Балансовые модели урожая

Балансовые  модели урожая

Эти модели представляют уравнения связи продуктивности земель с обобщенными агроклиматическими и почвенными показателями, позволяют  приближенно прогнозировать возможную  продуктивность сельскохозяйственных посевов на больших территориях.

Потенциальный биологический урожай, обеспечиваемый ресурсами света (У₀), приближенно определяется по соотношению (4.1)

где EQ — сумма  приходящей физиологически активной радиации (ФАР) за период вегетации, млрд ккал/га; k — коэффициент использования ФАР; q — калорийность биомассы растений, ккал/ц, в расчетах принимается за 400—450 тыс. ккал. Существенным недостатком этой формулы является то, что коэффициент использования ФАР (k) не является постоянной величиной. Он изменяется от тех же причин, которые определяют и размер урожая. Поэтому в расчетах правомерно использовать лишь максимальное теоретически возможное значение коэффициента использования ФАР при оптимальных условиях температуры, влагообеспеченности и питания.

Теоретически  возможный коэффициент использования  ФАР на образование общей биомассы, как было показано выше, составляет 9,5—10,5%, в том числе в надземной  биомассе может аккумулироваться 5—7% ФАР (см. главу 1).

Для расчета  возможного урожая по тепловым ресурсам предложен ряд комплексных показателей. В основу расчета по био-гидротермическому  потенциалу продуктивности (БГПП) положена установленная A.M. Рябчиковым (1968) зависимость  урожая от гидротермического потенциала, включающего взаимовлияние света, тепла и влаги, в виде эмпирической формулы (4.2)

где К — биогидротермический  потенциал продуктивности (баллы): E — продуктивная влага, мм; T_v — период вегетации, число декад; R — радиационный баланс за этот период, ккал/см². Переход от баллов к урожаю проводится по формуле (4.3)

где У₆— урожай биомассы (ц/га): В — эмпирический коэффициент, зависящий от вида и сорта растений, условий питания, уровня агротехники и других факторов.

Аналогичным образом  проводится определение возможного урожая по гидротермическому показателю (ГТП), основанное на учете теплообеспеченности вегетационного периода и условий увлажнения, в соответствии с эмпирической формулой (4.4)

где η — число  декад основной вегетации данной культуры; А — эмпирический коэффициент; К _вл — коэффициент увлажнения. который определяют по формуле (4.5)

где E — продуктивная влага за вегетационный период, мм: R — сумма радиационного баланса, ккал/см². Расчет урожая проводится по формуле (4.6)

где b и а— эмпирические коэффициенты, зависящие от неучтенных в уравнениях факторов. В случае, когда К _вл >1 (избыточное увлажнение), следует в расчетах принимать его равным 1.

Д.И. Шашко (1967) предложил  метод расчета возможного урожая по биоклиматическому показателю продуктивности (БКП) по соотношению (4.7)

где К — коэффициент  биоклиматической продуктивности растении; Σ t > 10°— сумма температур выше 1O⁴C; 100O⁰C — сумма температур выше 10⁰C на северной границе земледелия. Определение возможного урожая проводится по формуле (4.8)

У = В · БКП, (4.8)

где В — эмпирический коэффициент, зависящий (как и в  предыдущих формулах) от неучтенных в уравнении факторов.

Для уточнения  расчетов возможного урожая Н.Ф. Бондарен-ko и Е.Е. Жуковский (1978) предложили вместо биоклиматического потенциала (БКП) использовать скорректированную величину W, определяемую по формуле (4.9)

W = сd БКП, (4.9)

где W — запасы продуктивной влаги в корнеобитаемом слое почвы, м^э/га; d — коэффициент влагообеспеченности; с — коэффициент обеспеченности растений питательными веществами, равный отношению фактической нормы удобрений, внесенных в почву в данном году, к некоторой оптимальной норме.

Для расчета  урожая, как и в предыдущих случаях, используют линейную зависимость (4.10)

Y = a + BW, (4.10)

где а и В  коэффициенты.

При расчете  возможного урожая по водным ресурсам используются как прямые показатели увлажнения (продуктивная влага), так и косвенные — различные коэффициенты увлажнения, представляющие собой отношение ресурсов влаги к возможному ее расходу (испаряемости или фактору, ее заменяющему).

Прямой расчет возможного урожая (У_Е) проводится по соотношению (4.11)

где E — продуктивная влага в метровом слое почвы; К  — коэффициент водопотребления. Следует отметить, что коэффициент  недопотребления зависит от многих факторов и изменяется в широких пределах. Так, в наших опытах с многолетними злаковыми травами значение этого показателя изменялось в зависимости от уровня минерального питания от 250 до 2600. Для однолетних трав и зерновых культур минимальное значение составляет 250—300. В расчетах правомерно использовать лишь минимальные значения К_Е, т.е. то минимальное количество воды. которое необходимо для транспирации и физического испарения с поверхности почвы при образовании единицы сухой массы урожая.

И.С. Шатиловым с сотр. (1987) экспериментально показано. что истинная транспирация растений (испарение влаги через устьица) одинакова как на удобренных, так и неудобренных полях и значительно меньше тех показателей, которые приведены в публикациях и обычно используются в расчетах. Отмечено, что чем выше уровень минерального питания растений, тем ниже суммарное испарение, или эвапотранспирация, тем экономнее расход воды на единицу урожая.

Среди косвенных  методов оценки влагообеспеченности  широкое распространение получил биоклиматический метод A.M. Алпатьева (1963). Потребность растений во влаге (E) определяется суммой среднесуточных дефицитов влажности воздуха (Zd в мм) за вегетационный период по Формуле (4.12)

где L — эмпирический коэффициент, зависящий от условий  местности и биологических особенностей растений.

Исходя из наличия  косвенной корреляции между приростом  фитомассы и транспирацией в  качестве функции снижения урожая водным дефицитом Х.Г.Тооминг(1977) предложил использовать соотношение (4.13)

где F — функция  снижения урожая водным дефицитом, представляющая собой коэффициент почвенно-атмосферного увлажнения; E — суммарное испарение (эвапотранспирация); E₀ — испаряе-

мость. Возможный  урожай биомассы, обеспечиваемый ресурсами  влаги (У_Е), можно определить по уравнению (4.14)

У_Е ⁼ У_пот^.F (4.14)

где У_пот — потенциальный урожай, обеспечиваемый ресурсами света"тепла и плодородия почвы при оптимальном увлажнении. Центральной проблемой при прогнозировании и программировании является определение возможного урожая по уровню естественного плодородия почвы и расчет норм удобрений на запланированный урожай. В настоящее время известно несколько методов расчета норм удобрений на запланированный урожай (Державин и др., 1988; Каюмов, 1989; Литвак, 1990). Наиболее логична схема расчета по соотношению (4.15)

где П_п — питательные вещества почвы; П_у — питательные вещества удобрений; K_n и К_у — коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений; С — содержание питательного вещества в растениях. Несмотря на кажущуюся простоту и логичность балансовых методов расчета возможного урожая по уровню плодородия почвы и нормам удобрений, эти методы не позволяют получать устойчивых решений. Входящие в балансовое уравнение коэффициенты усвоения питательных веществ из почвы и удобрений и содержание элементов питания в растениях сильно изменяются в зависимости от тех же факторов, от которых изменяется и величина самого урожая.

Балансовый метод  расчета питательных веществ, требуемых для формирования запланированного урожая, необходимо совершенствовать и уточнять с учетом новейших экспериментальных данных. В подтверждение сказанному можно привести полученные данные И.С. Шатиловым с сотр. (1987, 1989) в балансовых опытах при изучении процессов денитрификации почвы различного уровня плодородия. Используя сверхчувствительную лазерную технику для учета количества аммиака, выделяемого за счет денитрификации из почвы, было выяснено, что чем выше плодородие почвы, тем больше выделяется из нее аммиака, который интенсивно поглощают листья среднего яруса растений через устьичный аппарат. По данным авторов, за вегетацию растения клевера лугового, овса и картофеля поглощают около 40— 60 кг/га аммиака. Это является существенной статьей в балансе азота в земледелии, которую нельзя не учитывать, наряду с другими (поступления с осадками — 10 кг/га, усвоения из воздуха свободноживущими азотфиксаторами —12—30 кг/га, усвоения водорослями —10—25 кг/га). Озимая пшеница за период вегетации усваивает азот в среднем из слабоокультуренной почвы 60 кг/га, из среднеокультуренной —100 кг, хорошо окультуренной—140 кг/га.

При наличии  данных по балльной оценке почвы и  цены балла по культурам можно  проводить по формулам (4.16) и (4.17) определение  возможного урожая и расчет норм удобрений на его планируемую величину по методу, предложенному Белорусским НИИ почвоведения и агрохимии (Кулаковская. 1978,1990).

где У_п — прогнозируемый урожай, получаемый за счет эффективного плодородия почвы, ц/га; Б_п — балл бонитета почвы: Ц₆ — цена балла пашни, кг продукции.

где У_дв — действительно возможный урожай (ц/га) по уровню эффективного плодородия почв и вносимых органических и минеральных удобрений; Д_NPК— норма минеральных удобрений в действующем веществе, кг/га; О —оплата минеральных удобрений урожаем, кг на 1 кг NPK; Д_oу — норма органических удобрений, т/га: O₀ — оплата органических удобрений урожаем, кг на 1т.