ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЛАКОВЫХ РАСТЕНИЙ НА РАЗЛИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ КАТЕНЫ 

TOOLS FOR EVALUATING THE PRODUCTIVITY OF CEREALS ON VARIOUS ELEMENTS OF CATENA 

В.В. Шабанов, А.Д. Солошенков

V.V. Shabanov, A.D. Soloshenkov 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. Тимирязева» (Россия, 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 49) 

Russian State Agrarian University – Moscow Timiryazev Agricultural Academy

(Russia, 127550, Moscow, Timiryazevskaya Str., 49)

e-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

В статье рассматривается простой и универсальный метод определения продуктивности растений на основании анализа «больших данных» по запасам продуктивной влаги в почве для различных агрогидрологических районов, расположенных на ландшафтной катене. Приведен пример расчета продуктивности пшеницы по данным влагозапасов в Оренбургской области. Для оценки продуктивности используется уравнение В.В. Шабанова. В качестве данных по влагозапасам взяты средние многолетние запасы продуктивной влаги под озимыми зерновыми культурами. Имея значения влагозапасов по декадам в период вегетации, можно определить относительную продуктивность в каждый момент времени. Знание динамики продуктивности в период вегетации позволяет планировать оптимальное размещение культуры на ландшафтной катене и определять мелиоративные воздействия для достижения планируемых урожаев. Визуализация изменения влажности и продуктивности по катене в течение времени осуществляется картированием этих показателей. Такой способ позволяет наглядно отобразить ход изменения влажности и продуктивности с течением времени в вегетационный период, определить время и территории, в которых продуктивность снижена, и спланировать оптимальное размещение культуры на различных ландшафтных элементах, обосновать необходимость мелиоративных мероприятий.

The article considers a simple and universal method for determining productivity based on the analysis of «Big data» on the reserves of productive moisture in the soil for various agrohydrological regions located on the landscape catena. The resulted example of calculation of productivity of wheat according to moisture reserves in the Orenburg region. To assess productivity, the Shabanov equation is used. As the data on moisture reserves, average long-term reserves of productive moisture under winter crops are taken. Having the values of moisture reserves for decades during the growing season, it is possible to determine the relative productivity at each moment of time. Knowledge of the dynamics of productivity during the growing season allows you to plan the optimal location of the crop on the landscape catheter and determine the meliorative effects to achieve the planned yields. Visualization of changes in humidity and productivity by catena during the time is performed by mapping these indicators. This method allows visualizing the course of changes in humidity and productivity over time in the growing season, determining the time and territories in which the level of productivity decreases, and planning the optimal placement of crops on various landscape elements, and justifying the need for reclamation measures. 

Продуктивность растений во многом обусловлена содержанием влаги в почве. Объективно описать значение доступной для растения влаги можно содержанием продуктивных запасов влаги [1]. Известно, что влажность почвы – не единственный ограничивающий фактор продуктивности растения, поэтому в работе принято, что остальные факторы находятся в оптимуме.

Для описания изменений относительной продуктивности растения используется модель продуктивности культуры, которая для водного фактора может быть описана уравнением В.В. Шабанова [1, 5]:

где:  – значение продуктивной влаги в почве (в % от ПВ) в i-тый период времени;  – оптимальное значение продуктивной влаги для данной культуры (в % от ПВ) в данную фазу развития;  – коэффициент «саморегулирования», зависящий от фазы развития и характеризующий форму кривой на графике зависимости S=f(W) [1, 6].

Имея данные по содержанию влаги в почве в каждую из фаз развития растения можно определить продуктивность, как в отдельный момент времени, так и суммарно за весь период вегетации [6].

Известно, что агрогидрологические районы [4] расположены по катене в следующем порядке: 1-ОБВ; 2-МКУ; 3-ПКУ; 4-ВИУ; 5-КППВ; 6-ПВП; 7-УВП; 8-СВП; 9-ОСВП [2]. 

Рисунок 1. Расположение агрогидрологических районов по катене 

А также, что содержание продуктивных запасов влаги в почве по агрогидрологическим районам связано между собой [3] (где: Тип обводнения (ОБВ), Тип максимального капиллярного увлажнения (МКУ), Тип периодического капиллярного увлажнения (ПКУ), Тип временно-избыточного увлажнения (ВИУ), Тип увлажнения капиллярно-подвешенной и капиллярно-подперто-подвешенной влагой (КППВ), Тип полного весеннего промачивания (ПВП), Тип умеренного весеннего промачивания (УВП) Тип слабого весеннего промачивания (СВП).

В работе использованы данные по продуктивным запасам влаги в почве на конец декад по агрогидрологическим районам [4]. Данные взяты для Оренбургской области. 

Рисунок 2. Значения многолетних запасов продуктивной влаги (мм) в почве на конец декады под озимыми зерновыми культурами по чистому пару, средние по агрогидрологическим районам 

Как видно из рисунка 2, значения влагозапасов по агрогидрологическим районам с высокой степенью закономерности повторяют друг друга. Это подтверждается и данными корреляционного анализа:

Таблица 1 Корреляционная матрица влагозапасов по агрогидрологическим районам

Коэффициенты корреляции более 0,95, что свидетельствует о плотной зависимости между рядами. 

На этом основании можно вывести уравнения связи между влагозапасами в различных агрогидрологических районах с высокой степенью точности.

В качестве примера приведем уравнения от КППВ:

Как видно из рисунка 3 – связь между агрогидрологическими районами плотная, линейная. Это значит, что, имея данные по содержанию продуктивных запасов влаги в почве в одном агрогидрологическом районе, можно рассчитать их на любой другой.

Рисунок 3. Уравнения связи запасов продуктивной влаги в почве между агрогидрологическими районами: а – ПВП от КППВ; б – УВП от КППВ; в – СВП от КППВ; г – ОСВП от КППВ 

Данные по влагозапасам зачастую представляют собой довольно большие массивы, и для их анализа приходится прибегать к различным методам, например к методам визуализации. Изменение влажности во времени, по катене для визуального анализа можно представить в виде 3D поверхностей или карт.

Рисунок 4. Запасы продуктивной влаги в почве на конец декад по агрогидрологическим районам по Оренбургской области: а – поверхность; б – карта 

Нанесение на такие графики диапазонов оптимума для конкретной культуры дает возможность понять, где и в какой момент времени возникает переизбыток или недостаток влаги.

Изменение продуктивности также можно представить в виде поверхности или карты (рис. 5). 

Рисунок 5. Продуктивность зерновых по агрогидрологическим районам: а – поверхность; б – карта 

По таким графикам можно определять, в каком агрогидрологическом районе оптимально размещение сельскохозяйственной культуры, т.е. на тех территориях, на которых они будут наиболее продуктивны без применения мелиораций. В случае, если необходимо разместить посевы на территориях, где продуктивность растения падает, и, следовательно, где необходимо планировать мелиоративные мероприятия. Такой подход дает наглядное представление, на каких территориях и в какое время это действительно необходимо.

Выводы:

  1. Связь между влагозапасами в рассмотренных агрогидрологических районах линейная, влагозапасы закономерно уменьшаются от нижних элементов рельефа к верхним.
  2. Ландшафтно-картографический подход к визуализации больших данных по содержанию влаги в почве и продуктивности растений облегчает планирование (прогнозирование) размещения растений с учетом ландшафтного фактора и водномелиоративных мероприятий. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. Шабанов В.В. Биоклиматическое обоснование гидротермических мелиораций. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 198 с.
  2. Шабанов В.В. Солошенков А.Д. Дифференциация типов увлажнения и типов водного питания почв по катене // Природообустройство. 2016. № 1. С. 97-101.
  3. Шабанов В.В. Солошенков А.Д. Взаимосвязь типов увлажнения ландшафтной катены // Проблемы управления водными и земельными ресурсами: Материалы Междунар. науч. форума (Москва, 30 сент. 2015 г.). Ч. 2. Москва: Изд-во РГАУ-МСХА, 2015. С. 104-110.
  4. Средние многолетние запасы продуктивной влаги под озимыми и ранними яровыми зерновыми культурами по областям, краям, республикам и экономическим районам: Справочник. Т. 1 Европейская часть СССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 122 с.
  5. Шабанов В.В. Влагообеспеченность яровой пшеницы и ее расчет. Л.: Гидрометеоиздат, 1981. 140 с.
  6. Никольский Ю.Н., Шабанов В.В. Расчет проектной урожайности в зависимости от водного режима мелиорируемых земель // Гидротехника и мелиорация. 1986. №

Для того чтобы оставить комментарий вы должны авторизоваться на сайте! Вы также можете воспользоваться своим аккаунтом вКонтакте для входа!