СПОСОБ ОЦЕНКИ УРОЖАЙНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ Российский патент 2006 года по МПК A01G7/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к области научных исследований при оценке сельскохозяйственных земель и результатов их использования в сельскохозяйственном производстве.

Известен способ комплексной оценки уровня плодородия. (Методические рекомендации и нормативные материалы для разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия юга Средней Сибири - Абакан. 2003. - С.8-9). Данный способ имеет потенциальную возможность для оценки урожайности, и сущность его выражается следующими двумя формулами:

где ПОРП_i - обобщенный показатель обеспеченности ресурсами плодородия;

Hp_i - i-тый параметр плодородия, который вычисляется по нижеприведенной форме;

n - число показателей плодородия.

где P_mi - минимальное значение i-го показателя плодородия почвы;

P_oi - оптимальное значение i-го показателя плодородия;

P_ti - текущее значение i-го показателя плодородия;

A_i - корректирующий коэффициент.

Достоинством предложенного способа является возможность оперировать с необходимым количеством факторов, однако ее реализация на принципе простого суммирования эффектов от различных факторов не точно отображает происходящие процессы. Также к увеличению погрешности приводят следующие недостатки: не учитывается изменение уровня влияния фактора в разные фазы, игнорируется известный факт более высокого влияния лимитирующего фактора, не учитывается изменение факторов во времени.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, прототипом является способ по оценке продуктивности растений в зависимости от лимитирующего фактора жизни растений (Лебедев Н.С. Закон лимитирующего фактора: применение в земледелии // Земледелие. - 1994. - №6 - С.9-11).

Продуктивность растений определяется следующим выражением:

где У - продуктивность растения;

x - фактический параметр (лимитирующий) конкретного фактора жизни растений;

a - оптимальный параметр этого фактора;

b - минимальный или максимальный параметр того же фактора;

А - максимальная продуктивность растений.

Данное техническое решение имеет невысокую точность получаемых результатов по следующим причинам: отсутствие учета влияния любого, не лимитирующего фактора, не учитывается изменение факторов во времени и не учитывается различное влияние отдельных фенофаз на урожайность.

Задача заявленного технического решения - повышение точности и надежности оценок урожайности зерновых культур.

Указанная задача решается тем, что для оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий определяют отношение разницы измеренных текущих и минимальных значений факторов погоды к разнице оптимальных и минимальных значений этих же факторов, при этом устанавливают измерительный период на протяжении вегетационного процесса зерновых культур от начала посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости, разбивают измерительный период на интервалы времени, не превышающие декаду, на данных интервалах времени измеряют средние значения температуры воздуха и влажности почвы, оценку урожайности зерновых культур осуществляют по нижеприведенной формуле

где У - оценка урожайности, ц/га;

У_max.з - максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га;

n - число интервалов времени, входящих в измерительный период;

K_φ - коэффициент, соответствующий фенофазам развития растений;

α₁, α₂ - степень действия факторов погоды;

K - коэффициент, учитывающий отличительное влияние температуры;

W_i - среднее значение влажности почвы на i-том интервале времени, %;

W_min - минимальное значение влажности почвы, обеспечивающее жизнедеятельность растений, %;

W_oi - оптимальное значение влажности почвы на i-том интервале, %;

t_i - среднее значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растений, °С;

t_oi - оптимальное значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что устанавливают измерительный период на протяжении вегетационного процесса зерновых культур от начала посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости, разбивают измерительный период на интервалы времени, не превышающие декаду, на данных интервалах времени измеряют средние значения температуры воздуха и влажности почвы, оценку урожайности зерновых культур осуществляют по нижеприведенной формуле

где У - оценка урожайности, ц/га;

У_max.з - максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га;

n - число интервалов времени, входящих в измерительный период;

K_φ - коэффициент, соответствующий фенофазам развития растений;

α₁, α₂ - степень действия факторов погоды;

K - коэффициент, учитывающий отличительное влияние температуры;

W_i - среднее значение влажности почвы на i-том интервале времени, %;

W_min - минимальное значение влажности почвы, обеспечивающее жизнедеятельность растений, %;

W_oi - оптимальное значение влажности почвы на i-том интервале, %;

t_i - среднее значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растении, °С;

t_oi - оптимальное значение температуры воздуха на i-том интервале, °С;

С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га.

Способ оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий рассмотрим на примере пшеницы. В зависимости от необходимого срока получения оценки урожайности и точности результата выбирают измерительный период в виде части вегетационного процесса и разбивают его на интервалы времени, не превышающие декаду, на которых измеряют средние значения влажности почвы и температуры воздуха. При этом начало измерительного периода остается всегда постоянным и соответствует началу посева, а конец измерительного периода является переменной величиной и в зависимости от вышеоговоренных условий точности и времени до уборки, его устанавливают в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости. Не вошедшую в измерительный период часть вегетационного процесса учитывают введением постоянной С, которая рассчитывается по климатическим данным и может быть определена заранее.

Для каждого интервала времени на базе полученных результатов измерений и предварительно установленных минимальных и оптимальных значений измеряемых величин рассчитывают относительное значение продуктивной влажности почвы и относительное действующее значение температуры воздуха, а также величины суммарной потери урожайности от совместного действия обоих измеряемых факторов. Суммарная потеря урожайности из-за отклонения действительных значений факторов погоды от их оптимальных значений определяется следующим выражением:

Все буквенные обозначения в данной и последующей формулах те же, что и в вышеприведенных формулах. Коэффициент K в данном выражении учитывает отличительный уровень влияния на урожай температуры воздуха. При одинаковом относительном отклонении обоих факторов - влажности и температуры воздуха от их оптимальных значений отклонение температуры воздуха приводит к меньшим потерям урожайности, а именно в соответствии со значением введенного коэффициента K.

Оценку урожайности пшеницы рассчитывают путем взвешенного суммирования промежуточных результатов по каждому интервалу времени в соответствии с нижеприведенной формулой

Весовые коэффициенты K_φ (соответствующие фенофазам развития растений) учитывают различное влияние фенофаз на формирование урожая. Для этого составляется таблица коэффициентов K_φ, где каждой фенофазе ставится в соответствие конкретное значение (допустим, для фенофазы 1 - «Всходы» K_φ=0,7) и номера тех временных интервалов, на протяжении которых реализуется развитие растений данной фенофазы. Все постоянные параметры расчетной формулы для каждой культуры имеют конкретные значения. Для зерновых культур данные параметры находятся в следующих пределах: K_φ=(0,6÷2,0); α₁, α₂=(1,2÷1,4); K=(0,36÷0,39). Наиболее подходящая длительность временного интервала составляет величину в 3-5 дней, часто же используется декада. Максимальная урожайность вычисляется по уравнению предлагаемого способа при использовании реальной урожайности и параметров погоды предыдущего года или нескольких предыдущих лет.

Для пояснения физической сущности предлагаемых вычислительных формул отметим следующее. Из проведенного анализа существующих практических результатов установлено, что отклонение влажности почвы и температуры воздуха от их оптимальных значений приводит к потерям урожайности. А для учета совместного влияния данных факторов погоды необходимо складывать возникающие потери геометрически, как векторы. То есть суммарная потеря урожайности равна корню квадратному из суммы квадратов составляющих потерь. Данный подход согласуется с выводами о действии лимитирующего фактора, что наглядно демонстрируется графическим построением на приведенном чертеже. Из приведенной иллюстрации видно, что суммарные потери П_Σ определяют потери лимитирующего фактора, в данном случае это фактор, имеющий потери П₁. Предлагаемый вариант аналитически описывает не только те случаи, когда один фактор имеет лимитирующее влияние, но и все остальные возможные случаи.

В обоснование реализации задачи заявленного технического решения в виде повышения точности и надежности оценок урожайности зерновых культур следует привести следующие пояснения. Факторы погоды оказывают нелинейное воздействие на продукционный процесс, поэтому использование больших интервалов времени для измерения, на которых значительно проявляется нелинейность, приводит к большим ошибкам. Использование измерительного периода с изменяемой конечной точкой позволяет получать оценку урожайности с необходимым временным запасом до уборки урожая. Но при этом установка конца измерительного периода в более раннюю временную точку приводит к уменьшению точности, так как точные данные погоды учитываются на измерительном периоде, а оставшаяся часть вегетационного процесса оценивается по климатическим данным. В таблице приведены результаты расчета урожайности по предлагаемому способу и фактически полученная урожайность яровой пшеницы по хозяйству Элитное Новосибирского района.

ТаблицаДанные по расчетной и фактической урожайности яровой пшеницыГодРасчетная урожайность, ц/гаФактическая урожайность, ц/га198745,746,3198039,338,2198327,328,3198121,420,8

Для оценки урожайности использовались показатели погоды метеостанции Огурцово Новосибирского района. Измерительный период составлял временной отрезок от фазы посева до фазы восковой спелости. Из приведенной таблицы видно, что учет погодных условий в соответствии с предлагаемым способом позволяет получать оценку урожайности с точностью, обеспечивающей возможность ее использования для научных и производственных целей.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к области научных исследований при оценке сельскохозяйственных земель и результатов их использования в сельскохозяйственном производстве. В способе устанавливают измерительный период на протяжении вегетационного процесса зерновых культур от начала посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости, разбивают измерительный период на интервалы времени, не превышающие декаду, на которых измеряют влажность почвы и температуру воздуха. На базе полученных результатов измерений и предварительно установленных минимальных и оптимальных значений измеряемых величин определяют для каждого интервала времени относительное значение продуктивной влажности почвы и относительное действующее значение температуры воздуха, а также - величины суммарной потери урожайности от совместного действия обоих измеряемых факторов. Данные результаты составляют основу для определения урожайности и позволяют ее вычислить по приведенной формуле. В указанной формуле расчета урожайности реализован разработанный прием по определению совместного действия нескольких факторов на отдельном интервале времени, а окончательную оценку урожайности зерновых культур получают суммированием промежуточных результатов по каждому интервалу. Способ позволяет повысить точность и надежность оценок урожайности зерновых культур. 1 ил., 1 табл.

Способ оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий, включающий определение отношения разницы измеренных текущих и минимальных значений факторов погоды к разнице оптимальных и минимальных значений этих же факторов, отличающийся тем, что устанавливают измерительный период на протяжении вегетационного процесса зерновых культур от начала посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости, разбивают измерительный период на интервалы времени, не превышающие декаду, на данных интервалах времени измеряют средние значения температуры воздуха и влажности почвы, оценку урожайности зерновых культур осуществляют по формуле

где У - оценка урожайности, ц/га;

У_max.з - максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га;

n - число интервалов времени, входящих в измерительный период;

K_φ - коэффициент, соответствующий фенофазам развития растений;

α₁, α₂ - степень действия факторов погоды;

K - коэффициент, учитывающий отличительное влияние температуры;

W_i - среднее значение влажности почвы на i-м интервале времени, %;

W_min - минимальное значение влажности почвы, обеспечивающее жизнедеятельность растений, %;

W_oi -оптимальное значение влажности почвы на i-м интервале, %;

t_i - среднее значение температуры воздуха на i-м интервале, °С;

t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растений, °С;

t_oi- оптимальное значение температуры воздуха на i-м интервале, °С;

С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га.