Способ оценки урожайности яровой пшеницы в зависимости от погодных условий

Авторы патента:

Потанин Вениамин Григорьевич (RU)

A01G7/00 - Ботаника, общие вопросы (выращивание растений гидропонным способом A01G 31/00)

Владельцы патента RU 2733728:

Потанин Вениамин Григорьевич (RU)

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает определение значений погоды на установленном измерительном периоде от точки посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости; разделение измерительного периода на временные отрезки, соответствующие длительности фенологических фаз; разбиение измерительного периода на временные интервалы и применение коэффициента, учитывающего различное влияние фенологических фаз. На первой фенологической фазе «посев – всходы» измеряют температуру и влажность почвы, а на остальных фенологических фазах развития растений - температуру воздуха и влажность почвы. Уменьшают длительность временных интервалов до двух дней. Определяют угол, характеризующий область эффективного использования растением факторов погоды для каждой фенологической фазы для осуществления ростового процесса, как угол между осью температуры и вектором, проходящим от начала координат до точки, которая для первой фенологической фазы соответствует оптимальным значениям температуры и влажности почвы, а для остальных фенологических фаз соответствует оптимальным значениям температуры воздуха и влажности почвы, используя для этого при заданном масштабе осей графические построения ранее выполненного экспериментального исследования, выявляющего при помощи остаточного метода выше отмеченные оптимальные значения по температуре и влажности на различных фенологических фазах. Осуществляют оценку урожайности по формуле:

где n - количество временных интервалов на протяжении измерительного периода; n₁ - количество временных интервалов на протяжении 1-й фенологической фазы; n_i - количество временных интервалов на протяжении i-й фенологической фазы; l - количество анализируемых фенологических фаз; i - номер анализируемой фенологической фазы; j - номер временного интервала на протяжении фенологической фазы; A - коэффициент преобразования рассчитанного результата к величине в «кг/га»; К_f1 - коэффициент 1-й фенологической фазы; К_fi - коэффициент i-й фенологической фазы; B_p1j - потери по температуре почвы на j-м интервале 1-й фенологической фазы; B_w1j - потери по влажности на j-м интервале 1-й фенологической фазы; B_tij - потери по температуре воздуха на j-м интервале времени i-й фенологической фазы; B_wij - потери по влажности почвы на j-м интервале времени i-й фенологической фазы. Способ позволяет получить достоверную оценку урожайности. 1 ил.

Изобретение относится к области сельского хозяйств, в частности к области научных исследований при оценке сельскохозяйственных культур и результатов их использования в сельскохозяйственном производстве.

Известен способ по оценке продуктивности растений в зависимости от лимитирующего фактора жизни растений (Лебедев Н.С. Закон лимитирующего фактора: применение в земледелии // Земледелие. - 1994. - №6 - С. 9-11).

Продуктивность растений определяется следующим выражением:

где У - продуктивность растения;

х - фактический параметр (лимитирующий) конкретного фактора жизни растений;

а - оптимальный параметр этого фактора;

b - минимальный или максимальный параметр того же фактора;

А - максимальная продуктивность растений.

Данное техническое решение имеет невысокую точность получаемых результатов по следующим причинам: отсутствие учета влияния любого, не лимитирующего фактора, не учитывается изменение факторов во времени и не учитывается различное влияние отдельных фенофаз на урожайность.

Известен способ прогнозирования урожайности яровой пшеницы (Кондратенко Е.П. и др. (RU), №2439873; Опубликовано: 20.01.2012 Бюл. №2). В способе используют множественную регрессионную зависимость Y=a+b₁X+b₂Z, где X - температуры, Z - осадки, а, b₁ и b₂ - коэффициенты. При этом измеряют средние активные температуры, средние осадки и соответствующие урожайности М предшествующих вегетационных периодов, на основании которых вычисляют коэффициенты регрессионного уравнения: b₁, b₂ и а с помощью уравнений:

где Y (ц/га) - урожай яровой пшеницы i-го вегетационного периода, - усредненный урожай яровой пшеницы за М лет предшествующих прогнозируемому вегетационному периоду, X - суммарная активная температура i-го вегетационного периода, - усредненная суммарная активная температура за М лет предшествующих прогнозируемому вегетационному периоду, Z - суммарные осадки i-го вегетационного периода, - усредненные суммарные осадки за М лет предшествующих прогнозируемому вегетационному периоду.

К недостаткам описанного способа относится не высокая точность прогнозирования урожайности из-за отсутствия возможности учета фенологических фаз и изменения числовых коэффициентов уравнения, которые сильно зависят от изменения условий возделывания растений. Если хозяйство поменяло технологию возделывания растений, то необходимо снова накапливать статистическую информацию в течении М лет или получать высокую погрешность.

Наиболее близким аналогом является способ оценки урожайности зерновых культур в зависимости от погодных условий (Потанин В.Г., Потанин И.В. (RU), №2281644; Опубликовано: 20.08.2006 Бюл. №23). В способе устанавливают измерительный период на протяжении вегетационного процесса зерновых культур от начала посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости, разбивают измерительный период на интервалы времени, не превышающие декаду, на которых измеряют влажность почвы и температуру воздуха. На базе полученных результатов измерений и предварительно установленных минимальных и оптимальных значений измеряемых величин определяют для каждого интервала времени относительное значение продуктивной влажности почвы и относительное действующее значение температуры воздуха, а также - величины суммарной потери урожайности от совместного действия обоих измеряемых факторов. Данные результаты составляют основу для определения урожайности и позволяют ее вычислить по приведенной формуле

где: У - оценка урожайности, ц/га;

У_max.з- максимальная урожайность культуры для анализируемого земельного участка, ц/га;

n - число интервалов времени, входящих в измерительный период;

K_ϕ - коэффициент, соответствующий фенофазам развития растений;

α1, α2 - степень действия факторов погоды;

K - коэффициент, учитывающий отличительное влияние температуры;

W_i - среднее значение влажности почвы на i-том интервале времени, %;

W_min - минимальное значение влажности почвы, обеспечивающее жизнедеятельность растений, %;

W_oi - оптимальное значение влажности почвы на i-том интервале, %;

t_i - среднее значение температуры воздуха на i-том интервале, С°;

t_min - минимальное значение температуры воздуха для жизнедеятельности растений, С°;

t_oi - оптимальное значение температуры воздуха на i-том интервале, С°;

С - коэффициент, компенсирующий часть вегетационного периода, которая не вошла в измерительный период, ц/га.

Недостатком данного технического решения является наличие погрешности из-за не учета того обстоятельства, что температура почвы (на глубине заделки семян) на фенологической фазе «посев - всходы» точнее определяет развитие проростков растения, чем температура воздуха и того обстоятельства, что погодные факторы имеют различное по существу влияние на различных фенологических фазах.

Задача заявленного технического решения - повышение точности и надежности оценки урожайности яровой пшеницы, а так же уточнения картины или принципов воздействия погодных условий (факторов) на развитие растений.

Эффект и технический результат от реализации данного способа проявляются в более точной и достоверной информации об урожайности и в получении более информативного представления о том, как погодные условия влияют на развитие растений. Последнее обстоятельство способствует расширению возможностей развития научных исследований и селекционных работ.

Это достигается тем, что для оценки урожайности яровой пшеницы определяют значения погоды на установленном измерительном периоде от точки посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости и разделяют измерительный период на временные отрезки, соответствующие длительности фенологических фаз. Разбивают измерительный период на временные интервалы, не превышающие двух дней, измеряют средние значения температуры воздуха и влажности почвы на данных интервалах времени и применяют коэффициенты, учитывающие различное влияние фенологических фаз. Используют в качестве основы примененное в аналоге положение о том, что возникающие при развитии растения потери пропорциональны отклонениям температуры воздуха и влажности почвы от их оптимальных значений, а совокупные потери от совместного действия данных факторов равны геометрической сумме ортогональных векторов отдельных потерь вышеотмеченных факторов. Выполнение дальнейшей части способа отличается от аналога тем, что на первой фенологической фазе (посев - всходы) вместо температуры воздуха измеряют температуру почвы наряду с ее влажностью, а на остальных фенологических фазах развития растений - температуру воздуха и влажность почвы. Уменьшают длительность временного интервала до величины не более двух дней. Определяют угол, характеризующий область эффективного использования растением факторов погоды для каждой фенологической фазы при осуществлении ростового процесса, как угол между осью температуры и вектором, проходящим от начала координат до точки, соответствующей оптимальным значениям влажности и температуры воздуха (или почвы). При этом, для определения точки с выше отмеченными оптимальными значениями используют графические построения ранее выполненного экспериментального исследования при заданным масштабе осей, выявляющего при помощи остаточного метода вид зависимости урожайности на различных фенологических фазах. А также определяют проекции данного вектора на ось температур и ось влажности и осуществляют оценку урожайности по формулам:

где: У - оценка урожайности, ц/га; n - количество временных интервалов на протяжении измерительного периода; n - количество временных интервалов на протяжении измерительного периода; n_i - количество временных интервалов на протяжении i-ой фенологической фазы; - количество анализируемых фенологических фаз; i - номер анализируемой фенологической фазы; j - номер временного интервала на протяжении фенологической фазы; A - коэффициент преобразования рассчитанного результата к величине в «кг/га»; n₁ - количество временных интервалов на протяжении 1-ой фенологической фазы; К_ф1 - коэффициент 1-ой фенологической фазы; B_p1j - потери по температуре почвы на 1-ой фенологической фазе; B_w1j - потери по влажности на 1-ой фенологической фазе.

где: B_p1j - потери по температуре почвы на 1-ой фенологической фазе; t_1j - значение температуры на j-ом интервал времени 1-ой фенологической фазы, С°; w_1j - значение влажности почвы на j-ом интервал времени 1-ой фенологической фазы, мм; α₁ - значение угла на 1-ой фенологической фазе, град;

где: B_w1j - потери по влажности почвы на 1-ой фенологической фазе; t_1j - значение температуры на j-ом интервал времени 1-ой фенологической фазы, С°; w_1j - значение влажности почвы на j-ом интервал времени 1-ой фенологической фазы, мм; α₁ - значение угла на 1-ой фенологической фазе, град;

где: B_tij - потери по температуре воздуха на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы; t_ij - значение температуры на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы, С°; w_ij - значение влажности почвы на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы, мм; α_i - значение угла на i-ой фенологической фазе, град;

где: B_wij - потери по влажности почвы на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы; t_ij - значение температуры на i-ом интервале времени i-ой фенологической фазы, С°; w_ij - значение влажности почвы на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы, мм; α_i - значение угла на i-ой фенологической фазе, град;

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что на первой фенологической фазе (посев - всходы) вместо температуры воздуха измеряют температуру почвы наряду с ее влажностью, а на остальных фенологических фазах развития растений - температуру воздуха и влажность почвы. Уменьшают длительность временного интервала до величины не более двух дней. Определяют угол, характеризующий область эффективного использования растением факторов погоды для каждой фенологической фазы при осуществлении ростового процесса, как угол между осью температуры и вектором, проходящим от начала координат до точки, соответствующей оптимальным значениям влажности и температуры воздуха (или почвы). При этом, для определения точки с выше отмеченными оптимальными значениями используют графические построения ранее выполненного экспериментального исследования при заданным масштабе осей, выявляющего при помощи остаточного метода вид зависимости урожайности на различных фенологических фазах. А также определяют проекции данного вектора на ось температур и ось влажности и осуществляют оценку урожайности по формулам:

, (2)

где: B_w1j - потери по влажности почвы на j-ой фенологической фазе; t_1j - значение температуры на j-ом интервал времени 1-ой фенологической фазы, С°; w_1j - значение влажности почвы на j-ом интервал времени 1-ой фенологической фазы, мм; α₁ - значение угла на 1-ой фенологической фазе, град;

где: B_wij - потери по влажности почвы на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы; t_ij - значение температуры на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы, С°; w_ij - значение влажности почвы на j-ом интервале времени i-ой фенологической фазы, мм; α_i - значение угла на i-ой фенологической фазе, град;

Способ оценки урожайности яровой пшеницы в зависимости от погодных условий реализуется следующим образом. Получают необходимые данные от метеослужбы. Преобразовывают их, формируя необходимый измерительный период (наполненный измерительной информацией) и разбивая его на временные отрезки, соответствующие длительности фенологических фаз, и на временные интервалы, не превышающие двух дней. Так как обычно информация по температуре в метеослужбах накапливается ежедневным образом, а по влажности почвы - подекадно, то соответственно при двухдневном временном интервале вычисляют среднее значение температуры за два дня, а по влажности почвы на каждом временном интервале данной декады повторяем ее измеренное значение. Но при этом выполняют небольшое сглаживание для уменьшения скачков на краях декад. В случае однодневного интервала все аналогично, но с учетом его фактической длительности. Для обеспечения вычислительных процедур необходимо знание величин углов, определяющих область эффективного использования растением факторов погоды (для каждой фенологической фазы). Обычно информация, позволяющая определить этим углы, априорно известна, из собственных предварительных исследований или из материалов других авторов. Так как для каждого сорта данная информация определяется однократно. В противном случае выполняют экспериментальное исследование, использующее остаточный метод (А.Р. Константинов, ПОГОДА, ПОЧВА И УРОЖАЙ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ, Гидрометиздат, 1978. С. 40-45). На фиг. 1 (из выше отмеченного источника) приведена иллюстрация полученных остаточным методом графиков, по которым можно определить требуемые углы.

Но фактически для этих целей требуется построение лишь самых малых «квазиэлипсов», соответствующих высокой урожайности (например, замкнутую кривую урожайности «1,2», среди 4-ой группы кривых) или даже порядка 6 их точек. Так как этого достаточно для определения центров «квазиэлипсов». А эти центры являются точками оптимумов, необходимых для определения требуемых углов. Необходимо дополнительно отметить, что на фиг. 1 используется ось абсолютной влажности воздуха. В нашей работе применяется переменная «влажность почвы» и соответствующая ей координатная ось. Так как переменные обеих осей коррелированны и отображают потребление воды растением, то для иллюстрации любой вариант применим.

Выше приведенные операции позволяют получить данные для расчета урожайности и выполнить ее оценку, используя следующие формулы.

где: где: У - оценка урожайности, ц/га; n - количество временных интервалов на протяжении измерительного периода; n - количество временных интервалов на протяжении измерительного периода; n_i - количество временных интервалов на протяжении i-ой фенологической фазы; - количество анализируемых фенологических фаз; i - номер анализируемой фенологической фазы; j - номер временного интервала на протяжении фенологической фазы; A - коэффициент преобразования рассчитанного результата к величине в «кг/га»; n₁ - количество временных интервалов на протяжении 1-ой фенологической фазы; К_ф1 - коэффициент 1-ой фенологической фазы; B_p1j - потери по температуре почвы на 1-ой фенологической фазе; B_w1j - потери по влажности на 1-ой фенологической фазе.

α₁ - значение угла на 1-ой фенологической фазе, град;

С целью проверки работоспособности выполнена экспериментальная работа, в процессе которой определены угловые показатели для пшеницы Новосибирская 81. А именно, для фенологической фазы «посев - всходы» угол (оптимального восприятия растением показателей погоды) составил 54 град.; для фазы «всходы - кущение» - 49 град.; для фазы «кущение - выход в трубку ») - 48 град.; для фазы «выход в трубку - колошение» - 43 град.; для фазы «колошение - цветение» - 24 град.; для фенологического интервала «цветение - восковая спелость» - 26 град. Для сорта Новосибирская 67 выявлено отличие по углу лишь для фенологической фазы «выход в трубку - колошение», для которой угол составил 35 град., а для остальных случаев разница была в пределах ошибки. Осуществленная оценка урожайности для сорта Новосибирская 81 по 6-ти годам показала наличие среднеквадратической ошибки в 1,3 (кг/га) при средней урожайности 34 (кг/га). Для уменьшения погрешности предусмотрен экспериментальный эксперимент по доработке коэффициента . В настоящее время он изменяется в пределах от 0,8 до 2,2 и постоянен для каждой вазы, а планируется в виде несложной функции, зависящей от предшествующего результата (результата оценки предшествующей фенологической фазы).

Краткое описание чертежей.

В качестве иллюстрационного материала на фиг. представлена зависимость урожайности от погодных условий периода вегетации, характеризуемых температурой и влажностью воздуха. Для разных периодов вегетации осуществлена группировка кривых (данной зависимости) следующим образом: 1 группа соответствует межфазному периоду «посев - осеннее прекращение вегетации»; 2 группа - «возобновление вегетации - выход в трубку»; 3 группа - «выход в трубку - колошение»; 4 группа - «колошение - восковая спелость»; 5 группа - «весь период». Каждая группа имеет отличительный вид начертания кривых и, кроме того, в непосредственной близости от каждой кривой указана величина урожайности.

Способ оценки урожайности яровой пшеницы в зависимости от погодных условий, включающий определение значений погоды на установленном измерительном периоде от точки посева до временной точки, находящейся в границах от фазы колошения до фазы желтой спелости; разделение измерительного периода на временные отрезки, соответствующие длительности фенологических фаз; разбиение измерительного периода на временные интервалы и применение коэффициента, учитывающего различное влияние фенологических фаз, отличающийся тем, что на первой фенологической фазе «посев – всходы» измеряют температуру и влажность почвы, а на остальных фенологических фазах развития растений - температуру воздуха и влажность почвы; уменьшают длительность временных интервалов до двух дней; определяют угол, характеризующий область эффективного использования растением факторов погоды для каждой фенологической фазы для осуществления ростового процесса, как угол между осью температуры и вектором, проходящим от начала координат до точки, которая для первой фенологической фазы соответствует оптимальным значениям температуры и влажности почвы, а для остальных фенологических фаз соответствует оптимальным значениям температуры воздуха и влажности почвы, используя для этого при заданном масштабе осей графические построения ранее выполненного экспериментального исследования, выявляющего при помощи остаточного метода выше отмеченные оптимальные значения по температуре и влажности на различных фенологических фазах и осуществляют оценку урожайности по формуле:

где: n - количество временных интервалов на протяжении измерительного периода;

n₁ - количество временных интервалов на протяжении 1-й фенологической фазы;

n_i - количество временных интервалов на протяжении i-й фенологической фазы;

l - количество анализируемых фенологических фаз;

i - номер анализируемой фенологической фазы;

j - номер временного интервала на протяжении фенологической фазы;

A - коэффициент преобразования рассчитанного результата к величине в «кг/га»;

К_f1 - коэффициент 1-й фенологической фазы;

К_fi - коэффициент i-й фенологической фазы;

B_p1j - потери по температуре почвы на j-м интервале 1-й фенологической фазы;

B_w1j - потери по влажности на j-м интервале 1-й фенологической фазы;

B_tij - потери по температуре воздуха на j-м интервале времени i-й фенологической фазы;

B_wij - потери по влажности почвы на j-м интервале времени i-й фенологической фазы.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ основан на многолетних ежегодных наблюдениях за фактическими значениями урожайности ярового ячменя.

Способ создания низкорослой кроны плодовых деревьев, полученных на семенных подвоях // 2733287

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к садоводству при формировании высокопродуктивных садов. Способ включает рядовую посадку саженцев с наклоном и формирование деревьев с центральным проводником.

Узел порционный для измерения показателя кислотности растворов // 2732810

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен узел порционный для измерения показателя кислотности в питательных растворах при выращивании растений, включающий систему для измерения и подачи кислотного раствора с использованием индикаторов.

Способ возделывания интенсивного сада яблони на сильнорослых и среднерослых подвоях // 2731089

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к плодоводству. Способ включает высокоплотную схему посадки 4,0×1,5 м.

Устройство для определения флуктуирующей асимметрии оптических характеристик листьев растений // 2730680

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Устройство для определения флуктуирующей асимметрии оптических характеристик листьев растений содержит первый зажим с расположенными на нем первыми входным и выходным оптическими разъемами, первый источник света, первый гибкий световод, соединяющий первый источник света с первым входным оптическим разъемом, спектрометр, устройство управления, причем оно дополнительно содержит второй зажим с расположенными на нем вторыми входным и выходным оптическими разъемами, второй источник света, второй гибкий световод, разветвленный гибкий световод, направляющую, при этом второй гибкий световод соединяет второй источник света с вторым входным оптическим разъемом, разветвленный гибкий световод своими разветвленными жгутами соединен с первым и вторым выходными оптическими разъемами, а неразветвленым жгутом соединен с спектрометром, первый и второй зажимы присоединены к направляющей с возможностью взаимного перемещения и фиксации на ней, электрически устройство управления соединено с первым, вторым источниками света и спектрометром.

Способ повышения плодородия почв под прогнозируемый урожай сельскохозяйственных культур // 2730618

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ включает анализ продуктивности почвы с учетом абиотических факторов путем отбора почвы для анализа, определения содержания агрохимических показателей, определение факторов агроклиматического ресурса данной территории, влияющих на урожайность культуры: фотосинтетической активной радиации (ФАР), влагообеспеченности, биогидротермического потенциала (БГТП), биоклиматического потенциала (БКП), определение урожайности выбранной сельскохозяйственной культуры в зависимости от внешней и почвенной среды по формуле: ,где: У - урожай по сумме i-x факторов; n - количество факторов принятых при расчете урожая; i - фактор, влияющий на урожай и прибавку урожая - гумус, фосфор, калий, кислотность, микроэлементы - показатели из агрохимического анализа почв; Уi1 - урожай, обеспечиваемый показателями почвенного плодородия по i-фактору; Уi2 - прибавка урожая, обеспечиваемая дополнительным i-фактором; ai - поправочный коэффициент на влияние кислотности почвы, построение номограммы в виде графика, выбор для конкретной сельскохозяйственной культуры по номограмме показатель прогнозируемого урожая, наложение на номограмму линейки и определение требуемой дозы удобрений, при этом дозу удобрений для сельскохозяйственной культуры устанавливают с учетом обеспеченности почв питательными веществами, рассчитывают получение прибавки в 1 т/га урожая, в качестве основных показателей питательности почв выбирают гумус, фосфор и калий.

Способ фиторемедиации автомобильных дорог // 2728600

Изобретение относится к области экологии, в частности к очистке воздуха автомобильных дорог с помощью растений-аккумуляторов вредных веществ. Способ включает использование растений, аккумулирующих токсические и вредные вещества.

Устройства и способы планирования и мониторинга выращивания сельскохозяйственной культуры // 2728540

Изобретение относится к сельскохозяйственному мониторингу и планированию. Технический результат заключается в расширении арсенала технических средств.

Способ определения выносливости к засухе у маиса // 2726776

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к растениеводству. Способ включает стадии: a) высевания указанной линии маиса в нескольких местах; b) определения индекса стресса для каждого места из стадии a), где определение индекса стресса предусматривает измерение одного параметра окружающей среды с равными интервалами на протяжении по меньшей мере одного периода времени; c) измерения урожая зерна указанной линии маиса для каждого места из стадии a); d) вычисления линейной регрессии между индексом стресса из стадии b) и урожаем зерна из стадии c); e) определения выносливости к засухе на основании регрессии из стадии d).

Способ поддержания оптимальной температуры грунта в условиях пустынь и полупустынь для жизнеобеспечения растений и микроорганизмов // 2726649

Изобретение относится к способам обработки почвы в сельском хозяйстве, а именно к способам поддержания оптимальной температуры почв для восстановления экосистемы в пустынях и полупустынях.