Методические указания по теме Гидротехнические условия урожайности сельскохозяйственных культур по дисциплине – Программирование урожаев сх культур

Министерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет»

Кафедра агрохимии и почвоведения

УТВЕРЖДЕНО протокол № 11 методической комиссии агрономического факультета от 20 апреля 2009г.

М Е Т О Д И Ч Е С К И Е У К А З А Н И Я

по теме: «Гидротехнические условия урожайности

сельскохозяйственных культур»

по дисциплине – Программирование урожаев сельскохозяйственных культур для студентов 5 курса по специальностям: 110201 – агрономия

Мичуринск – наукоград РФ 2009

Методические указания составлены доцентом, кандидатом с.-х. наук А.И. Невзоровым на основании учебной программы дисциплины «Программирование урожая сельскохозяйственных культур», Мичуринск, 2009 г.

Рецензенты :

доцент кафедры земледелия и мелиорации, кандидат с.-х. наук С.А.Волков доцент кафедры агрохимии и почвоведения, кандидат с.-х. наук

И.Н. Мацнев

Рассмотрены и одобрены на заседании кафедры агрохимии и почвоведения. Протокол № 8 от 7 апреля 2009г.

©Издательство Мичуринского государственного аграрного университета, 2009

2

ЦЕЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ

1. Цель занятия

Научить студента оценивать уровень тепло- и влагообеспеченности в зависимости от гидротехнических условий для последовательного роста урожайности отдельных сельскохозяйственных культур и продуктивности севооборота в целом.

2. Значение работы

Для работы важно своевременное обеспечение производителей сельскохозяйственной продукции необходимой информацией. Главную роль в планировании получения максимальной урожайности различных сельскохозяйственных культур играют показатели тепло и влагообеспеченности, то есть, количество поступающей солнечной энергии и выпавших осадков и содержание влаги в почве. Поэтому главному агроному необходимо знать принципы определения урожайности различных сельскохозяйственных культур в зависимости от этих показателей.

Введение

Температура почвы и воздуха определяют интенсивность биохимических процессов в растениях, оказывают влияние на прорастание семян, накопление биомассы и в конечном счете определяют величину и качество урожая. При недостатке тепла задерживается появление всходов, иногда проросшие семена погибают не давая всходов, появившиеся растения медленно растут и развиваются, не образуют репродуктивных органов (зерновые не дают товарного урожая, т.е. урожая зерна). Особенно чувствительны к недостатку тепла в северной части ЦентральноЧерноземной зоны теплолюбивые южные культуры: кукуруза, бахчевых, из овощных томат, перец, баклажан. Тепло является не только незаменимым и нерегулируемым, но часто и лимитирующим фактором жизни растения.

Прорастание семян и появление всходов зависит от температуры почвы на глубине заделки семян, дальнейшее развитие растений больше связано с температурными условиями приземных слоев воздуха.

Лучистая энергия Солнца - главный источник тепла на земной поверхности. Среднее количество тепла поступающее от Солнца к верхней границе атмосферы составляет 1,946 калорий/см2 в 1 минуту или около 120 кал в час,1,44 килокалория в сутки (1,44 х 12час) и 45 килокалорий за 1 месяц. Большая часть этой энергии рассеивается в атмосфере, отражается от облаков и поверхности Земли. На нагревание земной и волной поверхности, растений, приземных слоев воздуха используется всего около 20% солнечной энергии. Считается, что суммарная солнечная радиация, поступающая в виде света и ультрако-

3

ротких и инфракрасных лучей в сумме на 5% выше фотосинтетически активной радиации - ФАР. В связи с этим в расчетах тепловых ресурсов обычно используются данные по приходу ФАР.

Из курса "Растениеводство" известно, что требования растений к температурным условиям меняются в течении вегетации (таблица 1).

1.Требования растений к температурным условиям

Поступающая на земную поверхность лучистая энергия превращается в тепловую, накапливается в верхних слоях почвы и водной поверхности, передается в глубже лежащие слои почвы. Создается определенный тепловой режим, который зависит от свойств почвы: теплоемкости, теплопроводности и т.д. Тепловой режим почвы определяется по годовому и суточному ходу температуры на разных глубинах. Для сельскохозяйственного производства наиболее важен ход температурных изменений на глубину 20 см. На черноземах он колеблется (по среднемноголетним наблюдениям) от -4°до +22°. Наиболее важен момент перехода через 0° и до +100 в период посева культур, время которого и определяется определенными температурными условиями.

Не меньшее значение имеет температурный режим приземного слоя воздуха, в котором размещается надземная часть растения. Для получения нормального урожая с.-х. культуры необходима определенная Сумма положительных температур. Например, для овса (в зависимости от сорта) от 1200° до 1400°, для гороха -1200°, кукурузы на си-

лос-1500°.

В северной части ЦЧЗ за время вегетации - по среднемноголетним даны с 4 мая (переход среднесуточной температуры воздуха через +10˚С) по 23 сентября (снижается до 9,9˚ и ниже) – набирается около

2400˚С (таблица 2).

Важным агроклиматическим показателем тепло- и влагообеспеченности растений является гидротермический коэффициент – ГТК (по Селянинову), который представляет отношение осадков за время вегетации в тоннах на гектар к сумме температур выше + 10° за тот же

4

2. Изменение хода температуры воздуха и осадков за время вегетации растений

5

период:

Ос 10 ГТК o o

где: Ос - осадки за время вегетации, в мм;

∑ t° + 10˚С - сумма температур выше +10°С; 10 - для пересчета мм осадков в тонны.

Для Северной части ЦЧЗ ГТК > 1,0 показывает удовлетворительные условия увлажнения, от 1,0 до 0,8 - недостаточное, от 0,8 до 0,5 -засуш- ливые условия, < 0.5 - острозасушливые. Наши определения ГТК в течение 21 года (1960-80 г.г.) за май-август показали следующие результаты: ГТК > 1,0 - 14 лет: в пределах от 0,8 до 1,0 - 5 лет; менее 0,5 - 2 года. Таким образом благоприятными по увлажнению можно считать 2 из 3-х лет, а неблагоприятными - 1 из 3, в том числе 1 из 10 - острозасушливый.

Существует несколько методов расчета величины урожая по тепловым ресурсам и влагообеспеченности.

I. Расчет возможного урожая по биоклиматическому потенциалу (по П. И. Кодоскову).

Биологическая продуктивность земли при прочих равных условиях определяется главным образом обеспеченностью растений теплом и влагой. В условиях достаточного увлажнения растения максимально используют солнечное тепло (и свет) и накапливают наибольшее количество биомассы. При недостатке влаги плохо используются все прочие факторы роста, в первую очередь тепло, резко снижается продуктивность.

На черноземах Тамбовской области урожай определяется в первую очередь сочетанием влагообеспеченности и тепла.

Биоклиматический потенциал определяется по формуле:

где: Кр - коэффициент биологической продуктивности, зависящий от влагообеспеченности растений. Это отношение продуктивности в условиях недостатка влаги к максимальной продуктивности в условиях оптимального (достаточного) увлажнения.

В " Природно - сельскохозяйственном районировании земельного фонда СССР '' (Научные труды ВАСХНИЛ,-М.."Колос",1975-256с.) для

6

лесной влажной зоны Кр=1,00; для полуувлажненной лесостепной, в том числе для Средне-Русской провинции - 5-2 (стр.66) Кр=0,90; для степной полузасушливой зоны КР=0,80.

t˚ > 10 ° С - сумма температур выше + 10 ° С, отражающее теплообеспеченность растений; 1000°С - число, равное сумме температур на современной северной границе земледелия.

Установлена корреляция БКП и урожайности зерновых культур

(табл.3).

3.Общесоюзная шкала оценки биологической продуктивности земли по значениям БКП

Товарный урожай зерна определяется по формуле:

где: β (бетта) = 20 ц зерна при БКП ФАР = 1,1%; 30 ц/га – при 1,7%; 40 ц/га при 2,2%

Пример: за период вегетации яр. пшеницы ( май – июнь - июль) нако-

плено 1° > 10°С - 1400°С.

0,90 • 1400 БКП = –––––––––– = 1,26 ≈ 1,3

1000

КПД ФАР определяется по средней урожайности на данном участке за 3-5 лет при неизменных условиях агротехники: предшественники, удобрения, обработка почвы и т.д. по формуле:

7

Убиол Q K

100 q , отсюда

КПДФАР(К) Убиол 100 q Q

II. По гидротермическому показателю продуктивности

Расчет ведется с учетом коэффициента увлажнения, который находится по формуле:

где: 586 ккал коэффициент скрытой теплоты 1 л воды;

W - количество продуктивной влаги за вегетацию, т. е. сумма запаса влаги в почве в период посева ранних яровых в 1 м слое почвы в мм (в Северной части ЦЧЗ = 190 мм) и осадков за время вегетации с.-х. культур (за майиюль - 175 мм) - по таблице "Осадки за вегетационный период"

R – суммарный радиационный баланс = приходу ФАР в ккал/см2 + 5% этого прихода;

104 (10000) для перевода прихода ФАР от см2 к га нужно умножить R на 108 (100000000), но и мм запасов влаги в кг влаги • 104 (10000), т.е. производится сокращение на 104.

Далее находится гидротермический показатель.

ГТП 0,46 Кувл Тv (формула 5)

где: 0,46 - постоянный коэффициент (формула эмпирическая, найденная опытным путем, не имеет теоретического обоснования)

Тv - количество декад вегетации культуры; К увл - коэффициент увлажнения.

8

Урожай определяется по формуле:

Удву (22 ГТП 10) Кт (формула 6)

где: Кт - доля товарной продукции в общем урожае (для озимой пшени-

цы 0,40).

Пример - ячмень:

Тv = 8 декад вегетации (майиюнь, 2 декады июля) R - за 2 мес + 2 дек = 20,0 ккал / см2

Кувл. = 586 • ( 190 + 160 ос ) / 104 • 21,0 = 205100 / 210000= 1,0 ( 0,98 ) ГТП = 0,46 • Кувд. • Тv = 0,46 • 1 • 8 = 3,68

Ут = ( 22 • ГТП – 10 ) • Кт = ( 22 х 3,68 – 10 ) • 0,45 = ( 0,46 – 10 ) • 0,45 = 31,932 = 31,9 ц / га

III. По биогидротермическому потенциалу продуктивности (по формуле А.М. Рябчикова), который определяется по формуле:

При среднемноголетних запасах влаги в 1-метровом слое почвы рав-

9

Пример: 1) Яровая пшеница Убиол. = 20 х 4,0 = 80 ц/га

2) Ячмень

350 • 8 2800 Кр = –––––– = –––––– = 3,70

36 • 21 756

Убиол. = β • Кр = 20 • 3,7 = 74,0 ц

Далее следует определить товарный урожай по формуле:

Задачи по теме: Определение возможного урожая полевых культур по тепло- и влагообеспеченности.

1.Определить урожай ………………. в условиях ……………………..области по 1)биоклиматическому потенциалу; 2)гидротермическому показателю; 3)биогидротермическому потенциалу.

Сравнить полученный результат с фактической средней урожайностью за последние 3-5 лет.

2. Определить ГТК (гидротермический коэффициент) за вегетационный период…………………. в условиях………………………. области.

Сделать вывод по условиям произрастания этой культуры.

10