5.5. Програмування врожаїв сільськогосподарських культур на поливних землях

Регламентований законами землеробства вплив зовнішніх умов на формування врожаю визначає можливість його прогнозування і програмування. Прогнозування можливе, коли встановлені важливіші закономірності продукційного процесу. Вони дають змогу передбачити, який буде одержаний урожай даного сорту або гібриду при визначених меліоративних і агротехнічних умовах.

Прогноз стає програмою, якщо рівні меліоративних і агротехнічних заходів заздалегідь визначені в розрахунку на заданий урожай, і якщо вони поєднуються з контролем за ходом реалізації програми і, при необхідності, корекцією умов водопостачання і живлення рослин.

Програмування можна розглядати як особливий вид планування врожаю, при якому, виходячи з установлених закономірностей його формування, намічають і розробляють активні дії по реалізації наміченої програми. Іншими словами, це спосіб впорядкування агрофітогенезу як системи з метою досягнення максимальної його продуктивності на основі реалізації потенціальних можливостей рослин.

За даними І.С. Шатилова (1986), програмування треба розглядати як науковий напрям, завдання якого – розробка методів цілеспрямованого формування розвитку посівів для одержання запланованого врожаю.

Перші дослідження по програмуванню врожаїв знаходимо в працях учених М.С. Савицького по зернових культурах (1938, 1948), Г.П. Устенко та ін. (1971), А.Г. Лорха по картоплі (1974).

При переході від неполивного до зрошуваного землеробства створюються сприятливі умови для регулювання в широких межах матеріальних умов життя рослин згідно з їх вимогами. Це є надійною основою прогнозу і програмування врожаїв.

Рівні врожайності. Залежно від стану наукових знань і матеріально-технічних можливостей можуть бути намічені для досягнення різні рівні врожайності: потенційна (ПУ), яка відповідає граничним біологічним можливостям культури, її сорту або гібриду, і приходу фотосинтетично активної радіації (ФАР); дійсно можлива (ДМУ)‑найбільш можлива при існуючих метеорологічних і ґрунтових умовах; урожайність у виробництві (УВ), яка відповідає матеріально-технічним можливостям господарства (Тоомінг, 1978).

Маючи дані по калорійності біомаси рослин і приходу ФАР, можна наближено визначити потенційний урожай за формулою:

де ПУ – потенційний урожай у сухому стані, ц/га, при оптимальних метеорологічних і агротехнічних умовах; К_ф – коефіцієнт використання ФАР, виражений у частках одиниці (ККД ФАР 4% становить у частках одиниці 0,04); K_т – коефіцієнт господарської ефективності врожаю, який показує частку корисної частини врожаю в загальній біомасі; ΣQ – кількість ФАР, що надходить за період вегетації, ккал/га або кДж/кг; g – калорійність біомаси рослин, ккал/кг або кДж/кг.

Наводимо дані, узагальнені І.Ф. Чарнавським і М.К. Коюмовим (1986), по калорійності окремих культур: озима пшениця – 4450 ккал/кг, або 18,631 кДж/кг, кукурудза на зерно відповідно 4100 і 17 166; люцерна – 5200 і 21 771.

Актинометричні станції фіксують надходження сонячної радіації у ккал/см² або кДж/см². Для переведення цього показника на площу 1 га його потрібно помножити на 10⁸. Частка ФАР становить 48‑48,5% загальної кількості сонячної радіації.

У результаті розрахунку одержуємо дані про величину врожаю в сухому стані. Залишається до нього додати% стандартної для даного виду продукції вологи.

Дійсно можлива врожайність обмежується кількістю тепла, вологи, ґрунтовими та агротехнічними умовами, а також біологічними особливостями сортів і гібридів.

Рівень урожайності залежно від теплозабезпеченості може бути виражений запропонованим І. Д. Шашко біокліматичним показником:

Показники БКП 1,6‑2,2 відповідають середній біологічній продуктивності рослин, обмеженій ресурсами тепла.

При даному БКП продуктивність рослин залежить від наявності вологи і поживних речовин. В умовах зрошення ці фактора регулюються, що дає можливість з достатньою достовірністю встановлювати пряму залежність урожайності від БКП. Так, у дослідах, проведених на Миколаївській обласній державній сільськогосподарській дослідній станції в 1971 – 1989 pp., середня врожайність кукурудзи при зрошенні і внесенні 40 т/га гною + N₁₆₀Р₁₆₀становила 95,2 ц/га зерна, а в окремі роки перевищувала 100 ц/га, Сума температур вище 10°С за час вегетації була 2892, а БКП – 2,8.

Дійсно можливий урожай у даному випадку визначається за формулою:

ДМУ = а · БКП

де ДМУ – дійсно можливий урожай, обмежений ресурсами тепла, ц/га; а – коефіцієнт, який встановлюється емпірично. У розглянутому прикладі а = 9,52 : 2,8 = 3,4.

У сучасних умовах БКП, який становить 2,8, на півдні України відповідає дійсно можливій урожайності кукурудзи близько 100 ц/га зерна.

Урожайність сільськогосподарських культур у значній мірі залежить від властивостей ґрунту, його особливостей. При програмуванні врожаю важливо визначити початковий його рівень, який визначається родючістю ґрунту і кліматом. З цією метою для кожного агроґрунтового району, області визначають середньозважений бонітет ґрунту і ціну бала.

Бонітування – порівняльна оцінка ґрунтів за родючістю при сучасній технології і сортових особливостях культур. Воно ґрунтується на багаторічній урожайності культурних рослин, які вирощують без удобрення і подивів. Враховують також найважливіші об'єктивні властивості ґрунту – механічний склад, ступінь зми-тості, засоленості, огнеєння.

Ціну бала визначають поділом урожаю, одержаного за рахунок родючості ґрунту без застосування добрив, на середньозважений по області бонітет ґрунтів даної культури. Рівень родючості виражається виведенням показника бонітету на ціну бала.

Урожай у виробництві. Ресурсне програмування. Залежно від наявності в господарстві добрив і зрошувальної води розраховують можливі прирости врожаю порівняно з початковим. Це принцип поточного ресурсного програмування, різні варіанти якого розглядаються нижче.

Розглянемо приклад нормативного планування врожаю з урахуванням ресурсів господарства для умов темно-каштанових ґрунтів Херсонської області. За даними Інституту ґрунтознавства і агрохімії УААН, бонітувальний показник (Б) цього ґрунту 60, ціна бала (Ц) озимої пшениці – 0,39 ц/га, їх виведення характеризує родючість ґрунту без внесення добрив і зрошення:

Б·Ц = 60·0,39 = 23,4 ц/га.

Господарство має можливість провести три поливи (передпосівний, у фазі виходу в трубку і колосіння) зрошувальною нормою 1200 м³/га.

Коефіцієнт продуктивності зрошення або окупність урожаєм 1 м³/га води становить за нормативними даними 1,5 кг. Отже, за рахунок зрошення приріст урожаю буде становити 1200 – 1,5 = 1800 кг, або 18 ц/га.

Ресурси господарства дають можливість внести під озиму пшеницю добрива в нормі 200 кг/га (N₁₂₀P₈₀).

Окупність урожаєм озимої пшениці 1 кг поживних речовин добрив при вирощуванні цієї культури при зрошенні на темно-каштановому ґрунті становить 8‑10 кг (дані ІЗЗ). Беремо для розрахунку 8 кг зерна на 1 кг поживних речовин. Всього за рахунок добрив приріст урожаю буде становити 200-8=1600 кг, або 16 ц/га. Запланований урожай виразиться величиною: У_п = 23,4 + 1,5x₁ + 8x₂ = 23,4+1,5·1200 + 8·200 = 23,4+18,0+160 = 57,4 ц/га, де У_п – запланований урожай, ц/га; х₁ – зрошувальна норма, м³/га; х₂ ‑ кількість поживних речовин добрив, кг/га.

Бонітування ґрунтів необхідне, якщо центр по програмуванню обслуговує велику територію з різними ґрунтами. У конкретному господарстві можна безпосередньо вирішувати дослідним шляхом завдання програмування стосовно до певного ґрунту, враховуючи всі його особливості і рівень родючості.

Загальні умови ефективного програмування врожаїв. Урожай формується в процесі фотосинтезу і головне завдання програмування – створити для цього оптимальні умови. Сьогодні для утворення врожаю використовується лише 1‑2% ФАР, яка надходить (падає на посів), у кращому разі 4‑5%, теоретично досягнена величина коефіцієнта корисної дії (ККД) ФАР‑10‑12%.

Поглинання листками ФАР залежить від їх площі. Оптимальна площа листків має конкретні границі для кожної культури. За дослідженнями Г.П. Устенко, для польових культур вона становить 50‑60 тис. м²/га. За дослідженнями, проведеними в Англії (Уотсон, 1956), оптимальна площа листків у листкової капусти становить ЗО, у буряків – 50 тис. м²/га.

Енергія, поглинена листками, на створення врожаю використовується не повністю. За дослідженнями А.Д. Ничипоровича, коефіцієнт використання поглиненої листками сонячної енергії на фотосинтез може становити 20‑27%.

У подальшому показники ККД ФАР розраховують до всієї кількості ФАР, яка надходить. Вищий рівень використання ФАР може здійснитися тільки при повному задоволенні потреби рослин водою, поживними речовинами, киснем повітря.

Для досягнення дійсно можливої урожайності необхідно: забезпечити оптимальну густоту рослин і правильно розмістити їх на площі, щоб листки та інші органи повніше вловлювали світло; визначити потребу рослин, що розвиваються, у воді та повністю задовольнити її шляхом зрошення; виявити потребу рослин, вирощуваних при поливі, у поживних речовинах і забезпечити їх потребу, застосовуючи добрива і здійснюючи інші заходи; забезпечити виконання на найвищому рівні прийомів підготовки ґрунту, сівби і догляду за рослинами під час вегетації; захистити рослини від шкідників, хвороб і, по можливості, від шкідливих метеорологічних факторів, несприятливих стихійних явищ.

Нагромадивши достатню кількість даних по впливу різних факторів і умов на врожай, можна знайти його формулу ‑ математичну модель.

Розрахунок урожайності за її збільшеннями на одиницю вимірів провідних факторів. Результати регресивного аналізу даних багаторічних багатофакторних польових дослідів дають можливість виводити математичні моделі зв'язку врожаю сільськогосподарських культур з факторами, які їх визначають. Наприклад, урожайність цукрових буряків прогнозують за рівнянням:

де У_с – урожай коренеплодів, ц/га; х₁ – передполивна вологість ґрунту, яка змінюється в межах 70‑80% НВ; х₂ – кількість норм добрив (умовна норма 20 т/га гною + N₁₀₀Р₆₀К₃₀), межі коливань 0‑2; х₃ – глибина оранки, см (межі коливань 30‑40 см).

На 1% передполивної вологості ґрунту приріст урожаю коренеплодів становить 7,08 ц/га, на одну умовну норму добрив – 14,783 і на 1 см поглиблення оранки – 5,47 ц/га.

Вихідні дані для побудови цієї математичної моделі одержані шляхом проведення багаторічного багатофакторного досліду, в якому вивчали нормування факторів, які не перевищують оптимум і змінюються, в основному, в межах лімітуючої області кривої відгуку. Це й дало можливість побудувати рівняння лінійної регресії.

До рівняння корисно вводити, крім факторів мінімуму й інші поєднані з ними фактори або прийоми підвищення врожаю (густоту рослин, глибину оранки та ін.), а при нагромадженні багаторічних даних ‑ метеорологічних показників.

При дотриманні відзначених умов рівняння набуває вигляду полінома (багаточлена) типу:

де у – урожайність, ц/га; b₀ ‑ вільний член рівняння; b₁, b₂, b_п – коефіцієнт регресії, що відповідає незалежним змінним (фактором урожаю) х₁, х₂, х_п, ц/га.

Для післяжнивних посівів в умовах Інгулецької зрошувальної системи одним з факторів мінімуму є тепло. Тому ми ввели в формулу цей показник у вигляді суми температур або середньодобової температури за вегетаційний період.

Залежність урожайності післяжнивної кукурудзи, вирощуваної на каштановому ґрунті, від агротехнічних умов і температури виражається рівнянням:

де у – урожайність зеленої маси, ц/га; х₁ – вологість ґрунту перед поливом, % НВ; х₂ – кількість рослин, коливання від 90 до 120 тис/га; х₃ – глибина обробітку ґрунту в межах 10‑16 см; x₄ – норма азотних добрив – від 0 до 120 кг/га поживної речовини; х₅ – середньодобова температура за вегетаційний період, що змінюється від 18,2 до 22,7°С.

Негативна величина вільного члена рівняння вказує на те, що біологічний нуль тепла і вологи (фізіологічний мінімум температури у вологість зав'янення) лежить вище фізіологічного. Тому розрахована врожайність у діапазоні від фізичного до біологічного нуля цих факторів у дійсності не може бути одержана і відповідна величина його виключається.

При іншому складі факторів, які вивчаються, вільний член рівняння може бути позитивним і нерідко визначає початковий рівень урожайності, яка зростає під дією даних факторів.

Розрахунок урожайності по компенсації винесення поживних речовин і витрата води запланованим урожаєм. В умовах господарського розрахунку потрібно знати і враховувати не тільки рівні передполивної вологості ґрунту, які характеризують водний режим рослин, але також затрати зрошувальної води на запланований урожай, оскільки вона має визначену вартість.

Розрахунок робимо, використовуючи показник коефіцієнта водоспоживання. Спочатку знаходимо загальні витрати води полем на запланований урожай, множачи його на коефіцієнт водоспоживання:

Ei = у·КВ.

Загальні витрати води (сумарне випаровування або евакотранспірація) включають витрату води ґрунтом і рослинами.

Для розрахунку кількості зрошувальної води із загальних затрат послідовно виключаємо корисні опади (О_к), запас використовуваної продуктивної вологи ґрунту, а при близькому рівні підгрунтових вод – і кількість використовуваної рослинами ґрунтової води (див. Водоспоживання і зрошувальна норма).

Зробимо розрахунок зрошувальної норми на запланований урожай кукурудзи 80 ц/га зерна в умовах глибокого залягання підгрунтових вод.

KB, як уже відзначено, величина змінна, але для даного рівня врожайності відносно стійка і при рівні врожаю 80 ц/га становить близько 600 м³/т. Сумарна витрата води становить 8 – 600 = 4800 м³/га. Весняний запас вологи в метровому шарі ґрунту 18% його сухої маси (90% НВ). Передполивна вологість – 14% (70% НВ). Запас оптимальної вологи (18‑14) =4% маси ґрунту; при його об'ємній масі 1,4 у метровому шарі міститься 560 м³/га (див. формулу розрахунку запасу вологи). Корисні опади за вегетацію з урахуванням коефіцієнта їх використання 0,6 становлять 90 мм, або 900 м³/га. Звідси знаходимо зрошувальну норму (М_з):

М_з = 4800 – 560 – 900 = 3340 м³/га

Якщо поливами підтримується близький до оптимального режим зрошення, на частку добрив припадає близько 80% всіх змін урожаю. Тому розрахунок добрив на запланований урожай у зрошуваному землеробстві має особливо важливе значення.

Винесення поживних речовин з ґрунту компенсується внесенням добрив. Винесення визначається в розрахунку на 1 ц або 1 т корисної продукції з урахуванням побічної.

Ця величина дещо змінюється під впливом ґрунтово-кліматичних і агротехнічних умов. Тому в кожному конкретному випадку необхідно користуватися даними науково-дослідних установ, одержаними в місцевих умовах, або даними, які є в літературі (табл. 24).

24. Коефіцієнти використання NPK. з ґрунту і добрив у частках одиниці
за узагальненими даними І.Ф. Тернавського і М.К. Коюмова (1986)

У 1 т гною звичайно міститься діючої речовини – азоту 5, фосфору – 2,5, калію – 6 кг. За даними Інституту зрошуваного землеробства УААН, азоту використовується 15%, фосфору 20, калію 10%.

Якщо мінеральні добрива вносять одночасно з органічними, необхідну для запланованого врожаю норму кожної поживної речовини (Н) визначають за формулою:

де В ‑ винесення поживної речовини з урожаєм, кг/га; п – вміст доступної для рослин поживної речовини в ґрунті, кг/га; К_п – коефіцієнт використання поживної речовини ґрунту, %; о – кількість поживної речовини, внесеної з гноєм, кг/га; К_о – коефіцієнт використання діючої речовини органічного добрива, %; К_у – коефіцієнт використання діючої речовини мінерального добрива, %.

Виноситься на 1 ц корисної продукції (з урахуванням побічної) озимою пшеницею азоту 3,2%; Р₂0₅ – 1,2, К₂О – 2,5; кукурудзою відповідно 3,03, 1,02 і 3,13; люцерною 2,6, 0,7 і 1,5%.

Розрахунок норм добрив на додаткове збільшення врожаю в умовах оптимального режиму зрошення. Норми добрив можуть бути розраховані на додаткове збільшення врожаю понад той рівень, який забезпечується родючістю ґрунту в умовах оптимального зрошення.

Приклад такого розрахунку наведено у таблиці 25 для умов півдня України (темно-каштановий ґрунт).

25. Розрахунок норми мінеральних добрив на запланований урожай
зерна озимої пшениці (60 ц/га) в умовах зрошення

Примітка. У першому рядку таблиці поданий фактичний вміст ПР по обліку перед сівбою.

У другому рядку – те ж у кг/га з розрахунку: 1 мг ПР на 100 г ґрунту відповідає вмісту в одному шарі З0 кг/га. У 3-му, 5-му і 8-му рядках наведено відповідні показники за даними Інституту зрошуваного землеробства УААН (Справочник по орошаемому земледелию.‑ К.: Урожай, 1984).

Наведений у таблиці 25 урожай, лімітований окремими поживними речовинами ґрунту, одержаний розрахунковим шляхом. Надійніші дані, які одержані в найпростішому експерименті, який можна провести в умовах виробництва.

Підводячи підсумок викладених матеріалів по програмуванню врожаїв, прокладаючи місток між теорією і практикою, необхідно сказати, що програмування – складний триетапний процес: перший етап представлений багаторічними, багатогранними і масштабними експериментами, до яких залучена велика кількість вчених з багатьох науково-дослідних установ; це осмислювання, глибокий аналіз і одержання інформації, демонструючої кількісний зв'язок з визначаючими його факторами; другий етап – науково обґрунтоване складання технологічних карт вирощування сільськогосподарських культур на основі останніх досягнень науки і | практики, причому при їх складанні повинні спільно працювати ,| вчені й спеціалісти господарства; кожний елемент технологічної програми повинен відповідати ґрунтово-кліматичним умовам господарства, опиратися на його матеріальні ресурси і технічні можливості; третій етап – зводиться до строгої реалізації на полі всіх елементів технологічної карти, виконання їх у строки і якісно, які відповідають біології вирощуваної культури і ґрунтово-кліматичним умовам господарства.

Закономірно постає питання – чи доцільно на даному етапі розвитку сільського господарства займатися програмуванням урожаю на поливних землях і чи оправдане впровадження його на великих масивах? Відповідь може бути тільки одна: в зв'язку з тим, що програмування поєднано з додатковим використанням матеріально-технічних ресурсів, якщо на даному етапі розвитку землеробства не вистачає, займатися ним необхідно, але на обмежених площах. Програмування дає можливість вирішити важливе завдання – виявити потенційні можливості зрошуваного землеробства.

При підтриманні поливами оптимальної вологості ґрунту проявляється в повній мірі його ефективна родючість, її об'єктивно «враховує» рослина, демонструючи в урожаї. Відпадає необхідність спиратися на мінливі показники використання рослинами поживних речовин ґрунту.

Проте за врожайністю в умовах оптимального зволоження, без внесення добрив, можемо робити висновок про наявність лише одного елемента живлення, який знаходиться в першому мінімумі. Виявити, яку врожайність забезпечує кожний елемент живлення, що міститься в ґрунті, можна за допомогою експерименту. Якщо з трьох елементів живлення (N, Р, К) внести в ґрунт два в достатній кількості, то третій опиниться в мінімумі, він і визначить рівень урожайності: вар. 1 NP (в мінімумі калій); вар. 2 NK (в мінімумі фосфор); вар. 3 РК. (в мінімумі азот).

Кількість внесених поживних речовин визначають з урахуванням вмісту їх у ґрунті для одержання найвищого врожаю в місцевих умовах.

У нескладному експерименті, застосувавши метод мінімуму, визначаємо більш точно, ніж розрахунковим шляхом, рівні врожайності, лімітовані наявністю в ґрунті окремих елементів живлення.

Припустимо, що в першому варіанті одержана врожайність озимої пшениці 50 ц/га, у другому – 40, у третьому – 30 ц/га. Отже, в ґрунті калію достатньо для формування 50 ц/га, фосфору – 40 і азоту – 30 ц/га зерна.

При програмуванні врожайності 70 ц/га калію потрібно внести в добривах з розрахунку на додатковий урожай (70‑50) = 20 ц/га, фосфору відповідно (70‑40) 30 і азоту (70‑30) 40 ц/га.