Агробиологические основы определения уровня продуктивности сельскохозяйственных культур
КУРСОВАЯ РАБОТА
Агробиологические основы определения уровня продуктивности сельскохозяйственных культур
Введение
Сельское хозяйство Российской Федерации имеет огромное значение в экономическом и социальном развитии общества.
Основная задача сельского хозяйства состоит в том, чтобы обеспечить дальнейший рост, устойчивость сельскохозяйственного производства, удовлетворить потребности населения в продуктах питания.
В системе агрономических наук важная роль принадлежит программированию урожая.
Программирование урожаев опирается на достижения большого числа смежных наук: физиологии растений, земледелия, растениеводства, почвоведения, агрохимии, метеорологии, агрофизики, а также математики, кибернетики и экономики. Основная цель программирования состоит в том, чтобы перейти к широкому использованию в агрономии количественных моделей и электронно-вычислительной техники. Применение ЭВМ позволит быстро обрабатывать большую информацию о факторах, влияющих на рост растений, и рекомендовать оптимальный вариант агротехнических мероприятий, направленных на получение запрограммированных урожаев.
Проблема повышения урожая сложна и многогранна. Над ее решением трудятся как ученые, так и работники сельского хозяйства. В связи с этим основная задача программирования заключается, во-первых, в установлении верхнего предела урожая в различных географических зонах по приходам ФАР и значениям КПД ФАР, во-вторых, в разработке технологий для уменьшения разрыва между теоретически возможными и действительными урожаями. Получению запрограммированных урожаев препятствует главным образом несоответствие динамики факторов внешней среды (солнечная радиация, водный режим, температура), динамике потребностей в них растений в течение вегетационного периода для осуществления фотосинтеза, прохождения процессов роста и развития.
Программирование урожаев имеет большое значение в народно-хозяйственном аспекте, которое возрастает по мере увеличения численности населения и уменьшения используемых в сельскохозяйственном производстве земель. Важно не просто получить определенную продуктивность, но и сформировать требуемое качество продуктов питания.
Целью данного курсового проекта является оценка урожайности сельскохозяйственных культур в звене севооборота относительно условий, в которых они растут, и выявление причин, мешающих получению высоких урожаев.
Исходные данные
Почва светло - серая лесная среднесуглинистая
КультураХарактеристика почвыКлиматические ресурсы местностиh, мp, т/м3гумус, %pHKClP2O5K2OQKqDW1Оз. рожь0,251,233,25,51261555,05,152070Клевер 1 г.п.0,251,232,95,01321434,73,747080Капуста0,251,233,95,21181625,25,251060Картофель0,251,232,85,41241354,34,945050
Характер увлажнения вегетационного периода средний
Внесение удобрений в звене севооборота
Чередование культурОрганические Удобрения, т/гаМинеральные удобрения, кг д.в./гаNP2O5K2OОз. рожь606060Клевер 1 г.п.-2020Капуста604090Картофель401008080
Органическое удобрение - компост соломонавозный
1. Определение величины потенциального урожая по приходу фотосинтетической активной радиации
Потенциальный урожай (ПУ), т.е. максимальный урожай, который теоретически может быть обеспечен приходом ФАР при оптимальной в течение вегетации агрометеорологических факторов (света, тепла, воды), а также урожайной спелости культуры (сорта), уровня плодородия почвы. Потенциальный урожай биологической массы рассчитывается по формуле:
ПУ=Q · Kq / 100 · q · 100, ц/га сухой биологической массы,
урожай удобрение фотосинтетический
где Q - сумма ФАР за период вегетации культуры, ккал/га;
Kq - коэффициент усвоения ФАР посевами, показывающий отношения количества аккумулированной урожаем ФАР к суммарной радиации, которая поступает на поверхность. Это табличная величина;
q - калорийность органического вещества единицы урожая, ккал/га - табличная величина.
- коэффициент, который переводит Кq в относительные единицы, переводит кг в ц.
- Определение потенциального урожая озимой ржи:
Q = 5,0 *109 ккал/га
Кq = 5,1%
q = 4400 ккал/га
ПУ = (5,0 * 109 *5,1) / 100 * 4400 * 100 = 579,5 ц/га
Кт (на абс. сух. массу) = 0,333
Кm (на станд. влажность) = 0,387
ПУтов (на абс. сух. массу) = 579,5 * 0,333 = 193 ц/га
ПУтов (на станд. влажность) = 579,5 * 0,387 = 224,2 ц/га
- Определение потенциального урожая клевера I г. п.:
Q = 4,7 *109 ккал/га
Кq = 3,7%
q = 5200 ккал/га
ПУ = (4,7 * 109 *3,7) / 100 * 5200 * 100 = 334,4 ц/га
Кm (на абс. сух. массу) = 1,000
Кm (на станд. влажность) = 1,119
ПУтов (на абс. сух. массу) = 334,4 * 1,000 = 334,4 ц/га
ПУтов (на станд. влажность) = 272,9 * 1,119 = 374,2 ц/га
- Определение потенциального урожая капусты:
Q = 5,2 *109 ккал/га
Кq = 5,2%
q = 3850 ккал/га
ПУ = (5,2 * 109 *5,2) / 100 * 3850 * 100 = 702,3 ц/га
- Определение потенциального урожая картофеля:
Q = 4,3 *109 ккал/га
Кq = 4,9%
q = 4300 ккал/га
ПУ = (4,3 * 109 *4,9) / 100 * 4300 * 100 = 490ц/га
Кm (на абс. сух. массу) = 0,688
Кm (на станд. влажность) = 2,941
ПУтов (на абс. сух. массу) = 490 * 0,688 = 337,1 ц/га
ПУтов (на станд. влажность) = 490 * 2,941 = 1441 ц/га
Таблица 1. Потенциальная урожайность сельскохозяйственных культур
КультураQKq, %qПУ сухой биомассы, ц/гаПУ товарной продукции, ц/гаКт на абсолютно сухую массуПУ, ц/гаКт на товарную массу пристандартной влажностиПУ, ц/гаОзимая рожь5,05,14400579,40,3331930,387224,2Клевер I г.п.4,73,75200334,41,000334,41,119374,2Капуста5,25,23850702,31,000702,31,350948,1Картофель4,34,943004900,688337,12,9411441
Потенциальный урожай сельскохозяйственных культур, обеспечиваемый приходом фотосинтетически активной радиации на данной почве очень высок. Максимальный урожай культур, в пересчете на товарную влажность, может достигнуть: для озимой ржи 224,2 ц/га, для клевера I г.п. 374,2 ц/га, для картофеля 1441 ц/га, для капусты 948,1 ц/га.
2. Определение климатически обеспеченного урожая по влагообеспеченности посева
- В процессе планирования урожаев большая роль принадлежит определению климатически обеспеченного урожая по влагообеспеченности посевов.
- Климатически обеспеченный урожай представляет собой продуктивность посева, которая теоретически может быть достигнута при выполнении всех агроприёмов, при реально складывающихся метеорологических условиях и непременно на максимально плодородной почве. Уровень климатически обеспеченного урожая определяется тепло- и влагообеспеченностью. В дальнейших расчетах теплообеспеченность не учитывается. Расчеты проводят по формуле:
КОУW = 100 · W / KW, ц/га сухой общей биомассы,
- где W - ресурсы продуктивной для растений влаги, мм;
- KW - коэффициент водопотребления, мм/га/ц.
- В свою очередь, ресурсы продуктивной для растений влаги рассчитывают по количеству осадков, которое может быть использовано растениями за вегетационный период, и запасу влаги в почве перед посевом:
- W = W1 + Р, мм,
- где W1 - запас влаги в почве перед посевом культуры или возобновлением вегетации, мм;
- Р - сумма осадков, используемых растениями за вегетационный период, мм.
- Для расчета количества осадков, которое могут использовать растения за период вегетации, применяют следующую формулу:
- Р = D * К, мм,
- где D - годовая сумма осадков для конкретной территории, мм;
- К - коэффициент их использования, определяемый механическим составом почвы.
- Рассчитываем КОУ для озимой ржи:
D = 520
К= 0,76
Р= 520 * 0,76 = 395,2 мм осадков может использовать озимая рожь за период вегетации.
W1 = 70
W = 70 + 395,2 = 465,2 мм - ресурсы продуктивности влаги, которые могут быть использованы озимой рожью на формирование урожая.
KW = 500 мм /га/ц
КОУw= (465,2 * 100)/500 = 93 ц сухой биологической массы озимой ржи может быть получено с 1 га.
Кт (абс. сух. массу) = 0,333
Кт (на станд. влажность) = 0,387
КОУw (абс. сух. массу) = 93 * 0,333 = 31 ц
КОУw (на станд. влажность) = 93 * 0,387 = 36 ц
Рассчитываем КОУ для клевера I г.п.:
D = 470
К= 0,76
Р= 470 * 0,76 = 357,2 мм осадков может использовать клевер I г.п. за период вегетации.
W1 = 80
W = 80 + 357,2 = 437,2 мм - ресурсы продуктивности влаги, которые могут быть использованы клевером Iг.п. на формирование урожая.
KW = 600 мм /га/ц
КОУw= (437,2 * 100)/600 = 72,8 ц сухой биологической массы клевера I г.п. может быть получено с 1 га.
Кm (абс. сух. массу) = 1,000
Кm (на станд. влажность) = 1,119
КОУw (абс. сух. массу) = 72,8 * 1,000 = 72,8 ц
КОУw (на станд. влажность) = 72,7 * 1,119 = 81,4 ц
- Рассчитываем КОУ для капусты:
D = 510
К= 0,76
Р= 510 * 0,76 = 387,6 мм осадков может использовать капуста за период вегетации.
W1 = 60
W = 60 + 387,6 = 447,6 мм - ресурсы продуктивности влаги, которые могут быть использованы капустой на формирование урожая.
KW = мм /га/ц
КОУw= (447,6 * 100)/250 = 179 ц сухой биологической массы капусты может быть получено с 1 га.
- Рассчитываем КОУ для картофеля:
D = 450
К= 0,76
Р= 450 * 0,76 = 342 мм осадков может использовать картофель за период вегетации.
W1 = 50
W = 50 + 342 = 392 мм - ресурсы продуктивности влаги, которые могут быть использованы картофелем на формирование урожая.
KW = 300 мм /га/ц
КОУw= (392 * 100)/300 = 130,6 ц сухой биологической массы картофеля может быть получено с 1 га.
Кm (абс. сух. массу) = 0,688
Кm (на станд. влажность) = 2,941
КОУw (абс. сух. массу) = 130,6 * 0,688 = 90 ц
КОУw (на станд. влажность) = 130,6 * 2,941 = 384 ц
Таблица 2. КОУ по влагообеспеченности посевов сельскохозяйственных культур
КультураW1, ммD, ммКW, ммKw, мм*га/цКлиматически обеспеченный урожайОбщей сухой биомассы, ц/гаТоварной продукцииАбсолютно сухое веществоСтандартная влажностьКтц/гаКтц/гаОзимая рожь705200,76465,2450930,333310,38736Клевер I г.п.804700,76437,260072,81,00072,81,11981,4Капуста605100,762501791,0001791,350241,6Картофель504500,76392300130,60,688902,941384
- По данным таблицы видно, что КОУ, в пересчете на товарную продукцию стандартной влажности, озимой ржи 36ц/га, клевера I г.п. 81,4ц/га, картофеля 384 ц/га, для капусты 241,6 ц/га.
При сравнении потенциальной урожайности и климатически обеспеченной урожайности можно сделать вывод, что на урожай сельскохозяйственных культур большое влияние оказывают климатические условия поэтому потенциальный урожай в несколько раз выше климатически обеспеченной урожайности.
- 3. Расчет величины действительно возможного урожая
- Определение действительно возможного урожая по эффективному плодородию почвы
- Действительно возможный урожай (ДВУ) характеризует продуктивность посева, которая теоретически достижима при соблюдении агротехнологии в реально складывающихся метеорологических условиях на конкретном поле. Уровень ДВУ лимитируется содержанием в почве элементов питания. Расчет ДВУ ведут по каждому элементу (N; P; K) отдельно, а затем сравнивают их.
Расчет ведут отдельно по каждому питательному элементу по формуле:
- ДВУэф = Д/В, ц/га,
- где ДВУэф = действительно возможный урожай товарной продукции при стандартной влажности, ц/га;
- Д - количество элемента питания, которое может быть использовано растением из почвы, кг/ц/га;
- В-вынос питательного элемента продукции, кг/ц.
- Возможное потребление питательных элементов растениями рассчитывают, исходя из запаса элементов питания в почве с учетом коэффициентов их использования. Расчет величины ДВУ, определяемого содержанием азота в почве, проводят по количеству гумуса в почве.
- Для расчетов запаса элементов питания в пахотном слое почвы необходимо, прежде всего, рассчитать массу пахотного слоя:
- m = S *h* dv
- Где dv - плотность пахотного слоя, т/м.
- h - глубина пахотного слоя, м.
- S - площадь
- m пах. слоя = 0.25 * 1.23 * 10000 = 3075 т
- Рассчитываем ДВУ для озимой ржи:
Рассчитываем ДВУN
Определяем запас азота в почве по содержанию гумуса.
В каждых 100 кг почвы содержится 3,2 кг гумуса, тогда
в 3075000 кг почвы - х кг гумуса.
х = (3,2 * 3075000) / 100 = 98400 кг
Содержание азота в гумусе равно 5%.
В каждых 100 кг гумуса содержится 5 кг азота, тогда
В 98400 кг гумусе - х кг азота
х = (5 * 98400)/100 = 4920 кг - общий запас азота.
Из этого количества азота минерализуется 1,5%.
Из 100 кг азота гумуса образуется 1,5 кг минерального азота.
кг азота гумуса - х кг минерального азота.
х = (1,5 * 4920)/100 = 73,8 кг
Из этого запаса минерального азота озимая рожь может усвоить 40%.
Их каждых 100 кг азота усваивается 40 кг, тогда из
,8 кг азота - х кг
х = (40 * 73,8)/100 = 29,5 кг - количество азота, которое может быть усвоено из почвы озимой рожью.
ДВУ = 29,5 / 2,8
ДВУ= 10,5 ц/га
Рассчитываем ДВУР2О5
Определяем запас фосфора в пахотном слое по содержанию его подвижных форм.
В каждом 1 кг почвы содержится 126 мг Р2О5, тогда
в 3075000 кг почвы - х мг Р2О5
х = 126 * 3075000 / 1 = 448,5 кг/га - запас подвижных форм фосфора.
Из данного количества фосфора озимая рожь сможет усвоить 5%.
Из каждых 100 кг Р2О5 в почве усвоится 5 кг, тогда
из 448,5 кг - х кг.
х = 5 * 448,5 / 100 = 22,4 кг - количество фосфора с 1 га, которое может быть усвоено из почвы.
ДВУ = 22,4/ 1,3
ДВУ = 17,2 ц/га
Рассчитываем ДВУК2О
Определяем запас калия в пахотном слое по содержанию его обменных форм.
В каждом 1 кг почвы содержится 155 мг К2О, тогда
в 3075000 кг почвы - х мг К2О.
х = (125 * 2806000) / 1 = 476,6 - запас обменных форм калия.
Из данного количества калия озимая рожь сможет усвоить 10%.
Из каждых 100 кг К2О в почве усвоится 10 кг, тогда
из 476,6 кг - х кг
х = (476,6 * 10) / 100 = 47,6 кг - количество калия с 1 га, которое может быть усвоено из почвы.
ДВУ = 47,6/2,7
ДВУ = 17,6 ц/га
Основным лимитирующим элементом по культуре является азот. ДВУ по озимой ржи будет равно 10,5 ц/га
- Рассчитываем ДВУ для клевера I г.п.:
Рассчитываем ДВУN
Определяем запас азота в почве по содержанию гумуса.
х = (2,9 * 3075000) / 100 = 89175 кг
Принято считать, что содержание азота в гумусе равно 5%.
х = (5 * 89175)/100 = 4458,7 кг
Из этого количества азота минерализуется 1,5%.
х = (1,5 * 4458,7)/100 = 66,8 кг
Из этого запаса минерального азота клевер I г. п. может усвоить 40%.
х = (40 * 66,8)/100 = 26,7 кг
ДВУN = 26,7 / 0,66= 44,5 ц/га
Рассчитываем ДВУР2О5
Определяем запас фосфора в пахотном слое по содержанию его подвижных форм
х = 132 * 3075000 / 1 = 405,9
Из данного количества фосфора клевер I г. п. сможет усвоить 5%.
х = 5 * 405,9 / 100 = 20,3 кг
ДВУ = 20,3 / 0,59 = 34,4 ц/га
Рассчитываем ДВУК2О
Определяем запас калия в пахотном слое по содержанию его обменных форм.
х = (143 * 3075000) / 1 = 439,7 кг
Из данного количества калия клевер II г. п. сможет усвоить 10%.
х = (439,7 * 10) / 100 = 44 кг
ДВУ = 44 / 1,5 = 29,3 ц/га
Основным лимитирующим элементом по культуре является калий. ДВУ по клеверу I г.п. будет равно 29,3 ц/га
- Рассчитываем ДВУ для капусты:
Рассчитываем ДВУN
Определяем запас азота в почве по содержанию гумуса.
х = (3,9 * 3075000) / 100 = 119925 кг
Принято считать, что содержание азота в гумусе равно 5%.
х = (5 * 119925)/100 = 5996,2 кг
Из этого количества азота минерализуется 2,0%.
х = (2,0 * 5996,2)/100 = 120 кг
Из этого запаса минерального азота капуста может усвоить 50%.
х = (50 * 120)/100 = 60 кг
ДВУN = 60 / 0,30 = 200 ц/га
Рассчитываем ДВУР2О5
Определяем запас фосфора в пахотном слое по содержанию его подвижных форм.
х = 118 * 3075000 / 1 = 362,8
Из данного количества фосфора капуста сможет усвоить 5%.
х = 5 * 362,8/ 100 = 18,4 кг
ДВУ = 18,4 / 0,10 = 184 ц/га
Рассчитываем ДВУК2О
Определяем запас калия в пахотном слое по содержанию его обменных форм.
х = (162 * 3075000) / 1 = 498,1
Из данного количества калия капуста сможет усвоить 20%.
х = (498,1 * 20) / 100 = 99,6
ДВУ = 99,6 / 0,40 = 249 ц/га
Основным лимитирующим элементом по культуре является фосфор. ДВУ по капусте будет равно 184 ц/га
- Рассчитываем ДВУ для картофеля:
Рассчитываем ДВУN
Определяем запас азота в почве по содержанию гумуса.
х = (2,8 * 3075000) / 100 = 86100 кг
Принято считать, что содержание азота в гумусе равно 5%.
х = (5 * 86100)/100 = 4305 кг
Из этого количества азота минерализуется 2,0%.
х = (2,0 * 4305)/100 = 86,1 кг
Из этого запаса минерального азота картофель может усвоить 50%.
х = (50 * 86,1)/100 = 43 кг
ДВУN = 43 / 0,5 = 86 ц/га
Рассчитываем ДВУР2О5
Определяем запас фосфора в пахотном слое по содержанию его подвижных форм
х = 124* 3075000 / 1 = 381,3 кг
Из данного количества фосфора картофель сможет усвоить 5%.
х = 5 * 381,3 / 100 = 19 кг
ДВУ = 19 / 0,2 = 95 ц/га