ТЕХНОЛОГІЯ ВИРОБНИЦТВА ПРОДУКЦІЇ РОСЛИННИЦТВА

III частина

Електронний посібник

Головна

Анотація

Теоретичні відомості

Список використаних джерел

Укладачі

9. Основи програмування врожаїв сільськогосподарських культур

9.1. Поняття про програмування і прогнозування врожаю

9.2. Етапи та принципи програмування врожайності

9.3. Основні фактори життєдіяльності рослин

9.4. Фотосинтетична активна радіація (ФАР) та її роль у формуванні врожаю

9.5. Вологозабезпеченість посівів сільськогосподарських культур та її вплив на формування врожаїв

9.1. Поняття про програмування і прогнозування врожаю

Технології вирощування сільськогосподарських культур стають складнішими і наукоємкішими. Формування врожаю – це складний продукційний процес, який визначається генетичною програмою рослини і зовнішніми умовами. Щоб забезпечити високий урожай, необхідно мати повну інформацію про всю багатогранність дії окремих чинників і їх взаємодію, що беруть участь у рості і розвитку рослин, вміти передбачати реакцію рослин на них. Величина врожаю визначається такими процесами як фотосинтез, ріст і розвиток, повітряний, водний і тепловий режими, мінеральне живлення, структура рослин, архітектоніка посіву тощо.

Важливим і перспективним методом підвищення врожайності польових культур є програмування, що передбачає раціональне використання чинників формування урожаю впродовж вегетації з урахуванням матеріально-технічного забезпечення і агрометеорологічних умов.

За визначенням І.С. Шатілова, програмування в рослинництві – це розробка комплексу взаємопов'язаних заходів щодо вирощування сільськогосподарських культур, своєчасне і якісне виконання яких забезпечує одержання запланованого врожаю. Каюмов М.К. відзначає, що програмувати врожай у рослинництві надзвичайно важко, оскільки необхідно передбачити всі примхи природи і оперативно знаходити правильним вихід із багатьох ситуацій.

Програмування врожайності – це якісно вищий етап розробки технологій вирощування польових культур. Не слід ототожнювати терміни програмування, прогнозування та планування.

Планування врожаю – це перший етап програмування. Здійснюється від досягнутого в попередні роки рівня з використанням показників зростання. Це менш конкретний показник, який не враховує усіх чинників формування врожаю.

Прогнозування врожаю – це науково обґрунтоване передбачення продуктивності польових культур на декілька років, або велику перспективу виходячи з ґрунтово-кліматичних умов, рівня матеріально-ресурсного забезпечення, потенціалу технологій.

Зверніть увагу

Рівні врожайності

Під час програмування орієнтуються на три рівні врожайності:

1. Потенціальна врожайність (ПВ)

2. Дійсно можлива врожайність (ДМБ)

3. Реальна господарська врожайність (РГВ). Основним показником для визначення першої є прихід сонячної енергії; другої – вологозабезпеченість, біогідротермічний потенціал, родючість ґрунту; третьої – ефективність використання матеріально-технічних ресурсів і вид технології.

Потенціальна врожайність (ПВ) визначається як максимальна, яку теоретично можна отримати в ідеальних метеорологічних умовах при заданому коефіцієнті використання посівом фотосинтетично активної радіації (ФАР).

Дійсно можлива врожайність (ДМБ) визначається за малорегульованими і нерегульованими чинниками вологозабезпеченості і теплових ресурсів, тобто за типових для зони метеорологічних умов. Відсутність оптимального забезпечення посівів теплом і вологою обмежує коефіцієнт корисної дії ФАР. Звідси невідповідність між ПВ і ДМБ.

Реальна господарська врожайність (РГВ) встановлюється на основі аналізу врожайності районованих та перспективних сортів на сортодільницях, наукових установах. Під час вегетації до уваги беруться показники структури врожаю. Найбільший вплив на РГВ має вибір технології і повнота її реалізації залежно від конкретних метеорологічних умов року.

Завданням програмування є наближення РГВ до дійсно можливої, а ДMB до потенціальної (ПВ) врожайності.

РГВð ДМВ ð ПВ.

Такий шлях зближення є можливим, що підтверджується успіхами на практиці.

РГВ залежить від ступеня реалізації ґрунтової родючості і кліматичних чинників місцевості. Якщо їх потенціал використовується на 100 %, то РГВ дорівнює ДМВ. Повнота реалізації природних чинників залежить від умов року і регульованих людиною технологічних процесів. У сприятливих ґрунтово-кліматичних умовах за допомогою інтенсивної технології можна значно підвищити продуктивність посівів і одержати на практиці незвичну ситуацію, коли РГВ буде вищою від ДМВ. Проте відстань між РГВ і IIВ є великою і сучасні технології не взмозі поставити РГВ на один рівець з ПВ.

9.2. Етапи та принципи програмування врожайності

Практичне програмування врожайності умовно можна поділити на три етапи.

1. Оцінення ґрунтово-кліматичних умов на полі і розрахунок можливих рівнів урожайності культур (скільки виростити ?);

2. Підбір матеріально-технічних засобів та вибір технології, які б забезпечували заплановану врожайність (чим виростити?);

3. Практична реалізація технології, корегування її залежно від стану посіву та чинників природного середовища, на основі постійного диспетчерського контролю (як виростити?).

Процес програмування врожайності певної культури характеризується такими 10-ма принципами (за І.С Шатіловим):

1. Розрахувати потенціальну врожайність (ПВ) за коефіцієнтом використання ФАР рослинами.

2. Встановити потенціальні можливості кліматичних умов місцевості, для цього вирахувати ДМВ за вологозабезпеченістю і тепловими ресурсами.

3. Проаналізувати можливості технології у конкретних умовах вирощування вирахувати РГВ.

4. Визначити фотосинтетичний потенціал(ФП) під заплановану врожайність.

5. Проаналізувати закони землеробства і рослинництва та правильно застосувати їх під час програмування.

6. Розрахувати норму добрив і розробити систему найефективнішого їх використання.

7. Скласти баланс води і розробити систему забезпечення посівів водою по періодах вегетації в умовах зрошення.

8. Розробити систему агротехнічних заходів відповідно до вимог культури і сорту.

9. Розробити систему заходів захисту посівів від шкідників, хвороб та бур'янів.

10. Використати комп'ютер для визначення оптимального варіанта технології для одержання запрограмованої врожайності.

Програмування врожайності вимагає дотримання й інших принципів – зокрема, диспетчерський контроль, цілеспрямоване формування елементів структури, можливість біологізації інтенсивних технологій, висока якість продукції.

9.3. Основні фактори життєдіяльності рослин

Використання законів землеробства і рослинництва під час програмування

Програмування врожаю тісно пов'язане з наукоємкими технологіями. Вони здатні повніше використати біологічний потенціал культури, сорту, підвищити ефективність матеріальних ресурсів, створюють можливість для як найповнішої адаптації посівів до конкретних метеорологічних умов року. Біологізація інтенсивних технологій і розробка ресурсоощадних варіантів базується на чіткому дотриманні вимог законів землеробства і рослинництва. Основні з них наступні:

1. Закон незамінності і рівноцінності чинників. Вперше сформулював В.Р. Вільямс. Ні один із чинників життя рослини не може бути замінений іншим. Всі вони фізіологічно рівноцінні незалежно від кількісної потреби в них. Наприклад, частина якогось мікроелементу, що вноситься в грамах на гектар, може ослабити інтенсивність росту і розвитку не в меншій мірі, ніж нестача азоту, що вноситься в центнерах на гектар.

2. Закон мінімуму, або закон обмежувального чинника. Вперше сформулював Ю. Лібіх. Розвиток рослин і рівень урожайності обмежується тим чинником, що знаходиться в мінімумі. Поліпшення забезпеченості рослин цим чинником підвищуватиме продуктивність до тих пір, поки в мінімумі не виявиться інший. Програмування врожаю дозволяє виявити ці обмежувальні чинники і ефективніше використати ресурси.

3. Закон мінімуму, оптиму і максимуму. Вперше сформулював Сакс. За цим законом найвищий урожай можна одержати за оптимального рівня кожного фактора. За найменшого чи найбільшого рівня одного з них врожайність зменшується.

Рис. 451. Дія закону мінімуму

4. Закон сукупної дії чинників (взаємодії чинників). Вперше сформулював Лібшер. Мінімальне значення чинника використовується тим краще, чим більше інших чинників перебуває в оптимумі. Для одержання високих урожаїв, рослини слід забезпечувати всім необхідним в оптимальному співвідношенні. Так, за рахунок високих норм мінеральних добрив не можна одержати запрограмованого врожаю, якщо не захистити посіви від бур'янів чи хвороб. Успіху можна досягти не окремими агрозаходами, а старанно запрограмованою технологією.

5. Закон повернення поживних речовин у ґрунт. Відкрив у середині XIX ст. Ю. Лібіх. Для збереження родючості ґрунту необхідно повертати ту кількість елементів родючості, що використана на формування врожаю. Під час недотримання цього закону знижується родючість ґрунту. Це основний закон живлення рослин. Недотримання вимог цього закону в останні десятиріччя призвело до зниження вмісту гумусу і родючості ґрунту.

6. Закон плодозміни запропонував на початку XIX ст. М.Г.Павлов. Будь-який агротехнічній захід більш ефективний при плодозміні – чергуванні культур на полях, ніж при беззмінних посівах. Цей закон – важливе обґрунтування необхідності запровадження сівозмін. Оптимальне чергування культур, вибір найкращого попередника – основа біологізації інтенсивних технологій.

7. Закон критичних періодів. У певні етапи росту і розвитку рослини ставлять підвищені вимоги до забезпечення якимось чинником. Якщо польові культури на початку росту перенесли фосфорне голодування, то вони не зможуть забезпечити високий урожай навіть за належного забезпечення фосфором на пізніших фазах росту. Це потрібно враховувати під час програмування врожаю на малозабезпечених фосфором ґрунтах.

Критичні періоди до вологи у зернових спостерігаються у фазі виходу в трубку і наливу зерна.

9.4. Фотосинтетична активна радіація (ФАР) та її роль у формуванні врожаю

Чинники продуктивності посівів у програмуванні і визначення рівнів урожайності за ними

Ріст і розвиток рослин у першу чергу залежить від основних чинників природного середовища – сонячної радіації, тепла, води. Слід також враховувати повітряний режим ґрунту і надземного шару повітря, реакцію ґрунтового розчину родючість ґрунту рельєф місцевості, фітосанітарний стан поля.

Сонячна радіація і потенціальна врожайність (ПВ). Сонячна радіація забезпечує енергетику росту і розвитку. Кожна культура пристосована до певних умов освітлення – світлового режиму. Він характеризується інтенсивністю випромінювання, спектральним складом світла, тривалістю денного освітлення. Сонячна радіація обумовлює тепловий і водний режими у всій біосфері. Частину сонячної радіації використовують рослини. Це так звана фотосинтетично активна радіація (ФАР) з довжиною хвиль 0,38–0,72 мкм.

Запам`ятайте

Фотосинтез – основне джерело формування біомаси рослин. Він забезпечує енергією всі процеси синтезу органічної речовини, обміну речовин і дихання рослин.

Рис. 452. Роль фотосинтезу в природі

За приходом ФАР за вегетаційний період і коефіцієнтом використання ФАР визначають ПВ, користуючись при цьому наступною формулою:

де ПВ – потенціальна врожайність, ц/га;

К_Фар – коефіцієнт засвоєння рослинами ФАР, %;

К_т – коефіцієнт господарської ефективності врожаю, що показує частку основної продукції у загальній біомасі;

ΣQ – сума ФАР за вегетаційний період ккал/см², кДж/см²;

q – калорійність біомаси, ккал/кг.

Проаналізувавши коефіцієнти засвоєння ФАР різними за врожайністю посівами, А.О. Ничипорович ділить їх на такі групи:

звичайні –коефіцієнт корисної дії ФАР – 0,5–1,5 %

добpi – ККДФАР – 1,5–3,0 %

рекордні – ККД ФАР – 3,5–5,0 %

теоретично можливі – ККД ФАР – 6,0–8,0 %

За даними М.К. Каюмова, при коефіцієнті використання рослинами енергії сонячної радіації, рівному 2,5 %, врожаї зерна в 60 ц/га рахуються середніми, 90 ц/га – високими, і 120 ц/га – дуже високими. В окремі роки, що відзначаються великою кількістю сонячних днів, може сформуватися врожай значно вищий.

Для розрахунку коефіцієнта господарської ефективності (К_m) необхідно знати співвідношення основної і побічної продукції польових культур. Це співвідношення не може бути стабільним і значно коливається. Так, у низькорослих сортів озимої пшениці за інтенсивної технології вирощування можна мати співвідношення зерна і соломи, як 1:1. У високорослих сортів і звичайній технології переважатиме у біомасі солома з співвідношенням зерна і соломи як 1:2. Співвідношення основної і побічної продукції, крім технології і сорту, змінюється під впливом ґрунтово-кліматичних умов. Тому в табл. 12.1 подані орієнтовні співвідношення урожаю основної і побічної продукції, які необхідно уточнювати для кожного конкретного розрахунку ПВ.

Коефіцієнт (К_m) введений у формулу для розрахунку врожаю основної продукції. Він визначається шляхом ділення показника (частини) основної продукції на суму частин. Наприклад, для озимої пшениці К_m дорівнює: 1:2,5 = 0,400. Цей коефіцієнт дає можливість встановити врожай абсолютно сухого зерна. Стандартна вологість зерна становить 14 %. Для встановлення значення К_m за стандартної вологості основної продукції хід розрахунку такий:

1. Для озимої пшениці при коефіцієнті

К_m =0,400 ðодержуємо 86 % фізичного врожаю (суха маса),

а К_m =х ðвідповідатиме 100 % фізичного врожаю при вологості зерна 14 %.

Звідси х =

2. Для картоплі при коефіцієнті

К_m = 0,500 ð одержуємо 20 % фізичного врожаю (суха маса бульб),

а К_m = х ð відповідатиме 100 % фізичного врожаю при 80 % вміст води в бульбах:

Звідси х =

Для розрахунку ПВ використовуємо інші дані з табл. 3,1 калорійність урожаю (q), прихід ФАР за вегетаційний період (ZQ). При ККД ФАР 2,5 % ПВ озимої пшениці буде наступною:

ПВ = 10⁴ х 2,5 х 0,465 х

Якщо прихід ФАР за вегетаційний період для певної зони мас більш-менш стабільний характер і його не можливо змінити технологічними заходами, то ККД ФАР піддасться регулюванню у ширшому діапазоні. За рахунок його збільшення урожайність польових культур значно зросте (табл. 12.2). Для жита і картоплі сума ФАР за вегетаційний період (ZQ) прийнято 25 ккал/см², ярої пшениці, гречки і вівса – 22 ккал/см², ярого ячменю, гороху і проса – 20 ккал/см², кукурудзи, цукрового буряку і соняшнику – 34 ккал/см². Виходячи з фактичної врожайності сільськогосподарських культур в Україні, можна стверджувати, що ККД ФАР знаходиться в межах 1–2 %.

Рис. 453. Надходження ФАР

Таблиця 9.1.4.1.

Потенціальна врожайність (ПВ) польових культур при різних ККД ФАР, ц/га

Культура	Коефіцієнт корисної дії ФАР, %
	1	2	3	4	5	6
Озима пшениця	25,3	50,5	75,8	101,1	125,4	150,6
Озиме жито	21,5	43,0	64,5	86,0	107.5	129,0
Яра пшениця	25,3	50,5	75,8	101,1	125,4	150,6
Ярий ячмінь	24,0	48,1	72,1	96,2	120,2	144,3
Oвес	1,1	48,2	72,3	96,4	120,5	144,6
Просо	16.5	33,0	49,5	66,0	82, 5	99,0
Гречка	18,4	36,8	55,2	73,6	92,0	110,1
Горох	19,6	39,2	58,8	78,4	98,0	117,6
Кукурудза (зерно)	39,1	78,2	117,3	156,1	195,5	234,6
Цукровий буряк	272,8	545,5	818,3	1091,1	1363,9	1636,7
Картопля	145,3	290,6	435,9	581,2	726,5	871,8
Соняшник	28,5	57,0	85,5	114,0	142,5	171,0

Волога, тепло і дійсно можлива врожайність (ДМВ)

Рис. 454. Прилад для визначення погоди

Рис. 455. Прилад для визначення опадів

Рис. 456. Атмосферні опади

9.5. Вологозабезпеченність посівів сільськогосподарських культур та її вплив на формування врожаїв

Зверніть увагу

Під час програмування врожаю необхідно врахувати вологозабезпеченість посівів. Для розрахунку можливого врожаю використовують показник продуктивної вологи в ґрунті, що нагромаджується за осінь, зиму і весну. Не всі опади використовуються рослинами. Частина їх збігає з поверхні ґрунту випаровується в атмосферу. Ці втрати становлять орієнтовно 30–35 %.

Визначення ДМВ за вологозабезпеченістю посівів ґрунтується на використанні наступної формули:

ДМВ = ,

де ДМВ – дійсно можлива врожайність, ц/га;

W – запаси продуктивної вологи, орієнтовно 65–70 % від суми опадів, мм;

К_в – коефіцієнт водовикористання.

Кількість продуктивної вологи підраховують як суму запасів вологи у метровому шарі ґрунту на час відновлення весняної вегетації (чи сівби ярих) і опадів за вегетаційний період. Ці дані спеціаліст може взяти у найближчій до господарства агрометеорологічній станції.

Приклад розрахунку. У шарі 0–100 см на час відновлення весняної вегетації міститься в середньому 250 мм продуктивної вологи. За весняно-літній період вегетації випадає 310 мм опадів (квітень – 18 мм, травень – 69 мм, червень – 91 мм, липень – 102 мм). З них продуктивною є 217 (310 х 0,7), 30 % випаровуються і стікають. На формування 1 ц зерна і такої ж кількості соломи озима пшениця витрачає 400 ц води, тобто коефіцієнт водовикористання рівний 400. За цих показників урожайність сухої маси становитиме:

ДМВ

При співвідношенні зерна і соломи як 1 до 1,5 і 14 % вологості зерна 1MB зерна становитиме:

Оскільки, вже зараз під час такого забезпечення вологою збирають врожаї зерна на рівні 90–100 ц/га, підхід до методики розрахунку ДМВ за вологозабезпеченістю вимагає перегляду.

Важливе, а інколи і вирішальне значення у формуванні врожаю мають сонячні промені, тепло, волога і ґрунтові умови в комплексі. Взаємовідношення цих чинників відображене у формулі A.M. Рябчикова, яка з високою точністю дозволяє визначити біогідротермічний потенціал продуктивності в конкретних кліматичних умовах

,

де K_р – біогідротермічний потенціал, балів;

W – запаси доступної для рослин вологи, мм;

Т_в – період активної, понад 10 ⁰С вегетації культури, декад;

R – радіаційний баланс за цей період, ккал/см²;

36 – кількість декад за рік.

Біогідротермічний потенціал, що рівняється 1 балу, відповідає 20 ц/га абсолютно сухої біомаси. Звідси ДМВ становитиме: 20 К.

Встановлено, що кожна 1000 °С сумарних температур вище 10 °С за вегетаційний період забезпечує 20 ц/га зерна озимої пшениці або таку саму кількість продукції іншої культури (еквівалентно за сухою речовиною). Сонячна радіація не скрізь однакова. Сума середніх добових температур повітря вище 10 °С у Степу становить 3075 °С, в Лісостепу – 2580 °С, а на Поліссі – 2445 °С. Чим далі на південь, тим вищий біокліматичний потенціал, що визначається за формулою:

,

де БКП – біокліматичний потенціал, балів;

Σ_t > 10 °С – сума температур вище 10 °С за вегетаційний період.

Дійсно можливий врожай (ДМВ) за біокліматичним потенціалом становитиме:

ДMB – БКП х Ку,

де К_у – константа врожаю озимої пшениці, або еквівалент за сухою речовиною для іншої культури.

ДМВ для Степу = (3075/1000) х 20 = 3,075 х 20 = 61,5 ц/га;

ДМВ для Лісостепу – (2580/1000) х 20 = 2,58 х 20 = 51,6 ц/га;

ДМВ для Полісся – (2445/1000) х 20 – 2,445 х 20 – 48,9 ц/га.

Дійсно можлива врожайність, розрахована за кліматичними чинниками, коливається у значних межах. Зрештою, сенс назви – ДМВ втрачається, оскільки, на практиці збирають врожаї вінці від розрахованої ДМВ. Основна причина цього полягає в тому, що інтенсивні технології дозволяють повніше використати природний потенціал зони вирощування. Для прикладу, внесення азотних добрив збільшує листкову поверхню і продовжує її фотосинтетичну діяльність. За допомогою фунгіцидів листкова поверхня захищається від ураження хворобами, урожайність від цього агрозаходу може зростати на 20–30 %. Тому для розрахунку рівнів урожайності під час вирощування польових культур за інтенсивною технологією необхідно застосовувати систему позитивних коефіцієнтів.

Розрахунок реальної господарської врожайності

Реальну господарську врожайність розраховують за даними показників структури врожаю, що зібрані у попередні роки. Загальновідомо, що величина врожаю зернових залежить від двох найголовніших показників – густоти продуктивного стеблостою і маси зерна з суцвіття.

РГВ=Г х М х 10000:100000=Г х М:10,

де РГВ – реальна господapська врожайність, ц/га;

Г – густота продуктивного стеблостою, шт/м²;

М – маса зерна з одного колоса, Г;

10000 – коефіцієнт перерахунку з 1м² на 1 га ;

100000 – коефіцієнт переводу з г/га у ц/га.

Для ресурсоощадної технології вирощування озимої пшениці пропонується деталізована формула врожаю, яка охоплює більшість показників структури:

РГВ = К х К х В х П х 3 х В х МЗ х КК х КЗ:1 00000, ц/га,

де К – коефіцієнт кущіння;

KB – коефіцієнт висіву, млн/га;

П – польова схожість, %;

З - зимостійкість, %;

В – виживання за весняно-літній період, %;

МЗ – маса зернівки, г;

КК – кількість колосків у колосі, шт;

КЗ – кількість зерен у колоску шт.

Підставивши значення показників формули, що одержані дослідним шляхом, одержимо:

РГВ = 3 х 3 х 85 х 95 х 90 х 0,03 – 18-2: 100000 = 70,6 ц/га.

Урожайність буде зростати, якщо за допомогою агротехніки збільшувати значення складових компонентів формули. Для прикладу, збільшення кількості зерен у колоску (КЗ) з двох до трьох підвищить урожайність до 106 ц/га. Виняток складає тільки коефіцієнт висіву (KB), збільшення якого обов'язково спричинить загущення посівів і зменшення кущіння, виживання, продуктивності колоса. Максимальні значення польової схожості (П), зимостійкості (3) і виживання під час вирощування за ресурсоощадною технологією мають бути в межах 80–100 %. Продуктивність колоса і густота продуктивного стеблостою теж взаємопов'язані, тобто збільшення одного з них передбачає зменшення іншого. Необхідно встановити найоптимальніше поєднання величини структурних елементів.

Пропонована формула дає реальне бачення картини, від чого залежить урожайність озимої пшениці. Вона може бути використана під час математичного моделювання і програмування врожаю та ін. За допомогою неї під запрограмований урожай легко вирахувати необхідну величину того чи іншого елементу структури. Розраховані таким чином цифри рівні тим, що одержані шляхом польових досліджень.

Питання для самоконтролю

1. Що слід розуміти під програмуванням врожаїв?

2. Які основні закони землеробства треба враховувати при програмуванні врожаїв?

3. Які є етапи та принципи програмування врожаїв?

4. Яка роль ФАР у формуванні врожаю?

5. Як впливає вологозабезпеченність посівів сільськогосподарських культур на формування врожаїв?

Попередня тема

На початок