Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОЖАЯ И ПРОДУКТИВНОСТИ ОРОШАЕМЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ЛЕСОЗАЩИЩЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ

Изобретение предназначено для использования в области сельского хозяйства и научных исследований при определении и прогнозировании урожая и продуктивности орошаемых сельскохозяйственных культур под влиянием лесных полос за период вегетации.

Известен способ прогнозирования урожайности зерновых культур на основе данных космического мониторинга и моделирования биопродуктивности, заключающийся в расчете параметров культуры с использованием модели биопродуктивности EPIC и ежедневных метеорологических данных. Для расчета параметров культуры модифицируют блок входных данных по солнечной радиации в модели EPIC путем использования ежедневно определяемых данных метеостанций и данных дистанционного зондирования, по которым вычисляют нормализованный вегетационный и листовой индексы. При этом листовой индекс LAI вычисляют по спутниковому изображению для изучаемой территории. Затем осуществляют коррекцию листового индекса LAI по космическим снимкам или данным наземных наблюдений на определенные даты развития растений до достижения максимального значения листового индекса LAI. Максимальную температуру почвы определяют по суммарной коротковолновой солнечной радиации, а минимальную - по эффективному излучению атмосферы. Осуществляют оценку приходящей к посеву коротковолновой радиации по влажности воздуха, измеряемой на метеостанциях. По регрессионным уравнениям, полученным по многолетним экспериментальным данным, рассчитывают параметры растений: биомассу, листовой индекс, высоту растений, вес корня и по этим параметрам биопродуктивности осуществляют мониторинг состояния зерновых культур во времени от момента посева до сбора [1].

Этот способ обладает следующими недостатками:

1. Необходимо наличие космоснимков исследуемой территории, в том числе архивных, которые не всегда бесплатны.

2. Используется достаточно большое число метеорологических характеристик, которые не всегда есть из-за недостаточной густоты сети метеостанций в РФ.

3. Необходима специальная программа (модель EPIC).

4. Наличие многолетних экспериментальных данных.

5. Необходимо специальное программное обеспечение для обработки космоснимков.

6. Способ применим для участков большой площади и не может быть применен на поле с лесными полосами, когда сельскохозяйственные культуры граничат с деревьями.

Известен способ прогнозирования урожайности озимой пшеницы, состоящий в том, что определяют среднесуточную температуру воздуха в мае и в зависимости от применяемых доз удобрений прогнозируют урожайность по математической зависимости

у=75,6-3,14⋅x+12,52⋅d,

где у - урожайность озимой пшеницы, ц/га; х - среднесуточная температура воздуха в мае, °С; d - доза минеральных удобрений от 0 до 1 (0 - без удобрений, 1 - N₁₂₀P₁₂₀K₆₀) [2].

К недостаткам описанного способа относится:

1. Прогноз рассчитывается для одной культуры - озимой пшеницы.

2. Рассчитывается только урожайность.

3. Не учитывается наличие и влияние лесных полос.

4. Ограниченность действия средних температур по климатическим зонам.

Известен способ прогнозирования урожайности ячменя, состоящий в том, что определяют среднесуточную температуру воздуха в мае и в зависимости от применяемых доз удобрений прогнозируют урожайность ячменя по математической зависимости:

у=51,41-2,13⋅x+10,3⋅d,

где у - урожайность ячменя, ц/га; х - среднесуточная температура воздуха в апреле-мае, °С; d - доза минеральных удобрений от 0 до 1 (0 - без удобрений, 1 - N₁₂₀P₁₂₀K₆₀) [3].

К недостаткам описанного способа прогнозирования относится:

1. Рассчитывается только урожайность и только для одной культуры -ячменя.

2. В способе не учитывается наличие и влияние лесных полос.

Известен способ прогнозирования урожайности озимых зерновых колосовых культур при возделывании в условиях резко континентального климата, включающий определение по среднестатистическим данным сумм среднесуточных температур в пределах 526…694°С, установление сроков, норм высева и способов посева, в период от посева до прекращения вегетации, формирование растениями в каждом узле кущения по три-четыре стебля с достаточным запасом Сахаров для повышения устойчивости растений к отрицательным температурам в диапазоне от -18 до -20°С и расчет величины гидротермического коэффициента, в котором при величине гидротермического коэффициента до 0,5 норму высева семян уменьшают на 10…15% от оптимальных значений на посевах с шириной междурядий 22,5 см; при величине коэффициента больше 0,9 норму высева увеличивают на 20…25% на посевах с шириной междурядий 7,5 см; при значениях коэффициента в пределах от 0,5 до 0,9 нормы высева сохраняют на посевах с шириной междурядий 15 см, а потенциальную урожайность устанавливают из выражения

у=к₁⋅а⋅х²+к₂⋅в⋅х^-1+к₃⋅с^-1,

где у - ожидаемая урожайность, кг/га; а - норма высева, штук/га; в - сумма положительных температур от даты посева до устойчивых отрицательных температур, °С; с - ширина междурядий, м; х - длительность посева в днях от рекомендуемых сроков, сутки; Ki - коэффициент пропорциональности, учитывающий сортовые качества каждого семени в накоплении зерновой массы, к₁=(0,6…0,8)⋅10^-3 (кг⋅сут²)/штук; к₂ - коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние температурного режима на формирование корневой системы растений, к₂=(0,0512…0,0934)⋅10⁴ кг⋅сутки/(°С⋅м²); к₃ - коэффициент пропорциональности, учитывающий размещение растений на поверхности поля; к₃=(0,00007…0,00015)⋅10⁴, кг/м [4].

Недостатки описанного способа:

1. Применим только для озимых зерновых культур.

2. Прогнозируется только урожайность зерновых культур.

3. Расчет производится на конечный этап или элиминирующую стадию.

4. Не учитывается наличие и влияние лесных полос.

Известен способ оценки потенциальной продуктивности озимых зерновых колосовых культур, включающий оптимизацию сроков, норм высева и способов посева, установление суммы среднесуточных температур в пределах 550-650°С за 45-60 суток от момента посева до прекращения вегетации, формирование растениями в каждом узле кущения по три-четыре стебля с достаточным запасом Сахаров для устойчивости растений к минусовым температурам в диапазоне -18…-20°С в бесснежные периоды и установление норм высева для формирования густоты стеблей 500-600 шт./м² на черноземных почвах и 300-450 шт./м² на каштановых почвах, вычисление гидротермического коэффициента с учетом осадков за период с температурой выше +10°С и суммы положительных температур за тот же период, посев в десятидневный срок с температурным режимом от +18 до +12°С и расчет планируемой продуктивности озимых зерновых культур используя выражение

у=к₁⋅а⋅х^-2+к₂⋅Σt⋅ГТК⋅b⋅p₀⋅x^-1+к₃⋅b⋅с^-1,

где у - потенциальная продуктивность озимых колосовых культур, т/га; к₁=(1,5-3,0)⋅10^-6 - коэффициент пропорциональности, учитывающий сортовые качества каждого семени в накоплении зерновой массы, т⋅сутки²/штук; а - норма высева, штук всхожих семян на 1 га; х - длительность посева в днях от начала рекомендуемых для зоны сроков, сутки; к₂=(0,8-1,3)⋅10^-3 - коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние температурного режима на формирование корневой системы растений в период от посева до ухода в анабиоз, т⋅сут/мм²⋅га; Σt - фактическая сумма положительных температур от посева до прекращения вегетации, °С; ГТК - гидротермический коэффициент, мм/°С; b=(0,6-2,5) - безразмерный коэффициент, учитывающий почвенно-климатические условия зоны; р₀ - запасы доступной влаги в корнеобитаемом горизонте, мм; к₃=(0,04-0,08) - коэффициент пропорциональности, учитывающий размещение растений на поверхности поля, т⋅м/га; с - ширина междурядий, м [5].

Недостатки описанного способа:

1. Применим только для озимых зерновых колосовых культур.

2. Формула имеет три коэффициента пропорциональности, рассчитываемых по разным критериям, усложняющих конечный расчет.

3. Не учитывается наличие и влияние лесных полос.

Известен способ прогнозирования урожайности озимых зерновых культур при возделывании в условиях засушливого климата, включающий установление сроков, норму высева, способов посева, расчет величины гидротермического коэффициента и составление прогноза по математической зависимости, в котором прогнозируемую урожайность на следующий год устанавливают из выражения

Y=k₁⋅A⋅G_s⋅(1/x²)+k₂⋅B/x+k₃⋅C/G_s,

где Y - ожидаемая урожайность, кг/га; А - норма высева, шт./га; В - сумма положительных температур от даты высева до устойчивых отрицательных температур, °С; С - ширина междурядий, м; х - длительность посева в днях от начала рекомендуемых сроков, сутки; k₁=(0,6…0,8)⋅10^-3 - коэффициент пропорциональности, учитывающий сортовые качества каждого семени в накоплении зерновой массы, кг⋅сутки²/шт.; k₂=(0,512…0,934) - коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние температурного режима на формирование корневой системы растений, кг⋅сутки/°С⋅м²; k₃=(7…150) -коэффициент пропорциональности, учитывающий размещение на поверхности поля, кг/м; G_s - гидротермический коэффициент Г.Т. Селянинова [6].

Недостатки способа:

1. Применим только для культур с длительным вегетационным периодом.

2. Определяется только один показатель продуктивности - урожайность.

3. Не учитывается наличие и влияние лесных полос.

Известен способ прогнозирования урожайности семян люцерны при возделывании в орошаемом земледелии, включающий глубокую вспашку с внесением фосфорно-калийных удобрений и почвенных гербицидов, весеннее боронование, посев культуры широкорядным методом и орошение в фазу бутонизации с одноразовым увлажнением почвы до 90-100% наименьшей влагоемкости на глубину до 1,3-1,5 м с нормой 1360-1500 м³/га, а после цветения в почвенном слое 0-55 см снижение влажности до 50-55%, в слое 51-100 см - до 70-75%, в слое 100-150 см - до 75-80% наименьшей влагоемкости, в котором определяют среднесуточную температуру почвы в последней декаде апреля и первой декаде мая, а прогнозируемую урожайность семян на втором году жизни растений устанавливают из выражения:

Y=k₁⋅x_t+(k₂⋅A+k₃⋅d+k₄⋅P)/G_s,

где Y - прогнозируемая урожайность семян люцерны на второй год жизни растений, кг/га; x_t - средняя температура почвы в последней декаде апреля - первой декаде мая, °С; А - норма высева семян, шт./га; d - количество внесенных удобрений NPK, кг д.в./га; Р - поливная норма за период вегетации, м³/га; к₁ - коэффициент, учитывающий сортовые качества каждого семени люцерны в формировании и накоплении зерновой массы, кг/(°С⋅га); k₂ - коэффициент, учитывающий влияние температурного режима на формирование корневой системы растений в первый год жизни, кг/(шт.⋅га); k₃ - коэффициент, учитывающий запасы минерального питания от предшественника в корнеобитаемом слое, кг/(д.в. кг⋅га); k₄ - коэффициент, учитывающий долю естественных осадков в формировании урожая зерна, кг/(мм⋅га); G_s - гидротехнический коэффициент Т.Г. Селянинова, по данным выпавших осадков и суммы температур выше +10°С в период жизни растений от начала посева до момента прекращения вегетации [7].

Недостатки способа:

1. Описанный способ приемлем только для прогнозирования урожайности семян люцерны на второй год жизни растений.

2. Определяется только один показатель - урожайность.

3. Не учитывается наличие и влияние лесных полос.

Известен способ оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий, включающий определение отношения разницы измеренных текущих и минимальных значений факторов погоды к разнице оптимальных и минимальных значений этих же факторов, при этом устанавливают измерительный период на протяжении вегетационного процесса зерновых культур от начала посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости, разбивают измерительный период на интервалы времени, не превышающие декаду, на данных интервалах времени измеряют средние значения температуры воздуха и влажности почвы, оценку урожайности зерновых культур осуществляют по нижеприведенной формуле

где Y - оценка урожайности, ц/га; Y_max.з - максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га; п - число интервалов времени, входящих в измерительный период; K_ф - коэффициент, соответствующий фенофазам развития растений; α₁, α₂ - степень действия факторов погоды; K -коэффициент, учитывающий отличительное влияние температуры; W_i - среднее значение влажности почвы на i-том интервале времени, %; W_min - минимальное значение влажности почвы, обеспечивающее жизнедеятельность растений, %; W_oi -оптимальное значение влажности почвы на i-м интервале, %; t_i - среднее значение температуры воздуха на i-м интервале, °С; t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растений, °С; t_oi - оптимальное значение температуры воздуха на i-м интервале, °С; С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га [8].

Недостатки способа:

1. Оптимальный интервал измерения средней влажности почвы и температуры воздуха - 3-5 дней, допустимый - декада, что довольно трудоемко.

2. Способ применим только к зерновым культурам.

3. Не учитывается влияние лесных полос.

Известен способ по оценке продуктивности растений в зависимости от лимитирующего фактора жизни растений. В нем продуктивность обратно пропорциональна кубу напряженности лимитирующего фактора:

где Y - продуктивность растения; х - фактический параметр конкретного фактора жизни растений, лимитирующий их продуктивность; а - оптимальный параметр этого фактора; b - максимальный или минимальный параметр того же фактора; А - максимальная продуктивность растений [9].

Недостатки способа:

1. Учитывается влияние только одного (лимитирующего) фактора.

2. Невысокая точность.

Известен способ оценки потенциальной продуктивности сельскохозяйственных растений, преимущественно коллекционных сортов яровых зерновых колосовых культур, при возделывании в условиях резко континентального климата. Заблаговременно высевают стандартный (районированный) среднеспелый сорт и устанавливают оптимальную норму высева и величину гидротермического коэффициента сортообразца. Способ включает также оптимизацию сроков, норм высева и способов сева, установление суммы среднесуточных температур норм высева для формирования густоты стояния стеблей, вычисление гидротермического коэффициента за период «посев-уборка» и определение потенциальной урожайности по формуле

где Y - урожайность зерна, т/га; а - коэффициент, учитывающий отклонения норм высева по сравнению со стандартом; S - фактическая сумма положительных температур от посева до налива зерна стандартного образца, °С; G_c - гидротермический коэффициент условий возделывания стандарта, мм/°С; G_c.o - гидротермический коэффициент условий произрастания сортообразцов до интродукции, мм/°С; b - коэффициент, учитывающий почвенно-климатические условия; с - коэффициент, учитывающий запасы продуктивной влаги в период «всходы-формирование зерна» [10].

Недостатком способа является то, что он применим только для оценки потенциальной продуктивности интродуцентов из разных стран мира.

Таким образом, ни один из рассмотренных способов не учитывает влияние лесных полос на урожайность и продуктивность сельскохозяйственных культур.

В условиях орошения запасы продуктивной влаги и влагообеспеченность посевов сельскохозяйственных культур, как правило, оптимальны и поэтому не являются главными факторами, определяющими урожай и продуктивность, поэтому влияние лесных полос выходит на первый план.

Целью настоящего изобретения является расчет и прогноз урожая и продуктивности орошаемых сельскохозяйственных культур в зоне влияния лесных полос за период вегетации.

Способ применим к следующим сельскохозяйственным культурам - яровой и озимой пшенице, кукурузе, ячменю, подсолнечнику, рису, люцерне, нуту, свекле, картофелю, хлопчатнику, чайным кустам, выращиваемым под защитой лесных полос.

В зависимости от возделываемой культуры, может быть рассчитан урожай и следующие показатели продуктивности - высота главного стебля, высота растения, длина метелки, сырая и сухая биомассы, масса 1000 зерен, диаметр корзинки, количество листьев, количество стеблей, длина колоса, число клубней в кусте, средний вес клубней в кусте, число коробочек на кусте, масса хлопка-сырца в одной коробочке.

Поставленная цель достигается следующим образом. Производится отбор образцов сельскохозяйственной культуры на площадках 1 м², расположенных по трансекте перпендикулярно лесной полосе. На каждой метровой площадке определяется средний показатель урожая и продуктивности отобранных образцов, согласно таблице.

После чего урожай, показатель продуктивности представляется в виде экспоненциальной функции и рассчитывается по формуле

где Р - урожай, показатель продуктивности; L_H - расстояние от лесной полосы, Н; k и m - коэффициенты, которые рассчитываются по формулам

в которых n - число площадок с отобранными образцами; i - номер площадки; Р_o - средний урожай, средний показатель продуктивности на площадке; L_H - расстояние от лесной полосы в точках отбора образцов, Н.

Литература

1. Авторское свидетельство РФ RU 2379879 С2, A01G 7/00 (2006.01), 27.01.2010.

2. Авторское свидетельство РФ RU 2158498 С2, A01G 7/00 (2000.01), 10.11.2000.

3. Авторское свидетельство РФ RU 2158500 С2, A01G 7/00 (2000.01), 10.11.2000.

4. Авторское свидетельство РФ RU 2248690 С2, A01G 7/00 (2000.01), 27.03.2005.

5. Авторское свидетельство РФ RU 2267909 C1, A01G 7/00 (2006.01), 20.01.2006.

6. Авторское свидетельство РФ RU 2271096 C1, A01G 7/00 (2006.01), 10.03.2006.

7. Авторское свидетельство РФ RU 2271651 C1, A01G 7/00 (2006.01), 20.03.2006.

8. Авторское свидетельство РФ RU 2281644 С9, A01G 7/00 (2006.01), 20.12.2006.

9. Лебедев Н.С. Закон лимитирующего фактора: применение в земледелии, журнал «Земледелие», 1994, №6, С. 9-11.

10. Авторское свидетельство РФ RU 2294091 C1, A01G 7/00 (2006.01), 27.02.2007.