CC BY
75
УДК. 634.0.266:634.0.11.116
ГИДРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УРОЖАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ
М.Е. ВАСИЛЬЕВ
ФГБОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия»
Представлены многолетние данные по агроклиматическим ресурсам Брянской области, формирующим урожай сельскохозяйственных культур на примере кукурузы. В основу статьи положен принцип биоэкоса. Биоэкос - диалектическое единство живого организма и экологической среды обитания.
Ключевые слова: агроклиматические ресурсы. ГТК Г.Т. Селянинова, фотосинтетиче-ски активная радиация (ФАР) Солнца, гидродинамика полифазных потоков.
Урожай сельскохозяйственных культур формируется на основе биоэкоса, т.е. диалектических взаимосвязей, обмена веществ между живыми организмами и окружающей средой. Особенности климата, погодная обстановка обусловливают выбор агроприемов и оптимальных сроков их проведения, всю стратегию земледелия. Агрометеорологические параметры Брянской области - следствие ее географического положения: она ограничена 51 °5 Г и 54°02' северной широты, 31° 16'- и 35°20' восточной долготы. Площадь 34,9 тыс.км2. Протяженность области с запада на восток 270 км, с севера на юг 245 км. Площадь сельскохозяйственных угодий 2,521 млн.га, в т.ч. пашни 1,298 млн.га. Занимает западную часть Русской равнины, открытую для атлантических циклонов и холодных ветров арктических широт. Основной фактор формирования климата - солнечная радиация. Ее суммарный приход (прямая, рассеянная) около 32-34млн. мегаджоулей (МДж) на гектар в год, в том числе ФАР 8-9 млн.МДж.
Климатообразующая роль солнечной радиации сказывается во все времена года. В области два агроклиматических района - северный и южный. Линия их раздела проходит по северной части Красногорского и Гордсевского районов, по южной границе Суражского, Унечского, Почепского, Навлинского районов через Комаричи до соседней Курской области. В северном районе сумма активных температур воздуха- менее 2300°. Период со среднесуточной температурой воздуха выше 10° длится 140-145 дней, выше 15° - 80-95 дней. Гидротермический коэффициент (ГТК) 1.4. Абсолютный максимум температуры воздуха 37°,минимум 39-42°.Устойчивый снежный покров формируется в первой декаде декабря. Его высота 27-32 см с запасом влаги 78-86 мм. Снегосход в конце марта - начале апреля.
В южном районе за вегетацию сумма активных температур 2300-2410°. Продолжительность вегетационного периода 146-152 дня, а с температурой выше +15° около 145 дней. Без заморозков 140-150 дней. Поздние весенние заморозки возможны в третьей декаде мая. ранние осенние в последней пятидневке августа - начале сентября. Среднесуточная температура воздуха выше +5° устанавливается в обоих районах 12-14 апреля. В мае-октябре выпадает 310-340 мм осадков. Засухи и суховеи редки - раз в 9-12 лет. ГТК 1,3-1,4.
Таблица 1
Климатические показатели по административным районам Брянской области
Район Продолжительность периода, дни Сумма активных температур, °С Осадки, мм
безморозного со среднесуточной температурой за год за период с i выше +10
0° 5° 10° 15°
Брасовский 150 225 185 145 95 2250 570 310
Брянский 140 225 185 140 85 2250 580 390
Выгоничский 145 225 185 145 90 2250 570 315
Гордеевский 145 230 185 145 100 2300 580 340
Дубровский 130 220 180 140 80 2220 570 320
Дятьковский 130 220 180 140 80 2200 600 320
Жирятинский 140 225 185 140 85 2250 560 320
Жуковский 140 220 180 140 80 2200 580 315
Злынковский 155 230 190 145 100 2400 570 320
Карачевский 140 225 185 140 90 2250 570 310
Клетнянский 140 225 180 140 85 2220 570 315
Климовский 150 230 190 150 100 2400 570 320
Клинцовскйй 150 230 185 145 100 2300 580 340
Комаричский 140 225 185 145 95 2350 570 320
Красногорский 145 230 185 145 100 2350 580 340
Мглинский 140 225 185 145 90 2250 530 330
Навлинский 140 225 185 140 90 2250 580 310
Новозыбковский 155 230 190 150 100 2400 570 330
Погарский 155 225 185 145 95 2350 580 315
Почепский 150 225 185 145 90 2350 560 310
Рогнединский 130 220 180 140 80 2200 580 320
Севский 150 230 190 150 100 2350 570 320
Стародубский 150 225 185 145 100 2300 600 315
Суземский 150 230 190 150 100 2350 570 310
Суражский 145 225 185 145 90 2300 580 340
Трубчевский 155 230 185 145 100 2350 570 310
Унечский 145 225 185 145 95 2350 600 330
Из общего прихода солнечной радиации 32-34млн.МДж/га в год на прямую приходится около половины. Максимум радиации в июне, минимум в декабре. За май-июль поступает около 45% всего притока солнечного тепла, за ноябрь-январь немногим более 6%. В северных районах области солнечное сияние длится в среднем 1700 часов в году, в южных до 1800. Атмосферное давление в январе 991 гектопасхалей (гПа), феврале, марте, сентябре по 990, апреле, мае 989, июне, августе 987, июле 984, октябре, ноябре 992, декабре 991 гПа. В табл.2 приведены наиболее общие климатические многолетние критерии области - средние для обоих районов. Годовая роза ветров имеет следующие числовые значения по румбам:С-7%, СВ - 10, В - 12, ЮВ - 14, Ю - 10, ЮЗ-15, 3 - 17, СЗ - 15%. На период со среднесуточной температурой воздуха более +5° приходится около 1500 МДж/м2 ФАР, выше +10° - 1240. Для большинства культур теплообеспеченность за вегетацию составляет 100%. Для кукурузы и подсолнечника на зерно не хватает 30-45% тепла, позднеспелых сортов люпина почти 40%,фасоли 20, раннеспелых сортов помидоров около половины, позднеспелых сортов картофеля 5-10%. В зимний период зерновые и плодово-ягодные культуры, многолетние травы повреждаются вымоканием, вьптреванием, притертыми и подвешенными ледяными корками, солнечными ожогами, низкими температурами, а на глинистых почвах вспучиванием (выпиранием).
Среднедекадный дефицит влажности воздуха в районе Жуковки составляет в январе 0,4 мб, феврале 0,5, марте 0,8, апреле 2,9, мае 5,8, июне 7,0, июле 6,5,августе 5,7, сентябре 3,6, октябре 1,6, ноябре 0,7, декабре 0,4 гПа, в Злынке - соответственно 0,5; 0,6; 1,1; 3,6; 6,4, 7,9;8,0; 7,2; 4,3,2,0; 0,8 и 0,5 мб.
Средняя глубина промерзания дерновой слабоподзолистой песчаной почвы на севере области в декабре около 20 см, январе 39,феврале 41, марте 61, апреле 53 см при максимальной 85-90 см.На юге области эти показатели следующие: 15 см, 30, 56, 70, 62,а самое глубокое промерзание до 1,37 м (рис.1). Большая глубина мерзлого пласта в южных районах объясняется менее мощным снегопокровом. В холодные зимы бесснежные поля промерзают до глубины 1,37 м. Продолжительность времени от схода снега до наступления мягкопластич-ного состояния почвы колеблется в Карачевском районе от 12 до 27 дней, Красногорском 9-22, Почепском 11-23, Клинцовском 4-20, Стародубском 14-25, Трубчевском 6-17., Злынков-ском 7-15, Жуковском 8-14 дней. Запас воды в снеге 69-87 мм. Объем поверхностного стока талых вод от 750 - 800 с га на тяжелых почвах, до 230-400 т на легких. В начале вегетации максимум продуктивной влаги в метровом слое почвы на зяби (200-225мм)содержат суглинки, наименьшее (125-150 мм) песчаные разности почв. Минимум влаги приходится на конец июня-начало июля под озимыми хлебами, в третьей декаде июля под яровыми. В теплый период (май-август) выпадает 65-70% годовых осадков; почти одна треть их годовой нормы в
виде снега. За лето бывает 2-3 дня с градом, в году 20-30 дней со снежными низовыми и верховыми метелями. Дней со штилями 11—13 в году.
Индекс влагообеспеченности кукурузного поля определяется по выражению К=(\У1 -У/2 +г):0,651(1, здесь - XVI и \¥2 запас продуктивной влаги в активном слое почвы на начало и конец вегетационного периода, мм ; г -осадки за вегетацию, мм; ¿-среднесуточный дефицит влажности воздуха в среднем за вегетацию, миллибары (мб). Более подробные сведения об агроклиматических ресурсах можно получить на метеорологических станциях Брянск (пос. Мичуринский), Жуковка, Карачев, Красная Гора, Навля, Трубчевск, Унеча.
Рис.1. Динамика промерзания и отгаивания почвы в наиболее холодные зимы (отвальная зябь) в районе пос. Кокино Выгоничского района. Заштрихована промерзаемая часть почвогрунта (2004-2011 гг.).
Таблица 2
Агрометеорологические параметры Брянской области
Показатели Месяцы
I И га IV V VI УП VIII IX X XI XII За год
Температура воздуха,°С 8,5 8,3 3,6 5,2 12,6 16,6 18,4 17,0 11,4 5,1 0,8 6,0 4,9
ФАР, млн.МДЖ/га 0,34 0,63 1,51 1,93 2,8 3,10 3,10 О 1,47 П СП \Jy\-J\J 0,34 0,21 18,57
Осадки, мм 36 35 33 38 58 68 86 67 49 50 42 42 604
Скорость ветра, м/с 5,2 4,5 4,9 4,6 4,5 4,7 4,4 4,1 4,4 4,7 4,9 5,0 4,6
Относительная влажность воздуха, % 86 84 82 73 66 68 82 76 80 84 86 88 79
Число дней с осадками 7,1 6,7 7,0 7,1 9,0 8,5 10,1 10,5 8,2 7,6 8,5 8,7 99
Примечание. Температура воздуха за период ноябрь-март отрицательная. Значения ФАР рассчитаны для 2010г., когда приход лучистой энергии Солнца был значительно выше нормы.
Оценивая в целом агроклиматические ресурсы области, отметим высокую влагообес-печенность и недостаточное количество тепла, особенно прямой солнечной радиации, что сдерживает фотосинтез растений, накопление биомассы, ухудшая качество урожая. Неудовлетворительный радиационный баланс ограничивает рост урожайности и биопродуктивности агроценозов в целом.
АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ КУКУРУЗЫ
Для формирования урожая наибольшее значение имеют тепло, запасы продуктивной влаги в почве и световой режим поля. Прогнозы дают возможность наиболее полно использовать главные климатические параметры, своевременно подготовиться к защите растений от пагубных явлений природы, сократить ущерб. Прогнозы не требуют сложного математического аппарата, могут оперативно составляться специалистами колхозов и совхозов. Приведем прогностические расчеты, в том числе используемые при программировании урожая кукурузы.
A. Суммарный приход ФАР находят по формуле IQ ФАР=0,43Е8'+0,57ШМДж/га. здесь ES'- сумма прямой радиации на горизонтальную поверхность, ID- поступление рассеянной радиации. Величина S-S -sin h°, где S - радиация, определенная актинометром М-3, h° -высота солнца над горизонтом, в градусах, Поступление D измеряется пиранометром М-80М. Радиационный баланс полей определяют термоэлектрическим балансомером типа М-ЮМ.
Б. Прогноз обеспеченности теплом вегетационного периода кукурузы ведется по уравнению £t = -16,21Dr+2770, где Dj - дата весеннего перехода среднесуточной температуры через 10°,выраженная числом дней с I марта или I апреля, в зависимости от того, на какой месяц приходится самая ранняя дата перехода температуры через +10°. В результате определяется сумма активных температур выше 10° на предстоящую вегетацию.
B. Прогнозирование запасов продуктивной влаги в метровом слое почвы на начало весенне-полевых работ для полей с глубокими грунтовыми водами при устойчивых зимах выполняется rio AW = 0,115r+0,56d- 20 мм. Здесь г - осадки (мм) за период от даты последнего определения влажности почвы осенью до даты перехода температуры воздуха через +5С весной; d -недостаток насыщения почвы влагой до предельной влагоемкости осенью, т.е. разность между предельной влагоемкостью и фактическими запасами продуктивной влаги в метровом слое осенью. В случае неустойчивой зимы, т.е. с оттепелями, запас продуктивной влаги прогнозируется по выражению AW 0,21r+0,62d-33. Суммарный запас продуктивной
влаги в почве весной складывается из осеннего запаса и поступления влаги за зимне-весенний сезон, т.е. и^сум = \Уос+ Л'М мм.
От увлажнения почвы зависят сроки прохождения фенофаз кукурузой и интенсивность формирования урожая. Поэтому важно знать заранее (прогнозировать) запас влаги в течение всего вегетационного периода или в момент наиболее важных фенофаз. Связь изменений запасов продуктивной влаги в почве за декаду с метеорологическими, условиями выражается уравнением Аи^А! + Вг +С\\7+ Э мм, здесь дожидаемая средняя температура воздуха за декаду, мм; г-ожидаемое количество осадков за декаду, мм; V/ - запас влаги на начало декады, мм; А,В,С,0 - коэффициенты, зависящие от зоны, толщины слоя почвы и продолжительности периода вегетации кукурузы. Для слоя почвы 0-50 см в фазах «всходы-десятый лист» показатель А= минус 0,83, В=0,34, С = минус 0,15,0=+5,97. В фазах «десятый лист - выметывание метелки» А=+0,73, В=+0,56, С«минус 2,55, Э =+55,84,в фазах «выметывание - молочная спелость» А-+0,72, В =+0,65, С = минус 1,65, Э +29.88. При запасе влаги в слое почвы 0-20 см более 10мм в период листообразования и созревания состояние посевов кукурузы считается удовлетворительным и хорошим. Таким же считается состояние кукурузы, если в слое почвы 0-50 см выше 30мм продуктивной влаги. Сведения об осадках и тепловом режиме см. в табл.3.
Таблица 3
Температура и осадки по районам Брянской области
Районы Среднегод. СредЛ Сред-t Безмороз- Годовая нор- Осадки за Макс, кол- Мин. кол-во Макс, кол-во
t воздуха января июля ный. пери- ма осадков, маи-сент., во осад- осад- осадков в
од, дни мм мм ков, мм/г ков,мм/г июле,мм
Брасовскйй 5.4 8,5 19,1 149 613 342 961 368 238
Брянский 4,7 8,8 180 133 610 345 961 383 237
Выгоничский 4,8 8,7 18.0 140 600 340 960 381 239
Гордеевский 5,1 8,2 18,1 156 590 340 960 386 238
Дубровский 4,7 9,0 18,3 133 594 338 881 394 347
Дятьковский 4,7 8,8 18,0 133 610 345 961 382 238
Жирятинский 4,8 8,6 18,0 149 594 340 960 380 238
Жуковский 4,7 8,8 18,0 133 594 338 961 376 237
Злынковский 5,2 8,4 17,0 150 595 346 960 379 239
Карачевскнй Л 9 чи о о 1 О с 135 556 307 744 359
Клетнянский 5,0 8,4 18,1 152 588 339 960 381 238
Климовский 5,2 8,1 18,2 158 590 340 961 380 239
Клинцовский 5.2 8,1 18,2 158 590 340 960 383 237
Комаричский 5,4 8,5 19,1 149 613 342 961 387 23л
Красногорский 5,2 8,1 18,2 158 590 340 959 388 240
Митинский 5,0 8,4 18,1 152 588 339 957 381 238
Навлинский 5,0 8,6 18,4 135 581 321 960 385 239
Новозыбковский 5,2 8,1 18,2 158 590 340 956 384 239
Погарский 5,1 8,2 18,2 156 580 327 958 386 240
Почепский 5.0 8,4 18,1 152 538 339 957 377 236
Рогнединокий 4,7 9,0 18,3 133 594 338 981 394 347
Севский 5,4 8,5 19,1 149 613 342 946 388 233
Стародубский 5,1 8,2 18,2 156 580 327 950 379 238
Суземский 5,4 8,5 19,1 149 513 342 959 382 236
Суражский 5,0 8,4 18,1 152 588 339 960 380 239
Трубчевский - 5,1 8,2 18,2 156. 580 327 1948 383 234
Унечскнй 5,0 8,4 18,1 152. 588 339 1962 385 238
Среднее по области 5,0 8,5 18,3 147 593 337 946 384 251
Примечание. По всем районам средняя температура за год со знаком плюс, за январь со знаком минус.
Г. Прогноз продолжительности межфазных периодов в развитии посевов кукурузы основан на эффективных температурах воздуха. Под этой температурой понимается разность между фактической среднесуточной температурой воздуха (8 замеров) и биологическим минимумом, т.е. температурой начального развития растений. Для кукурузы биологический минимум следует принять +10°С. Для каждого межфазного периода требуется определенная сумма эффективных температур. Лишь после накопления этой суммы тепла растения переходят в следующую фазу развития. Сроки наступления той или иной фазы кукурузы находят по формуле Д= Д1 + А:(1-В), где Д| - дата наступления предшествующей фазы; А -сумма эффективных температур за межфазный период; I -ожидаемая средняя температура
воздуха за прогнозируемый период; В -температура биологического минимума.
Если прогнозирование ведется спустя некоторое время после наступления предшествующей фазы, то расчет лучше вести по выражению Д= Дг + А :((—В), здесь Д^ - дата составления прогноза, П:Эф -сумма эффективных температур, накопившаяся от даты наступления предшествующей фазы до даты составления прогноза. Дату наступления фазы «выметывание метелки» Ю.И.Чирков определяет на основании температуры воздуха и числа листьев кукурузы как показателя скороспелости сорта. Ожидаемая дата появления метелки
п „ (0Д0/2э#- 0,5^ + 27,4)^-2) _ рассчитывается по выражениюД^Д| —---^----, где Д] дата наступле-
ния фазы «третий лист»; ^ф - ожидаемая средняя за период эффективная температура выше +10°С; >1- число листьев, свойственное данному сорту.
Д. Прогноз урожайности зерна кукурузы основан на запасе продуктивной влаги в слое почвы 0-50 см в фазу выметывания метелки, площади листовой поверхности, температуры в период формирования элементов продуктивности початка и в течение месяца после выметы-
вания метелки. Расчет ведется по выражению Уз=--- т/га,
здесь \V-3anacbi продуктивной влаги в полуметровом слое, почвы в фазу выметывания метелки, мм; а, в, с - коэффициенты, зависящие от площади листовой поверхности; К12\Уг -поправочный коэффициент, учитывающий температуру воздуха и влажность почвы в период формирования продуктивности початка на IV-VI этапах органогенеза; Ю2 - поправочный коэффициент, зависящий от температуры воздуха в течение месяца после выметывания метелки (табл.4). Коэффициент К^ W| определяют при средней температуре воздуха более +20°С и влажности почвы полуметрового слоя меньше 50 мм. Расчет ведется по уравнению Юо"^=0,65 1|-0,016 \У1+0,46, здесь ^-средняя температура воздуха в период Р/ЛЧ этапов ор-
ганогенеза; "^-средние запасы влаги в почве в этот период. При площади листовой поверх-ности кукурузы 30 тыс.м /га параметр а равен минус 0,0071, параметр в+1.41, параметр с минус 3,2. При площади листьев 20 тыс.м /га эти величины составляют соответственно минус 0,006; +1,1 и минус 4,2; при 10 тыс.м2 /га -минус 0,0029; +0,53 и минус 1,5.
Таблица 4
Коэффициенты Кг в зависимости от влажности почвы и температуры воздуха
Запас продуктивной влаги в слое 0-50 см, мм Средняя - температура воздуха за месяц после выметывания метелки
16 18 20 22 24
100 0,68 0,86 0,97 1,00 0,96
80 0,72 0,88 0,99 0,98 0,90
60 0,78 0,90 1,00 0,93 0,80
40 0,84 0,93 0,97 0,86 0,65
20 0,90 0,92 0,90 0,80 0,50
Эти поправочные коэффициенты играют большую роль в жаркую погоду (более 30°С при низкой влажности почвы (менее 20 мм в слое 0-50см), поскольку такие условия резко сш жают накопление фитомассы кукурузы. Наряду с этим, урожай уменьшается от водной и вегрс-бой эрозии почвы, которые являются частным случаем гидродинамики полифазных потоков.
Ут/з<х _ __
6
5
3
2
1
10 20 30 40 50 60 70 80 90 \Умм
Рис. 2. Зависимость урожайности зерна кукурузы V т/га от запасов продуктивной влаги (слой 0-50 см) мм в фазу выметывания метелки при разной площади листовой поверхност
Первая кривая - при 30 тыс. м2/га, вторая при 25, третья при 20, четвертая при 15, пятая при 10 тыс. м2/га.
При благоприятных погодных условиях поправочные коэффициенты Kt2 и Kt]W]принимают за единицу. В связи с этим расчетное уравнение принимает более простой вид Ys =0,l(aW2 + bW+C), здесь W-запас продуктивной влаги почвы в слое 0-50 см в фазу вымётывания метелки; а, в, с-постоянные коэффициенты, зависящие от площади листовой поверхности на 1 га посева. Их значения см. выше. Площадь листьев одного растения определяют по формуле S=0,37h - 16,3 дм2, где h - высота стебля растения с метелкой, см. Величина h определяется как среднее значение из 20 растений подряд в одном рядке. Площадь листьев одного растения умножают на количество растений на 1 га и получают суммарную площадь листьев в тыс.м2 на гектаре посевов.
Наиболее простой и быстрый метод прогноза урожайности зерна кукурузы графический по рис.2. На нем представлена зависимость урожайности от запасов продуктивной вла-
•у
ги в полуметровом слое почвы и суммарной площади листьев в тыс.м /га. Оиравдываемость прогнозов урожая по этому графику равна 87-90.
Гидротермические условия формирования урожая сельскохозяйственных
культур в Брянской области
М.Е. Васильев
Брянская государственная сельскохозяйственная академия
Резюме
Представлены многолетние данные по агроклиматическим ресурсам Брянской области, формирующим урожай сельскохозяйственных культур на примере кукурузы. В основу статьи положен принцип биоэкоса - диалектическое единство живого организма и экологической среды обитания.
Ключевые слова: агроклиматические ресурсы, СТК Селянинова Г.Т., фотосинтетическая активная радиация (ФАР) Солнца, гидродинамика полифазных потоков.
