CC BY
43
УДК 633.1:58.05
Н. Н. Маренич, В. С. Шкурко
ВЛИЯНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА УРОЖАЙНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР И ВОЗМОЖНОСТИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ УРОЖАЕВ
ПОЛТАВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРАРНАЯ АКАДЕМИЯ
N. N. Marenich, V. S. Shkurko INFLUENCE OF METEOROLOGICAL FACTORS ON PRODUCTIVITY OF GRAIN CROPS
AND POSSIBILITY OF FORECASTING CROPS POLTAVA STATE AGRARIAN ACADEMY
Рассматривается влияние комплекса метеорологических факторов на формирование урожайности зерновых культур на примере озимой пшеницы и ярового ячменя. На основании анализа данных десятилетних наблюдений сделаны выводы о возможности прогнозирования урожайности озимой пшеницы и ярового ячменя с помощью уравнений регрессии.
Ключевые слова: озимая пшеница, яровой ячмень, урожайность, температура, осадки.
Николай Николаевич Маренич
Nikolay Nikolaevich Marenich кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
E-mail: marenych@ukr.net
Введение. Основными стратегическими культурами сельского хозяйства Украины являются зерновые, среди которых пшеница озимая и ячмень занимают особое место. Несмотря на огромный опыт выращивания этих культур до сих пор встречаются трудности с формированием стабильных урожаев и валовых сборов, что связано в первую очередь с факторами окружающей среды. Они составляют группу нерегулируемых факторов, предотвратить действия которых не удается, как не удается и полностью использовать их потенциал.
Почти 70 % варьирования урожайности озимой пшеницы связывают с температурой и количеством осадков [1, 2]. Самыми критическими периодами во время вегетации ярового ячменя считаются период кущения, выхода в трубку, и конец выхода в трубку, колошения [3] . Самыми важными являются осадки в мае, они способствуют развитию листовой поверхности. Недостаток влаги в фазу молочной спелости приводит к неполноценному наливу зерна, его щуплости вследствие отмирания вегетативных органов растений [4, 5] . Такое явление особенно характерно для зоны Степи Украины, однако в последние два года наблюдается даже в подзоне достаточного увлажнения Лесостепи. В результате может резко возрасти содержание белка в зерне, что отрицательно
Influence of a complex of meteorological factors on formation of grain crops productivity on the example of winter wheat and summer barley is considered. On the basis of the analysis of given ten years' supervision conclusions are drawn on possibility of forecasting productivity of winter wheat and summer barley by means of the regression equations.
Keywords: winter wheat, summer barley, productivity, temperature, precipitation.
Iii
сказывается на качестве пивоваренного зерна, питательная же ценность ячменя фуражного растет.
Если параметры агропотенциала озимой пшеницы зависят от увлажнения, гранулометрического состава почв и предшественников, то те же параметры ярового ячменя определяются в большей степени удобрениями, а не предшественниками [6]. Эту особенность необходимо обязательно учитывать при планировании систем выращивания культуры для различного целевого использования.
Применение регрессионных моделей позволяет описать математически влияние большого количества факторов на урожайность. Это особенно эффективно при использовании множественной регрессии. Существенная зависимость между метеорологическими факторами и показателями урожайности позволяет предсказать рост колебаний урожайности в случае увеличения экстремальности факторов окружающей среды [7].
Методика. Материалом для исследований послужили данные урожайности производственных посевов озимой пшеницы и ярового ячменя, а также данные метеорологических наблюдений (количество осадков, температуры, длительность периодов с экстремальным проявлением метеорологических факторов) за период 2001-2010 гг. Для создания математи-
Виктор Семенович Шкурко
Victor Semenovich Shkurko E-mail: shkurkoviktor@ukr.net
Вестник Курганской ГСХА № 1, 2014 Агр°н°мия и прожитки* 19
ческих моделей урожайности использовались методы простой и множественной регрессии.
Результаты. По результатам многолетних данных установлено, что главными метеорологическими факторами, которые влияют на уровень урожайности озимой пшеницы являются: количество дней с температурой ниже -17 °С (г = -0,40), количество дней с температурами > 0 °С (г = 0,22), осадки апреля и мая (г = 0,18 ).
Полученные уравнения урожайности достаточно информативны: определенная с их помощью прогнозируемая урожайность существенно коррелирует с урожайностью фактической. Однако, по нашему мнению, они могут эффективно использоваться для корректировки прогнозов, когда случаются годы, похожие между собой по ходу параметров агрометеорологических факторов, а особое внимание следует обратить на уравнения множественной регрессии, в которых отмечена существенная корреляционная связь между прогнозируемой и фактической урожайностью во все годы исследований:
У = 2,98 +0,0061 Ох - 0,118 Д 4 < -17 ° с У = 1,8 + 0,015 Ош + 0,052 Д 4 > 0 ° с -- 0,18 Д 4> 5 ° с - 0,043 Д 4 < -17 ° с
(1);
(2),
уравнениями прогнозируемой урожайности и фактической составляли 0,70-0,84:
У = 3,098 - 0,051 Д 4 < -17 ° с; (5)
У = 3,47 - 0,067 Д 4 < -17 ° с - 0,013 О: - 0,0057 Ош + + 0,0053 О1у - 0,0038 Оу11; (6)
У = 3,29 - 0,068 Д 4 < -17 ° с - 0,0025 Оу - 0,014 О: + + 0,004 ОХ - 0,0048 Ош + 0,0048 О1у ; (7)
У = 3,37 - 0,056 Д 4 < -17 ° с - 0,003 Оу . (8)
Для северной подзоны Степи важное значение приобретали температурный режим зимнего периода и осадки весеннего и летнего периодов. Корреляция прогнозируемой урожайности с фактической по трем приведенным ниже уравнениями составляла 0,80-0,84, что представляет интерес для прогнозирования урожайности и валовых сборов зерна озимой пшеницы.
У = 1,27-0,061 Д 1 < -17 °с - 0,095 Д 4> 5 °с +
+ 0,024 Д 4 > 0 °с + 0,0075 О хП + 0,0087 О1у +
+ 0,012 Оу + 0,0056 Ота
(9)
где Ох - количество осадков октября (здесь и далее номер индекса означает номер месяца года), мм;
Д 4 < 17 „ с - количество дней с температурой ниже -17 °С; -
Д 4 > 0 0 с - количество дней с температурами выше 0 °С;
Д 4> 5 „ с - количество дней с температурами выше 5 °С.
Таким образом, установлены основные критические факторы окружающей среды, с помощью которых можно прогнозировать урожайность пшеницы. При этом следует отметить, что такие уравнения необходимо разрабатывать и конкретизировать для каждой зоны выращивания и даже отдельно взятой территории.
В условиях достаточного увлажнения Лесостепи главную роль играют количество дней с температурами ниже -17 °С (г = -0,53), продолжительность оттепелей с температурами 0 и 5 °С. Коэффициенты корреляции между урожайностью и этими факторами были почти одинаковы (г = 0,44-0,45) .
Для подзоны Лесостепи с недостаточным увлажнением признаком для прогнозирования являются осадки мая. Результаты вычислений девятилетних данных привели к двум уравнениям, приведенным ниже, хотя, по всей видимости, продолжительность морозов с температурой ниже -17 °С тоже необходимо учитывать:
У = 2,02 + 0,022 Оу; (3)
У = 3,44 - 0,141 Д 4< -17 ° с + 0,013 Оу - 0,014 Ог (4)
Коэффициенты корреляции между уравнениями соответственно составляют 0,71 и 0,88 .
В зоне Полесья, которая имеет в целом благоприятный режим увлажнения сравнительно с другими зонами Украины, коэффициенты корреляции между
У = 1,41 + 0,012 Оу + 0,0081 О1у + 0,025 Д 4 > 0 °с -- 0,103 Д 4 > 5 °с - 0,062 Д 4 < -17 °с + 0,0085 О хЦ + + 0,0052 Оу11 (10)
У = 1,305 + 0,021 Д 4 > 0 °с+ 0,016 О^+ 0,014 Оу (11)
В подзоне южной Степи важнейшую роль играют осадки. В этой части выращивания озимой пшеницы для эффективного прогнозирования урожайности внимание следует уделять осадкам марта и мая. Характерной особенностью оказалась обратная связь между урожайностью и количеством дней зимой с температурой выше 5 °С. Коэффициенты корреляции между прогнозируемой и фактической урожайностью составляли 0,74 для уравнения (12) и 0,93-0,94 - для следующих двух.
У = 0,049 Д 4 > 0 °с + 0,017 Ош + 0,013 Оу +
+ 0,013 Оу11 - 1,18
(12)
У = 0,0125 Оу +0,045 Д 4 > 0 ^ + 0,012 Ога + + 0,021 Ош - 0,051 Д 4 > 5 °с - 1,14 (13)
У = 0,027 Д 4 > 0 °с + 0,018 Ош +0,013 Оу +
+ 0,011 Оу11 - 0,17
(14)
Для прогнозирования уровня урожайности и величины валовых сборов обязательно необходимо учитывать агрометеорологические факторы, которые являются основной причиной большой вариабельности урожаев. Одновременно это свидетельствует о существенных резервах для управления урожаем посредством разработки адаптивных технологий выращивания и правильного подбора сортов.
Критическими факторами для формирования урожаев ячменя ярового является количество дней с температурами ниже 0 °С в апреле (г = -0,26), коли-
чество осадков марта (г = 0,21), апреля (г = 0,39), мая (г = 0,35), июня (г = 0,14). Таким образом, коэффициенты корреляции указывают на среднюю и слабую зависимость урожайности от указанных факторов, однако уровень значимости ( р < 0,01 ) свидетельствует о существенности их влияния. Таким образом, наблюдается четкое взаимодействие между фактором и признаком, которое необходимо конкретизировать.
Согласно установленных закономерностей уравнение урожайности были записаны в следующем виде:
У = 2,47 - 0,043 Д1у 4 <0. (15)
У = 1,72 - 0,033 Д1у t <0 + 0,0039 0IV + + 0,050 OV + 0,002 OVII
У = 1,75 - 0,004 0IV + 0,005 OV -
(16) (17)
- 0,036 Д1у 4 <0 + 0,0024 Оуп
У= 1,73 + 0,007 О1у + 0,006 Оу, (18)
где У - урожайность ячменя ярового, т/га;
Д1У 4 <0 - количество дней апреля с температурой ниже 0 °С.
Таким образом, важнейшими климатическими факторами, которые влияют на урожайность ячменя ярового и должны использоваться для прогнозирования урожайности, являются весенние и летние осадки и количество дней апреля с температурой ниже 0 °С. Сразу же отметим, что установленные закономерности для каждой зоны необходимо корректировать, используя данные наблюдений за этими же и другими факторами на конкретной территории.
Уравнение урожайности имеют значительную изменчивость в зависимости от условий конкретного года, что обусловлено их большим разнообразием и сочетанием факторов. Однако установлен ряд уравнений, которые могут использоваться для прогнозирования урожайности независимо от условий выращивания. Таким, например, является определение возможной урожайности по количеству дней апреля с температурой ниже нуля: апрельские заморозки могут нанести значительный ущерб и существенно уменьшить урожайность. Коэффициент корреляции между прогнозируемой по этому уравнению и реальной урожайностью по годам составляет 0,70. Еще более тесную корреляцию имеют результаты вычислений по уравнениям (16)-(18): г = 0,72-0,74. Как видно из этих уравнений, для формирования высокого уровня урожайности необходимо достаточное количество влаги в течение апреля-мая и в стадии налива зерна. Если вычислить среднюю урожайность по показателям, которые мы используем для прогнозирования, то коэффициенты корреляции реальной урожайности с полученной величиной составят 0,75 .
В подзоне достаточного увлажнения Лесостепи факторами, по которым можно прогнозировать урожайность ячменя ярового, выступают температурный режим практически всего периода вегетации и осадки апреля. Температуры марта наряду с осадками оказывают положительное влияние на формиро-
вание урожайности, а в июле месяце, когда завершаются процессы созревания зерна, негативное влияние имеют высокие температуры. Неблагоприятным для получения высоких урожаев является также ко -личество дней с температурами ниже 0 °С.
В подзоне неустойчивого увлажнения возможно прогнозировать урожайность по уравнениям простой регрессии, содержащих в качестве переменных температуры мая и июня. Коэффициенты корреляции между рассчитанной по уравнениям и фактической урожайностью находятся в пределах 0,80-0,88.
Для подзоны недостаточного увлажнения определяющими урожайность факторами являются высокие температуры марта, апреля и мая. Причем, если в марте и апреле это влияние является положительным, то в мае действие этого фактора является противоположным.
В зоне Полесья неблагоприятным фактором могут стать осадки марта, негативное влияние которых, видимо, связано с запоздалыми сроками сева. Высокие значения коэффициентов регрессии свидетельствуют о значительном негативном влиянии на формирование урожайности ячменя ярового высоких температур мая. Коэффициенты корреляции между прогнозируемой и фактической урожайностью находятся в пределах 0,80-0,91 .
Выводы. Таким образом, в результате математического анализа результатов удалось установить основные погодные параметры, влияющие на формирование урожайности зерна, определить уровень зависимости валовых сборов от них. Указанные уравнения могут использоваться только для приблизительных прогнозов, для более надежных прогнозов необходимо создать более широкую базу данных.
Список литературы
1 Непс I. Т. Умови вегетацп i продуктивнють озимо! пшенищ у високосш роки // Тавршський науковий вюник. - 2004. - Вип. 32. - С. 34-37.
2 Sharrat B. S. Climatic impact on small grain production in the subarctic region of the United States // Arctic. - 2003. -№ 3. - Р. 219 - 226 с.
3 Алiмов Д. М.,. Юник А. В Урожайнють зерна озимо! пшенищ залежно ввд системи основного обробггку грунту, попереднишв та застосування гербiцидiв // Науковий вюник НАУ - 2002. - № 47. - С. 73-77.
4 Замараев А. Г., Баринов А. И., Чаповская Г. В. Водный режим почвы и формирование урожая ячменя при разном уровне минерального питания // Доклады ТСХА, 1972. - Вып. 182. - С. 49-54.
5 Аниканова З. Ф., Неттевич Э. Д., Романова Л. М. Выращивание пивоваренного ячменя. - М.: Колос, 1981. - 207 с.
6 Овчаров К. Е. Физиология формирования и прорастания семян. - М.: Колос, 1976. - 257 с.
7 Игнатьев В. М. Модели урожайности сельскохозяйственных культур при определенных метеоусловиях // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы 2 Международной научно-практической конференции (Новочеркасск. 5 апреля 2002 года). - Ч. 3. - Новочеркасск, 2002. - С. 21-24.
