Расчет климатически обеспеченной урожайности

К основным показателям климата, влияющим на рост и развитие сельскохозяйственных культур, относятся обеспеченность влагой и теплом; они определяются радиационным режимом территорий.

Приход суммарной радиации R и количества продуктивной влаги W за период вегетации зерновых культур по областям и зонам приведены в таблице 8.57

Приход суммарной радиации и количества продуктивной

Влаги за период вегетации зерновых культур

Целесообразно использовать в анализе деление зоны на агроклиматические районы по термическим ресурсам (среднесуточная сумма температур воздуха больше 10°С), длительности безморозного периода и условиям увлажнения.

Поскольку КОУ, согласно определению, характеризует продуктивность посева, которая может быть достигнута при конкретных метеорологических условиях, величина ее может быть рассчитана на основе общего уравнения вида:

КОУ=К_МПУ

где К_М – коэффициент благоприятствования метеорологических условий, который, как правило, меньше 1.

Лимитирующее влияние климата обычно выступает в форме природного ограничения на ресурсы тепла или влаги. В частности, если в рассматриваемом регионе имеет место нехватка воды, то согласно предложению Х.Г.Тооминга (213) расчет КОУ может производиться по формуле

КОУ=(E/E₀) ПУ

где Е и Е₀ – соответственно суммарное фактическое испарение и испаряемость (потенциальное испарение) с поля за период вегетации.

Отношение испаряемости на склонах к испаряемости на равнине существенно зависит от экспозиции и крутизны склона a (град) до 20° и может быть вычислено по формулам:

Таким образом, в данном случае коэффициент благоприятствования метеорологических условий К_М равен отношению Е/Е₀. Суммарное испарение Е представляет собой фактическое количество воды, испарившейся за рассматриваемый интервал времени с поля через поверхность почвы и через растения, а потенциальное испарение, или испаряемость Е₀ – количество воды, которое могло бы испариться с поля в данных метеорологических условиях при неограниченных запасах почвенной влаги.

8.59. Испарение Е (см/мес.) на равнине и со склонов в безморозный

Период

Учитывая основные составляющие водного баланса сельскохозяйственного поля и наличие тесной связи между испаряемостью и радиационным балансом, последнюю формулу можно представить в следующем виде:

КОУ=ПУ(W_Н-W_К+I)/2,4R

где W_Н и W_К – начальные и конечные запасы влаги в почве, мм; I – сумма естественных и искусственных осадков за вычетом стока, мм; R – суммарный за время вегетации радиационный баланс, кДж/см².

Недостатком приведенных соотношений является необходимость предварительной оценки величины ПУ, в результате чего погрешности определения ПУ, вызванные, в частности, неточностью задания потенциального КПД фотосинтеза h, непосредственно сказываются на величине КОУ. Этого можно избежать, используя для расчетов зависимости, основанные на прямых статистических связях КОУ с лимитирующими метеорологическими факторами. Так, например, при ограниченной влагообеспеченности посевов, т.е. в случае, если основным лимитирующим фактором климата является вода, КОУ можно приближенно рассчитать с помощью соотношения

КОУ=10W/К_W

где КОУ – климатически обеспеченный (в данном случае по воде) урожай сухой биомассы, т/га; W – ресурсы продуктивной влаги, мм; К_W – коэффициент водопотребления, показывающий какое количество воды расходуется на формирование единицы растительной биомассы рассматриваемой культуры

Коэффициент водопотребления К_W является характеристикой, специфичной для каждой культуры. Кроме того, как показывает опыт, имеется существенная зависимость К_W от условий выращивания урожая и его уровня. Так, например, в определенных пределах справедливо утверждение, что чем более полно удовлетворяются факторы жизнедеятельности растений, тем ниже К_W при прочих равных условиях, т.е. тем более экономично растения расходуют влагу. Ориентировочные значения К_W для различных культур приведены в таблице 8.60.

Перераспределение осадков в расчлененных ландшафтах и в холмистой местности возможно в теплое время года в том случае, если интенсивность выпадающих осадков превышает впитывание воды в почву и появляется поверхностный сток (табл. 8.61).

Ресурсы продуктивной влаги W могут быть найдены как разность между годовой суммой осадков и непроизводительными расходами воды на горизонтальный сток, вертикальную фильтрацию ее за пределы корнеобитаемой зоны и физическое испарение.

Уточненные оценки можно получить рассматривая величину W как сумму двух составляющих – запасов влаги в почве на начало вегетации и эффективно используемой части осадков, выпадающих за период вегетации. Полагая, что в процессе формирования урожая используется примерно 80% осадков, величину W можно рассчитать по формуле

W=W_H+0,8I,

где W_H – начальный запас влаги, который обычно берется в метровом слое почвы, мм; I – сумма осадков от момента сева до созревания, мм.

Более точные сведения могут быть получены путем постановки специальных многолетних балансовых опытов по изучению водного режима посевов в конкретных почвенно-климатических условиях.

Другой метод оценки уровня КОУ без непосредственного расчета ПУ основан на использовании так называемого гидротермического показателя продуктивности (ГТП).Этот показатель был предложен А.М.Рябчиковым и рассчитывается по формуле

ГТП=gWn/36R,

где ГТП – значение ГТП, балл; W – ресурсы продуктивной влаги, определяемые по Рябчикову как разность между годовой суммой осадков и стоком, мм; n – продолжительность вегетации, декады; R – годовой радиационный баланс, кДж/см²; g – переводной коэффициент, равный 4,2 кДж/см²·мм.

Рассчитав ГТП, величину КОУ сухой биомассы (в т/га) находят в соответствии с эмпирическим соотношение:

КОУ=2,2ГТП – 1.

8.59. Испаряемость Е₀ (см/мес.) на равнине и на склонах
разной крутизны и экспозиции

8.60. Ориентировочные коэффициенты водопотребления основных культур для Нечерноземной зоны в разные по увлажнению годы
(по данным М.К. Каюмова)

8.61. Перераспределение влаги на склонах
(% относительного ровного места)

Еще одна возможность косвенного расчета КОУ – использование для этой цели методики Д.И.Шашко (1967). Согласно ей урожай, лимитируемый естественными ресурсами тепла и влаги, рассчитывается по эмпирической формуле

КОУ=mБКП,

где КОУ – КОУ хозяйственно полезной продукции, т/га; m – коэффициент, который зависит от вида возделываемой культуры и условий влагообеспеченности (таблица 19); БКП – биоклиматический потенциал равный 0,001 суммы активных температур выше 10°С.

8.62. Значение коэффициента m для разных культур
и условий влагообеспеченности

По показателю увлажнения M_d можно характеризовать динамику увлажнения сельскохозяйственных сезонов и в целом за вегетационный период по шкале:

Осредненная по Северо-западному региону климатически обеспеченная продуктивность, вычисленная по формуле Шашко Д.Д., приведена в таблице 8.63.

Ввиду эмпирического характера описанных методик расчет КОУ в каждом конкретном случае целесообразно проводить не одним, а несколькими способами, принимая для дальнейшего использования меньшую из полученных величин

Оценка термических ресурсов вегетационного периода конкретного поля по сумме среднесуточных температур воздуха выше 10°C выполняется с учетом микроклиматических особенностей местности. В качестве показателя теплообеспеченности территории используется также продолжительность безморозного периода τ_δП и морозоопасность. В пересеченной и холмистой местности теплообеспеченность полей отличается от расположенных на выравненной части территории. Поэтому необходимо подбирать показатели, четко реагирующие на микроклимат и отражающие влияние подстилающей поверхности. В таблицах 8.65, 8.66, 8.67 приведены поправки к климатическим показателям относительно равнинных территорий.