СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к области научных исследований при оценке сельскохозяйственных земель и результатов их использования в сельскохозяйственном производстве.

Известен способ комплексной оценки уровня плодородия. (Методические рекомендации и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия юга Средней Сибири - Абакан. 2003. - С.8-9). Данный способ имеет потенциальную возможность для оценки урожайности, и сущность его выражается следующими двумя формулами:

где ПОРП_i - обобщенный показатель обеспеченности ресурсами плодородия;

Hp_i - i-тый параметр плодородия, который вычисляется по нижеприведенной форме;

n - число показателей плодородия.

где P_mi - минимальное значение i-го показателя плодородия почвы;

P_oi - оптимальное значение i-го показателя плодородия;

P_ti - текущее значение i-го показателя плодородия;

A_i - корректирующий коэффициент.

Достоинством предложенного способа является возможность оперировать с необходимым количеством факторов, однако ее реализация на принципе простого суммирования эффектов от различных факторов не точно отображает происходящие процессы. Также к увеличению погрешности приводят следующие недостатки: не учитывается изменение уровня влияния фактора в разные фазы, игнорируется известный факт более высокого влияния лимитирующего фактора, не учитывается изменение факторов во времени.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, прототипом является способ по оценке продуктивности растений в зависимости от лимитирующего фактора жизни растений (Лебедев Н.С. Закон лимитирующего фактора: применение в земледелии // Земледелие. - 1994. - №6 - С.9-11).

Продуктивность растений определяется следующим выражением:

где У - продуктивность растения;

x - фактический параметр (лимитирующий) конкретного фактора жизни растений;

a - оптимальный параметр этого фактора;

b - минимальный или максимальный параметр того же фактора;

А - максимальная продуктивность растений.

Данное техническое решение имеет невысокую точность получаемых результатов по следующим причинам: отсутствие учета влияния любого, не лимитирующего фактора, не учитывается изменение факторов во времени и не учитывается различное влияние отдельных фенофаз на урожайность.

Задача заявленного технического решения - повышение точности и надежности оценок урожайности зерновых культур.

Указанная задача решается тем, что для оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий определяют отношение 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 У - оценка урожайности, ц/га;

У_max.з - максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га;

n - число интервалов времени, входящих в измерительный период;

K_φ - 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-том интервале, %;

t_i - среднее значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растений, °С;

t_oi - оптимальное значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что 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 У - оценка урожайности, ц/га;

У_max.з - максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га;

n - число интервалов времени, входящих в измерительный период;

K_φ - 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-том интервале, %;

t_i - среднее значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растении, °С;

t_oi - оптимальное значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га.

Способ оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий рассмотрим на примере пшеницы. В зависимости от необходимого срока получения оценки урожайности и точности результата выбирают измерительный период в виде части вегетационного процесса и разбивают его на интервалы времени, не превышающие декаду, на которых измеряют средние значения влажности почвы и температуры воздуха. При этом начало измерительного периода остается всегда постоянным и соответствует началу посева, а конец измерительного периода является переменной величиной и в зависимости от вышеоговоренных условий точности и времени до уборки, его устанавливают в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости. Не вошедшую в измерительный период часть вегетационного процесса учитывают введением постоянной С, которая рассчитывается по климатическим данным и может быть определена заранее.

Для каждого интервала времени на базе полученных результатов измерений и предварительно установленных минимальных и оптимальных значений измеряемых величин рассчитывают относительное значение продуктивной влажности почвы и относительное действующее значение температуры воздуха, а также величины суммарной потери урожайности от совместного действия обоих измеряемых факторов. Суммарная потеря урожайности из-за отклонения действительных значений факторов погоды от их оптимальных значений определяется следующим выражением:

Все буквенные обозначения в данной и последующей формулах те же, что и в вышеприведенных формулах. Коэффициент K в данном выражении учитывает отличительный уровень влияния на урожай температуры воздуха. При одинаковом относительном отклонении обоих факторов - влажности и температуры воздуха от их оптимальных значений отклонение температуры воздуха приводит к меньшим потерям урожайности, а именно в соответствии со значением введенного коэффициента K.

Оценку урожайности пшеницы рассчитывают путем взвешенного суммирования промежуточных результатов по каждому интервалу времени в соответствии с нижеприведенной формулой

Весовые коэффициенты K_φ (соответствующие фенофазам развития растений) учитывают различное влияние фенофаз на формирование урожая. Для этого составляется таблица коэффициентов K_φ, где каждой фенофазе ставится в соответствие конкретное значение (допустим, для фенофазы 1 - «Всходы» K_φ=0,7) и номера тех временных интервалов, на протяжении которых реализуется развитие растений данной фенофазы. Все постоянные параметры расчетной формулы для каждой культуры имеют конкретные значения. Для зерновых культур данные параметры находятся в следующих пределах: K_φ=(0,6÷2,0); α₁, α₂=(1,2÷1,4); K=(0,36÷0,39). Наиболее подходящая длительность временного интервала составляет величину в 3-5 дней, часто же используется декада. Максимальная урожайность вычисляется по уравнению предлагаемого способа при использовании реальной урожайности и параметров погоды предыдущего года или нескольких предыдущих лет.

Для пояснения физической сущности предлагаемых вычислительных формул отметим следующее. Из проведенного анализа существующих практических результатов установлено, что отклонение влажности почвы и температуры воздуха от их оптимальных значений приводит к потерям урожайности. А для учета совместного влияния данных факторов погоды необходимо складывать возникающие потери геометрически, как векторы. То есть суммарная потеря урожайности равна корню квадратному из суммы квадратов составляющих потерь. Данный подход согласуется с выводами о действии лимитирующего фактора, что наглядно демонстрируется графическим построением на приведенном чертеже. Из приведенной иллюстрации видно, что суммарные потери П_Σ определяют потери лимитирующего фактора, в данном случае это фактор, имеющий потери П₁. Предлагаемый вариант аналитически описывает не только те случаи, когда один фактор имеет лимитирующее влияние, но и все остальные возможные случаи.

В обоснование реализации задачи заявленного технического решения в виде повышения точности и надежности оценок урожайности зерновых культур следует привести следующие пояснения. Факторы погоды оказывают нелинейное воздействие на продукционный процесс, поэтому использование больших интервалов времени для измерения, на которых значительно проявляется нелинейность, приводит к большим ошибкам. Использование измерительного периода с изменяемой конечной точкой позволяет получать оценку урожайности с необходимым временным запасом до уборки урожая. Но при этом установка конца измерительного периода в более раннюю временную точку приводит к уменьшению точности, так как точные данные погоды учитываются на измерительном периоде, а оставшаяся часть вегетационного процесса оценивается по климатическим данным. В таблице приведены результаты расчета урожайности по предлагаемому способу и фактически полученная урожайность яровой пшеницы по хозяйству Элитное Новосибирского района.

Для оценки урожайности использовались показатели погоды метеостанции Огурцово Новосибирского района. Измерительный период составлял временной отрезок от фазы посева до фазы восковой спелости. Из приведенной таблицы видно, что учет погодных условий в соответствии с предлагаемым способом позволяет получать оценку урожайности с точностью, обеспечивающей возможность ее использования для научных и производственных целей.