Применение элементов программирования урожайности культуры

Программирование урожайности предусматривает определение величины урожая по приходу солнечной энергии (ФАР), по влагообеспеченности посевов и расчет норм удобрений под культуру с учетом ее биологических особенностей. Для успешного использования климатических и почвенных факторов, а также материальных ресурсов хозяйства, студент-заочник должен овладеть методикой определения величины планируемой (программируемой) урожайности, конкретной для хозяйства, с использованием данных ближайшей метеорологической станции и картограмм обеспеченности почв элементами питания.

 

4.1. Расчет потенциальной урожайности по приходу ФАР

Потенциальный урожай – это теоретически возможный максимальный урожай, который можно получить в идеальных метеорологических условиях при достаточном количестве воды, тепла, света, элементов питания. Он зависит от фотосинтетически активной радиации (ФАР) и потенциальной продуктивности сорта. Рассчитывают по формуле (1):

 

Q

У_биол = 10⁴ х К_фар х ^______

q

 

где У_биол – урожай абсолютно-сухой биологической массы основной и побочной

продукции, ц/га;

К_фар – коэффициент использования (усвоения) ФАР посевами за вегетацию, 3 %;

Q – количество ФАР за период вегетации культуры (от момента появления всходов до уборки), кДж/см²;

q – калорийность урожая или теплотворная способность единицы урожая, т.е. количество тепла, выделяемого при сгорании 1 кг урожая, кДж/кг;

10⁴ – перевод на 1 га

 

Приход ФАР в условиях Чувашской Республики по месяцам (Q), кДж/см²:

- апрель – 21,8; август – 22,6;

- - май – 26,8; сентябрь – 15,9;

- июнь – 31,0; октябрь – 8,4.

- июль – 27,6;

 

Калорийность (теплотворная способность) целого растения сельскохозяйственных культур (q), кДж/кг:

- озимая пшеница – 18631 яровая пшеница – 18841

- озимая рожь – 18422 ячмень – 18506

- овес – 18422 гречиха – 19008

- просо – 19259 горох – 19720

- фасоль – 19971 вика и смеси – 19678

- кукуруза (з.м.) – 16328 конопля – 19217

- сахарная свекла – 17710 кормовая свекла – 16119

- соя – 20097 картофель – 18003

- хмель – 16747 амарант – 19998

- многолетние травы (сено) – 18841 однолетние травы (сено) – 16328.

 

Для перехода от урожая абсолютно-сухой биомассы (У_биол), рассчитанного по формуле (1), к величине товарной продукции (зерно, клубни, корнеплоды и т.д.) при стандартной влажности пользуются формулой (2):

 

100 х У_биол

У_тов = ¾¾¾¾¾

(100 – В) х a

 

где У_тов - урожай товарной продукции при стандартной влажности, ц/га;

В – стандартная влажность товарной продукции по ГОСТу,%;

a – сумма частей в соотношении основной продукции к побочной в общем урожае

биомассы.

 

Сумма частей и стандартная влажность товарной продукции основных сельскохозяйственных культур

 

Культуры	Соотношение оновной продукции к побочной	Сумма частей	Стандартная влажность
Озимая рожь Озимая пшеница Яровая пшеница Ячмень Овес Кукуруза (зерно) (зеленая масса) Сахарная свекла Кормовая свекла Картофель Гречиха Многолетние травы (сено) (зеленая масса) Однолетние травы (сено) (зеленая масса) Вика Хмель Горох Конопля	1:2,0 1:1,5 1:1,2 1:1,1 1:1,3 1:1,23 - 1:0,5 1:0,4 1:0,7 1:2,0 - - - - 1:1,2 1:4,0 1:2,0 1:6,0	3,0 2,5 2,2 2,1 2,3 2,23 - 1,5 1,4 1,7 3,0 - - - - 2,2 5,0 3,0 7,0

 

Уровень использования солнечной энергии, т.е. коэффициент использования ФАР, планируемым урожаем можно рассчитать по формуле (3):

 

У_биол х q

К_фар = ¾¾¾¾¾¾¾, %.

Q х 10⁴

Коэффициенты использования ФАР по значениям делят на группы:

 

- низкие – 0,5-1,5%

- средние – 1,5-3,0%

- - высокие – 3-5%

- сверхвысокие – 5-7%

- теоретически возможные – 7-10%.

 

По окончании расчетов делают заключение, насколько растение использует ФАР

планируемым урожаем.

 

4.2. Расчет действительно возможной урожайности по влагообеспеченности

Действительно возможная урожайность (ДВУ) или реально возможная – это максимальная урожайность, которую можно получить при реальных среднемноголетних условиях. Величина ДВУ в основном определяется влагообеспеченностью, особенно продуктивной ее частью, которая рассчитывается по данным годового количества в каждом агроклиматическом регионе.

Годовые осадки не полностью используются растениями. Часть из них стекает с талыми водами, испаряется с поверхности почвы, когда она незанята растениями, а также стекает во время ливневых осадков с полей, имеющих значительный уклон. По обобщенным данным, процент использования годовых осадков на различных по механическому составу почвах колеблется от 42 до 88. Остальные 12-58% составляют непроизводительные расходы. Торфяно-болотные почвы обладают большей влагоемкостью, чем другие типы почв, и в них накапливается больше продуктивной для растений влаги. Песчаные почвы имеют низкую влагоемкость, в них содержится всего 42-48% влаги от годового количества осадков. Различная влагоемкость почв обусловливает и значительное колебание продуктивной влаги по агроклиматическим районам.

Из-за неравномерности выпадающих осадков по агроклиматическим районам расчет действительно возможных урожаев по влагообеспеченности следует проводить дифференцированно для каждого хозяйства, а в дальнейшем и для каждого поля с учетом почвенных особенностей и рельефа местности.

Действительно возможную урожайность по влагообеспеченности рассчитывают по формуле(4):

 

100 х W

У_биол = ¾¾¾¾¾

К_w

 

где У_биол – урожай абсолютно сухой биомассы,ц/га;

W – ресурсы (запасы) продуктивной для растений влаги, мм;

К_w – коэффициент водопотребления, мм х га/ц. Это количество воды, необходимое

для формирования 1 ц сухой биомассы урожая.

Продуктивную для растений влагу определяют по формуле (52):

 

W = W₀ + О_с х К_исп

 

где W – запасы доступной для растений влаги в метровом слое почвы в период посева

или возобновления весной активной вегетации озимых культур и многолетних

трав, мм;

О_с – количество осадков за вегетационный период от посева до уборки, мм;

К_исп – коэффициент испарения (сухой год – 0,7; средний – 0,75; влажный год – 0,8).

 

Запасы влаги в метровом слое почвы в зависимости от почвы:

- дерново-подзолистые – 160 мм;

- серые лесные – 170-180 мм;

- - черноземные – 190 мм.

Биологическую урожайность переводят в товарную урожайность по формуле(5), ц/га::

100 х У_биол

У_тов = ¾¾¾¾¾¾¾

(100 – В) х а

Коэффициенты водопотребления (К_w) полевых культур, мм х га/ц

Культуры	Влажный год	Средний год	Сухой год
Озимая пшеница Озимая рожь Яровая пшеница Ячмень Овес Кукуруза (з.м.) Картофель Кормовая свекла Сахарная свекла Вика/овес (з.м.) Мн. травы (сено) Горох Гречиха Хмель Конопля	350-450 400-425 400-435 375-425 435-480 200-230 375-420 430-460 200-250 400-410 500-550 400-420 370-400 700-800 570-610	450-500 425-450 435-525 425-470 480-550 230-260 420-470 460-500 250-280 410-450 550-600 420-490 400-450 800-850 610-700	500-525 450-500 525-570 470-530 550-590 260-300 470-550 470-550 280-320 450-470 600-670 490-580 450-550 850-900 700-750

 

В засушливые годы растения страдают от недостатка влаги. При У_план > У_дв необходимо обосновать режим орошения, т.е. рассчитать оросительную норму с распределением ее на поливные нормы в критические периоды развития растений.

Оросительную норму рассчитывают по формуле (6):

 

(У_{план биол} – У_{дв биол}) х К_w

О_н = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

где О_н – оросительная норма, мм /га, м³ (мм х 10 = м³);

У_{план биол} – планируемая абсолютно сухая урожайность биомассы, ц/га;

У_{дв биол} – действительно возможная абсолютно сухая урожайность биомассы,

ц/га.

В заключение необходимо сделать вывод по подразделу.

 

4.3. Расчет действительно возможной урожайности по структуре посевов

Биологической моделью будущего урожая сельскохозяйственной культуры является структурная формула, предложенная М.С.Савицким. Структура урожая показывает, из каких элементов она складывается, при какой доли их участия формируется высокий урожай. Для зерновых и зернобобовых культур формула Савицкого (7) имеет следующий вид:

 

Р х К х З х М

У = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾, ц/га

 

где Р – количество растений на 1 м² при уборке урожая, штук;

К – коэффициент продуктивной кустистости;

З – количество зерен в соцветии, штук;

М – масса 1000 семян, г;

10000 – перевод на 1 га.

Коэффициент продуктивной кустистости (К) показывает количество стеблей у одного растения, образующих соцветие с полноценным вызревшим зерном:

- озимая пшеница – 1,5-1,6;

- озимая рожь – 1,5-2,0;

- яровая пшеница – 1,2-1,4;

- ячмень – 1.5-1,7;

- овес – 1,4-1,6;

- кукуруза (зерно) – 1,0;

- горох – 1,0;

- вика – 1,0;

- фасоль – 1,0.

 

 

Количество зерен в соцветии (З), штук:

- озимая пшеница – 24-28;

- озимая рожь – 40-50;

- яровая пшеница – 22-25;

- овес – 30-40;

- ячмень – 18-22;

- горох – 25-30 (5-6 бобов по 5-6 штук семян в каждом).

 

Масса 1000 семян (М) сельскохозяйственных культур,г:

- озимая пшеница – 45-50;

- озимая рожь – 30-35;

- яровая пшеница – 33-45;

- ячмень – 45-55;

- овес – 30-35;

- горох – 200-330.

 

Согласно составленной структуре урожая необходимо рассчитать соответствующий

коэффициент высева по формуле (8):

 

У_план х 1000

К_в= ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾, млн.шт/га

П х К х В х ПВ

 

где У_план – планируемая урожайность, ц/га;

П – продуктивность одного соцветия (зерновые – 0,9-1,2 г; горох – 7-12 г), г;

К – коэффициент продуктивной кустистости;

В – выживаемость растений, т.е. количество растений, сохранившихся к уборке

урожая, выраженное в процентах к числу высеянных всхожих семян.

ПВ – полевая всхожесть семян, т.е. количество полных всходов, выраженное в

процентах к количеству высеянных всхожих семян, составляет 70-75%.

 

Выживаемость семян у различных культур(В), %:

- озимая пшеница – 65-70;

- озимая рожь – 65-70;

- яровая пшеница – 70-75;

- ячмень – 68-75;

- овес – 70-75;

- горох – 70-75.

Для кормовых и пропашных культур ( картофель, свекла, кукуруза, хмель и т.д. ) структурная формула (9) планируемой урожайности имеет вид:

У_план = Г_р х П_ср, ц/га

где Г_р – густота растений перед уборкой, тыс.шт/га;

П_ср – средняя продуктивность одного растения, г.

 

Густоту растений (Г_р) определяют в зависимости от схемы посева или посадки (10):

 

Г_р = ¾¾¾¾, шт/га

Ш х Р

где Ш – ширина междурядий, м;

Р – расстояние между растениями в ряду, м.

10000 – площадь одного гектара, м².

4.4. Расчет нормы высева на заданную урожайность

 

Для расчета весовой нормы высева зерновых и зернобобовых культур используют формулу(11):

 

К_в х М х 100

Н_в = ¾¾¾¾¾¾¾¾, кг/га

ПГ

 

где К_в – коэффициент высева семян, млн, шт/га;

М – масса 1000 семян,г;

ПГ – посевная годность, т.е. процент чистых и всхожих семян, находят по формуле:

 

Ч х В

ПГ = ¾¾¾¾, %

где Ч- чистота семян, %;

В – всхожесть семян, %.

 

Основные показатели посевных качеств семян, учитываемые при делении их на категории

 

Культура	Категории	Чистота, % не менее	Всхожесть, % не меннее	Влажность, % не более
Пшеница и полба	ОС ЭС РС РСт			15,5 15,5 15,5 15,5
Рожь	ОС ЭС РС РСт			15,5 15,5 15,5 15,5
Ячмень Овес	ОС ЭС РС РСт			15,5 15,5 15,5 15,5
Кукуруза	ОС ЭС РС
Гречиха	ОС ЭС РС РСт	98,5
Горох	ОС ЭС РС РСт			15,5 15,5 15,5 15,5

 

Примечание: ОС – Оригинальные семена, ЭС – элитные семена, РС – репродукционные семена, Рст – репродукционные семена для производства товарной продукции.

Норму посадки картофеля рассчитывают по формуле(12):

 

1000 х m

Н_п = ¾¾¾¾, ц/га

Ш хР

 

где Ш- ширина междурядья, см;

Р – расстояние между растениями в ряду, см;

m – масса посадочного клубня, г.

 

Норму высева кормовой и сахарной свеклы рассчитывают по формуле(13):

К х М х 100

Н_в = ¾¾¾¾¾¾¾, кг/га

Ш х В

 

где К – коэффициент высева семян на один метр рядка, штук;

М – масса 1000 семян, г;

Ш – ширина междурядья, см;

В – всхожесть семян (80-85%).

 

4.5.Расчет норм удобрений под планируемую урожайность

Нормы питательных веществ рассчитывают с учетом выноса их на 1 ц основной и соответствующим ей количеством побочной продукции (В₁, кг/га), содержания в почве (П, мг/100г, см таблицу 1), коэффициентов использования из почвы (К_п) и вносимых удобрений (К_у) по формуле (14):

 

(У х В₁) – (П х К_м х К_п)

Д_.в. = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

К_у

 

где Д_.в. – норма азота, фосфора, калия в действующем веществе (кг/га), необходимая

для запланированной урожайности (У, ц/га);

К_м - коэффициент перевода из мг/100г питательного вещества почвы в кг/га.

Для слоя почвы 0-22 см он равен 30 кг/га; 0-25 см – 34; 0-28 см – 38; 0-30 см –

41; 0-32 см – 44; 0-35 см – 48; 0-40 см – 55 кг/га.

 

Рассчитанную норму азота под горох уменьшают на 90 кг/га за счет симбиотической фиксации азота из воздуха.

Содержание легкогидролизуемого азота рассчитывается по проценту гумуса. Делается это так. Предположим в почве с пахотным горизонтом 22 см (К_м – 30 кг/га) 2,7% гумуса. Тогда запасы гумуса на 1 га составят 81 т (2,7 х 30). Общего азота в гумусе 5%. Валовое содержание азота на 1 га составит 4,05 т (81 х 5 / 100). Легкогидролизуемого азота – 4% от общего. Это будет 0,16 т (4,05 х 0,04). На 100 г абсолютно сухой почвы приходится 5,33 мг легкогидролизуемого азота (0,16 / 30).

 

Если минеральные удобрения вносят совместно с органическими удобрениями, то пользуются формулой (15):

(У х В₁) – (П х К_м х К_п) – (Д_н х С_н х К_н)

Д_д.в. = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

К_у

Где Д_н – норма органических удобрений, т/га;

С_н – содержание питательных веществ в 1 т навоза (5 кг азота, 2,5 кг фосфора, 6 кг

калия);

К_н – коэффициент использования питательных веществ из навоза (0,4 – азота,

0,5 – фосфора, 0,6 – калия).

Рассчитанные нормы питательных веществ необходимо представить в виде системы внесения удобрений в подразделе 5.2.

При условии освоения интенсивного севооборота наиболее надежным методом расчета норм NРК следует считать установление потребного количества питательных веществ для получения планируемой прибавки урожая. При этом необходимо знать, какая часть урожая формируется за счет усвоения доступных для растений элементов питания из почвы. Наиболее точные результаты могут быть получены при проведении производственных опытов непосредственно на полях хозяйства. Урожайность по эффективному плодородию (У_эф) рассчитывают по формуле (16):

П х К_м х К_п

У_эф = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

В₁

Дозы NРК на прибавку урожая (Д_пр) могут быть рассчитаны по формуле (17) и должны совпадать с результатами, полученными при расчетах по формуле (14):

(У_пр – У_эф) х В₁

Д_пр = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

К_у

Вынос NPK полевыми культурами (В₁), кг/ц

Культуры	N	P2O5	К2О
Пшеница озимая Пшеница яровая Рожь озимая Ячмень Овес Гречиха Горох Соя Вика (зерно) Вика (сено) Конопля (соломка) Свекла сахарная Свекла кормовая Картофель Люцерна (сено) Клевер (сено) Костер (сено) Кукуруза (зеленая масса) Хмель Вика/овес (сено)	3,25 4,27 3,10 2,50 2,95 3,00 6,60 7,24 6,23 2,27 2,00 0,59 0,40 0,62 2,60 1,97 2,20 0,45 10,0 2,11	1,15 1,24 1,37 1,09 1,31 1,51 1,52 1,41 1,31 0,62 0,62 0,18 0,13 0,30 0,65 0,56 0,64 0,10 6,00 0,62	2,00 2,05 2,60 1,75 2,58 3,91 2,00 1,93 1,56 1,00 1,00 0,75 0,46 0,90 1,50 1,50 1,76 0,37 13,00 1,32

Коэффициенты использования NРК из почвы (К_п)

Культуры	N	Р2О5	К2О
Озимые зерновые Яровые зерновые Зернобобовые Пропашные, травы	0,35-0,40 0,20-0,25 0,30-0,55 0,30-0,35	0,05-0,10 0,05-0,08 0,09-0,16 0,08-0,15	0,08-0,15 0,06-0,12 0,06-0,17 0,17-0,40

 

Примечание: чем выше содержание элемента питания в почве, тем ниже коэффициент необходимо использовать.

 

Коэффициенты использования NРК культурами из удобрений (К_у)

 

Культуры	N	Р2О5	К2О
Озимые зерновые Яровые зерновые Зернобобовые Пропашные, травы	0,55-0,85 0,60-0,75 0,50-0,80 0,50-0,80	0,15-0,40 0,25-0,40 0,30-0,45 0,25-0,35	0,55-0,95 0,60-0,70 0,70-0,80 0,85-0,95

 

В заключение раздела 4 приводится таблица 5 с последующим ее выводом.

 

5. Оценка продуктивности культуры по биоклиматическому потенциалу

 

Потенциальная урожайность по приходу ФАР	Действительно возможная урожайность по запасам влаги	Урожайность по эффективному плодородию почв	Планируемая урожайность, ц/га	Фактическая урожайность в хозяйстве, ц/га
Убиол, ц/га	Утов, ц/га	Убиол, ц/га	Утов, ц/га	N	Р2О5	К2О

 

5. Рекомендуемая технология возделывания планируемой урожайности культуры

 

5.1. Место в севообороте

 

Приводится схема одного из севооборотов, где размещается изучаемая культура, и дается оценка чередования культур (по каждому полю). Также необходимо дать общую характеристику предшественников для изучаемой культуры, описать лучшие, допустимые и недопустимые предшественники.

 

5.2. Система внесения удобрений

 

На основании литературных данных необходимо показать роль удобрений в повышении урожайности культуры. Излагается система удобрений изучаемой культуры и приводятся выводы о научной обоснованности сроков, способов и норм внесения удобрений под заданную урожайность культуры. Нормы внесения удобрений приводятся соответственно расчетам в подразделе 4.5. Заполняется таблица 6.

 

6. Система внесения удобрений под культуру

(органические удобрения_____т/га, N____Р____К____кг/га д.в.)

 

Показатели	Основное	Предпосевное	Рядковое	Подкормки
Сроки внесения
Формы удобрений
Нормы NРК, кг/га д.в.
Технические средства
Качество внесения

 

 

5.3. Обработка почвы

 

Отдельно излагаются приемы зяблевой и предпосевной обработки почвы. Указываются и обосновываются виды работ, сроки, глубина, качество и применяемые технические средства. Заполняется таблица 7.

 

7. Система обработки почвы под культуру

 

Способ обработки	Вид обработки	Календарные сроки	Глубина, см	Технические средства	Цель обработки

 

 

5.4. Подготовка семян к посеву (посадке)

Подчеркнуть влияние качества семенного (посадочного) материала на урожайность, указать требования ГОСТа к семенам, разработать мероприятия по подготовке семян к посеву (посадке), заполнить таблицу 8.

 

 

8. Подготовка семян к посеву (посадке)

 

 

Наименование работ	Цель и задачи приема	Препарат, норма расхода	Технические средства	Агротехни- ческие сроки	Календар- ные сроки	Качество выполнения
Сортирование
Калибровка
Воздушно- тепловой обогрев
Протравливание
Световое проращивание

 

 

5.5. Посев (посадка) культуры

На основании биологических особенностей культуры установить оптимальные сроки, способы посева, норму высева, глубину заделки семян, указав при этом технические средства. Заполнить таблицу 9.

 

9. Качественные и количественные показатели посева культуры

 

Календар- ный срок	Агротех- нический срок	Способ посева	Норма высева, кг/га, ц/га	Площадь посева, га	Требуется семян на всю площадь, т	Глубина посева, см	Техничес- кие средства

 

 

5.6. Уход за посевами

Агротехнические мероприятия по уходу за посевами необходимо запланировать согласно требованиям культуры, ее биологическим и морфологическим требованиям. Заполняется таблица 10.

 

10. Мероприятия по уходу за посевами культуры

 

 

Наименование работ	Календарные сроки	Агротехнические сроки (фаза роста)	Препарат, норма расхода	Глубина обработки, см	Технические средства

 

 

5.7. Уборка, послеуборочная доработка

 

Сроки и способы уборки должны быть установлены с учетом физиологического состояния растений, особенностей их созревания, погодных условий. Указывается весь цикл технологии уборки, и излагаются организационно-хозяйственные мероприятия, применяемые в хозяйстве в целях своевременной уборки урожая и последующей доработки продукции. Заполняется таблица 11.

 

11. Уборка урожая культуры

 

Способ уборки	Наименование работ	Сроки проведения	Технические средства	Качественные показатели
календарные	фаза роста (спелости)