Расчет действительно возможной урожайности

Уровень КОУ может быть достигнут только на хорошо окультуренных почвах. При одних и тех же метеорологических условиях на полях с низким агрофоном урожаи, естественно, будут ниже. Категория ДВУ вводится именно с целью учета фактора реального плодородия поля и его варьирования от одного поля к другому.

Для определения ДВУ можно использовать соотношение

ДВУ=К_ПКОУ, (8.37)

где К_П – коэффициент благоприятствования условиям возделывания данной культуры на конкретном поле (К_П≤1).

Коэффициент К_П может рассматриваться как некоторая функция элементов почвенного плодородия, таких как механический состав, содержание гумуса, кислотность, запасы доступных форм калия и фосфора, почвенно-гидрологические характеристики и др. Кроме того следует рассматривать такие характеристики, как особенности микроклимата, засоренность, пространственную вариабельность агрохимических и агрофизических почвенных параметров, положение в ландшафте и другие природные факторы.

В первом приближении К_П можно принять равным Б (Б – бонитет, выраженный в долях единицы). При таком допущении расчет ДВУ ведется по формуле:

ДВУ=Б КОУ. (8.38)

 

8.9.3.6. Выбор уровня планируемой урожайности

Как уже отмечалось, ПУ, КОУ и ДВУ являются агроэкологическими категориями продуктивности, зависящими от особенностей выращиваемой культуры и почвенно-климатических факторов. В отличии от них ПрУ – категория хозяйственно-экономическая. Это – урожайность, на достижение которой ориентирована агротехнология.

Можно представить себе несколько подходов к обоснованию уровня ПрУ. Первый и, казалось бы, наиболее естественный – принять величину ПрУ равной ДВУ. Однако при этом возникает трудность принципиального характера: из-за неопределенности погодных условий, которые складываются в период вегетации, рассчитать заранее (еще в предпосевной период), каким будет ДВУ в данном году, не представляется возможным. Принимая во внимание особенности весны, например, условия весеннего увлажнения, и располагая долгосрочным метеорологическим прогнозом, в лучшем случае можно оценить вероятности различных значений ДВУ. При этом сразу встает вопрос, на какую вероятность ДВУ следует рассчитывать, планируя агротехнологию? Обычно рекомендуют ориентироваться на средние многолетние условия, однако сколько-нибудь убедительно обосновать эту рекомендацию весьма трудно. Недостатком такого подхода является и то, что, приравнивая уровень ПрУ к ожидаемому ДВУ, по существу, игнорируют экономическую сторону дела. Хорошо известно, что максимальные урожаи практически никогда не являются самыми выгодными в экономическом отношении и критерий «максимальный урожай любой ценой», конечно, не может быть положен в основу разумной системы хозяйствования.

На отыскании оптимального варианта построена вероятностная методика выбора ПрУ, предложенная Е.Е.Жуковским (45). Она учитывает случайный характер и климатическую изменчивость ДВУ, ценность производимой сельскохозяйственной продукции и затраты на агротехнологию, которые, как и ДВУ, могут меняться от одного поля к другому. Результатами расчетов являются некоторый экономически обоснованный уровень урожая, на который целесообразно ориентироваться при разработке агротехнологий, и вероятности получения урожаев различных уровней. Соответствующие вероятности, в частности, могут быть представлены в виде ряда обеспеченности:

 

y′, т/га	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0
P (y≥y′), %

 

Здесь y′ – планируемый уровень урожая, т/га; P (y≥ y′) – вероятность того, что ожидаемый урожай y при выбранном уровне ПрУ будет ниже y′.

Найденные вероятности рассчитываются на начало вегетационного периода и в дальнейшем могут оперативно корректироваться с учетом складывающихся метеорологических условий. Создание такой динамической модели вероятностного прогноза является важной задачей. Таким образом, развиваемый подход предполагает не только обоснование уровня урожаев, в расчете на который должна строиться агротехнология, но и позволяет определить, какие урожаи и с какой вероятностью будут повторяться при конкретно выбранном уровне ПрУ.

В соответствии с разработанной вероятностной методикой расчет ПрУ может быть произведен по формуле

ПрУ= _ДВУ+t₀σ_ДВУ, (8.39)

где ПрУ – экономически оптимальный уровень ПрУ; _ДВУ и σ_ДВУ – среднее многолетнее значение и среднее квадратическое отклонение ДВУ; t₀ – безразмерный параметр, выбираемый в соответствии с хозяйственно-экономическим параметром k:

 

k	1/20	1/10	1/5	1/3	1/2
t0	1,67	1,34	0,97	0,63	0,43		-0,43	-0,63	-0,97	-1,34	-1,67

 

Величины _ДВУ и σ_ДВУ в первом приближении могут быть найдены с помощью соотношений:

_ДВУ=К_{Э КОУ} (8.40)

σ_ДВУ=К_Э σ_КОУ (8.41)

где _КОУ и σ_КОУ – среднее значение и среднее квадратическое отклонение КОУ; К_Э – эмпирический коэффициент, характеризующий плодородие сельскохозяйственного поля, для которого ведется расчет ПрУ.

Для нахождения коэффициента К_Э необходимо знать, какие хозяйственно-экономические потери А₁ возникают в случае, когда ДВУ конкретного года оказывается ниже выбранного уровня ПрУ, и какие потери А₂ имеют место в противоположном случае, т.е. когда ДВУ превышает уровень ПрУ. В первом случае потери обусловливаются непроизводительным расходом антропогенных ресурсов, а во втором – снижением урожая, который в принципе (по сложившимся метеорологическим условиям) мог быть достигнут, но эта возможность осталась нереализованной, так как агротехнические мероприятия планировались на более низкую продуктивность. Коэффициент К_Э – это отношение А₁/А₂.

Точное определение величин А₁ и А₂ и по ним – К_Э предполагает проведение детального экономического анализа. В перовом приближении однако, для этого может быть использован более грубый подход, суть которого состоит в привлечении метода экспертных оценок. Задача упрощается, поскольку на самом деле оценивать надо не абсолютные величины А₁ и А₂, а их отношение.

Из приведенных формул и по значениям t₀ видно, что оптимальный уровень ПрУ, рассчитанный на вероятностной основе, т.е. с учетом статистических характеристик ДВУ, как правило, не будет совпадать со средним многолетним значением ДВУ. В тех случаях, когда К_Э меньше 1, ПрУ должен устанавливаться выше среднего ДВУ, а при К_Э больше 1, наоборот, ниже его. Рассчитав ПрУ, можно определить, какова вероятность того, что при полном соблюдении агротехнологии фактические урожаи будут не ниже планируемых по формулам, приведенным ниже.

Если необходимой для указанных расчетов информации нет, за величину ПрУ может быть принято среднее многолетнее значение ДВУ, т.е. в этом случае предполагается, что ПрУ равно _ДВУ.

Определение планируемого урожая проводится исходя из стоимостных характеристик получаемой продукции, затрат на ее производство, а также с учетом климатической повторяемости различных уровней ДВУ, т.е. на вероятностной основе.

Учитывая сказанное, можно сформулировать две наиболее важные задачи. Первая сводится к определению обоснованного уровня программируемого урожая, вторая – к определению статистических характеристик ожидаемого урожая при выбранном уровне планируемого (45).

 

8.9.3.7. Региональная практика расчета планируемой урожайности

Рассмотренная методология планирования урожайности должна базироваться на результатах многолетних многофакторных экспериментов по изучению урожайности культур и сортов при различных уровнях интенсификации производства, полученных в конкретных почвенно-климатических условиях зональными научно-исследовательскими и опытными учреждениями (ВУЗы, НИИ, сельскохозяйственные опытные станции, проектно-изыскательские центры и станции Агрохимслужбы, Госсортоучастки).

В средней полосе и на юге РФ урожайность лимитируется дефицитом влаги, а в более северных районах – тепла.

Если в первом минимуме оказывается тепло, то действительно возможную урожайность определяют по величине биоклиматического потенциала (БКП) и биогидротермического показателя, которые учитывают взаимосвязь тепла и влаги через коэффициент увлажнения и радиационный баланс посевов по формуле А.М. Рябчикова:

У_дв = (22 × ГТП – 10) × К_m, (8.42)

где ГТП – гидротермический показатель, балл; К_m – коэффициент хозяйственной эффективности урожая (доля основной продукции в биомассе при стандартной влажности).

ГТП определяют по формуле:

ГТП = 0,46 × 0,2453 × T × W : R, (8.43)

где Т – период вегетации культуры, декады; W – запасы продуктивной влаги за период вегетации культуры, мм; R – радиоционный баланс за период вегетации культуры, составляет примерно 52% интегральной радиации кДж/см².

При дефиците влаги, например в Центрально-Черноземном регионе, У_дв определяют по формуле:

У_дв = 100 ´ W ´ K_m : K_w , (8.44)

где W – количество продуктивной влаги, мм; К_w – коэффициент водопотребления; К_m – коэффициент хозяйственной эффективности урожая при стандартной влажности.

Ввиду неравномерного выпадения осадков по территории, расчет У_дв по влагообеспеченности посевов проводят дифференцировано для каждого хозяйства и поля с учетом улучшения накопления влаги и экономного расходования ее. Например, надо иметь в виду, что в нижней трети склона содержание влаги в почве на 15-30 % больше, чем на возвышенных участках и т.п..

Количество продуктивной влаги, используемой растениями на формирование урожая (W), определяют по формуле:

W = W₀ + Р ´ α + W_г – W_у , (8.45)

где W₀ – запасы продуктивной влаги в метровом слое почвы на момент посева однолетних и возобновления вегетации многолетних культур, мм; Р – количество осадков, выпадающих за период вегетации культуры, мм; α – коэффициент полезного использования осадков; W_г – количество влаги, поступающей из грунтовых вод; W_у – запасы влаги на момент уборки урожая, мм.

Для расчетов используют справочные и фактические материалы с ближайшей метеостанции. Запасы продуктивной влаги зависят от типа почвы, ее гранулометрического состава и содержания органического вещества в ней, рельефа местности и уровня залегания грунтовых вод.Известно, что осадки не полностью используются растениями. Часть влаги теряется за счет стока талых и ливневых вод с полей, имеющих значительный уклон, особенно, если они не заняты растениями. Коэффициент полезного использования осадков (α) зависит от культуры, зоны выращивания, уклона, особенностей почвы и др. и колеблется от 0,4 до 0,9. Для озимых культур этот показатель равен 0,7–0,9, яровых зерновых – 0,8–0,9 и для пропашных – 0,7–0,8. На тяжелых по гранулометрическому составу почвах и на склонах α снижается.

Использование растениями грунтовых вод возможно, если они располагаются на глубине до 1,5-3 м. При этом условии на средних и тяжелых почвах растения могут использовать из них до 20-40 % общего количества потребляемой влаги. Эффективнее используют грунтовые воды культуры с глубокой корневой системой (многолетние травы, сорго, кукуруза, суданская трава, подсолнечник и др.). Степень использования грунтовых вод зависит от глубины их залегания, гранулометрического состава почвы и глубины проникновения корней. На суглинистых почвах пшеница, ячмень, овес используют грунтовые воды при глубине до 2 м, кукуруза – до 2,5 м, люцерна – до 4 м. С глубины 1 м они используют соответственно 2900; 4700; 5900 м³/га, с глубины 2 м – 200; 1000; 2600, с глубины 2,5 м – 0; 500; 1000 и с глубины 3 м – 0; 0; 160 м³/га.

Растения используют не всю влагу, часть ее остается в почве после созревания и уборки. Ее необходимо исключить из запаса продуктивной влаги.

Коэффициент водопотребления (K_w) – количество влаги, израсходованное на транспирацию и непродуктивное испарение из почвы при создании единицы биомассы урожая. K_w изменяется в зависимости от культуры, сорта, плодородия почвы, погодных условий и агротехнологий. Чем выше плодородие и технологии, тем меньше K_w. В засуху увеличивается непроизводительный расход влаги на испарение. Правильное применение удобрений и оптимальная густота стеблестоя способствуют экономному расходу влаги, снижают K_w. Подставив значение W в формулу расчета Удв получаем более полное ее выражение:

Удв = 100 ´ (W₀ + Р ´ α + W_г – W_у) ´ K_m : K_w (8.46)

Погодные условия конкретных лет не всегда совпадают со среднемноголетними. Даже при их совпадении в отдельные отрезки вегетационного периода эти условия могут сильно отличаться, что влечет за собой ежегодные колебания урожайности при одном и том же уровне плодородия и агротехнологий. Чтобы правильно строить хозяйственную деятельность, земледельцу необходимо знать возможные колебания урожайности по годам и критический период развития растений, в который они наиболее чувствительны к недостатку влаги. Для зерновых культур (пшеница, рожь, тритикале, ячмень, овес) критическим по отношению к влаге является период от выхода в трубку до колошения, кукурузы – цветение-молочная спелость, сорго и просо – выметывание метелки, бобовых – цветение-начало плодообразования, гречихи и крестоцветных – цветение, подсолнечника – образование корзинок-цветение, картофеля – цветение-формирование клубней. Уменьшить риск отрицательного влияния неблагоприятных погодных условий можно выбором срока, способа и густоты посева, удобрений и т.д.

Для яровой пшеницы в Западной Сибири расчет У_дв проводят по формуле:

У_дв = (З + П) / К, (8.47)

где У_дв – планируемая урожайность, ц/га;

З – запас продуктивной влаги в метровом слое почвы перед посевом, мм;

П – сумма осадков за июнь и июль по среднемноголетним данным, мм;

К – коэффициент потребления влаги пшеницей на 1 ц зерна, мм.

8.70. Нормативные параметры для расчета планируемой урожайности по влагообеспеченности для разных зон Новосибирской области

Зона	Запас продуктивной влаги в метровом слое почвы при наименьшей влагоемкости, мм	Среднемноголетние осадки за июнь -июль, мм	Всего ресурсов влаги, мм	Коэффициент водопотребления при различных уровнях интенсификации технологий, мм/ц	Планируемая урожайность по влагообеспеченности при различном уровне обеспеченности средствами интенсификации, ц/га
Нормальная технология	Интенсивная технология
Нормальная технология	Интенсивная технология
Степь	100-170		190-260	11,0	9,5	17-23	20-27
Южная лесостепь	130-190		130-190	10,0	8,0	23-29	29-36
Северная лесостепь Барабы	140-220		245-325	9,0	7,5	27-36	33-43
Северная лесостепь Приобья	170-220		280-330	8,5	7,0	33-39	40-47

 

8.9.4. Разработка структурных моделей посевов сельскохозяйственных культур с учетом предшественников и планируемой урожайности при различных уровнях интенсификации агротехнологий

Для поэтапного (по элементам продуктивности) формирования запланированного уровня урожайности той или иной культуры сначала нужно составить модель ее посева (соотношение элементов продуктивности), реализация которой (с неизбежной корректировкой в процессе вегетации) обеспечит достижение плановой урожайности.

Полностью реализовать запрограммированную модель посева (урожая), разумеется, вряд ли возможно, поскольку каждый из элементов урожайности очень сильно варьирует в зависимости от постоянно меняющихся условий жизни растений. Тем не менее такие модели имеют важное значение для определения оптимальных норм высева семян (коэффициента высева), а также для управления формированием каждого последующего элемента урожайности, исходя из уровня развития предыдущих элементов.

Урожайность – произведение двух сомножителей – числа растений (или колосьев) на единице площади и средней продуктивности одного растения (или колоса). Причем величины этих основных элементов урожайности, в свою очередь, представляют собой произведение других сомножителей, величины которых очень сильно колеблются в зависимости от условий и, как правило, находятся друг с другом во взаимокомпенсационной зависимости. Например, с увеличением числа растений на площади уменьшается их кустистость и выживаемость, снижается средняя продуктивность растений и т. п. Эта связь выражена формулой М.Т. Савицкого:

У = Р × З × А : 10000 , (8.48)

где У – урожайность зерновой культуры, ц/га; Р – число продуктивных колосьев (метелок) к уборке, шт./м²; З – число зерен в колосе (метелке); А – масса 1000 зерен при стандартной влажности, г.

Число продуктивных колосьев (метелок) к уборке (Р) пропорционально числу высеянных на той же площади зерен (М – в млн. шт./га), хозгодности семян (Х, %), полевой всхожести семян (П, %), выживаемости растений к уборке (В, %) и продуктивной кустистости (К):

Р = М × Х × П × В : 10000

Подставив значение Р в предыдущую формулу, получим:

У = М × Х × П × В × К × З × А : 10⁸, (8.49)

Для зернобобовых и капустных культур:

У = М × Х × П × В × Б × С × А : 10⁸, (8.50)

где Б – среднее число бобов (стручков) на растении; С – число семян в 1 бобе (стручке). Остальные обозначения те же, что и в предыдущей формуле.

На основании этой формулы, зная уровень запланированной урожайности, можно определить значение любого из сомножителей. Эта формула позволяет рассчитать структурную модель посева, используя при этом реальные (варьирующие в допустимых пределах) элементы урожайности. Число зерен или семян на растении зависит от продуктивной кустистости растения (К) и числа зерен в 1 соцветии (Ч):

З = К × Ч – у зерновых культур;

З = Б × С – у зернобобовых и капустных культур.

Для клубнеплодных культур:

У = Р × К_л × М : 10⁶, (8.51)

где Р – число растений (кустов) к уборке, шт./м²; К_л – число клубней на 1 растении (кусте), штук; М – средняя масса 1 клубня, г.

Для корнеплодных, бахчевых, кормовых культур:

У = Р × М :10, (8.52)

где Р – число растений к уборке, шт./м²; М – средняя масса одного корнеплода (растения), г.

 

Абсолютно точно предвидеть ход формирования каждого элемента урожайности по мере вегетации посева нельзя. Но, ведя учет элементов урожайности в процессе роста (органогенеза) растений и сверяя с запрограммированной моделью, можно в определенной мере регулировать процесс органогенеза (формирование элементов урожайности). Аналогичные модели следует составлять для всех культур (таблицы 8.71.-8.75).

Оптимальные величины и диапазон варьирования элементов урожайности высокопродуктивных посевов различных культур лучше всего брать из научных отчетов ближайших к хозяйству научных учреждений. Для ЦЧО примерные модели посевов озимой пшеницы, посеянной по разным предшественникам, показана в таблице 8.71.