуха (%х=0,939), осадки (пух=0,880), расход влаги (пух=0,860) и среднесуточная 1 воздуха (пух=0,782). Из остальных факторов важны сумма влаги (пух=0,673), среднесуточный dW воздуха (Пух=0,624) и Си (Пух=0,617).
Совершенно очевидно, что для понимания роли действующих погодных факторов на формирование величин урожайности растений нужно вы-
явить степень варьирования этих факторов по периодам их вегетации, а также вариабельности ответной реакции самих растений в агроценозе.
Анализ полученных данных свидетельствует об устойчивом нарастании от начала вегетации яровой твердой пшеницы к ее завершающим этапам среднесуточной 1 воздуха с 14,6 до 22,3-22,7°С, максимальной 1 воздуха с 25,8 до 30,3-34,7°С, минимальной 1 воздуха с 5,5-6,8 до 12,2-13,7°С, осадков с 9,7-12,6 до 20,9-23,2 мм и среднесуточного dW воздуха с 6,7-6,8 до 9,9-11,6 мм.
Все это способствует последовательному снижению запасов влаги в метровом слое почвы с 98-157,9 до 41,0-53,9-71 и 23,8 мм на последних этапах вегетации (табл. 2, рис. 1). Что касается остальных показателей, то они определяются продолжительностью межфазных периодов.
Таблица 2. Динамика показателей погодных факторов по межфазным периодам яровой твёрдой пшеницы на чернозёме южном в степи центральной зоны Оренбургского Предуралья (1987-1990 гг.)
Средние показатели погодных факторов за межфазные периоды
Периоды ХТ, !тах Запас Осад Относ. dW ХdW Суммар-
°С °С влаги -ки, W воз- возду- воз- ное ис-
к севу, мм духа, ха, духа, парение,
мм % мм мм мм
Посев-всходы 14,6 ± 149,5± 25,8± 6,8± 157,9± 12,6± 58± 6,8± 68,8± 44,6±
2,6 28,9 1,22 4,5 19,0 7,6 3,3 2,1 14 9,2
Всходы-кущение 16,5 ± 175,6± 28,3± 5,5± 98± 9,7± 5,3± 6,7± 72,9± 47,3±
1,56 32,8 1,37 3,0 33,2 11,9 10 2,2 26,9 17,5
Кущение - 19,5 ± 335± 34,7± 6,2± 112,6± 11,3± 50,9± 10,4± 188,1± 122,5±
выход в трубку 1,91 70,2 3,0 2,0 30,9 1,2 5,5 1,7 42,2 27,1
Выход в трубку - 22,7 ± 228,9± 33,4± 13,7± 71± 11,4± 53,2± 11,6± 120,9± 78,5±
колошение 2,8 49,2 3,96 1,6 6,8 14,5 9,8 4,2 51,6 33,5
Колошение - 22,3 ± 86,8± 30,3± 13,7± - - 55,2± 11,3± 43,5± 28,4±
цветение 3,2 18,2 3,8 2,9 13,6 4,2 16,1 10,6
Цветение - 22,7 ± 322,3± 33,9± 13,2± 53,9± 20,9± 55,6± 10,7± 151,2± 96,9±
молочная спе- 2,1 31,8 1,98 3,8 30,1 18,4 8,0 3,1 43,0 27,1
лость
Молочная - 22,3 ± 257,8± 33,3± 13,8± 41± 27,2± 62,0± 9,9± 110,5± 71,8±
восковая спелость 2,34 43,7 2,6 3,6 6,8 18,0 3,2 3,0 14,9 9,6
Восковая - 22,4 ± 252,0± 34,6± 12,2± 23,8± 12,5± 56,0± 10,8± 107,8± 70,1±
полная спелость 2,15 56,2 3,39 3,1 20,1 18,0 11,0 4,1 33,1 21,6
При общем характере этой динамики показателей погодных факторов выявлена совершенно неоднозначная картина их варьирования в каждом периоде роста и развития яровой твердой пшеницы (табл. 3, рис. 2).
Тем не менее, на протяжении всех межфазных периодов вегетации относительно более устойчиво вели себя максимальная 1 воздуха (V = 4,7412,47%), среднесуточная 1 воздуха (V = 4,82-17,75%) и относительная W воздуха 5,64-24,5%).
Таблица 3. Вариабельность погодных факторов за межфазные периоды
яровой твёрдой пшеницы и её урожайностью на чернозёме южном в степи центральной зоны Оренбургского Предуралья (1987-1990 гг.)
Коэффициенты вариации погодных факторов и урожайности, в %
Период "'-ср^ !Т, !тах Запас Осад- Относ. dW ^ Сум-
°С °С влаги ки, W воз- возду- воз- марное
к севу, мм духа, ха, духа, испаре-
мм % мм мм ние, мм
Посев-всходы 17,75* 19,33 4,74 66,8 12,06 60,31 5,64 10,42 20,4 20,59
33,3 29,71 30,31 31,9 26,54 33,40 33,76 33,04 28,09 28,55
Всходы - 9,43 19,30 4,85 55,02 33,84 122,16 18,79 33,59 36,88 36,96
кущение 23,1 25,44 31,52 32,07 34,58 33,31 33,74 31,48 30,4 29,57
Кущение - 4,85 20,95 8,68 32,03 27,42 74,60 10,80 16,56 22,42 22,15
выход в трубку 32,65 31,16 29,27 30,29 33,96 30,64 33,66 31,25 28,86 30,17
Выход в трубку - 12,3 21,5 11,88 12,04 9,65 127,37 18,44 36,44 42,63 42,72
колошение 24,98 23,75 30,83 32,02 30,25 32,99 32,19 29,41 29,97 31,87
Колошение - 14,35 21,02 12,47 21,26 55,82 - 24,56 37,0 37,04 37,29
цветение 34,0 30,18 31,92 33,19 33,16 26,75 32,14 25,20 24,70
Цветение - мо- 9,28 9,85 5,83 29,21 59,64 88,24 14,48 29,4 28,41 27,94
лочная спелость 33,13 34,98 30,94 29,17 28,22 40,44 33,91 31,41 29,84 31,19
Молочная - вос- 10,51 16,95 7,82 26,182 84,27 146,48 15,84 29,95 13,47 13,45
ковая спелость 32,92 34,11 30,5 27,25 28,73 32,76 31,49 33,03 33,23 33,51
Восковая - 9,60 22,31 9,80 25,11 101,06 144,38 19,54 37,72 30,74 30,72
полная спелость 30,90 33,25 26,98 28,55 28,86 35,54 25,20 27,19 31,47 32,63
Посев - 9,64 4,40 4,51 31,45 12,06 35,54 7,55 19,54 13,59 14,09
колошение 33,53 24,49 31,49 31,64 26,54 28,67 33,36 33,17 22,92 31,48
Колошение - 10,28 6,25 7,35 18,54 55,82 60,26 6,66 28,63 17,42 17,42
полная спелость 29,71 31,12 32,72 27,90 33,16 30,92 32,59 31,09 22,22 34,89
Посев - 6,65 4,23 4,80 22,62 12,06 41,78 11,84 18,27 13,38 13,32
полная спелость 20,08 31,99 31,93 27,58 26,54 30,41 32,71 29,35 30,17 30,48
Период Коэффициенты вариации факторо в, в %
Сумма влаги, мм Расход влаги, мм
Посев - 14,75 23,12
колошение 22,62 24,38
Колошение - 56,06 60,71
полная спелость 29,19 30,60
Посев - 26,44 21,11
полная спелость 30,79 32,80
Примечание: * в числителе - v% фактора; в знаменателе - v% урожайности
Среднее положение занимала сумма среднесуточных температур воздуха ^=9,85-22,31%). Затем следовали среднесуточный dW воздуха ^=16,56-
37,72%), суммарное испарение (у=13,45-42,72%) и сумма dW воздуха (у=13,47-42,63%).
Сильнее всего варьировали минимальная 1 воздуха (у=12,04-66,8%), запас влаги в почве (у=9,65-101,06%) и осадки (у=60,3-146,48%)
Заметим, что наиболее неустойчиво ведут себя показатели осадков, запасов влаги и увлажнения воздуха в ответственные (критические) для растений периоды - как до цветения, так и после него, до созревания. Что касается ответной реакции растений по конечному показателю (урожайности), то она варьирует в пределах 23,1-40,4%. Ответные реакции яровой твердой пшеницы на изменение погодных факторов по периодам (варьирование кустистости, накопления биомассы, числа всходов, растений к уборке, их продуктивности и т.п.) являются предметом дальнейших специальных исследований.
С учетом имеющихся данных, изложенных в настоящей работе, нами получены уравнения, не основе которых определены параметры погодных факторов, определяющих уровень вероятной урожайности яровой твердой пшеницы. Модели приведены в таблице 4.
Урожайность яровой твердой пшеницы до 5 ц с 1 га формируется под сильным воздействием отдельных погодных факторов, смягчить которое не могут другие положительно действующие факторы. В период от кущения до выхода в трубку (закладка параметров колоса) к снижению урожайности до 3,7 ц с 1 га приводит среднесуточная 1 воздуха 21,7°С в совокупности со среднесуточным dW воздуха 14 мм. В период от цветения до молочной спелости зерна важнейшее значение имеет сумма Т воздуха. При суммарной Т -385,8°С урожайность составляет 4,1 ц с 1 га. Вместе с ней среднесуточный dW воздуха - 16,2 мм, сумма dW воздуха 230,1 мм и суммарное испарение 149,7 мм приводят к снижению урожайности до 4,7-4,8 ц с 1 га, от начала молочной до восковой спелости сумма 1 воздуха 153,3°С (4,2 ц с 1 га) и относительная W воздуха на уровне 44% (4,9 ц с 1 га). В целом же, если за период «колошение - полная спелость» среднесуточная 1 воздуха составит 26°С , то урожайность может снизиться до 3,9 ц с 1 га, а при 1тах =31,9°С - до 2,6 ц с 1 га. За весь период вегетации ведущая роль принадлежит относительной W воздуха. При ее средней величине 46% урожайность составляет 4,6 ц с 1 га.
При формировании урожайности в классе от 5,1 до 10 ц с 1га в целом за вегетацию наибольшему ее снижению способствуют сумма 1 воздуха 1630,9°С (5,9 ц с 1 га), недобор осадков - 42,2 мм (6 ц с 1 га) и повышенный dW воздуха - 11,7 мм (7,1 ц с 1 га).
Таблица 4. Параметры моделей погодных факторов в межфазные периоды вегетации яровой твёрдой пшеницы, оказывающие решающее воздействие на её урожайность на чернозёме южном в степи центральной зоны Оренбургского Предуралья
Показатели погодных факторов и урожайность
Период ^ср., С £Т, °С 1тах ^тт Запас влаги к севу, мм
Урожайность до 5 ц с 1 га
Посев-всходы - - - - -
Всходы - кущение - - - - -
Кущение - 21,5 - - - -
выход в трубку 3,7
Выход в трубку - - - - - -
колошение
Колошение - цвете- - - - - -
ние
Цветение - молоч- - 385,8 - - -
ная спелость 4,1
Молочная - воско- - 153,3 - - -
вая спелость 4,2
Восковая - - - - - -
полная спелость
Посев - колошение - - - - -
Колошение - 26,0 - 31,9 - -
полная спелость 3,9 2,6
Посев - полная - - - - -
спелость
Показатели погодных факторов и урожайность
Период Осадки, Относ.'Ш воздуха, воз- Суммарное
мм воздуха, % мм духа, мм испарение, мм
Посев-всходы - - - - -
Всходы - кущение - - - - -
Кущение - - - 14,0 - -
выход в трубку 3,7
Выход в трубку - - - - - -
колошение
Колошение - цвете- - - - - -
ние
Цветение - молоч- - - 16,2 230,1 149,7
ная спелость 4,7 4,8 4,7
Молочная - воско- - 44,0 - - -
вая спелость 4,9
Восковая - - - - - -
полная спелость
Посев - колошение - - - - -
Колошение - - - - - -
полная спелость
Посев - полная - 46,0 - - -
спелость 4,6
Продолжение Таблицы 4
Урожайность от 5,1 до 10,0 ц с 1 га
Период Показатели погодных факторов и урожайность
' ОС '-сро С ГТ °С 1тах 1тт Запас влаги к севу, мм
Посев-всходы - 151,0 7,8 - 0,3-3,6 8,6-7,1 132,4 8,5
Всходы - кущение 14,4 8,5 119,5 7,9 - 2,2 7,8 119 8,5
Кущение -выход в трубку - 412,5 7,9 36,6-38,8 7,5-8,4 4,7-13,2 8,5-9,8 -
Выход в трубку -колошение - 311,1 6,5 - - 95,4 6,0
Колошение - цветение 17,8 7,2 69,9 8,6 24,8 8,3 9,6 6,1 -
Цветение - молочная спелость 26,5 265,2 31,3-36,9 8,6-12,8 17,3
5,8 10,0 9,2-6,0 9,5-7,2 5,7
Молочная - восковая спелость 25,2 5,4 - - 8,4 9,4 10,6 7,0
Восковая -полная спелость - 192,5 8,6 - 12,8 6,1 -
Посев - колошение - 1004/6,5 30,8/7,1 4,9/8,6 -
Колошение -полная спелость 18,9 7,2 816 5,30 29,3 8,8 10,0 8,1 -
Посев - полная спелость 18,1 8,1 1630,3 5,9 - 7,4 8,6 -
Период Показатели погодных факторов и урожайность
Осадки, мм Относ.'Ш воздуха, % воздуха, мм воздуха, мм Суммарное испарение, мм
Посев-всходы 19,6 5,7 62 6,5 52 7,0 52,5 6,8 34,1 6,5
Всходы - кущение 14 6,6 56 5,8 7,8 6,2 - -
Кущение -выход в трубку 33 7,3 42 5,4 - 238,5 7,5 155,0 7,4
Выход в трубку -колошение 35,7 8,6 68 7,7 - - -
Колошение - цветение - 79 7,9 - - -
Цветение - молочная спелость м 7,0 45-66 5,3-9,3 ТА 9,1 - -
Молочная - восковая спелость - - 6-14,4 8,5-5,7 94,8-99,8 9,2-6,8 55,1-63,8 8,7-7,6
Восковая -полная спелость - 44-74 7,4-9,1 - - -
Посев - колошение - 53,4 7,3 9,8 5,2 - -
Колошение -полная спелость 7,5 5,8 44-70 5,2-9,1 6-14,6 8,9-5,4 282-504 7,9-5,4 183,3-327,6 7,7-5,3
Посев-полная спелост] 42,2 6,0 64 8,5 6,8-11,7 9,1-7,1 - -
Продолжение Таблицы 4
Урожайность от 10,1 до 15 ц с 1 га
Период П оказатели погодных факторов и урожайность
\ °С '-сро С ГТ °С ^тах Запас влаги к севу, мм
Посев-всходы - 113,1-193 11,8-13,1 - 10,2 13,6 189,8 11,7
Всходы - кущение 19,3 13,2 230,9 12,7 - 10,2 13,2 -
Кущение -выход в трубку 16,0 12,8 - 31.1 14.2 - 160,8 13,7
Выход в трубку -колошение 27,0 12,8 233,7 11,7 - - -
Колошение - цветение 29,2/14,6 35,6/11,6 37,5/15,0 18,3/14,8 -
Цветение - молочная спелость 20,4 12,9 303,9 12,1 33,7 12,7 18,2 13,1 68,5 13,2
Молочная - восковая спелость 22,2 14,1 295,3 12,3 - - 54,8 12,6
Восковая -полная спелость - - - 9,6 10,3 -
Посев - колошение - 906,9 10,9 28,8-32,2 14,8-10,8 11,9 13,2 -
Колошение -полная спелость 23,4 12,8 - 35,2 13,2 17,4 12,9 -
Посев - полная спелость 19,3 11,8 1979,5 13,2 - 14,6 13,3 -
Период П оказатели погодных факторов и урожайность
Осадки, мм Относ.'Ш воздуха, % воздуха, мм воздуха, мм Суммарное испарение, мм
Посев-всходы 0,00 12,8 53-55 12,7 7,7-11,4 13,4-14,5 90,0 12,7 58,5 12,8
Всходы - кущение 37,4 14,1 70 13,4 4,6-11,2 12,6-13,8 - -
Кущение -выход в трубку 19,9 12,9 58 14,4 7,9 14,0 126 14,2 81,9 14,3
Выход в трубку -колошение 0,00 13,0 58 13,7 - - -
Колошение -цветение - 59,2 12,2 - - -
Цветение - молочная спелость 52,5 13,1 56,9 14,7 10,5 12,5 111-140,6 11,2-12,0 72.6-94,4 10.7-11,9
Молочная - восковая спелость 3,4-51,3 11,5 60,0 13,5 9,7 13,0 - -
Восковая -полная спелость - 60,6 13,0 - - -
Посев - колошение - 48-60 12,6-15,4 7,5-12,6 12,6-15,2 - -
Колошение -полная спелость 66,6 13,2 59,2 13,1 9,7 13,5 383 13,5 249,4 13,9
Посев - полная спелость 118,2 12,6 56,1 14,6 91 13,2 - -
Продолжение Таблицы 4
Урожайность от 15,1 до 20 ц с 1 га
Период П оказатели погодных факторов и урожайность
'-сро С ГТ °С 1тах 1тт Запас влаги к севу, мм
Посев-всходы - - - - -
Всходы - кущение - - - - -
Кущение -выход в трубку - 192,7 21,7 - - -
Выход в трубку -колошение - - - - -
Колошение -цветение - 142,4 21,8 - - -
Цветение - молочная спелость - - - - -
Молочная - восковая спелость - - - - -
Восковая -полная спелость - 385,7 15,3 - 17,6 15,3 85 19,3
Посев - колошение - - - - -
Колошение -полная спелость - 1084,1 15,3 - - -
Посев - полная спелость - - - - -
Период П оказатели погодных фактор юв и урожайность
Осадки, мм Относ^ воздуха, % dW воздуха, мм XdW воздуха, мм Суммарное испарение, мм
Посев-всходы - - - - -
Всходы - кущение - - - - -
Кущение -выход в трубку - - - - -
Выход в трубку -колошение - - - - -
Колошение -цветение - - - - -
Цветение - молочная спелость - - - - -
Молочная - восковая спелость - - - 134,2 17,4 87,3 17,0
Восковая -полная спелость - - - - -
Посев - колошение - 60,0 15,4 12,4 15,2 - -
Колошение -полная спелость - - - - -
Посев - полная спелость - - - - -
Примечание: в таблице выделены только показатели сильно действующих факторов. Параметры других факторов (их пределы) показаны в табл. 2.
При этом урожайность складывается наименьшей, если за второй период вегетации в целом сумма среднесуточных ' воздуха составляет 816°С (5,2 ц с 1 га), осадков выпадает 7,5 мм (5,8 ц с 1 га), относительная ' воздуха равна 44%, среднесуточный воздуха 14,6 мм (5,4 ц с 1 га), сумма воздуха 504 мм (5,4 ц с 1 га) и суммарное испарение 327,6 мм (5,3 ц с 1 га).
За второй период вегетации (колошение - полная спелость) более детально по фазам наибольший недобор урожайности может быть вызван высокой среднесуточной ' воздуха (26,5-25,2°С) за период «цветение - молочная спелость»; 'тах=36,9°С за период «цветение - молочная спелость», 'тт=9,6°С в период «колошение - цветение» и 12,8°С в период от восковой до полной спелости; низким запасом влаги в почве (17,3 мм в цветении), относительной ' воздуха 45% от цветения до молочной спелости, высоким воздуха 14,4 мм в период от молочной до восковой и 9,8 мм от восковой до полной спелости и воздуха 99,8 мм в период молочно-восковой спелости. Урожайность во всех случаях изменяется от 5,2 до 6,8 ц с 1 га.
Повышение или снижение указанных показателей в сторону благоприятности для растений способствует росту урожайности от 7 до 9,8 ц с 1 га.
В первом периоде вегетации (посев - колошение) на будущей урожайности могут отрицательно сказываться высокая ^Т воздуха (311,1°С в период от выхода в трубку до колошения), при небольшом количестве выпадающих осадков 1,4-19,6 мм за период от посева до выхода в трубку, последовательное снижение влажности воздуха с 62 до 42% в это же время, сухость воздуха (ё' от 5,2 до 7,8 мм), и суммарное испарение за период: посев - всходы соответственно на уровне 52,5 мм и 34,1 мм. Урожайность 5,4-7,0 ц с 1 га.
Анализ полученных уравнений свидетельствует о том, что за период вегетации яровой твердой пшеницы для получения урожайности на уровне от 10 до 15 ц с 1 га на черноземе южном в степной зоне Оренбургского Преду-ралья необходимы следующие показатели погодных факторов: среднесуточная ' воздуха - 19,3°С (11,8 ц с 1 га), осадки - 118,2 мм (12,6 ц с 1 га), сумма ' воздуха - 1979, 5°С (13,2 ц с 1 га), среднесуточный воздуха - 9,1 мм (13,2 ц с 1 га), ^ - 14,6°С (13,3 ц с 1 га) и относительная ' воздуха - 56,1% (14,6 ц с 1 га), при всех прочих условиях в изученных пределах (табл. 2).
При этом репродуктивный период (колошение - полная спелость) свя-
зан с влиянием большего числа действующих факторов в сравнении с вегетативным (посев - колошение).
В репродуктивном периоде для формирования урожайности более 10 ц с 1 га необходима среднесуточная 1 воздуха - 22,4°С (12,8 ц с 1 га), -17,4°С (12,9 ц с 1 га), относительная ' воздуха - 59,2% (13,1 ц с 1 га), сумма осадков - 66,6 мм (13,2 ц с 1 га), 1:тах не выше 35,2°С (13,2ц с 1 га), среднесуточный воздуха - 9,7 мм (13,5 ц с 1 га), сумма воздуха - 389 мм и суммарное испарение 249,4 мм (13,9 ц с 1 га).
На отдельных этапах репродуктивного периода урожайность до 13 ц с 1 га формируется при ^Т воздуха 35,6°С в период: колошение - цветение (11,6 ц с 1 га) и относительной ' воздуха 59,2% (12,2 ц с 1 га), затем от цветения до молочной спелости при суммарном испарении 72,6-94,4 мм (10,7-11,9 ц с 1 га), сумме воздуха 111-140,6 мм (11,2-12 ц с 1 га), воздуха 303,9°С (12,1 ц с 1 га), среднесуточном воздуха - 10,5 мм (12,5 ц с 1 га), 1:тах -33,7°С (12,7 ц с 1 га) и среднесуточной 1 воздуха - 20,4°С (12,9 ц с 1 га). В период от молочной до восковой спелости не повышают урожайность осадки (3,4-51,3 мм, 11,5 ц с 1 га), запас влаги 54,8 мм (12,6 ц с 1 га), воздуха 295,3°С (12,3 ц с 1 га) и среднесуточный воздуха - 9,7 мм (13,0 ц с 1 га), а от восковой до полной спелости - 9,6°С (10,3 ц с 1 га) и относительная ' воздуха - 60,6% (13,0 ц с 1 га).
В классе от 13,1 до 15 ц с 1 га главными оказываются среднесуточная 1 воздуха - 29,2°С (14,6 ц с 1 га), ^ - 18,3°С и 1тах - 35,6°С (15 ц 1 га) в период «колошение - цветение»; затем от цветения до молочной спелости ^ на уровне 18,2°С (13,1 ц с 1 га), осадки - 52,5 мм (13,1 ц с 1 га), запас влаги - 68,6 мм (13,2 ц с 1 га) и относительная ' воздуха 56,9% (14,7 ц с 1 га), а от молочной до восковой спелости относительная ' воздуха - 60% (13,5 ц с 1 га).
В вегетативном периоде (посев - колошение) будущей урожайности менее 13 ц с 1 га могут способствовать повышенная ^Т воздуха 230,9°С в период «всходы - кущение» и 233,7°С от кущения до выхода в трубку (12,7 т 11,7 ц с 1 га), отсутствие осадков до всходов (12,8 ц с 1 га) и от выхода в трубку до колошения (13 ц с 1 га), а также недостаточное их количество в период «всходы - кущение» - 19,9 мм (12,9 ц с 1 га); пониженная относительная ' воздуха 53-54,7% до всходов (12,6-12,8 ц с 1 га), сумма воздуха 90 мм (12,7 ц с 1 га) и суммарное испарение - 58,5 мм (12,8 ц с 1 га) в этот же
довсходовый период.
Формированию будущей урожайности от 13,1 до 15 ц с 1 га в первом периоде вегетации яровой твердой пшеницы способствуют сумма 1 воздуха 193,3°С (13,1 ц с 1 га), среднесуточный dW воздуха 7,7-11,4 мм (13,4-14,5 ц с 1 га) и - 10,2°С (13,6 ц с 1 га) после посева до всходов; среднесуточная 1: воздуха 19,3°С (13,2 ц с 1 га), - 10,2°С (13,2 ц с 1 га), относительная W воздуха - 70% (13,4 ц с 1 га), среднесуточный dW воздуха - 11,2 мм (13,8 ц с 1 га), осадки - 37,4 мм (14,1 ц с 1 га) и запас влаги 149 мм (15 ц с 1 га) от всходов до кущения. На этапе от кущения до выхода в трубку запас влаги 160,8 мм (13,7 ц с 1 га), 1тах не более 31,1°С (14,2 ц с 1 га), среднесуточный dW воздуха - 7,9 мм (14 ц с 1 га), XdW воздуха - 126 мм (14,2 ц с 1 га), суммарное испарение 81,9 мм (14,3 ц с 1 га), относительная W воздуха - 58% (14,4 ц с 1 га), а от выхода в трубку до колошения относительная W воздуха не должна быть ниже 38% (13,7 ц с 1 га).
Достижение урожайности яровой твердой пшеницы от 15,1 до 20 ц с 1 га и более вероятно при условиях, когда сумма : воздуха в ответственные периоды ее роста и развития (формирования органов плодоношения и зерна) не превышает следующих показателей: за время прохождения фазы от кущения до выхода в трубку - 192,7°С (21,7 ц с 1 га), колошения - цветения - 142,4°С (21,8 ц с 1 га), от восковой до полной спелости - 385,7°С (15,3 ц с 1 га) и за период «колошение - полная спелость» - 1084,1°С (15,3 ц с 1 га).На этапе от молочной до восковой спелости сумма dW воздуха не должна превышать 134,2 мм (17,4 ц с 1 га) и суммарное испарение влаги - 87,3 мм (17,0 ц с 1 га). Для периода от восковой до полной спелости важнее 1тт на уровне 17,6°С (15,3 ц с 1 га) и сохранение некоторого количества влаги в почве - 8,5 мм (19,3 ц с 1 га).
Таким образом, на каждом этапе роста и развития проявляется своя группа сильно действующих факторов, под влиянием которой закладываются основные элементы продуктивности посева, которые в итоге могут или не могут быть реализованы в урожайности.
В период «посев - всходы» их шесть: осадки, суммарное испарение, сумма dW воздуха, сумма 1 воздуха, 1:^, среднесуточный dW воздуха.
От всходов до кущения на первые места выходят три: среднесуточный dW воздуха, относительная W воздуха и осадки. Слабее действуют запас
влаги в почве, относительная W воздуха, среднесуточный dW воздуха, сумма dW воздуха, среднесуточная 1 воздуха, сумма Т воздуха и суммарное испарение. Осадки в силу их недостаточности и уходят на последний план.
В период от выхода в трубку до колошения заметна реакция на осадки и сумму Т воздуха.
После колошения до цветения первостепенное значение приобретают 1т;п, запас влаги в почве; относительная W воздуха и среднесуточная 1 воздуха влияют слабее.
Сложнейшим и важнейшим является период от цветения до молочной спелости зерна.. В этом периоде сильные связи наблюдаются со всеми изученными факторами. Преимущество выпадает на факторы, отражающие сухость воздуха: относительная W воздуха, сумма dW воздуха, среднесуточный dW воздуха, усиление 1:тах; повышение суммарного испарения влаги; запасы влаги в почве, осадки противодействуют им. Роль среднесуточной 1 воздуха, ^Т воздуха и 1тт выглядит заметно слабее.
Напряженно складывается и период от молочной до восковой спелости. В это время конкурируют шесть факторов против двух. На первые места по значимости выходят среднесуточная 1 воздуха, среднесуточный dW воздуха, относительная W воздуха, сумма dW воздуха и суммарное испарение. Роль осадков, суммы Т воздуха, запасов влаги снижается, а 1тах и 1тт не имеют значения.
В период от восковой до полной спелости важна роль 1^. Действие остальных факторов резко снижается.
Рост и развитие яровой твердой пшеницы в засушливой степи на черноземе южном Оренбургского Предуралья проходят под действием исключительно варьирующих погодных факторов, определяющих сухость воздуха при непрерывном нарастании температурного режима. При этом особую значимость неустойчивость погодных факторов имеет в критические периоды (всходы - кущение, кущение - выход в трубку, цветение - молочная спелость, молочная - восковая спелость). Противостоять этим факторам могут лишь накапливаемые высокие запасы влаги и их рациональное использование. Полученные нами параметры моделей позволяют составить представление о возможностях формирования урожайности яровой твердой пшеницы в этих условиях и реальных рисках.
Заключение
Подводя итоги проведенного анализа, считаем возможным заключить, что на современном этапе развития научных исследований и практики ведения сельскохозяйственного производства крайне недостаточно оперировать фактами о полученной урожайности и объяснять свои неуспехи общими фразами о случившейся засухе, отсутствии осадков, суховее и других природных катаклизмах.
Сегодня необходимо конкретное знание особенностей каждой сельскохозяйственной культуры в плане ее потребностей к факторам среды произрастания, способности ее противостоять этим неблагоприятным факторам, параметров отрицательно действующих факторов на каждом этапе ее роста и развития.
Получение подобных знаний для применения более совершенных технологий по управлению жизненными процессами растений в посевах на сельскохозяйственном поле возможно лишь на базе использования методов математического моделирования.
Представленная работа является одной из первых попыток решать названную проблему в засушливой степи Оренбургского Предуралья на черноземе южном. Она может служить пособием для развития исследований в подобном плане, а полученные модели будут полезны как руководство для специалистов, занятых на производстве яровой твердой пшеницы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Крючков А.Г., Япиев И.Ф. Заключительный отчет о НИР на тему: „Разработать математические модели прогноза основных показателей качества зерна яровой сильной и твердой пшеницы, применительно к зонам Оренбургской области". Заключительный по этапу за 1987-1991 гг. Оренбург, 1991. 147 с.
2. Бюллетени Оренбургской Гидрометеообсерватории за 1987-1990 гг. Оренбург.
3. Шульмейстер К.Г. Борьба с засухой и урожай. 2-е изд., доп. и перераб. М.: Агро-промиздат, 1988. 263 с.
4. Бараев А.И., Бакаев Н.М., Веденеева М.Л. и др. Яровая пшеница. М.: Колос, 1978. 428 с.
5. Максютов Н.А. Биологическое и ресурсосберегающее земледелие в степной зоне Южного Урала. Оренбург: Печатный дом «Димур», 2004. 204 с.
6. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996. 367 с.
Поступила 2.12.2014 г.
(Контактная информация: Крючков Анатолий Георгиевич - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБНУ „Оренбургский НИ-ИСХ"; адрес: 4600051, г. Оренбург, пр. Гагарина, 27/1; тел. 71-04-88, e-mail: [email protected])
