Коэффициент использования фар посевами капусты

Обновлено: 19.09.2024

План лекции:

1. Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений в посевах;

2. Фотосинтез как фактор урожайности;

3. Фотосинтетически активная радиация (ФАР);

4. Фактические и теоретически возможные коэффициенты использования солнечной энергии;

5. Получение посевов с оптимальным ходом роста площади листьев;

6. Ресурсы ФАР и потенциальный урожай;

7. Тепло как часть солнечной радиации.

1. Основная литература

1.1 Баранов В. Д., Тараканов И. Г. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур.-М.: Изд-во УДН, 1990. – 71 с.

1.2 Гаврилов А. М. и др. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. - Волгоград: ВСХИ, 1984. - 194 с.

1.3 Каюмов М. К., Программирование продуктивности полевых культур. Справочник. М: Росагропромиздат, 1989. - 368 с.

1.4 Листопад Г. Е. Программирование урожаев. - Волгоград. 1975. - 368 с.

2. Дополнительная литература

2.2.Собого А. А. и др. Программирование урожаев - в основу прогрессивных технологий. - К.: Урожай, 1984. - 150 с.

2.3.Томин Х. Г. Солнечная радиация и формирование урожая. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 197 с.

1. Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений в посевах

Физиология растений дала ряд критериев в определении высокого урожая. Растениеводство является системой мероприятий, направленных на наилучшее использование процесса фотосинтеза зеленых растений.

Повышение валовых сборов продукции возделываемых растений возможно осуществить двумя путями. Первый путь - это расширение посевных площадей. В этом случае возможности ограничены, так как проведенные подсчеты показывают, что в результате мелиорации и освоения ряда территорий площади под сельскохозяйственными растениями могут быть увеличены в 2-3 раза. Увеличение же посевов на освоенных площадях одной культуры связано с сокращением посева другой.

Второй путь - повышение урожайности благодаря увеличению Продуктивности фотосинтеза растений в посевах и, в частности, повышение чистой продуктивности фотосинтеза. Этот путь увеличения сборов продукции через фотосинтез таит в себе большие возможности, так как 90-95% биомассы растений составляют органические вещества, образуемые в процессе фотосинтеза. В то же время выяснено, что конечным решающим фактором, определяющим максимально возможную урожайность, может быть приход солнечной радиации.

Конкретной задачей на ближайшие годы в этой области является нахождение условий для повышения фотосинтетической активности растений в посевах, доведя использование ими солнечной энергии на фотосинтез вместо 0, 5-1% падающей на поле до 3-5%, что соответственно повысит и накопление органической массы.

Главная особенность процесса фотосинтеза состоит в том, что, используя воду как источник водорода, зеленые растения переносят с помощью энергии солнечного света (ФАР 380-710 нм) водород на восстановление СО2, и в результате этого образуются свободный кислород и органические вещества, в частности углеводы (условно СН2О):

Однако в процессе фотосинтеза образуются не только углеводы. В общий метаболизм вовлекаются также азот, фосфор, сера, магний, калий, железо, медь, молибден и другие элементы минерального питания. Многие из них участвуют в образовании неуглеводных продуктов фотосинтеза (аминокислот, белков, липидов, хлорофилла), в биосинтезе структур и агентов самого фотосинтетического аппарата (Ничипорович, 1977).

Фотосинтез является и первоисточником той биологически активной энергии, которая необходима для усвоения элементов минерального питания. Решающая роль фотосинтеза в формировании урожаев определяется усвоением углерода и энергии, а также, прямо или косвенно, и элементов минерального питания растений.

Биологический предел продуктивности листа растений или посева может быть достигнут тогда, когда фотосинтез будет осуществляться с максимально возможным коэффициентом использования приходящей энергии ФАР.

Таким образом, показатели КПД ФАР в формировании биологических урожаев являются одними из важных критериев для оценки достигаемых уровней активности и в разработке принципов и приемов ее увеличения.

2. Фотосинтез как фактор урожайности.

Проблема фотосинтеза и использования солнечной радиации - одна из важнейших в международной биологической программе. В настоящее время существуют два направления в изучении процесса фотосинтеза.

С позиции физики, химии и физической химии познание процесса фотосинтеза может привести к синтезу ценных органических продуктов путем использования даровых источников сырья - углекислого газа, карбонатов, воды и энергии солнца.

С физиологической и экологической точек зрения исследователи имеют целью всестороннее и наиболее полное изучение фотосинтеза как физиологического процесса, чтобы научно обосновать приемы возделывания растений, обеспечивающие наилучшие условия питания, и получение максимальных урожаев продукции высокого качества.

Л. А. Иванов выразил соотношение между фотосинтезом и урожаем, следующим уравнением:

М + m = FРТ-АР1Т1

где М - прирост массы сухого вещества растений за учитываемый период; m - масса отмерших за время вегетации частей растений;

F - интенсивность фотосинтеза;

А - интенсивность дыханий;

Р - фотосинтезирующая площадь;

Т - продолжительность процесса фотосинтеза;

Р1 - рабочая поверхность дыхания;

Т1 - продолжительность процесса дыхания.

Показатель FРТ в этом уравнении, представляющий собой про­изведение интенсивности фотосинтеза, величины фотосинтетической (листовой) поверхности и продолжительности процесса фотосинтеза, назван продуктивностью фотосинтеза и определяет урожай сухой массы.

Большой размер урожая и высокое его качество могут быть получены только в том случае, если суммарный фотосинтез будет перекрывать затраты пластических материалов на интенсивные ростовые процессы и дыхание. В этом случае возникнут некоторые излишки ассимилянтов, являющихся источником повышения сахаристости, крахмалистости и т. д. Для выражения этой зависимости был введен показатель - коэффициент эффективности фотосинтеза:

Известно, что 90 - 95 процентов всей биомассы растений составляют органические вещества, образующиеся в результате фотосинтеза. Увеличить урожай растений - это значить повысить их фотосинтетическую активность, а также коэффициенты использования солнечной радиации.

Приход фотосинтетически-активной радиации (ФАР) изменяется в зависимости от географической широты и времени года. Для Самарской области приход ФАР по месяцам приведен в таблице 3.

Для расчета ФАР, приходящей на посев определенной культуры, требуется установить фактическую продолжительность вегетационного периода и суммировать ФАР соответственно числу дней в каждом месяце.

Таблица 3

Фотосинтетически-активная радиация на широте Самарской

Области (по М.К. Каюмову , 1977)

Месяцы Приход ФАР, кДж/см 2 Месяцы Приход ФАР, кДж/см 2
Январь 5,02 Июль 31,77
Февраль 8,36 Август 26,76
Март 17,98 Сентябрь 15,89
Апрель 25,5 Октябрь 8,78
Май 31,35 Ноябрь 4,6
Июнь 34,7 Декабрь 3,35
За год 214,1

Приводим пример расчета ФАР за период вегетации ячменя. Период от посева до созревания у него составил 85 дней (с 6 мая по 31 июля).

В данном случае ФАР (QФАР) за вегетацию ячменя составит:

Однако коэффициент использования ФАР (К ФАР) посевами будет зависеть от многих причин: сорта, почвенного плодородия, влагообеспеченности, технологии возделывания и других факторов. Согласно данным А.А. Ничипоровича (1966), коэффициент использования ФАР обычных производственных посевов составляет 1,5. 3 процента и рекордных - 3,5. 5 процентов. Он установил, что наиболее высокие урожаи создают посевы, имеющие общую площадь листовой поверхности 40 - 50 тыс. м 2 /га, поглощающие при этом максимум солнечной радиации.

Расчет потенциальной урожайности биомассы при заданном коэффициенте использования ФАР, оптимальном режиме метеорологических условий и высокой культуре земледелия рассчитывается по формуле:

Убиол. – максимально возможная величина урожая абсолютно сухой массы, ц/га;

Qфар – приход ФАР за вегетационный период культуры, кДж/см 2 ;

Кфар – коэффициент использования ФАР посевом, %;

К – калорийность 1-го кг сухой биомассы, кДж, (табл. 4);

104 – коэффициент перевода в абсолютные величины.

Пример: Рассчитать потенциальную урожайность ячменя при использовании 2 % ФАР:

Далее, исходя из соотношения зерна к соломе (табл. 4) и стандартной влажности, необходимо рассчитать урожай зерна, пользуясь следующей формулой:

УЗ – урожай зерна или какой-либо другой основной с.-х. продукции при стандартном содержании в ней влаги, ц/га;

В – стандартная влажность основной продукции, %;

Л – сумма частей в отношении основной и побочной продукции в общем урожаем биомассы (например, при соотношении основной и побочной продукции 1:1,4 Л=2,4) (табл.4);

Таким образом, урожайность ячменя в данном случае составит:

Рассчитанный урожай зерна в 46,25 ц/га при использовании 2% солнечной радиации, не следует считать предельным. Увеличивая коэффициент использования ФАР до 3. 4 и более процентов, можно рассчитать возможные максимальные урожаи сельскохозяйственных культур. Однако, такие урожаи можно получить лишь при оптимальном сочетании водного, пищевого и воздушного режимов. В связи с тем, что природно-климатические условия нашей страны весьма разнообразны, при программировании урожаев необходимо установить факторы, ограничивающие рост продуктивности посевов для каждой почвенно-климатической зоны.

Известно, что 90—95% всей биомассы растений составляю органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза. Увеличить урожай растений - это значит повысить их фотосинтетическую продуктивность, а также коэффициенты использования солнечной радиации.

Приход фотосинтетически-активной радиации (ФАР) изменяется в зависимости от географической широты по временам года. Для Самарской области приход по месяцам приведен в приложении 4. Для расчета ФАР, приходящей на посев определенной культуры, требуется установить фактическую продолжительность вегетационного периода и суммировать ФАР соответственного числа дней каждого месяца.

Приводим пример расчета ФАР за период вегетации ячменя. Период от всходов до созревания у него составил 85 дней(с 6.V по 31.VII). В данном случае ФАР (Q фар) за вегетацию ячменя составит:

Qфар = ------------------ + 34,7 + 31,77 = 91,76 кДж/см 2

Однако коэффициент использования ФАР (Кфар) посевами будет зависеть от многих причин: сорта, почвенного плодородия, влагообеспеченности, технологии возделывания и других факторов. Согласно данным А. А. Ничипоровича (1966), коэффициент использования ФАР обычных производственных посевов составляет 1,5. 3% и рекордных — 3,5. 5 %. Он установил, что наиболее высокие урожаи создают посевы, имеющие общую площадь листовой поверхности 40…50 тыс. м 2 /га, поглощающие при этом максимум солнечной радиации.

Расчет потенциальной урожайности биомассы при заданном коэффициенте использования ФАР, оптимальном режиме метеорологических условий и высокой культуре земледелия рассчитывается по формуле:

Qфар * Кфар * 10 4 (2)

Убиол — максимально возможная величина урожая абсолютно сухой массы, ц/га;

Q фар — приход ФАР за вегетационный период культуры, кДж/см 2 ;

К фар — коэффициент использования ФАР посевом, %;

К — калорийность единицы урожая (1 кг), кДж, (приложение 5);

10 4 – коэффициент перевода в абсолютные величины.

Пример:

Рассчитать потенциальную урожайность ячменя при использовании 2 % ФАР.

91,76 * 2 * 10 4

Далее, исходя из соотношения зерна к соломе и стандартной влажности, необходимо рассчитать урожай зерна, пользуясь следующей формулой:

Уз—урожай зерна или какой-либо другой основной с.-х. продукции при стандартном содержании в ней влаги, ц/га;

В — стандартная влажность основной продукции, %;

Л — сумма частей в отношении основной и побочной продукции в общем урожае биомассы (например, при соотношении основной и побочной продукции 1 : 1,4 Л = 2,4).

Рассчитанный урожай зерна в 46,25 ц/га при использовании 2 % солнечной радиации, не следует считать предельным. Увеличивая коэффициент использования ФАР до 4…5 и более процентов, можно рассчитать максимальный урожай сельскохозяйственных культур. Однако такие урожаи можно получить лишь при оптимальном сочетании водного, пищевого и воздушного режимов. В связи с тем, что природно-климатические условия нашей страны весьма разнообразны, при программировании урожаев необходимо установить факторы ограничивающие рост продуктивности посевов для каждой почвенно-климатической зоны.

Фотосинтетически активная радиация на широте Самарской области

Месяцы Приход ФАР, кДж/см 2 Месяцы Приход ФАР, кДж/см 2
Январь 5,02 Июль 31,77
Февраль 8,36 Август 26,76
Март 17,98 Сентябрь 15,89
Апрель 25,5 Октябрь 8,78
Май 31,35 Ноябрь 4,6
Июнь 34,7 Декабрь 3,35
За год 214,1

Калорийность сельскохозяйственных культур,

Соотношение основной и побочной продукции

Культура Стандартная влажность продукции, % Отношение основной продукции к побочной Сумма частей (Л) Калорийность кДж 1 кг сухой биомассы
целое растение основная продукция побочная продукция
Пшеница озимая 1:1,8 2,8 18 600 19 019 17 975
Яровая мягкая 1:1,5 2,5 18 810 19 228 17 975
Яровая твердая 1:1,5 2,5 19 020 19 395 18 183
Рожь озимая 1:2 3,0 18 392 18 810 18 015
Ячмень 1:1,1 2,1 18 475 18 935 18 057
Овес 1:1,3 2,3 18 392 18 726 18 100
Просо 1:1,7 2,7 19 228 19 646 18 810
Гречиха 1:2,5 3,5 18 977 19 310 18 392
Горох 1:1,5 2,5 19 688 20 482 18 935
Соя 1:1,1 2,1 20 065 20 482 19 228
Подсолнечник 1:3 4,0 18 600 19 311 18 100
Кукуруза на зерно 1:1,2 2,2 17 138 17 555 16 720
Кукуруза на силос 1,0 1,0 16 302 16 302 16 302
Картофель 1:0,7 1,7 17 975 18 225 17 723
Сахарная свекла 1:0,5 1,5 17 680 18 140 17 598

Потенциальные урожаи полевых культур (ПУ) по использованию ФАР

Культура Qфар кДж/см 2 Кфар, % К, кДж/кг Убиол, т/га Л В, % ПУ основной продукции, т/га
Озимая рожь
Озимая пшеница
Яровая пшеница
Ячмень
Овес
Кукуруза на зерно
Кукуруза на силос
Просо

Расчет действительно возможного урожая (ДВУ)


Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.




Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Задания по программированию урожая овощных культур

Программирование урожая овощных культур задания

Задание 1. Рассчитать урожайность при 5 % КПД ФАР для томата, свеклы столовой, моркови и перца сладкого и др. культур.

Таблица 1. Возможный урожай основных овощных культур (т/га) при различном КПД ФАР

Плодовые, корнеплоды, кочаны, луковицы

Плодовые, корнеплоды, кочаны, луковицы

Томаты и др.овощные культуры

Таблица 2. Энергетическая и хозяйственная (пищевая) ценность основных видов овощей

Вид овощного продукта

Содержание сухого вещества, %

Энергетическая ценность сухого вещества, ккал/кг

Коэффициент хозяйственной ценности

При установлении потенциального урожая любой культуры следует исходить из того, что эффективность света как фактора урожая осуществляется только при полном удовлетворении потребности растений во всех других условиях жизни.

Для расчета потенциального урожая культуры необходимо заранее определить его калорийность. Энергетическая ценность приводится в таблице 2 в ккал 1 кг сухой биомассы. Далее следует установить приход фотосинтетически активной радиации (ФАР) за период вегетации культуры. Для широты 45о максимальный приход ФАР составляет 3,2 млрд.ккал/га.

В этих целях можно использовать данные ближайшей метеорологической станции. Однако надо учитывать, что на долю ФАР приходится 42 % прямой и 60 % рассеянной радиации. Поэтому приход ФАР за вегетационный период выражают как сумму 0,42S' + 0,60Д, а количество поглощенной растениями ФАР (Qn) уравнением:

ΣQn = an ×(0.42S' + 0.60Д),

где ΣQn – общее количество поглощенной растениями за вегетационный период ФАР, ккал/га;

an – коэффициент поглощения растениями ФАР, доли единицы;

S' – приход прямой солнечной радиации, ккал/га;

Д – приход рассеянной солнечной радиации, ккал/га.

Коэффициент поглощения растениями ФАР колеблется около 0,8. Получив соответствующие величины калорийности урожая и прихода ФАР, можно приближенно установить потенциальный урожай по следующей формуле:

Уn = Кф × Кm× ΣQn / g

где Уn – потенциальный урожай, т/га;

Кф – коэффициент использования поглощенной листьями растений солнечной энергии, доли единицы;

Кm – коэффициент хозяйственной эффективности урожая, показывающей долю его полезной части в общей биомассе;

g – каллорийность урожая, ккал/га.

Метеорологическая станция фиксирует приход прямой и рассеянной солнечной радиации за определенное время в ккал/см2. Для перевода этого показателя на площадь 1 га его нужно умножить на 108.

Коэффициент Кm для овощных культур приводится в таблице 2. Его следует уточнять по местным данным, показывающим долю полезной части урожая в общей биомассе той или иной культуры.

Из всей поглощенной фотосинтетически активной радиации растения обычно используют 1 - 2 %, в лучшем случае – до 4 - 5 %. Коэффициент Кф соответственно составляет 0,01 - 0,02 и 0,04 - 0,05.

Пример расчета Уn для капусты. Суммарный приход ФАР за период вегетации составляет 3,2 млрд.ккал/га, коэффициент поглощения ФАР растениями – 0,8, коэффициент хозяйственной эффективности урожая (доля пищевой ценности в биомассе) – 0,67, коэффициент использования растениями ФАР – 0,05, калорийность биомассы – 2971 ккал/кг.

В этом случае количество поглощенной ФАР равно 2,56 млрд.ккал/га.

Отсюда по вышеприведенной формуле находим урожай:

Уn = 0,05 × 0,67 × 2560000000 /2971= 28,9 т/га в сухой массе

В практике урожай учитывается при содержании воды в кочанах 90,6 %. Следовательно, условная потенциальная урожайность капусты составит (28,9 × 190,6) : 100 = 55,1 т/га.

Программированное выращивание овощных культур в защищенном грунте открывает перспективу повышения Уф до Удв и постепенного приближения к Упот при создании оптимальных условий жизнеобеспечения растений. Исследования показали, что в условиях интенсивной светокультуры при выращивании растений на пленочной корнеобитаемой среде при неограниченном снабжении корней водой, минеральными веществами и воздухом КПД фотосинтеза в период налива плодов достигает 9 – 11 %, что приближается к Упот (Е.И. Ермаков, 1982).

Резервы повышения продуктивности овощных культур в защищенном грунте значительны, и применение метода программированного их выращивания будет способствовать увеличению эффективности использования культивационных сооружений.

Рассчитать потенциальный урожай можно по формуле Упот = Кхозη1Нг/(qp), где Упот – урожайность, кг/м2, Кхоз – доля хозяйственного урожая в общей биомассе (для огурца и томата Кхоз = 0,6 т.е. 60 % общей биомассы); η – КПД фотосинтез (Уф = 4; Удв = 8; Упот = 12); Не – энергетическая (лучистая) экспозиция, МДж/м2 за оборот (сумма ФАР); q – калорийность сухой биомассы растений, МДж/кг (для огурца и томата – 16,8), р – процент сухого вещества (для огурца – 3, для томата – 6).

Задание 2. Выполнить расчетную урожайность по продуктивной влаге согласно табл. 3.

Таблица 3. Расчетные урожаи основных овощных культур (т/га) для агроклиматических районов Крыма.

Читайте также: