Использование параметров водообеспеченности растений при программировании урожаев
Обновлено: 05.10.2024
Программирование урожаев сельскохозяйственных культур, Можаев Н.И., Серикпаев П.А., Стыбаев Г.Ж., 2013.
Условия увлажнения в почвенно-климатических зонах РК.
По условиям увлажнения районами со стабильными возможностями для возделывания сельскохозяйственных культур считаются такие,
где выпадает не менее 400-500 мм в год, из которых не менее 300-350 - за вегетационный период, а регионы, в которых выпадает меньшее количество осадков, относят к зонам рискованного земледелия.
Среднее многолетнее количество осадков в Казахстане колеблется от 250 до 335 в степной и лесостепной зонах, до 450-560 мм - в предгорных зонах, снижаясь в пустынной зоне до 100-150 мм (табл. 1.1), поэтому даже самые северные лучшие в земледельческом отношении районы республики входят в зону рискованного земледелия.
План лекции:
1. Вода – незаменимый фактор формирования урожая;
2. Продуктивная влага и ее определение;
3. Использование расчетного водопотребления для программирования урожаев;
4. Определение действительно возможной урожайности по биогидротермическому потенциалу.
1. Вода - незаменимый фактор формирования урожая
Для растения вода имеет первостепенное значение. Цитоплазма на 85 – 90 % состоит из воды. Без воды не протекают биохимические процессы, прекращается жизнедеятельность растительного организма.
Вода необходима растению во все периоды жизни; потребность в воде только для прорастания семян составляет примерно 30 – 100 % их веса, дальнейшем на образование 1 г сухого органического вещества растениям требуется от 200 до 1000 г воды. Количество воды в граммах, израсходованное на накопление растением 1 г сухого вещества, называется транспирационным коэффициентом. При этом незначительная часть (менее 5 %) поглощенной растениями воды участвует в процессе фотосинтеза и образует органическое вещество, а остальная идет на транспирацию.
Потребность растений в воде зависит от многих условий: от биологических особенностей самих растений, почвы, уровня и количества удобрений, агротехнических и мелиоративных мероприятий.
Источником воды для возделываемых растений могут быть атмосферные осадки, грунтовые воды, воды орошения. Определяющее значение, безусловно, имеет количество атмосферных осадков. Учет уровня влагообеспеченности, наряду с показателями теплообеспеченности, необходим при районировании территории, организации орошения и осушения, для установления величины климатически обеспеченного урожая.
Практически всю воду растения поглощают из почвы, при этом различные культуры предъявляют неодинаковые требования к запасам воды в почве, что следует учитывать при определении агротехнических и гидромелиоративных мероприятий для выращивания запрограммированных урожаев.
Находящаяся в почве вода по-разному связана с твердыми почвенными частицами, что определяет степень её подвижности и доступности растениям.
Обычно выделяют следующие формы воды в почве:
1. Парообразная вода - содержится в виде водяного пара в почвенном воздухе, нередко насыщая его до 100 %, передвигается от мест с большей упругостью в места с меньшей упругостью водяных паров, в снабжении растений водой значения практически не имеет.
2. Кристаллизационная вода - входит в состав минералов, неподвижна, растениям недоступна.
4. Рыхлосвязанная (пленочная) вода - образует вокруг почвенных частиц толстые (слой в несколько десятков молекул) пленки, удерживается на поверхности частиц в основном силой ориентированных молекул воды, слабо подвижна и малодоступна для растений.
5. Свободная вода (капиллярная и гравитационная) - передвигается под действием капиллярных и гравитационных сил.
Капиллярная вода - в капельно-жидком состоянии находится в капиллярах почвы, растениям доступна. Это наиболее благоприятная для растений форма почвенной влаги. Различают капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую воду. Максимальное количество капиллярно-подвешенной влаги называется наименьшей, или предельной полевой влагоемкостью (НВ или ППВ), а капиллярно-подпертой - капиллярной влагоемкостью (КВ).
Гравитационная вода - занимает все некапиллярные промежутки между агрегатами (поры, пустоты) в почве, вытесняя воздух, растениям доступна, но, создавая анаэробные условия, вызывает угнетение, гибель растений из-за недостатка кислорода воздуха, заболачивание почвы. Наибольшее количество воды, которое содержится в почве при заполнении всех ее пор, пустот, называется полной влагоемкостью (ПВ).
Регулирование водного режима при выращивании запрограммированных урожаев сельскохозяйственных культур на различных по увлажнению территориях осуществляют, используя комплекс технологических, arpo - и лесомелиоративных, гидромелиоративных (осушение, орошение) и других приемов. Количество и распределение атмосферных осадков, величина гидротермического коэффициента, а также нормы поливов учитываются при планировании урожайности сельскохозяйственных культур.
Действительно возможный урожай - это урожай, который теоретически может быть обеспечен генетическим потенциалом сорта или гибрида и основным лимитирующим фактором. ДВУ всегда ниже ПУ. Определяют ДВУ по следующей формуле:
Введение стр-3.
1.Програмирование урожаев, в науч
ном и практическом понимании . стр-4.
2. Термины и определения, применяемые стр-5.
в программировании .
3. Принципы программирования урожая по Шатилову , стр-6-7.
и их характеристика.
4. Факторы жизни растений. стр-8.
5. Основы программирования урожая. стр-9-10.
Список используемой литературы стр- 11.
1 Программирование урожаев в научном и практическом понимании.
Программирование урожаев – это научно обоснованная программа получения заданного уровня урожая, в которой на основе учета потребности растений в необходимых факторах жизни, дается технология, обеспечивающая эти потребности без снижения плодородия.
В научном понимании программирование урожаев – это формирование эффективных агрофитоценозов на основании строгого дозированного и регламентированного применения мероприятий в полном соответствии с потребностями растений на всех фазах развития в тех или иных условиях.
В практическом понимании программирование означает своевременное и высококачественное выполнение всех приемов и элементов эффективной технологии возделывания с/х культур при максимальном, полном использовании природных и материальных ресурсов, которыми располагает конкретное хозяйство, то есть программирование дает возможность максимально использовать поле, культуру, сорт.
4
2 Термины и определения, применяемые в программировании.
Урожай – продукция, получаемая в результате выращивания с/х культур (ц).
Урожайность – урожай с единицы площади (ц/га).
Потенциально возможная урожайность (ПВУ) – она соответствует генетически заложенным возможностям сорта. На уровень ПВУ можно выйти, если растениям создать оптимальные условия. ПВУ ограничивает количество ФАР, аккумулированной посевами.
Климатически обеспеченная урожайность (КОУ) – КОУ реализуется в конкретных климатических условиях, при обеспеченности всеми остальными факторами жизни.
Действительно возможная урожайность (ДВУ) – урожайность, реально получаемая в конкретных почвенно-климатических условиях, при оптимизации необходимых материально-технических ресурсов. ДВУ = плодородие + обеспеченность влагой и светом + обеспеченность материальными ресурсами.
Ресурсотехнологичеки обеспеченная урожайность (РТУ) – это урожайность, ограничивающаяся наличием материальных ресурсов в хозяйстве.
Биологический урожай – урожай основного продукта.
Урожай на корню – несобранный биологический урожай.
Урожай бункерный – урожай свежеубранной культуры, не прошедший послеуборочной доработки.
Урожай биомассы – урожай всего растения.
Планирование урожайности – обработка статистических данных, нахождение каких-то средний данных, увеличение их до разумного предела.
Прогнозирование урожайности – это расчет теоретически возможного урожая согласно основных лимитирующих факторов жизни растений.
Программирование урожайности – включает в себя прогнозирование и разрабатывает под него технологию возделывания.
В программировании существует 2 вида контроля:
Биологический – контроль над формированием продуктивных органов растений путем наблюдения за изменениями в конусе нарастания.
Агрономический – контроль над выполнением всех требований запрограммированной технологии.
3 Принципы программирования урожая по Шатилову и их характеристика:
Принцип зависимости продуктивности фито массы посева от гидротермических показателей среды (ГТС).
ГТС фито массы характеризует действие на растение тепла и влаги. В 1 кг сухой биомассы аккумулируется 400 Ккал энергии. Источником энергии является солнечная радиация.
Принцип зависимости урожайности с/х растений от прихода ФАР и от коэффициента использования посевами ФАР.
ФАР – это радиация, которая используется в процессе фотосинтеза, она составляет 45 - 50 % от всей приходящей радиации.
Посевы по использованию ФАР делятся на 4 группы:
1 группа – обычные посевы, коэффициент использования ФАР от 0,5 до 1,5 %;
2 группа – хорошие посевы, коэффициент использования ФАР от 1,5 до 3,5 %;
3 группа – рекордные посевы, коэффициент использования ФАР от 3,5 до 5 %;
4 группа – теоретически возможные посевы, коэффициент использования ФАР от 5 до 8 %;
Принцип отбора сортов для конкретных почвенно-климатических условий.
Пример по картофелю: в 2002 г на территории питомника МГАТК выращивалось 20 сортов картофеля иностранной и белорусской селекции. Из всего количества было выделено 3 наиболее урожайных сорта:
Ласунок – урожайность 398 ц/га;
Крыница – 372 ц/га;
Сантэ – 310 ц/га.
Принцип взаимосвязи урожайности с сформированном в агрофитоценозе фотосинтетитеческим потенциалом (ФПП).
ФПП – ежедневная суммарная площадь листьев в течении вегетационного периода.
S листьев > в 5 - 8 раз S поля;
Измеряется в м2/га дней;
Каждые 1000 единиц ФПП – 1-2 кг зерна.
Продуктивность фотосинтеза – количество органического вещества, которая создается за сутки единицей площади листьев.
Принцип обязательного и правильного применения научных законов земледелия и растениеводства.
Законы земледелия:
- Закон равнозначимости и незаменимости факторов жизнедеятельности растений;
- Закон минимума, оптимума, максимума;
- Закон совокупности действия факторов жизни;
- Закон возврата;
- Закон убывающего плодородия;
- Закон плодосмена.
Законы растениеводства:
Закон физиологических часов.
Он раскрывает реакцию растений на продолжительность и интенсивность освещения. Растения очень чутко реагируют на изменение длины дня и в зависимости от этого ускоряют или замедляют свое развитие.
Закон регуляторной системы растений.
4. Факторы жизни растений.
Все факторы жизни растений по способу их действия делятся на 3 группы:
Жесткоконстантные - факторы, которые человек не может изменить.
Факторы времени и места.
Факторы времени – все полевые работы должны проводится вовремя и оперативно. Для каждого региона установлены четкие сроки начала и продолжительности различных видов с/х работ.
Факторы места – площадь или территория в определенных единицах – ландшафт.
Условноконстантные – условия, которые постоянно действуют на растения, но изменяются по годам, к ним относятся:
А) Солнечная радиация;
Б) Температурный баланс (он характеризуется через радиационный баланс, который зависит от суммы прямой и рассеянной радиации);
В) Сумма активных температур – сумма среднесуточных температур свыше 10 ˚С;
Г) Сумма эффективных температур – сумма среднесуточных температур отсчитанных от биоминимума ( t при которой начинает развиваться растение);
Д) Общая сумма температур за вегетационный период;
Е) Воздух. Кроме необходимости для растений О2, должна быть определенная концентрация СО2, который необходим для фотосинтеза, основная функция СО2 – разложение органического вещества;
Ж) Почва – главный фактор в жизни растений. Является субстратом, на котором закрепляются растения, а так же источником и хранителем влаги и элементов корневого питания растений;
З) Влага – фактор лимитирующий урожай. С её помощью идет перенос питательных веществ, поддерживание клеток в тургором состоянии, предохраняющее растительные ткани от перегрева. У каждого растения есть максимальный период потребления влаги (критический).
Испарение влаги с поверхности поля и расход её на транспирацию в 1,5 – 2 раза выше количества влаги за период вегетации пришедшее с осадками. Хороший запас влаги в почве в метровом слое 140-150 мм.
Переменные факторы – зависят от человека:
Используемые сорта;
Агроценозы, сформированные им.
Чтобы получить запланированные урожаи культур при наименьших затратах, необходимо, согласно законам земледелия, создавать для растений оптимальные сочетания и значения факторов жизни растений. В природе такие условия встречаются редко, поэтому человек должен сам регулировать эти факторы.
7.1 Определение возможной урожайности культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в поливной воде для получения плановой урожайности.
Расчет возможной урожайности культур при естественном увлажнении и дополнительной потребности в воде для получения плановой урожайности виден в таблице 1.
1.Запасы продуктивной влаги нужно определять в метровом слое и принять одинаковыми для всех культур – 1500 м/га.
Для определения количества воды, потребляемой растениями из осадков, выпавших в течение вегетационного периода, нужно определить количество осадков, выпавших за этот период. Затем по формуле:
Wосад = P × α × 10, м 3 /га
где Р – сумма осадков за период вегетации культур, мм
α – коэффициент использования осадков, =0,8.
Определяем количество воды, используемой растениями из осадков на формирование урожая каждой культуры отдельно.
Однол.тр. с посев. мн.трав
2. Для определения количества воды, используемой из грунтовых вод, необходимо знать: продолжительность вегетационного периода культур и среднесуточный расход из грунтовых вод, который, в свою очередь, зависит от механического состава почвы и глубины залегания грунтовых вод Wгр-сут=4. Общий расход определяется путем умножения продолжительности вегетационного периода на среднесуточный расход из грунтовых вод.
где Wгр-сут – суточный расход воды из грунтовых вод (м 3 /га сут), зависящий от глубины залегания грунтовых вод и механического состава почвы;
Двег – продолжительность вегетационного периода культур, суток.
Однол.тр. с посев. мн.трав
3. Возможное суммарное водопотребление за счет естественного увлажнения определяется путем сложения запаса продуктивной влаги и влаги, используемой растениями из осадков и грунтовых вод.
4. Возможная урожайность при естественном увлажнении определяется путем деления возможного суммарного водопотребления за счет естественного увлажнения на коэффициент водопотребления.
5. Плановое суммарное водопотребление определяется путем умножения плановой урожайности на коэффициент водопотребления.
6. Если естественное увлажнение не покрывает потребность растений в воде, то необходимо применить орошение. Количество воды, которое необходимо подать за период вегетации на каждый гектар орошаемой площади в дополнение к естественному увлажнению, называется оросительной нормой.
Оросительная норма – есть разница между плановым суммарным водопотреблением и возможным водопотреблением за счет естественного увлажнения.
7. Количество воды, которое необходимо подавать на один гектар за один полив, называется поливной нормой.
Величина поливной нормы (m) зависит от :
- мощности корнеобитаемого слоя,
- объемной массы почвы,
Поливной режим овощного севооборота должен обеспечивать на протяжении всего вегетационного периода оптимальный запас влаги для всех культур, входящих в севооборот, и согласовываться с режимом использования травостоя.
Для определения поливных норм применяется следующая формула :
m = 100 × H × A(βНВ – βППВ), м 3 /га
m – поливная норма, м 3 /га;
Н = 0,45 – глубина исследуемого слоя почвы, м;
А = 1,36 – объемная масса исследуемого слоя почвы, г/см 3 ;
βНВ =77% – влажность почвы, соответствующая наименьшей влагоемкости, в процентах от массы АСП;
βППВ = 78% – предполивная влажность почвы, в % от НВ
При расчете поливной нормы следует учитывать водопроницаемость почвы и интенсивность дождя дождевальных машин. В каком слое они совпадают, на ту глубину и требуется рассчитывать поливную норму. Поэтому нам даны ориентировочные значения. Поливная норма должна быть в пределах 200-300 м 3 /га.
m = 100 × 0,45 × 1,36(19 – (19 × 78/100)) = 256 м 3 /га
В условиях Предуралья при весенних и осенних поливах следует учитывать температуру воздуха. При холодной погоде, даже если почва сухая, следует воздерживаться от полива, так как в этих условиях фактором, лимитирующим рост, является тепло, а не влага. Поливы рекомендуется начинать в дни с температурой плюс 14 - 16 С.
Определение сроков поливов.
Одна из самых ответственных и сложных задач при орошении сельскохозяйственных культур - это определение сроков поливов.
Поливы следует проводить в тот момент, когда растения больше всего нуждаются в воде. В условиях Предуралья своевременно проведенные 1 - 2 полива решают успех урожая.
Для определения сроков полива используют различные приемы и способы.
Способ определения сроков полива по морфологическим признакам основан на учете только внешних морфологических признаков растений:
* изменение листьев и стеблей,
* заметное опускание листьев,
* потеря тургора (внутреннего гидростатического давления в клетках растений)
У каждого вида растений имеются свои специфические признаки, сигнализирующие о недостатке влаги.
Этот способ наиболее прост, но его недостаток заключается в том, что изменения в растениях в связи с недостатком влаги, обнаруживаются только тогда, когда процессы роста растений уже заторможены и они не могут дать максимального урожая.
Способ определения сроков полива по фазам развития растений.
Поливы дают в те из фаз развития, в которые растения оказываются наиболее чувствительными к недостатку влаги. Эти периоды принято называть критическими в отношении водообеспеченности.
Так, например, для всех рассадных культур первым критическим периодом является время посадки, когда полив абсолютно необходим. Недостаток данного способа заключается в том, что при его использовании не учитывается особенности почвенных и погодных условий.
Способ определения сроков полива по влажности почвы.
В настоящее время самый надежный и точный способ, который основан на знании запасов воды в почве, для чего производятся систематические наблюдения за влажностью почвы. Полив назначается, если влажность почвы достигла нижнего предела оптимальной влажности.
Этот метод выгодно отличается тем, что контроль за влажностью почвы дает к началу полива исходные данные для расчета поливной нормы.
Недостаток этого способа состоит в его трудоемкости : требуется извлечение большого количества почвенных образцов с различных глубин, их сушка и взвешивание.
Для облегчения наблюдений за изменениями запасов почвенной влаги существует график зависимости между запасами влаги в почве, осадками и температурой воздуха, пользуясь которым, можно сократить объем полевых измерений влажности почвы.
В условиях Предуралья основная потребность растений во влаге покрывается за счет естественных осадков. Если между поливами выпадают дожди, то последующий полив отодвигается на определенный промежуток времени, в зависимости от количества выпавших осадков и температуры воздуха. Количество поливов определяется путем деления оросительной нормы на поливную и выражается в целых числах.
8.Общую потребность в поливной воде следует определять путем умножения оросительной нормы на площадь поля и выражать в тыс.м 3 сначала по культурам, а потом по севообороту.
Из таблицы видно что есть культура не нуждающаяся в орошении, это:
Однолетние травы с подсевом многолетних трав.
Причина: велико естественное увлажнение за счет близкого залегания грунтовых вод и малое суммарное водопотребление.
Система орошения на данных участках будет не эффективна, возможно переувлажнение почвы. Поэтому лучше вообще не создавать на этом участке оросительную систему из-за высокого уровня естественного увлажнения вследствие близкого залегания грунтовых вод.
Таблица 1 – Расчет возможной урожайности культур при естественном увлажнении и потребности в поливной воде для получения плановой урожайности.
Суммарное водопотребление за счет естественного увлажнения, м 3 /га
Коэффициент водопотребления, м 3 /т
Возможная урожайность при естественном увлажнении, т/га
Плановая урожайность, т/га
Плановое суммарное водопотребление, м 3 /га
Оросительная норма, м 3 /га
Поливная норма, м 3 /га
Количество поливов, раз
Потребность поливной воды на всю площадь, тыс. м 3
Запас продуктивной влаги в почве
поступление в период вегетации
Из грунтовых вод
Однолетние травы с подсевом мн.трав
Многолетние травы Iг.п.
Многолетние травы IIг.п.
Многолетние травы IIIг.п.
7.2. Определение возможной урожайности культур при естественном плодородии и дополнительной потребности питательных веществ для получения возможной урожайности при естественном увлажнении и плановой урожайности при орошении необходимо для выравнивания факторов (воды и питательных веществ), чтобы получить одинаковую урожайность.
Расчет возможной урожайности культур при естественном плодородии и дополнительной потребности питательных веществ для получения возможной урожайности при естественном увлажнении и плановой урожайности при орошении виден в таблицах №2 и 3.
Методика выполнения расчетов указана в таблицах.
Экономическая эффективность орошения
Для определения показателей экономической эффективности создания орошаемых культурных пастбищ необходимо определить:
-выход и прирост продукции от орошения и создания культурных пастбищ;
-размер капитальных вложений на создание орошаемых культурных пастбищ;
-величину текущих затрат на ведение производства на ДКП, затраты на амортизацию, эксплуатацию и текущий ремонт оросительных систем;
-цены на продукцию, получаемую с орошаемых культурных пастбищ.
Для определения урожайности пастбища применяют два метода: укосный и зоотехнический. При укосном методе урожай определяется путем скашивания и взвешивания выросшей на пастбище травы. При зоотехническом методе необходимо за пастбищный период определить: количество полученной животноводческой продукции; количество травы, не съеденной скотом и использованной на сено, силос и травяную муку; все дополнительные корма, которые были использованы на подкормку животным. Полученные результаты по нормам расхода кормовых единиц на производство единицы животноводческой продукции пересчитывают в кормовые единицы.
Для определения себестоимости продукции необходимо определить ежегодные затраты, к которым относятся затраты на проведение поливов, эксплуатацию насосных станций, горюче-смазочные материалы, зарплата обслуживающего персонала, уход за оросительной сетью, и ее текущий ремонт и насосных станций, дождевальных и других сельскохозяйственных машин, внесение удобрений и т.п.
Для правильного исчисления ежегодных затрат необходимо, исходя из продолжительности использования пастбища, определить среднегодовую сумму затрат на семена, обработку почвы, внесение удобрений, известкования и посев трав.
Амортизационные отчисления на восстановление ирригационного оборудования, тракторов и сельскохозяйственных машин производится с учетом их оптовой стоимости и норм отчисления.
К капитальным вложениям относятся затраты на строительство оросительной сети со всеми сооружениями, проведение культуртехнических работ, приобретение поливного дождевального оборудования, тракторов и других сельхозмашин, необходимых для обслуживания пастбища.
Капиталовложения на создание 1 га орошаемых культурных пастбищ в зависимости от конкретных местных условий и типа оросительной системы колеблется от 400 до 700 рублей.
При урожайности, достигаемой при высокой культуре ведения пастбищного хозяйства, эти затраты окупаются в 2 - 3 года.
Таким образом, опыт передовых хозяйств показывает, что орошаемые культурные пастбища - это надежный источник полноценных и дешевых зеленых кормов. Они снижают затраты на производство молока и мяса, освобождают часть пашни для производства зерна и других кормов на стойловый период, улучшают условия труда животноводов.
Создание высокопродуктивных пастбищ для всего поголовья крупного рогатого скота - одна из важнейших задач всех работников сельского хозяйства.
Органическое вещество, составляющее биомассу растений, образуется в процессе фотосинтеза из углекислого газа и воды за счет энергии поглощенной растениями ФАР. Связанная в урожае энергия ФАР является, таким образом, энергетическим выражением продуктивности фитоценоза.
Уже первые исследования показали, что между интенсивностью фотосинтеза единицы площади листа в единицу времени и накоплением биомассы растения отсутствует прямая зависимость (Тагеева, 1931; Катунский, 1941). В балансовом уравнении Иванова (1941) общая продуктивность фотосинтеза рассматривается как функция средней за учетный период интенсивности фотосинтеза величины фотосинтезирующей поверхности и рабочего времени. Уравнение учитывает также интенсивность дыхания и объем дышащей массы растения.
С развитием работ по проблеме "Фотосинтез и урожай" возникло представление о фотосинтетической деятельности растений как сложной совокупности процессов, в основе которых лежит поглощение растениями в фитоценозах энергии ФАР, и использование ее в процессе фотосинтеза на формирование урожаев (Ничипорович, 1956, 1966, 1966а, 1977).
Фотосинтетическая деятельность растений характеризуется интенсивностью фотосинтеза листьев и качественным составом образующихся в них биопродуктов, ходом роста вегетативных органов и листовой поверхности, накоплением биомассы растений, распределением продуктов фотосинтеза между вегетативными и репродуктивными органами и др.
Фотосинтетическая деятельность растений находится под постоянным влиянием состояния и динамики внешней среды. В отличие от одиночно стоящего растения на фотосинтетическую деятельность растений в ценозах оказывает влияние ценотическое взаимодействие растений, проявляющееся в конкуренции растений за условия жизни.
Как процесс формирования урожая фотосинтетическая деятельность растений подчиняется определенным законам и поддается количественному и качественному описанию, моделированию и управлению.
В основе работ по программированному получению урожаев лежит уравнение урожая, предложенное Ничипоровичем (1956). Уравнение дает количественное выражение зависимости биологических урожаев от размеров и работы листового аппарата с учетом качественной направленности процесса:
где Убиол — общий вес сухой биомассы растения; Фсо2 — интенсивность фотосинтеза (количество усвоенной СO2 в g/m2.день); Кэф— коэффициент эффективности фотосинтеза (отношение фактически накопленной сухой массы урожая к количеству усвоенной СO2); Л—площадь листьев (m2/ha); и — число дней продукционного периода.
Общий биологический урожай (Убиол) представляет собой сумму суточных приростов сухой массы растения. Зависимость хозяйственного урожая (зерно, плоды и др.) от биологического урожая представляется уравнением
где Кхоз — коэффициент хозяйственной эффективности фотосинтеза, характеризующий долю сухого вещества Ухоз от массы Убиол.
Для характеристики фотосинтетической деятельности растений наряду с размерами площади листьев используется показатель фотосинтетического потенциала (ФП). Он выражается в m2. днях и представляет собой сумму ежедневных площадей листьев растения или ценоза за вегетационный период или за какую-то его часть (ФП= ΣЛ.п). Показатель ФП является одним из основных при программировании урожая. Выражение ФСO2 х Kэф характеризует чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ, или ,,нетто-ассимиляцию“), т. е. весовое количество суточного прироста сухого вещества растения в расчете на 1 m2 площади листьев. С учетом указанных преобразований уравнение (5) получит следующий вид:
Суточный прирост общей сухой массы биологического урожая определяется как произведение
На основе данных по фотосинтетической деятельности (Л, ФП, ЧПФ, С) с учетом факторов обеспечения (вода, минеральное питание и др.) определяется предполагаемое или планируемое нарастание биомассы по фазам вегетации на протяжении вегетационного периода для получения заданной величины Убиол с оптимальной структурой урожая (Кхоз).
Наивысшие урожаи могут быть получены при следующих оптимальных условиях (Ничипорович, 1956):
а) быстром развитии и сохранении в течение возможно длительного времени в активном состоянии большей площади листьев (Л);
б) наиболее высоких величинах интенсивности и коэффициентах эффективности фотосинтеза;
в) наиболее высокой чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ) и высоких суточных приростах (С) сухого вещества;
г) наилучшем распределении и использовании образуемых веществ на формирование хозяйственной части урожая (Кхоз);
д) наиболее полном использовании потенциального периода вегетации (n).
Таблица 1
Зависимость величины урожая винограда (kg) от площади листьев (т2)
1 kg сахара ягод
Kozina (цит. по Стоеву, 1973)
Couvillon, Nakayama, 1970
Liuni (цит. по Стоеву, 1973)
Тодоров, Занков, 1964
Мельник, Анисимова, 1953
Для программирования урожая винограда представляет интерес показатель "продуктивности листьев", характеризующий количество сырого урожая или сахара гроздей 1 , произведенное в расчете на единицу площади листьев.
Следует отметить, что простой пересчет сырой массы или валового сахара гроздей на листовую площадь растения характеризует фактически сложившееся соотношение между площадью листьев и гроздями, но не потенциальную продуктивность листьев (ПЛ). Для получения характеристики потенциальной ПЛ необходимо, чтобы площадь листьев по отношению к гроздям находилась в оптимуме или ограничивала бы рост гроздей. Это достигается в опытах с различной нагрузкой побегами или путем частичного удаления листьев с побега при одновременном их кольцевании (Амирджанов, 1963).
В табл. 1 показаны полученные разными исследователями данные по продуктивности листьев винограда. Для возможности сопоставления они приведены нами к одной характеристике: площади листьев, необходимой для получения единицы урожая (1 kg сырой массы гроздей или 1 kg сахара гроздей).
Величина ПЛ винограда варьирует в широких пределах; от 3 до 15 m2/kg сахара и от 0,7 до 2,0 m2 /kg сырого урожая гроздей, что, очевидно, в большей степени вызвано разными методами расчета, чем фактической потенциальной продуктивностью листьев. Если с известным допущением усреднить соответствующие крайние значения, то необходимая площадь листьев составит для получения 1 kg сырого урожая ягод — 1—1,5 m2; для получения 1 kg сахара гроздей — 6—9 m2.
Эти величины практически идентичны для ягод с сахаристостью сока 17—18% при содержании сока в ягодах 80%.
Таким образом, по самой приближенной оценке при благоприятных условиях для получения 100 cwt гроздей при сахаристости сока ягод 17—18 % необходимо иметь на гектаре - 10—15 тыс. m2 площади листьев. Количество побегов, соответствующее этой площади листьев и необходимое для получения заданного урожая, будет зависеть от фитометрических характеристик побега и показателей его плодоносности: коэффициента плодоношения 2 и средней массы грозди или, иначе говоря, от продуктивности одного побега.
Как показывают исследования, урожаи наиболее тесно коррелируют с размерами листовой поверхности. Следовательно, для получения планируемого урожая винограда необходимо иметь на гектаре такое количество нормально развитых побегов, ход роста которых обеспечил бы получение расчетной величины ФГТ. Это обстоятельство указывает на важность изучения закономерностей роста побегов винограда в зависимости от нагрузки побегами и гроздями, длины обрезки, формировки, фона питания и др. с целью установления "оптимального" хода роста.
При оптимальных условиях произрастания растения должны не только осуществлять большую фотосинтетическую работу, но и эффективно использовать продукты фотосинтеза на формирование хозяйственной части урожая— гроздей.
У винограда структура биологического урожая определяется как внешними факторами, так и природой самого растения. К числу "внутренних" факторов относятся такие, как сила роста куста, плодоносность побегов, величина грозди, нагрузка побегами и гроздями и др. У растений с одинаковой вегетативной массой величина Кхоз будет тем больше, чем выше плодоносность побегов. При одинаковой плодоносности уменьшение вегетативного прироста повлечет за собой повышение показателя Кхоз.
Величина Кхоз у винограда изменяется в больших пределах. У сорта Алиготе в зависимости от площади питания она изменялась от 0,45 до 0,57; у сорта Карабурну — от 0,60 до 0,67 (Плакида, 1967). У сорта Болгар (синоним Карабурну) в зависимости от высоты штамба величина Кхоз, изменялась от 0,48 до 0,71 (Панделиев, 1976). В опытах Стоева и Добревой (1976) у сорта Ркацители в приземной культуре Кхоз составил 0,45, а при штамбовой культуре — 0,73 при близких значениях Убиол (1,34 и 1,38 kg на куст).
1 Поскольку процентное содержание сахара в соке ягод в разных случаях неодинаково, правильнее характеризовать этот показатель не по сырому урожаю, а по количеству сахара гроздей.
2 Коэффициент плодоношения (Кпл) — среднее число гроздей на один развившийся побег.
По нашим данным у сорта Шабаш в зависимости от густоты посадки и формировки кустов величина Кхоз изменялась от 0,33 до 0,46; у сорта Рислинг рейнский — от 0,33 до 0,52. У сортов Пино гри, Мускат белый и Хиндогны в среднем за пять лет величина Кхоз составила соответственно 0,30, 0,47 и 0,36.
Задача состоит в том, чтобы при помощи различных агротехнических приемов находить для каждого отдельного случая оптимальную величину Кхоз, т. е. добиваться наилучшего перераспределения ассимилятов на формирование хозяйственного урожая. Вместе с тем величину Кхоз у винограда нельзя увеличивать беспредельно. Превышение Кхоз некоторого оптимального для конкретного случая уровня практически будет означать перегрузку кустов гроздями, и это может служить причиной ухудшения качества ягод и ослабления силы кустов. С точки зрения создания высокопродуктивных насаждений с оптимальной структурой кустов важным представляется подбор сортов, сочетающих высокие показатели плодоносности с относительно умеренным ростом побегов.
Получение планируемых урожаев винограда требует знания механизма взаимодействия показателей фотосинтетической деятельности. Пример такого взаимодействия показан на рис. 1.
Рис. 1. Графическое представление механизма фотосинтетической деятельности винограда в насаждении
1 — сухая биомасса (У); 2 — потенциальный хозяйственный урожай (Ухоз); 3 — хозяйственный коэффициент (Кхоз); 4 — чистая продуктивность фотосинтеза (ЧПФ); 5 — реальный хозяйственный урожай (Ухоз 2)
С увеличением на гектаре площади листьев (ФП) растет величина Убиол, но не пропорционально, поскольку с ростом площади листьев снижается ЧПФ. По мере роста площади листьев (Л) повышается также величина Ухоз. Максимальные уровни Ухоз при заданных Л характеризуются линией регрессии Ухоз 1, которая получена при условии, что величина Кхоз оставалась постоянной (0,45 для сорта Шабаш). Однако по мере роста Л снижается Kхоз, и в результате реальные уровни хозяйственного урожая — Ухоз 2 отклоняются от максимальных. По мере увеличения Л насаждения разрыв между максимальными (Ухоз 1) и реальными (Ухоз 2) урожаями гроздей увеличивается; возникает как бы „эффект ножниц“. Уменьшение Кхоз в насаждениях с густой посадкой (имеющих высокие показатели Л) обусловлено снижением плодоносности побегов: Кпл и средней массы грозди.
Для разбираемого случая зависимость Убиол (cwt/ha) от ФП (млн.m2. дней) имеет линейный характер и описывается уравнением
Связь между Ухоз (cwt сухого вещества) и площадью листьев (тыс. m2) описывается квадратичным уравнением
Аналогичный характер связи выявлен Ординовой (1968) между сырым урожаем гроздей и густотой посадки виноградника. Следовательно, одной из задач оптимизации продукционного процесса винограда для получения планируемых урожаев является отыскание оптимальных размеров площади листьев насаждения (количества побегов и соответствующего их размещения в пространстве), обеспечивающих получение максимального хозяйственного урожая без снижения его качества. Планируемый урожай должен быть обеспечен водой и минеральным питанием.
Читайте также: