СР 2. Визначення потенціалу поля, встановлення можливої урожайності за рівнем родючості ґрунту

1. Родючість ґрунту і реальна господарська врожайність

Реальну господарську врожайність розраховують за даними показників структури врожаю, що зібрані у попередні роки. Загальновідомо, що величина врожаю зернових залежить від двох найголовніших показників - густоти продуктивного стеблостою і маси зерна із суцвіття.

 РГВ=Г- М • 10000:100000 = Г - М,

де РГВ - реальна господарська врожайність, ц/га;

Г- густота продуктивного стеблостою, шт/м2;

М - маса зерна з одного колоса, Г;

10000 - коефіцієнт перерахунку з 1м2 на 1 га;

100 000 - коефіцієнт перерахунку з г/га у ц/га.

Для ресурсоощадної технології вирощування озимої пшениці пропонується деталізована формула врожаю; яка охоплює більшість показників структури:

РГВ  = К • КВ • П - 3 • В •<МЗ • КК • КЗ: 100000, ц/га,

де К- коефіцієнт кущіння;

КВ - коефіцієнт висіву, млн/га;

П- польова схожість, %;

З - зимостійкість, %;

В- виживання за весняно-літній період, %;

МЗ - маса зернівки, г;

КК- кількість колосків у колосі, шт;

КЗ - кількість зерен у колоску, шт.

Підставивши значення показників формули, що одержані дослід­ним шляхом, одержимо:

РГВ = 3 • 3 • 85 • 95 • 90 • 0,03 • 18 • 2 :100000 = 70,6 ц/га.

Урожайність буде зростати, якщо з допомогою агротехніки збільшувати значення складових компонентів формули. Для при­кладу, збільшення кількості зерен у колоску (КЗ) з двох до трьох підвищить урожайність до 106ц/га. Виняток складає тільки ко­ефіцієнт висіву (КВ), збільшення якого обов'язково спричинить загущення посівів і зменшення кущіння, виживання, продуктив­ності колоса. Максимальні значення польової схожості (П), зимостійкості і виживання при вирощуванні за ресурсоощадною технологією мають бути в межах 80-100 %. Продуктивність колоса і густота продуктивного стеблостою теж взаємопов'язані, тобто збільшення одного з них передбачає зменшення іншого. Необхід­но встановити оптимальне поєднання величини структур­них елементів.

Пропонована формула дає реальне бачення картини, від чого зале­жить урожайність озимої пшениці. Вона може бути використана при математичному моделюванні і програмуванні врожаю та ін. З допо­могою неї під запрограмований урожай легко вирахувати необхідну величину того чи іншого елементу структури. Розраховані таким чи­ном цифри рівні тим, що одержані шляхом польових досліджень.

Ґрунт як фактор формування врожаю

 Принциповою відміною ґрунту від будь-якого іншого середовища є саме родючість. Ґрунтова родючість володіє певною динамікою. В різних умовах родючість ґрунту може як погіршуватися, так і поліпшуватися. При раціональному користуванні ґрунт проявляє таку свою властивість, як незношуваність. Значно виразнішою динамікою порівняно із ґрунтом характеризуються природнокліматичні умови. Основними природними чинниками, які впливають на ріст і розвиток рослин, є гідротермічні умови, які дуже мінливі не лише протягом року, але можуть сильно варіювати в межах доби.

У свою чергу відносна продуктивність визначається як відношення врожайності у нинішній момент часу до максимальної врожайності. Однією з основних і трудомістких задач є визначення вимог рослин до умов зовнішнього середовища. Багаторічні дослідження різних учених до абсолютно різних умов зовнішнього середовища дають приблизно один і той же принцип залежності продуктивності рослин від умов середовища. Координатні осі, в яких будуються такі криві, наступні: вісь абсцис - величина чинника зовнішнього середовища, вісь ординат - диференціальна характеристика росту і розвитку рослини (інтенсивність приросту урожаю і т.п.). Побудовані в таких координатах криві мають куполоподібний вигляд практично для всіх чинників зовнішнього середовища.

Принциповою відміною ґрунту від будь-якого іншого середовища є саме родючість. В ґрунті умови життя рослин представлені в оптимальному поєднанні. Вагомий вплив на родючість мають природно-кліматичні умови. Ґрунтова родючість володіє певною динамікою. В різних умовах родючість ґрунту може як погіршуватися, так і поліпшуватися. При раціональному користуванні ґрунт проявляє таку свою властивість, як незношуваність. Значно виразнішу динаміку, порівняно із ґрунтом, мають природно-кліматичні умови. Основними природними чинниками, які впливають на ріст і розвиток рослин, є гідротермічні умови, які дуже мінливі не лише протягом року, але можуть сильно варіювати в межах доби.

Тобто, відносна продуктивність для i-того моменту часу є функцією, залежною від основних життєво важливих чинників:

  
де: Sзаг. - відносна продуктивність в i-тий момент часу з урахуванням температурного, водного і поживного режимів; St - відносна продуктивність в i-тий момент часу залежно від температурного режиму, при оптимальному значенні водного і поживного режимів; Sw - відносна продуктивність в i-тий момент часу залежно від водного режиму, при оптимальному значенні теплового і поживного режимів; Sp- відносна продуктивність в i-тый момент часу залежно від поживного режиму, при оптимальному значенні водного і теплового режимів.

У свою чергу відносна продуктивність визначається як відношення врожайності у нинішній момент часу до максимальної врожайності.

U, Umax - поточна і максимальна врожайність.

Однією з основних і трудомістких задач є визначення вимог рослин до умов зовнішнього середовища. Багаторічні дослідження різних учених до абсолютно різних умов зовнішнього середовища дають приблизно один і той же принцип залежності продуктивності рослин від умов середовища. Координатні осі, в яких будуються такі криві, наступні: вісь абсцис - величина чинника зовнішнього середовища, вісь ординат - диференціальна характеристика росту і розвитку рослини (інтенсивність приросту урожаю і т.п.). Побудовані в таких координатах криві мають куполоподібний вигляд практично для всіх чинників зовнішнього середовища.

Вимоги рослин до водного режиму ґрунтів

В рослинах вода знаходиться в різних формах. За ступенем рухливості і участі у фізіологічних процесах розрізняють: конституційну, або хімічно зв'язану воду; гідратаційну, що включає капілярнозв’язану і колоїднозв’язану воду; резервну, ту що заповнює міжклітинники і вакуолі; інтерстиціальну, виконуючу транспортні функції в провідних шляхах. Усі форми води знаходяться в тісній взаємодії між собою. За період вегетації рослина витрачає велику кількість води. Причому більше 80% води не засвоюється рослиною, а йде на транспірацію. Інтенсивність транспірації за час вегетаційного періоду залежить від будови листка рослини, вологості ґрунту, погодних умов. Співвідношення між надходженням води в рослину і витратою її на транспірацію та утворення органічної речовини називається водним балансом рослин. Якщо надходження води в рослини менше її витрати, рослини в'януть. Одним з основних джерел водопостачання рослин є ґрунт.
Кількість води в ґрунті характеризується двома величинами:
Вологість ґрунту - це відношення маси води в певному об'ємі ґрунту до маси сухого ґрунту, яке виражається відсотками (масова вологість) або відношення об'єму води до об'єму ґрунту, яке виражається в частках об'єму або відсотках (об'ємна вологість).

w = dv х wm

w- об'ємна вологість, wm- масова вологість, dv - щільність ґрунту.

Запаси води - кількість води в шарі ґрунту, яку виражають в м3 води на 1 га або в мм шару води. Наявність вологи в ґрунті ще не значить, що вона може бути використана рослинами. Різні процеси, які протікають на межах рідкої, твердої і газоподібної фаз, призводять до того, що на ґрунтову вологу діють різні своєю природою сили. За ступенем зв'язності і доступності для рослин ґрунтова волога ділитися на декілька категорій (рис. 1), з різними механізмами пересування.

Дифузний механізм - характеризує таку вологість ґрунту, при якому вода може пересуватися тільки в пароподібному стані.

Рис.  Ступені зв’язності й доступності для рослин ґрунтової вологи

МГ (максимальна гігроскопічність) - це гранична кількість гігроскопічної вологи, яка може бути поглинена ґрунтом із повітря при відносній вологості повітря 100%.

Гігроскопічна волога нерухомо утримується на поверхні твердих частинок, недоступна рослинам, оскільки вбирна сила коренів не може подолати сил поверхневого тяжіння. Орієнтовно МГ складає: для піщаних ґрунтів < 1% об'єму; легкосуглинкових - 2-3 %, середньосуглинкових - 3-5 %, важкосуглинкових - 5-10 %, глинистих - 10-20 %.

Плівковий механізм - плівкове пересування води по поверхні сорбованої води. Плівкова вода утворюється на поверхні твердих частинок при збільшенні вологості ґрунту понад МГ. Плівкова вода може пересуватися через різницю температур, концентрацій і вмісту вологи. Швидкість пересування плівкової води вкрай мала.

ВВ (вологість в’янення) - таке значення вологості ґрунту, при якому рослини припиняють свою життєдіяльність, навіть якщо в подальшому їх помістити в сприятливі умови. В’янення рослини настає тоді, коли відбір води коренями становитиме менше її витрати на транспірацію. Всисна сила коренів різних рослин неоднакова, неоднакова, і відповідно величина вологості в’янення коливається в певних межах. Орієнтовно ВВ складає: для піщаних ґрунтів - 4-6 % об’єму; супіщаних - 6-12 %, суглинкових - 12-22 %, глинистих - 22-32 %.

Приблизно ВВ= 1.5 МГ.

Плівково-менісковий механізм - вода пересувається від меніска до меніска крізь водну плівку завдяки різній кривизні менісків, а також під впливом температур (від більш високої до більш низької).

ММВ (максимальна молекулярна вологоємність) - найбільша кількість гігроскопічної і плівкової вологи.

В інтервалі від ВВ до ММВ рослини можуть засвоювати ґрунтову вологу, але вона є важкодоступною через малу рухливість в ґрунті.

Капілярний механізм - пересування води ґрунтовими капілярами.
НВ (якнайменша вологоємність) - кількість вологи, яка залишається в однорідному ґрунті при глибокому заляганні ґрунтових вод після рясного зволоження і витікання води з крупних пор. Орієнтовно НВ складає: для піщаних ґрунтів - 60%, для глинистих ґрунтів - до 75%.

Капілярна вода легкодоступна рослинам.

Гравітаційний механізм - коли ґрунт не може утримати весь запас води і зайва вода під впливом сили тяжіння великими (некапілярними) проміжками стікає в нижні шари.

ПВ (повна вологоємність) - такий стан, коли всі або майже всі пори ґрунту зайняті водою.

Таблиця  Вимоги окремих культур до водного режиму 

Вода в проміжку від НВ до ПВ є надмірною для рослин, оскільки за такої її кількості рослина потерпає від недоліку в кисні. Окремі вимоги до водного режиму для різних культур наведені в таблиці.

Вимоги рослин до теплового режиму ґрунтів

Рослина є термодинамічною системою, тобто тілом, відокремленим від навколишнього середовища оболонками. Температура рослини залежить від теплообміну з навколишнім середовищем і від біохімічних процесів, які відбуваються в ній, причому у окремих її частинах температура неоднакова. До певних меж рослина може регулювати свою температуру, наприклад, змінюючи транспірацію. В процесі росту і розвитку рослина акумулює енергію, тому воно потребує постійного притоку енергії ззовні. Для кожної фази розвитку вимоги рослин до теплового режиму різні. Всі процеси, які відбуваються в рослині і впливають на її ріст, потребують певного діапазону температур. При температурі біля нуля видимі прояви життя рослин припиняються або сильно сповільнюються. З підвищенням температури життєві процеси активізуються. Під час переходу температури через оптимальне значення в рослині починає переважати розпад нестійких сполук, розвиток її сповільнюється. При підвищенні температури до граничного значення порушується метаболізм і рослина гине.

Вимоги рослин до температурного режиму характеризуються так званими кардинальними точками. Ці точки фіксують екстремальні значення температур - мінімальної (t min), максимальної (t max) і найсприятливішої (t opt) - для розвитку рослин. При екстремальних значеннях t min і t max всі процеси в рослині сповільнюються настільки, що при подальшому підвищенні або пониженні температури вони повністю припиняються. Слід зазначити, що припинення росту рослини ще не спричиняє її загибелі, летальні точки для життя рослин розташовані дещо нижче t min і t max. Приблизні значення температури і кардинальні точки для різних рівнів продуктивності показані на рисунку 

1 - зона активної вегетації, в якій максимально реалізується життєвий потенціал рослин і досягається максимальна продуктивність; 2 - зона адаптації до низьких і високих температур. При цьому рослини не ушкоджуються, але набувають стійкості до цих температур. При поверненні в зону активних температур ознаки адаптації зникають; 3 - зона пошкодження низькими і високими температурами. В цих умовах руйнуються структури окремих клітин, тканин і органів.

Рис.  Приблизні значення температури і кардинальні точки для різних рівнів продуктивності

Окремі вимоги до теплового режиму для різних культур наведені в табл.

Таблиця  Вимоги до теплового режиму різних культур

Математичні моделі залежності продуктивності рослин від умов середовища

Залежність продуктивності рослини від чинників зовнішнього середовища може бути описана різними функціями. Одним із можливих варіантів такого опису є модель професора В.В. Шабанова. Модель записана у вигляді звичайного диференціального рівняння, параметрами якого є функції етапів розвитку рослини. Так, для i-го моменту часу зміну відносної продуктивності Si від умов зовнішнього середовища (фактора) можна записати у вигляді:

де k – коефіцієнт; φopt - оптимальне значення j -го фактора в i- ий момент часу;

φmin і φmax - відповідні функції від а1 і а2;

 S=U/Umax;

U, Umax - поточна і максимальна врожайність.

Ця залежність дозволяє отримати межі екологічної ніші при різних рівнях S. Для двох чинників така ніша може бути обкреслена еліпсом, а в тривимірному - еліпсоїдом. Так, наприклад, при розгляді як змінних водного (W) і теплового (t) факторів залежність можна представити у вигляді куполоподібної фігури (мал. 17). Вона побудована на наступних осях: апліката - ступінь оптимальності, в даному випадку виражається через відносну продуктивність; абсциса - водний чинник, в даному випадку продуктивні вологозапаси в ґрунті; ордината - тепловий чинник, в даному випадку температура ґрунту.