Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 635.14 : 57.045 : 57.087.1 (470.21)

Солнечная активность и урожайность петрушки в условиях Кольского Севера

Костюк Валентин Иванович, доктор биологических наук

Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина,

Кольский научный центр Российской академии наук, г. Апатиты, Российская Федерация

На основе многомерного статистического анализа изучено влияние температурных условий и солнечной активности на урожайность петрушки, выращиваемой в центральной части Мурманской области. Предложен простой и удобный методологический подход для описания роли солнечной активности в формировании урожая данной культуры.

Ключевые слова: урожайность петрушки, солнечная активность, температурные условия, Кольский Север.

Введение

В Мурманской области, расположенной почти целиком за полярным кругом, продукционный процесс растений петрушки осуществляется в условиях короткого и прохладного летнего сезона. Для него характерны поздние весенние и ранние осенние заморозки, а также достаточно частые летние "полярные засухи" [1]. Это накладывает особый отпечаток на рост и развитие данной культуры, поскольку ее продуктивность более чем на 50% зависит от гидротермических условий вегетационного периода [2].

С другой стороны, на урожайность петрушки (как и других культигенов) существенное влияние оказывает такой космофизический фактор, как активность Солнца [3]. Поэтому есть основания полагать, что встраивание этого глобального абиотического регулятора в общий контур модельных реконструкций позволит лучше понимать причины ежегодных колебаний урожайности петрушки в Заполярье.

Методика исследования

Для статистического мета-анализа нами были использованы опубликованные результаты научных исследований сотрудника Полярной опытной станции ВИРа Л.И. Арчаковой [4]. В ее работе приведены 6-летние данные (1971-1976 гг.) по урожайности 34 сортов петрушки (Ур, кг/м2), относящихся к трем разновидностям данной культуры - листовой обыкновенной, листовой кудрявой и корневой с обыкновенными листьями [5].

Сведения о средних температурах воздуха (Т, оС) за период вегетации петрушки были получены от Апатитской гидрометеорологической станции Мурманского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

База данных по солнечной активности, выражаемой в виде среднемесячных значений потока радиоизлучения Солнца с длиной волны 10.7 см (индекс F10.7, 10-22

Вт/(м2*Гц)), доступна на сайте ftp://ftp.geolab.nrcan.gc.ca/data/solar flux/monthly averages. Далее по тексту для краткой записи значений индекса F10.7 по конкретным месяцам (обособленным в отдельные "гелиофакторы") будет использоваться аббревиатура F(i).

Статистическую обработку опытных данных проводили с использованием различных модулей программы STATISTICA 10 [6].

Результаты и их обсуждение

Исходные данные для мета-анализа приведены в табл. 1. Она содержит материалы исследований Л.И. Арчаковой, которые дополнены нами подробной информацией о вариациях солнечной активности в период вегетации растений петрушки (с июня по август каждого года).

Таблица 1. Изменчивость урожайности петрушки в зависимости от солнечной активности и температурных условий вегетационного периода

Примечание. В таблице приведена средняя урожайность петрушки для группы из 34 сортов

Корреляционный анализ первичных данных показал, что количество дней от всходов до уборки урожая петрушки находилось в обратной зависимости от среднесуточных температур воздуха - r = -0.90 (Р = 0.014), где Р - статистическая значимость коэффициента парной корреляции между этими показателями. В свою очередь, урожайность петрушки также отрицательно коррелировала с продолжительностью фактической вегетации растений данной культуры - r = -0.88 (Р = 0.022), и напрямую зависела от среднесуточных температур воздуха (r = 0.98, Р < 0.001).

Более точно многолетняя зависимость урожайности петрушки от среднесуточных температур воздуха (за период от всходов до уборки урожая) описывается следующим квадратичным полиномом в стандартизованных переменных:

Ур (кг/м2) = 2.78Т - 1.25Т2. (1)

(R = 0.997; R2 = 99.4%; Fрасч. (2;3) = 247.7 ? F0.95 = 9.6; Р <0.001),

где R - коэффициент множественной корреляции уравнения связи; R2 - коэффициент множественной детерминации; F - статистика Фишера для оценки адекватности уравнения, P - уровень статистической значимости уравнения.

Согласно нашим расчетам, аналитический максимум данной функции (3.47 кг/м2) достигается при средней температуре воздуха 22.0 оС (за весь период вегетации растений петрушки). Эти оценки дают ориентировочное представление о потенциальной урожайности петрушки в Заполярье при благоприятных температурных условиях. В реальной природной обстановке такая урожайность, конечно, недостижима. По многолетним наблюдениям сотрудников Апатитской гидрометеостанции, расположенной на территории Полярной опытной станцией ВИРа (67.4о с.ш., 33.4о в.д.), средняя температура воздуха в этом пункте составляет в июне всего 10.5 оС, в июле - 14.1, а в августе - 11.8 оС [7].

Можно ли для объяснения колебаний урожайности петрушки по годам опираться не только на метеорологические величины, но и на вариации такого мощного абиотического регулятора, как солнечная активность? Попытаемся найти ответ на данный вопрос.

Нами установлено, что привлечение гелиогеофизической информации для статистического анализа позволяет существенно углубить понимание природы рассматриваемых связей в системе "абиотические факторы - результативные отклики". В рамках корреляционного анализа было обнаружено, что температурные условия и урожайность петрушки достаточно тесно связаны с активностью Солнца в летние месяцы (табл. 2).

Причем, эти связи сильнее выражены в начале вегетации данной культуры (июнь), а по мере ее завершения (август) они несколько ослабевают. Однако это вовсе не означает, что именно первый месяц выращивания петрушки является для нее наиболее важным (в первую очередь - по температурным условиям).

Таблица 2. Коэффициенты корреляции солнечной активности с температурными условиями, продолжительностью вегетации и урожайностью петрушки

Примечания.

1. В круглых скобках приведен P- уровень - статистическая значимость коэффициентов парной корреляции.

2. Обозначения нижних индексов при гелиофакторах: 6 - июнь, 7 - июль, 8 - август

Регрессионный анализ показал, что зависимость урожайности петрушки от средних значений солнечной активности по месяцам (Fi) хорошо описывается следующей полиномиальной моделью в стандартизованных переменных:

Ур (кг/м2) = 11.82F7 - 11.62F72 - 16.30F8 + 16.94F82. (2)

(R = 0.999; R2 = 99.9%; Fрасч. (4;1) = 414949 ? F0.95 = 225; Р< 0.001)

Поиск оптимальной (наиболее компактной) архитектуры приведенной модели производился с помощью пошаговой процедуры Best subsets [8]. Статистические оценки "качества" этого аппроксиматора оказались весьма высокими.

Рассмотрим его структурную спецификацию. В состав уравнения (2) оказались включены линейные и квадратичные компоненты только двух гелиофакторов: - F7 (июль) и F8 (август). Сравнение стандартизованных значений линейных эффектов влияния этих гелиофакторов на урожайность петрушки указывает на доминирующую роль солнечной активности в августе месяце. Любопытно, что радиоизлучение Солнца в июне не вошло в данный перечень факторов-детерминантов, несмотря на сильную корреляцию урожайности петрушки с фактором F6 (табл. 2). Однако даже при такой "урезанной" структурной спецификации статистическая модель (2) очень точно (R2 = 99.9%) описывает траекторию колебаний средней урожайности 34 сортов петрушки по годам.

Заключение

Предложенный нами альтернативный подход для анализа многолетних вариаций урожайности петрушки позволяет обойтись без использования "традиционной" метеорологической информации. Он базируется на учете ежемесячных изменений только одного глобального космофизического регулятора - активности Солнца, в значительной мере определяющей зональную специфику погодноклиматических условий. Интернет-ресурс по среднемесячным значениям потока радиоизлучения Солнца с длиной волны 10.7 см (с 1947 года и по наши дни) имеет свободный режим доступа.

Важно также отметить, что на структурную спецификацию статистических моделей, получаемых на основе предлагаемого подхода, не накладываются жесткие ограничения. Она может быть самой разной. Такие "мягкие" модели с гибкой архитектурой можно использовать, например, для решения интерполяционных задач, проведения вычислительных экспериментов и краткосрочного прогнозирования урожайности не только петрушки, но и других культигенов.

урожай петрушка солнечный активность

Литература

1. Яковлев Б.А. Климат Мурманской области. Мурманск: Мурманское кн. изд-во, 1961. - 200 с.

2. Шатилов И.С., Чудновский А.Ф. Агрофизические, агрометеорологические и агротехнические основы программирования урожая. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 320 с.

3. Костюк В.И., Травина С.Н., Вихман М.И. Влияние солнечной активности, инсоляции, температуры воздуха и атмосферных осадков на продуктивность культурных растений в условиях Кольского Севера. Апатиты: Изд-во Кольского НЦ РАН, 2013. - 79 с.

4. Арчакова Л.И. Биологические и хозяйственные особенности петрушки в условиях Кольского полуострова // Л.: Бюллетень ВИР. Вып. 82. Работы Полярной опытной станции, 1978. - С. 46-50.

5. Сазонова Л.В., Власова Э.А. Корнеплодные растения: морковь, сельдерей, петрушка, пастернак, редис, редька. Л.: Агропромиздат, Ленинградское отделение, 1990. - 295 с.

6. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. М.: ООО "Бином-Пресс", 2008. - 512 с.

7. Научно-прикладной справочник по агроклиматическим ресурсам СССР. Мурманская область. Серия 2. Выпуск 2. Части 1-2. Мурманск: Мурманское территориальное управление по гидрометеорологии, 1991. - 81 с.

8. STATISTICA: Обзор методов и руководство пользователя. М.: StatSoft, 2001. - 220 с.

Размещено на Allbest.ru