Размещено на http://www.allbest.ru/

Прогнозування теплозабезпеченості післяжнивного періоду сухостепової природно сільськогосподарської зони України

Рудік О.Л. - д.с.-г.н., доцент,

Інститут кліматично орієнтованого сільського господарства Національної академії аграрних наук України

Анотація

Рівень використання природних і агрономічних ресурсів визначає продуктивність землеробства на зрошуваних землях, а прогнозування забезпеченості післязбирального періоду основними факторами життя є передумовою отримання додаткового врожаю. Метою роботи є оцінка наявних агрокліматичних ресурсів та прогнозування теплового забезпечення післяжнивного періоду Сухостепової зони України для його більш повного використання обґрунтованим підбором та розміщенням сільськогосподарських культур. Робота здійснена на основі наукового підходу із використанням монографічного, аналітичного, порівняльного та статистичних методів. Аналіз динаміки виконаний шляхом порівняння середніх багаторічних характеристик агрометеорологічних показників за три тридцятирічні базові періоди. Доведено, що обґрунтований підбір культур та їх сортового складу для післяжнивного вирощування повинен базуватися на моделях прогнозування теплозабезпеченості даного періоду. Кореляційний аналіз агрокліматичних умов вегетаційного періоду виявив значну та сильну залежність окремих метеорологічний показників із забезпеченістю тепловими ресурсами післязбирального періоду. Встановлено, що сума ефективних та активних температур за післяжнивний період, має слабкий та помірний кореляційний зв'язок із середньомісячною температурою повітря й індексом атмосферної посушливості за квітень та травень тоді як за червень спостерігається зростання коефіцієнту до значного рівня. Найвищі значення коефіцієнту кореляції зазначених метеорологічних показників червня відмічені за базовий період 1992-2021 рр. Побудовані лінійні регресійні моделі залежності суми активних та ефективних температур впродовж розрахованого післяжнивного періоду, що мають достатню точність (R²=0,69-0,70). Запропонована виробництву оптимізована модель для визначення суми активних температур післяжнивного періоду пшениці озимої. Представлені моделі розрахунку суми активних та ефективних температур повітря дозволяють із високим рівнем достовірності передбачати температурні умови при розміщенні культур при використанні як попередника пшениці озимої. Запровадження даного прогнозування, аргументованим підбором культур та їх сортового складу, сприяє більш продуктивному використанню природних ресурсів та підвищення урожайності в умовах зрошення.

Ключові слова: післязбиральний період, сума середньодобових температур, гідротермічні умови, індекси посушливості, кореляційно-регресійний аналіз, лінійна модель, прогноз агроресурсів.

Rudik O.L. Forecasting of heat supply in the post-harvest period of the Dry Steppe naturally agriculturalzone of Ukraine

The level of using of natural and agronomic resources determines the productivity of agriculture on irrigated lands, and forecasting the provision of basic life factors in the post-harvest period is a prerequisite for obtaining an additional harvest. The purpose of the work is to assess the available agroclimatic resources and forecast the thermal supply of the post-harvest period of the Dry Steppe zone of Ukraine for its fuller using by reasoned selection and placement of agricultural crops. The work was carried out on the basis of a scientific approach using monographic, analytical, comparative and statistical methods. The dynamics analysis was performed by comparing the average long-term characteristics of agrometeorological indicators for three thirty-year base periods. It has been proven that a reasonable selection of crops and their varietal composition for post-harvest cultivation should be based on forecasting models of heat supply for the given period. Correlation analysis of agroclimatic conditions of the growing season revealed a significant and strong dependence of individual meteorological indicators on the availability of thermal resources in the post-harvest period. It was established that the sum of effective and active temperatures for the post-harvest period has a weak and moderate correlation with the average monthly air temperature and atmospheric aridity index for April and May, while in June the coefficient increases to a significant level. The highest values of the correlation coefficient of the specified June meteorological indicators were recorded for the base period of 1992-2021. Linear regression models of the dependence of the sum of active and effective temperatures during the calculated post-harvest period with sufficient accuracy (R2=0.69-0.70) were constructed. An optimized model for determining the sum of active temperatures in the postharvest period of winter wheat is proposed for production. The presented models for calculating the sum of active and effective air temperatures allow predicting with a high level of reliability the temperature conditions when placing crops when used as a precursor of winter wheat. The introduction of this forecasting, based on the selection of crops and their varietal composition, contributes to a more productive use of natural resources and an increase in productivity under irrigation conditions.

Key words: post-harvest period, sum of average daily temperatures, hydrothermal conditions, aridity indices, correlation-regression analysis, linear model, forecast of agricultural resources.

Постановка проблеми. Сучасний рівень аграрного виробництва передбачає високу ефективність використання наявного ресурсного потенціалу господарства - як його виробничих можливостей так і агрокліматичних ресурсів відповідної території. Ми свідомі, що науково-технічний прогрес та відповідне зростання рівня землеробства, інформатизація аграрного виробництва дозволяють повніше використовувати зональні абіотичні фактори та підвищувати стійкість рослинництва до несприятливих метеорологічних умов.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Із зростанням технічного рівня, культури землеробства посилюється значення агрометеорологічних прогнозів та розширюється сфера їх застосування. Прикладом таких змін може бути практика запровадження в умовах зрошення проміжних посівів [1]. Українські аграрії накопили практичний досвід післяукісного та навіть післяжнивного вирощування сільськогосподарських культур для отримання кормів, зелених добрив, овочів. Однак більший практичний інтерес представляє вирощування повноцінної зернові, фуражної та олійної сировини, особливо при розміщенні таких посівів після зернових колосових культур, частка яких на зрошенні є надзвичайно високою. За таких умов додатковим своєрідним обмежуючим чинником виступає фактор часу, як категорія що лімітує гідротермічні та радіаційно-світлові ресурси, визначає можливий вбір культур, їх сортовий та гібридний склад, технологію вирощування тощо. За таких обставин в умовах зрошення передбачення залишкових, насамперед теплових ресурсів території, набуває важливого практичного значення. У цілому методологія оцінки агрокліматичних ресурсів регіону достатньо складна через об'єктивно зумовлену динамічність та невизначеність. Також неможливо ігнорувати факт наявних кліматичних змін, які спостерігаються впродовж останніх десятиліть на глобальному та регіональному рівнях [2; 3]. Відомо достатньо багато спеціальних досліджень щодо оцінки агрокліматичних ресурсів з позиції оптимізації розміщення та вирощування у різних зонах польових, овочевих та плодових культур [4; 5; 6]. Однак вони мали за об'єкт досліджень основний період вирощування культур, тоді як увага залишковому післязбиральному періоду, в найбільш цікавій у цьому плані Сухостеповій природно сільськогосподарській зоні України, приділена недостатня, тим більш, зважаючи на загальну тенденцію глобального потепління [7]. сільськогосподарський тепловий післяжнивний

Рослинництво більш ніж будь яка інша галузь народного господарства залежне від метеорологічних умов. Агрокліматичні ресурси є базовими для побудови технології вирощування, планування провідних господарських заходів для одержання високих і сталих врожаїв. Прогнозування термічних ресурсів потенційного виробничого періоду сприятиме найбільш раціональному використанню кліматичних та погодних умов для якнайвищої ймовірності гарантованого досягнення передбачуваної продуктивності сільськогосподарських культур в таких специфічних умовах. Розробка та освоєння виробничниками простих за методикою виконання та доступною вхідною інформацією методів прогнозування є основою як для адаптивних технологій вирощування так і раціонального використання агрокліматичних ресурсів відповідних природно-сільськогосподарських провінцій [8].

Метою досліджень є оцінка агрокліматичних ресурсів та прогнозування теплового забезпечення післяжнивного періоду Сухостепової зони України з метою його використання для управління вирощуванням різних груп сільськогосподарських культур. Об'єктом дослідження є визначальні для умов росту й розвитку рослин та формування їх продуктивності теплові ресурси післязбирального періоду.

Матеріали та методика досліджень. Робота виконана на основі наукового підходу із використанням монографічного, аналітичного, порівняльного та статистичних методів, Джерелом вихідної інформації є результати спостережень Херсонського центру гідрометеорології України. Аналіз динаміки проводився шляхом порівняння середніх багаторічних характеристик агрометеорологічних показників. Базовими були визначені рекомендовані Всесвітньою метеорологічною організацією, як кліматична норма, метеорологічні значення за період 1961-1990 рр. та поточні середні значення.

Результати досліджень. Відомі методи прогнозу забезпеченості теплом вегетаційного періоду що базується на виявлених співвідносних зв'язках між строками початку весни і загальною кількістю тепла [9, 10].

Загальними їх недоліками є складність розрахунків та потреба у спеціальній вихідній інформації, яка не поширена у вільному доступі. На нашу думку більшого практичного значення набудуть методи, що базуються на динаміці температурного режиму та надходженні опадів, які і обумовлюють можливість формування другого врожаю. Найбільш важливим є період активної вегетації що являє собою частину сезону між датами із температурою повітря більше 10^оС, оскільки саме за таких умов відбувається найінтенсивніший ріст і розвиток рослин. Так за початок та завершення вегетаційного періоду в роботах Ф.Ф. Давітая прийнято дати переходу температури повітря через 10єС. Дослідженням було встановлено, що між датою переходу температури повітря через 10єС та кількістю тепла, відображеної сумою температур вище 10єС (Уt > 10єС), існує зв'язок, який у більшості географічних зон відображається високими значеннями коефіцієнтів кореляції [11].

Фундаментальним є те, що автором науково обґрунтовано залежність тривалості вегетаційного періоду від дати початку весни. Це дало йому можливість передбачити суму температур вище 10єС за вегетаційний період чи окремий його проміжок та тривалість вегетаційного періоду.

Подібні емпірико-статистичні моделі мають непогану справджуваність оскільки враховують найважливіші фактори що визначають не тільки поточні умови вирощування, але й закономірності онтогенетичних змін рослин [12].

Тому даний підхід, на нашу думку, може бути використаний для передбачення тривалості та теплозабезпеченості, і відповідно господарського значення післяжнивного періоду, оскільки відомо, що значного щорічного коливання зазнають ресурси тепла та вологи, тоді як для фотосинтезу рослин світлові ресурси на більшості території є достатніми. Тому при оцінці теплозабезпеченості післяжнивного періоду аналізу та залученню до моделі більш підлягають такі агрометеорологічні показники як дати початку та завершення циклу, суми активних та ефективних температур, гідротермічні індекси. Однак якщо припинення вегетації післяжнивного періоду зумовлене переходом температур нижче біологічного мінімуму, то початок пов'язаний із збиранням попередньої культури. Однак практичний досвід свідчить, що він також залежить від поточних умов навколишнього середовища. Численними дослідженнями встановлено, що швидкість розвитку рослин найчастіше визначається ходом термічного режиму, хоча важливим є також вплив вологозабезпеченості. Так за результати аналізу агрометеорологічних умов при вирощуванні олійних культур (соняшника, льону олійного, сафлору красильного) тривалість міжфазних періодів залежала від таких факторів зовнішнього середовища, як тепло й волога, тоді як у період формування генеративних органів найбільший вплив встановлений що до гідротермічного коефіцієнту [13].

Для оцінки температурних умов та теплових ресурсів традиційно використовують межі температурних умов за яких можливі процеси життєдіяльності рослин - температура початку росту (біологічний мінімум) і максимальна температура. Для перспективних у післяжнивному вирощуванні культур таких як просо, соняшник, соя біологічним мінімумом є +10єС, що покладено в основу представлених подальших розрахунків. Тому практичний інтерес для запровадження післяжнивних технологій мають дослідження зміни суми активної температури повітря. Їх розрахунок за період виконаний шляхом множення середньої місячної температури повітря на кількість днів певного місяця, а сума температури частину місяця розрахована шляхом множення середньої місячної температури на число днів, цього відрізку часу.

Зважаючи на високу залежність тривалості вегетації культур від кліматичних умов актуальною є також оцінка умов вирощування за багаторічними комплексними показниками, які більш об'єктивно відображають вплив погодних умов на протікання продукційних процесів. Так для оцінки посушливості сезону або певного часового періоду застосовуються достатньо широкий спектр коефіцієнтів. За результатами досліджень Д.А. Педь запропонував використовувати загальний індекс посушливості (сухості та зволоження) (Si), що розраховується як різниця аномалій температури, опадів та запасів вологи ґрунту [14].

Посушливий стан відображають додатні значення Si тоді як вологі умови характеризуються від'ємними значеннями індексу. Оскільки в умовах зрошення головну роль відіграє атмосферна посушливість (Sа), для оцінки післяжнивного періоду саме ця частина балансу має визначальне значення, що дозволяє розглядати її окремо як різницю аномалій температури та опадів [16].

де: ?T; ?R відхилення середньомісячних значень відповідно температури повітря (о С) та опадів (мм);

уT; уR - середньоквадратичне відхилення середньомісячних значень відповідно температури повітря (^оС) та опадів (мм) [15].

Аналітичні групування показників, статистичні індекси не дають повної кількісної характеристики впливу окремих факторів на зміни рівня теплового забезпечення періоду, що зумовило необхідність застосування кореляційно-регресійного методу (табл. 1).

Кореляційний аналіз ступеня та характеру зв'язку між окремими агрометеорологічними показниками свідчить про наявність деяких особливостей. Впродовж 1945-2021 рр. сума ефективних та активних температур за липень-жовтень, як потенційного післяжнивного періоду, мала слабкий та помірний кореляційний зв'язок із середньомісячною температурою повітря за квітень та травень тоді як за червень спостерігалося зростання до значного рівня. Закономірно, що такий зв'язок із місяцями періоду липень-вересень є сильним. Більш високі значення коефіцієнту кореляції в червні та липні-вересні були відмічені також впродовж наступних аналізованих періодів в 1961-1990 та 1992-2021 рр. Така особливість на нашу думку зумовлена циклічністю термодинамічних процесів атмосфери та може бути використана для прогнозування забезпеченості тепловими ресурсами післяжнивного періоду.

Таблиця 1

Кореляційні зв'язки середньомісячної температури повітря та термічних умов післяжнивного періоду