1. Розрахунки потенційних урожаїв (пу)

Потенційний врожай –теоретично можливий максимальний врожай, який може бути отриманий в ідеальних умовах (достатня кількість води, тепла, світла). Він залежить від кількості фотосинтетичної активної радіації (ФАР), що надходить від Сонця та потенційної продуктивності культури, сорту.

Рослина – основа продуктивності сільського господарства, тільки в рослині в придатній для потреб людині масштабах, відбувається перетворення сонячної радіації в хімічну енергію, яка може бути використана іншими підсистемами і людиною, а також первинне накопичення енергії.

Межа продуктивності рослини визначається розміром фотосинтетичної активної радіації Сонця. Розмір ФАР у Харківській області - 2,21*10⁴ ГДж/га за рік, що еквівалентно 406,3 т бензину.

С практической точки зрения важнейшей задачей является повышение коэффициента использования солнечной энергии (КQ). который представляет отношение количества энергии, запасенной в продуктах фотосинтеза или образовавшейся в фитомассе урожая, к количеству использованной радиации. Исходя из энергетических реакций фотосинтеза, можно рассчитать максимальный теоретически возможный КПД ФАР (КQ На усвоение 1 молекулы СО₂ в процессе фотосинтеза требуется порядка 8—10 квантов света. Энергия поглощенных 10 молей квантов ФАР в среднем равна 500 ккал, а на усвоение 1 грамм-молекулы СО₂ используется 112 ккал, что составляет 22,4% поглощенной энергии. На дыхание растения затрачивают 20—30% запасенной энергии. Таким образом, теоретически возможный максимальный КПД поглощенной ФАР может быть равен 16,8% (Ничипорович, 1978).Теоретичний коефіцієнт корисного використання ФАР (КВ ФАР) у найоптимальніших умовах – 12-14%[¹].

Значення КВ ФАР до 1,5% М.К. Каюмов вважав низьким;

1,5-3,0% - середнім;

3,0-5,0 - підвищеним;

5,0-8,0 – високим, а

8,0-10,0% надвисоким [²,8].

Ничипорович А.О. розділив посіви сільськогосподарських культур залежно від коефіцієнта використання ФАР на чотири групи:

звичайні, коли рослини використовують 0,5-1,5 %;

добрі -1,5-3,0 %;

рекордні -3,5-5,0 %;

теоретично можливі – 6 % [³,19].

У зв’язку із частковою невідповідністю умов вирощування внутрішнім потребам рослинного організму і витрат енергії на адаптивні реакції КВ ФАР у посівах в умовах виробництва становить звичайно біля 1 %.

1.1. Визначення абсолютно сухої біомаси пу по коефіцієнту використання фар

Між масою рослин і кількістю сонячної енергії, що надходить на поверхню Землі існує пряма залежність. У зоні тундри річний приріст рослинної маси становить 0,5-1,5 т/га; у середній смузі України – 12-15, а на півдні – 20-30 т/га.

Общее количество света убывает от низких географических широт к высоким, но в том же направлении возрастает освещенная часть суток, а также доля рассеянного света, преимущественно используемого в фотосинтезе. В результате, принимая во внимание, что коэффициент использования света невелик (1-3%), разница в световых ресурсах средних и высоких широт незначительна. Подсчеты показывают, что световые условия фотосинтеза на широте Шпицбергена достаточны, чтобы растения могли производить столько же растительной массы, что и в средней части СССР. Малая продуктивность северной растительности объясняется не недостатком света, а недостатком тепла[⁴]а.

Визначення потенційно можливої врожайності сільськогосподарських культур ґрунтується на обліку фотосинтетична активної радіації (ФАР), яку використовують рослини.

Надходження ФАР залежить від географічної широти місцевості, висоти над рівнем моря, частоти появи хмарності тощо.

Визначають врожайність сухої речовини рослин згідно з формулою:

(1)

де: ПУ – врожайність абсолютно сухої біомаси, кг/м ² ;

Q - надходження ФАР, МДж/м²;

q – Калорійність рослини, МДж/кг абсолютно сухої маси;

КВ ФАР – коефіцієнт використання ФАР рослинами, % .

Кількість фотосинтетичної активної радіація, що надходить на поле з часу посіву (посадки) культури до дня збирання врожаю знаходять за. Додаток 2 При розрахунках потенційної врожайності озимої пшениці слід врахувати прихід сонячної радіації з часу посіву культури до осіннього припинення вегетації та з часу поновлення вегетації до збирання врожаю. Середні багаторічні дати припинення та поновлення вегетації наведені у Додаток 37

Відомості про калорійність рослин наведені у Таблиця 3. Калорійність - кількість тепла, що утворюється при спалюванні 1 кг абсолютно сухої біомаси. Енергію визначають в калоріях або джоулях (1кал = 4,184 Дж, 1 Дж = 0,239 кал.) Це дуже малі величини. Тому у нормативних довідниках вони додаються в кілокалоріях и мегакалоріях (1000 кал = 1ккал, 1000000 кал = 1 Мкал), кілоджоулях и мегаджоулях (1000 Дж = 1кДж, 1000000 Дж = 1 МДж; 1 ккал = 4,184 кДж).

Розглянемо приклад розрахунків:

ЗАВДАННЯ: розрахувати потенційну врожайність ячменю для умов Лісостепу Харківської області при коефіцієнті використання ФАР: 1,0%; 2,5% та 4,5%. Посів культури -7 квітня, Збір врожаю – 16 липня.

Рішення:

1.Знаходимо, використовуючи матеріали Додаток 2, прихід ФАР за період вегетації культури:

Q = 67/10*3+74+82+298+319+106+105/10*5=952 МДж/м² .

Прихід ФАР врахували за три дні першої декади (67/10*3), повністю за другу та третю декади квітня (74+82), повністю за травень та червень (298+319), за першу декаду липня (106) та за 5 днів другої декади липня (105/10*5).

2.Згідно таблиці додатків калорійність рослин ячменю становить 18,71 МДж/кг .

3.Потенційну врожайність розрахуємо згідно з формулою:

при використанні ФАР 1% ПУ=952*1,0/18,71*100=0,51 кг/м²,або 51 ц/га абсолютно сухої біомаси;

при використанні ФАР 2,5% ПУ=952*2,5/18,71*100=1,27 кг/м², або 127 ц абсолютно сухої біомаси з гектара;

при використанні ФАР 4,5% ПУ= 952*4,5/18,71*100=2,29 кг/м², або 229 ц/га абсолютно сухої біомаси.

Для визначення ПУ для культур, які вирощуються на схилах північної або південної експозиції у формулу вводять коефіцієнт d, значення якого наведені у Додаток 3.

Для схилів західної та східної експозицій із кутом нахилу до 5 градусів кількість радіації дорівнює кількості, що приходить на горизонтальну поверхню.

(2)

ЗАВДАННЯ: визначити потенційну врожайність ячменю для умов Лісостепу Харківської області при коефіцієнті використання ФАР – 2,5%.Культура вирощується на схилі 10 градусів північної експозиції.

Рішення:

1.Знаходимо, використовуючи матеріали Додаток 2 прихід ФАР за три дні першої декади, та за другу та третю декади квітня. Використовуємо матеріали Додаток 3 знаходимо коефіцієнт d для перерахунку сум радіації з горизонтальної поверхні на поверхню з нахилом 10 градусів. Для квітня він дорівнює 0,86. Загальний прихід ФАР за вегетацію складає:

Q= (67/10*3)*0,86+298*0,91+319*0,94+(106/10*5)*0,92=868 МДж/м².

2. Відповідно Таблиця 3 калорійність ячменю дорівнює 18,71 МДж/кг.

3.Потенційна врожайність згідно з формулою:

ПУ=868*2,5/18,71*100=1,16 кг/м²,

або 116 ц/га сухої маси, що менше ніж на полі горизонтальному.

Пропонуємо розрахувати ПУ культур згідно з завданням, побудувати графік зміни сухої речовини в залежності від коефіцієнту використання ФАР.

При розрахунках зверніть особливу увагу на відповідність одиниць виміру показників.