Способ определения сроков появления личинок вредной черепашки

 

Использование: сельское хозяйство, в частности защита растений от вредителей. Сущность: определяют сроки появления личинок вредной черепашки как сумму ранее определенных сроков появления первых яйцекладок и длительности развития стадии яйца вредителя. При этом длительность развития стадии яйца вредной черепашки рассчитывают математическим путем, по приведенной в описании зависимости. 1 ил. , 1 табл.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к защите растений от вредителей, и может быть использовано при разработке прогнозов сроков появления личинок вредной черепашки на полях озимой пшеницы.

Личинки вредной черепашки повреждают преимущественно зерно пшеницы, что представляет особую опасность для урожая, так как компенсировать его потери в это время практически уже невозможно. Поэтому для сельскохозяйственного производства важно иметь точную информацию о возможных сроках появления личинок вредителя на полях озимой пшеницы, чтобы используя различные методы борьбы с вредителем, предупредить нанесение им существенных потерь урожаю пшеницы - этой основной зерновой культуре.

Известно несколько способов прогнозирования сроков появления различных фаз (стадий) вредителей сельскохозяйственных культур, в том числе и с помощью определения длительности или обратной ей величине - скорости развития отдельных фаз вредителя.

Так, например, известен способ определения скорости развития насекомых при переменных температурах (t_min < t < t_max), основанный на использовании интегральной формы уравнения типа: Y(t_max-t_min) = Y_o exp- a(T-t²)dt, (1) где Y_o - максимальная скорость развития; Т - температура, соответствующая значение Y_o, в ^оС; а - постоянный коэффициент, характеризующий скорость изменения Y относительно t.

Для решения этого интеграла предлагается разделить интервал температур от t_min до t_max на n равных частей и методом парабол, используя довольно громоздкую формулу Симпсона, получить результат.

Такой способ для практических расчетов весьма сложен, громоздок и трудно доступен для работников службы защиты растений.

Наиболее близким техническим решением является способ определения длительности развития личинки вредной черепашки методом сумм эффективных температур, являющийся прототипом.

В этом случае длительность развития той или иной фазы или периода жизнедеятельности вредной черепашки находится как m = , (2) где m - длительность развития, в сутках; СЭТ - сумма эффективных температур за данный период развития, ^оС; Т - средняя температура за период, в ^оС; t_o - нижний термический порог развития данной фазы вредителя, ^оС.

Этот способ значительно проще, доступнее и более удобный для практических расчетов и его широко используют для прогнозирования в настоящее время. Однако, он имеет один, но существенный недостаток - способ не обладает высокой точностью, что объясняется следующими причинами: Во-первых, в различных природно-климатических зонах, например, во всех областях Украины, где вредитель имеет экономическое значение, сумма эффективных температур, необходимая для развития одной и той же фазы развития вредителя, будет различной. Например, для стадии яйца вредной черепашки она может отличаться на 5-15^оС, для стадии личинки - на 50-70^оС и т. д.

Во-вторых, точность определения нижних термических порогов развития различных стадий вредной черепашки не превышает десятых долей градуса, что также вносит соответствующую погрешность в расчет их длительности развития.

В-третьих, и это очень существенно, в сумму эффективных температур, необходимых для развития яйца вредной черепашки, как правило, включают и температуры, фиксируемые с момента прилета первых имаго (клопов) перезимовавшего поколения вредителя, а не с момента первых откладок яиц, что также приводит к повышению погрешности расчета.

Наконец, рассчитанные по суммам эффективных температур длительности развития насекомых близки к действительности лишь в сравнительно узком интервале средних температур, приближающихся к оптимальным для того или иного вида насекомых.

Целью предложенного способа является повышение его точности.

Положительный эффект заключается как в повышении точности определения сроков появления личинок вредной черепашки на полях озимой пшеницы, так и в получении этой информации, как минимум, за две декады до фактического их появления на полях озимой пшеницы, в связи с чем своевременно могут быть приняты необходимые и эффективные меры борьбы с вредителем, что будет способствовать уменьшению потерь урожая пшеницы и загрязнению окружающей среды, т. е. обеспечивается и экономическая и экологическая эффективность предложенного способа.

Способ основан на учете температурных характеристик окружающей среды, отличающийся тем, что, с целью повышения его точности определяют в полевых условиях сроки появления первых яйцекладок вредной черепашки на полях озимой пшеницы, а сроки появления личинок определяют как сумму срока появления первых яйцекладок и длительности развития стадии яйца вредителя, при этом длительность развития яйца определяют по формуле N = (0,2569 + 0,0358Т_ср. - 0,0009Т_ср.²)^-1 (3) где N - длительность развития яйца, в сутках;
Т_ср. - средняя температура воздуха по данным метеослужбы за две декады вперед, ^оС.

Сопоставительный анализ заявленного решения с прототипом показывает, что заявленный способ отличается от известного тем, что: во-первых, в нем появляется новая операция - определение в полевых условиях срока появления первых яйцекладок вредной черепашки и во-вторых, осуществлено сокращение числа температурных характеристик (с трех до одной), что не только не ухудшило качественные параметры способа, а наоборот, значительно улучшило их, резко повысив точность способа.

Ниже приводится математический анализ основных расчетных формул, применяемых в прототипе и в заявленном способе на максимальную абсолютную погрешность, определяемую как границы доверительно интервала функции из выражения:
Δf = , (4) где ; ; - частные производные функции f по переменным "а", "b" и "с".

В случае прототипа при определении скорости развития (v) (v - величина, обратная длительности развития), будем иметь
V = = - (5)
Тогда, используя выражение (4), получаем:
ΔV= (6)
Определяя частные производные функции (5), будем иметь:
= , (7)
= - , (8)
= _ (T-t_o)· (9)
Подставляя полученные значения частных производных (7,8 и 9) в выражение (6), получаем:
ΔV = . (10)
Задавшись реальными значениями абсолютных погрешностей ΔТ, Δ t₀ и Δ CЭТ и практическими результатами Т, t₀ и СЭТ для случая развития яйца вредной черепашки как Δ T = Δ t₀ = 0,1^oC, ΔСЭТ = 10^оС, Т = 18^оС, t₀ = 10^оС и СЭТ = 90^оС, будем иметь:
ΔV = = 0,01
(11) или в процентах Δv' = 1% .

Математически анализируя используемую в предложенном способе формулу (3) на максимальную абсолютную погрешность для скорости развития яйца вредной черепашки, из выражения:
= W = 0.2569 + 0.0358 T_ср - 0.0009 T²_ср , (12) получаем значение ΔW, как
ΔW = ⁼ Δ^Tcp (13) = 0.0358 - 2 × 0.0009× T_ср= 0.0358 -0.0018 T_ср (14)
Подставляя значение (14) в выражение (13), будем иметь:
Δ W = (0,0358-0,0018 х Т_ср./ ΔТ_ср. (15)
Задавшись реальными значениями ΔТ_ср. = 1^оС и Т_ср. = 18^оС, получаем: ΔW = = (0,0358-0,0018 х 18/х1 = 0,0034 или в процентах ΔW' = 0,34% .

Сравнивая полученные погрешности для случая прототипа и предложенного способа, получаем:
= = 3,2 (16) т. е. имеем повышение точности в предложенном способе в 3,2 раза.

Таким образом, используя только операцию определения средней прогнозируемой температуры за период в две декады после откладки яиц вредной черепашкой, а не трех величин (СЭТ, средней температуры и нижнего термического порога развития яйца), как это осуществляется в прототипе, в предложенном способе получаем новый положительный эффект - значительное повышение точности определения сроков появления личиночной стадии вредителя.

Период в две декады обосновывается тем, что максимальный период развития яиц вредной черепашки в природных условиях, как правило, не превышает 20 дней.

Использование операции предварительного определения срока появления яйцекладок вредной черепашки на полях озимой пшеницы также способствует повышению точности определения сроков появления личинок вредителя, так как при этом сокращается время, на которое распространяется прогнозирование.

На чертеже изображена зависимость длительности развития стадии яйца вредной черепашки (N) в сутках от средней температуры за двухдекадный период развития яйца (Т), в ^оС, полученная за многолетний (17-20 лет) интервал времени и усредненная по данным тех областей Украины, где вредная черепашка имеет экономическое значение как вредитель озимой пшеницы.

Эта зависимость имеет нелинейный характер, проходит через свой экстремальный минимум и позволяет по любому известному значению температуры определить строго определенное ей значение длительности развития яйца вредной черепашки.

Изобретение осуществляется следующим образом:
В полевых условиях определяют сроки (даты) появления первых яйцекладок черепашки на полях озимой пшеницы. Затем по представленным метеослужбой прогнозам для данной местности температур воздуха определяют их среднее значение за двухдекадный период после срока появления первых яйцекладок вредной черепашки. Используя формулу (3) или график по этому среднему значению температуры воздуха (Т), определяют длительность развития яйца вредителя (N). Добавив к сроку (дате) появления яйцекладок вредной черепашки длительность развития яйца, найденную по формуле (3) или графику (1), получают сроки (дату) появления личинок вредной черепашки.

В таблице приведены результаты расчетов, полученные при сравнении фактических данных за 20 лет (1966-1985 гг. ) и прогнозируемые по предложенному способу для условий Полтавской области (Полтавский пункт сигнализации и прогноза).

Как следует из расчетов, коэффициент коррекционной связи между фактической и прогнозируемой по данному способу длительностью развития яйца вредной черепашки, определяемый по формуле
η = = = 0,947
(17) будет весьма высоким, достигая величины, равной η= 94,7%
Проведенные аналогичные расчеты для других областей Украины, где вредная черепашка имеет экономическое значение, как опасный вредитель озимой пшеницы, показывают, что между прогнозируемыми по разработанному способу и фактическими многолетними данными зависимости длительности развития яйца вредной черепашки от средней температуры воздуха за период развития, существуют очень тесные корреляционные связи со средним значением коэффициента корреляционного отношения η= 0,84.

Таким образом, как следует из полученных данных, предложенный способ с успехом может использоваться во всех областях, где вредная черепашка имеет экономическое значение, например, во всех 12 областях Украины, т. е. коэффициент использования способа весьма широкий и получаемые при этом результаты достоверности прогнозов по разработанному способу в среднем равны 84% (от 74,2 до 94,7% ).

Использование предлагаемого способа определения сроков появления личинок вредной черепашки обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Повышается точность определения сроков появления личинок вредной черепашки на полях озимой пшеницы, так как более чем в три раза увеличивается точность определения длительности развития стадии яйца вредной черепашки, что осуществляется путем исключения зависимости длительности от трех температурных характеристик и введения этой зависимости только от одной средней температуры.

2. Разработанный способ позволяет повысить коэффициент использования его для крупных регионов страны, например, для всех областей Украины, где вредная черепашка имеет экономическое значение, обеспечивая при этом достоверность прогнозируемых сроков в среднем на 84% .

3. Благодаря повышению точности определения сроков появления личинок вредной черепашки и получения этой информации, как минимум, за две декады до фактического их появления на полях озимой пшеницы, на практике своевременно могут быть приняты необходимые и эффективные меры борьбы с вредителем, что будет способствовать уменьшению потерь урожая пшеницы и загрязнению окружающей среды, т. е. будет обеспечен соответствующий как экономический так и экологический эффект. (56) Макаров Л. А. , Доронина Г. М. Методика прогноза фаз динамики популяций вредной черепашки, планирования объемов защитных обработок, сигнализации и сроков их проведения. Л. : ВНИИЗР, 1985, с. 20.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРОКОВ ПОЯВЛЕНИЯ ЛИЧИНОК ВРЕДНОЙ ЧЕРЕПАШКИ, включающий учет температурных характеристик окружающей среды, отличающийся тем, что в полевых условиях определяют сроки появления первых яйцекладок вредной черепашки на полях озимой пшеницы и длительность развития стадии яйца вредителя, а сроки появления личинок определяют как сумму срока появления первых яйцекладок и длительности развития стидии яйца вредителя, при этом длительность развития стадии яйца определяют по формуле
N= (0,2569+0,0358T_сp-0,0009T_сp²),
где N - длительность развития стадии яйца, сут;
T_ср - средняя температура воздуха по данным метеослужбы за две декады вперед, ^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3