Что такое урожайность и продуктивность

Обновлено: 04.07.2024

Разбираемся с основными понятиями точного земледелия. На этот раз говорим о зонах продуктивности: откуда они берутся на поле, на что влияют, как помогают увеличить урожайность и как определить эти зоны с помощью OneSoil.

Специалист по ГИС и агрохимии. Разрабатывает инструменты для точного земледелия с 2013 года. Сооснователь OneSoil.

Зоны продуктивности — это участки поля с разными показателями урожайности. Участок, который на протяжении нескольких сезонов даёт самую высокую урожайность на поле, считают зоной высокой продуктивности. Ещё выделяют зоны средней и низкой продуктивности.

Зоны продуктивности могут быть как стабильными, так и нестабильными. В последнем случае расположение зон на поле меняется от сезона к сезону.

Зачем нужны зоны продуктивности

Для оценки однородности поля. На неоднородном поле продуктивность сильно отличается от участка к участку. В одной части поля может быть стабильно высокий урожай, а в другой — стабильно низкий. Рентабельность такого поля при дифференцированном посеве и внесении удобрений выше, чем без использования этих технологий.

Для дифференцированного посева и внесения удобрений. Участки с низкой и высокой продуктивностью на одну и ту же норму высева и дозу удобрений будут реагировать по-разному. Если изучить закономерности и использовать дифференцированный посев и внесение удобрений, можно сэкономить на ресурсах и повысить урожайность.

Для обнаружения проблем на поле. Если вы знаете, в какой именно части поля продуктивность из года в год низкая, вы сразу понимаете, какая зона потребует больше внимания. И, возможно, быстрее устраните причину низкого плодородия.

Зоны продуктивности на поле подсолнечника в Центральной Украине. Сеять на таком поле единую норму неэффективно. В участках низкой и высокой продуктивности урожайность будет отличаться, а значит, чтобы сэкономить ресурсы, лучше использовать несколько норм высева.

Как определить зоны продуктивности

Традиционный способ. Проанализировать урожайность на поле за несколько сезонов и сделать вывод о расположении зон продуктивности. С этим способом есть пару сложностей. Во-первых, восстановить данные по урожайности за несколько лет не всегда возможно. Во-вторых, чтобы получить достоверные данные урожайности, комбайны нужно правильно откалибровать. Это тоже задача непростая.

Решение OneSoil. Мы определяем зоны продуктивности на поле по данным вегетации за последние четыре года. С 2014 по 2018 год вместе с десятком дружественных хозяйств Западной Европы и СНГ мы провели большой эксперимент: сопоставили урожайность по полям общей площадью 40 тысяч гектаров и данные вегетации за несколько лет. С помощью алгоритмов машинного обучения нам удалось найти зависимость между ними. После этого мы научились моделировать относительные значения урожайности. Это значит, что с помощью алгоритмов мы можем рассчитать, на сколько процентов одна часть поля продуктивнее другой. Всё, что нам для этого нужно, — данные вегетации.

Всё, что нужно вам, чтобы узнать, как выглядят зоны продуктивности на вашем поле, — зарегистрироваться в веб-приложении OneSoil и выбрать свои поля на карте.

Так выглядят зоны продуктивности в веб-приложении OneSoil. Зоны выделены для поля пшеницы в одном из регионов Беларуси.

Как работать с зонами продуктивности на практике

Есть три основных сценария использования зон продуктивности: внесение удобрений, посев и отбор проб для агрохимического анализа. Давайте рассмотрим алгоритм работы с зонами продуктивности на примере веб-приложения OneSoil.

Если вам нужно провести агрохимический анализ, используйте эту карту для отбора проб по зонам продуктивности. Сейчас наша команда работает над отдельным инструментом для этого. Как только инструмент будет готов, мы обязательно о нём расскажем в отдельной статье.

Если вы планируете посев или внесение удобрений, для начала обратите внимание на зоны низкой продуктивности. Мы советуем сперва изучить эти участки и понять, какой фактор ограничивает урожайность в их пределах. По нашему опыту, проще начинать с анализа рельефа и яркости почвы (она говорит о содержании органики в почве). По возможности фактор, ограничивающий урожайность, нужно устранить. После этого переходите к полевым работам.

Органическая масса растений образуется за счет усвоения им энергии солнечных лучей и питательных веществ из воздуха и почвы. При выращивании урожая все основные мероприятия растениеводства направлены на облегчение, ускорение процесса образования органической массы. Кроме того, растение надо защищать от заболеваний, сорняков, вредных насекомых и микроорганизмов, от грызунов. В области животноводства все усилия направлены на повышение выхода животноводческой продукции по отношению к затрачиваемым кормам, а также на борьбу с болезнями и паразитами животных.

Важная роль орошения в повышении урожайности при недостаточном естественном увлажнении почвы видна из табл. 6, где приведены данные о величине урожая ряда культур в степных и засушливых районах Украины.

По данным опытной мелиоративной Энгельсской станции (Саратовская область), урожайность трех сортов пшеницы (Лютесценс-230, Безостая-1 и Миро-новская-808) на орошаемых площадях повысилась в среднем с 16 до 40 ц/га.

В Индии в результате применения искусственного орошения урожай различных культур повышается в

Без орошения

Зеленая масса кукурузы

Картофель летней посадки

1,6—2 раза, а иногда в 6 раз. При периодическом поливе урожай отдельных культур можно снимать 3—4 раза в год.

Для мирового сельского хозяйства характерно большое различие уровня урожайности одних и тех же культур по отдельным странам (табл. 7). Столь резкие колебания уровня урожайности не могут быть объяснены только различием в климате или качестве почв отдельных стран. В значительной степени они зависят также от техники земледелия и степени механизации сельскохозяйственных работ.

Прежде чем рассматривать отдельные факторы интенсификации сельского хозяйства, определим ориентировочно, сколько человек можно обеспечить полноценным питанием, используя урожай сельскохозяйственных культур с 1 га. Все данные, необходимые для такого подсчета, приведены в табл. 8. Урожайность пшеницы, ячменя, гороха, сахарной свеклы и картофеля принята равной средней максимальной урожайности, имевшей место в передовых по этим культурам странах в 1963— 1964 гг. При определении урожайности подсолнечника, люцерны, овощей, фруктов и ягод мы взяли средние хорошие показатели из практики многих стран. Структура посева, т. е. распределение обрабатываемой площади между отдельными культурами, может быть весьма различной. Мы приняли указанную в табл. 8 как одну из

Средне мировая

Максимальная

Минимальная

(Триполитания)

(Южная Корея)

* Statist. Agricul. production 1963—1964. FAO Rome, 1965.

наиболее эффективных. Калорийность 1 кг зерна принята равной 3500 ккал. Среднее количество соломы на 1 кг зерна пшеницы обычно составляет 2 кг, на 1 кг ячменя— 1,4 кг, гороха — 1,5 кг. Калорийность 1 кг соломы по отношению к калорийности 1 кг зерна для пшеницы равна 0,21%, для ячменя — 0,36%, для гороха 0,23%. Исходя из всех этих данных, с 1 га посевной площади можно получить 25,6 млн ккал, которые могут быть использованы человеком с пищей и домашними животными с кормами. Если годовая пищевая норма человека составляет 3,32 млн ккал, — значит, урожаем с 1 га можно прокормить семь человек.

Данные для расчета калорийности ‘урожая с 1 га

Урожайность, ц/га

Площадь посева, га

Усваиваемая энергия, млн/ккал

на 1 кг основной продукции

на площадь посева

Таким образом, если урожайность всех культур будет поднята до уровня урожайности в передовых по каждой культуре странах, то с обрабатываемой сейчас во всем мире площади (1,46 млрд га) можно получать столько продовольственных продуктов, что их хватит для 10 млрд человек, а с потенциально возможной посевной площади (9,33 млрд га) —для 65,3 млрд человек.

Чтобы достичь такого уровня урожайности, не требуется каких-либо новых изобретений. Нужно только, чтобы техника земледелия передовых стран была освоена и внедрена во всем мире, чтобы все посевы Земли были обеспечены удобрениями и водой.

Это подтверждается, в частности, сельскохозяйственной практикой Советского Союза и других стран. В СССР средняя урожайность зерновых и других продовольственных культур значительно ниже урожайности в передовых по отдельным культурам странах. Но очень часто на самых различных почвах, на сотнях и тысячах гектаров урожайность отдельных культур не только достигает урожайности в передовых странах, но и превышает ее. Некоторые из таких примеров приведены в в табл. 9.

Отдельные работники сельского хозяйства достигают еще лучших результатов. Например, А. Г. Еременко

Урожайность, ц/га

Площадь посева, га

Колхоз им Кирова Ардонского р-на Северо-Осетинской АССР

Колхоз им. Ленина Лескенского р-на Кабардино-Балкарской АССР

Кагарлыкский р-н Киевской обл

Изобельненская мелиоративная стан-ния Ставропольского края

Поля украинского Научно-исследовательского института орошаемого земледелия

Колхоз Гурленского р-на Хорезмской обл. Узбекской ССР

Колхоз им. XXII партсъезда Бершадского р-на Винницкой обл.

Все эти цифры с большой убедительностью свидетельствуют о том, что уже при современном уровне развития биологических и сельскохозяйственных наук среднемировые урожаи полезных культур могут быть повышены в 2—3 раза.

Кроме того, говоря об урожайности, мы не учли еще одного фактора — климатического. В табл. 7 была показана урожайность в странах, большинство из которых находится севернее 55° с. ш., но ведь с уменьшением широты интенсивность солнечной радиации и продолжительность вегетационного периода увеличиваются. Значит, при том же уровне развития земледелия и при том же коэффициенте использования фотосинтетически активной радиации, что и в указанных странах, урожайность в более южных странах гораздо выше. Урожай с 1 га на широте 50° обеспечивает 8,2 годовых пищевых нормы, на широте 45° — 9,3, на широте 40°—11,5 и т. д.

А. А. Ничипорович провел весьма интересный расчет возможной урожайности на различных широтах при условии, что коэффициент использования фотосинтетически активной радиации равен 5%, посевы полностью обеспечены водой и питательными веществами и для посевов используются лучшие сорта растений. Оказывается, на широте 55° за вегетационный период можно снимать с 1 га 30 т сухой массы органического вещества, что соответствует урожаю зерна 120 ц/га. При такой урожайности на широте 55° продукцией с 1 га можно прокормить 18 человек, а на широте 40° — 24 человека. Эти данные, а также показатели урожайности, достигнутые в отдельных колхозах нашей страны, показывают, что на обрабатываемой сейчас площади Земли можно получить средства питания, достаточные для 20—30 млрд человек, а на потенциальной посевной площади (9,33 млрд га) — для 130—195 млрд человек. Немаловажно и то обстоятельство, что в субтропических и тропических странах за один год можно снимать два, а то и три урожая. Это относится, например, почти ко всем районам Индии, но сейчас там более одного урожая снимают только на 13,5% обрабатываемой площади. В Египте возможны три урожая в год, но пока там снимают в среднем полтора урожая. В Италии (район Милана, 45° с. ш.) на полях орошения после снятия урожая зерна (55 ц/га) высеивают рис; урожай этой культуры составляет там 93 ц/га. В районах более высоких широт, где земля не дает больше одного урожая основной культуры, после уборки основной культуры можно высевать скороспелые или зерновые культуры на зеленую массу.

Как показывает практика стран Дальнего Востока, на некоторых затопляемых полях одновременно с выращиванием риса можно разводить рыбу, питающуюся водорослями, сорняками и насекомыми. Когда вода с полей стекает, рыбу собирают, а мальков сохраняют в наполненных водой ямах до последующего затопления полей. С 1 га рисового поля можно получить 280 кг рыбы в год.

Если все эти мероприятия применять в масштабе мирового сельского хозяйства, земля будет выращивать дополнительную продукцию для многих миллионов людей.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

План лекции:

1. Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений в посевах;

2. Фотосинтез как фактор урожайности;

3. Фотосинтетически активная радиация (ФАР);

4. Фактические и теоретически возможные коэффициенты использования солнечной энергии;

5. Получение посевов с оптимальным ходом роста площади листьев;

6. Ресурсы ФАР и потенциальный урожай;

7. Тепло как часть солнечной радиации.

1. Основная литература

1.1 Баранов В. Д., Тараканов И. Г. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур.-М.: Изд-во УДН, 1990. – 71 с.

1.2 Гаврилов А. М. и др. Программирование урожаев сельскохозяйственных культур. - Волгоград: ВСХИ, 1984. - 194 с.

1.3 Каюмов М. К., Программирование продуктивности полевых культур. Справочник. М: Росагропромиздат, 1989. - 368 с.

1.4 Листопад Г. Е. Программирование урожаев. - Волгоград. 1975. - 368 с.

2. Дополнительная литература

2.2.Собого А. А. и др. Программирование урожаев - в основу прогрессивных технологий. - К.: Урожай, 1984. - 150 с.

2.3.Томин Х. Г. Солнечная радиация и формирование урожая. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 197 с.

1. Урожай как результат фотосинтетической деятельности растений в посевах

Физиология растений дала ряд критериев в определении высокого урожая. Растениеводство является системой мероприятий, направленных на наилучшее использование процесса фотосинтеза зеленых растений.

Повышение валовых сборов продукции возделываемых растений возможно осуществить двумя путями. Первый путь - это расширение посевных площадей. В этом случае возможности ограничены, так как проведенные подсчеты показывают, что в результате мелиорации и освоения ряда территорий площади под сельскохозяйственными растениями могут быть увеличены в 2-3 раза. Увеличение же посевов на освоенных площадях одной культуры связано с сокращением посева другой.

Второй путь - повышение урожайности благодаря увеличению Продуктивности фотосинтеза растений в посевах и, в частности, повышение чистой продуктивности фотосинтеза. Этот путь увеличения сборов продукции через фотосинтез таит в себе большие возможности, так как 90-95% биомассы растений составляют органические вещества, образуемые в процессе фотосинтеза. В то же время выяснено, что конечным решающим фактором, определяющим максимально возможную урожайность, может быть приход солнечной радиации.

Конкретной задачей на ближайшие годы в этой области является нахождение условий для повышения фотосинтетической активности растений в посевах, доведя использование ими солнечной энергии на фотосинтез вместо 0, 5-1% падающей на поле до 3-5%, что соответственно повысит и накопление органической массы.

Главная особенность процесса фотосинтеза состоит в том, что, используя воду как источник водорода, зеленые растения переносят с помощью энергии солнечного света (ФАР 380-710 нм) водород на восстановление СО2, и в результате этого образуются свободный кислород и органические вещества, в частности углеводы (условно СН2О):

Однако в процессе фотосинтеза образуются не только углеводы. В общий метаболизм вовлекаются также азот, фосфор, сера, магний, калий, железо, медь, молибден и другие элементы минерального питания. Многие из них участвуют в образовании неуглеводных продуктов фотосинтеза (аминокислот, белков, липидов, хлорофилла), в биосинтезе структур и агентов самого фотосинтетического аппарата (Ничипорович, 1977).

Фотосинтез является и первоисточником той биологически активной энергии, которая необходима для усвоения элементов минерального питания. Решающая роль фотосинтеза в формировании урожаев определяется усвоением углерода и энергии, а также, прямо или косвенно, и элементов минерального питания растений.

Биологический предел продуктивности листа растений или посева может быть достигнут тогда, когда фотосинтез будет осуществляться с максимально возможным коэффициентом использования приходящей энергии ФАР.

Таким образом, показатели КПД ФАР в формировании биологических урожаев являются одними из важных критериев для оценки достигаемых уровней активности и в разработке принципов и приемов ее увеличения.

2. Фотосинтез как фактор урожайности.

Проблема фотосинтеза и использования солнечной радиации - одна из важнейших в международной биологической программе. В настоящее время существуют два направления в изучении процесса фотосинтеза.

С позиции физики, химии и физической химии познание процесса фотосинтеза может привести к синтезу ценных органических продуктов путем использования даровых источников сырья - углекислого газа, карбонатов, воды и энергии солнца.

С физиологической и экологической точек зрения исследователи имеют целью всестороннее и наиболее полное изучение фотосинтеза как физиологического процесса, чтобы научно обосновать приемы возделывания растений, обеспечивающие наилучшие условия питания, и получение максимальных урожаев продукции высокого качества.

Л. А. Иванов выразил соотношение между фотосинтезом и урожаем, следующим уравнением:

М + m = FРТ-АР1Т1

где М - прирост массы сухого вещества растений за учитываемый период; m - масса отмерших за время вегетации частей растений;

F - интенсивность фотосинтеза;

А - интенсивность дыханий;

Р - фотосинтезирующая площадь;

Т - продолжительность процесса фотосинтеза;

Р1 - рабочая поверхность дыхания;

Т1 - продолжительность процесса дыхания.

Показатель FРТ в этом уравнении, представляющий собой произведение интенсивности фотосинтеза, величины фотосинтетической (листовой) поверхности и продолжительности процесса фотосинтеза, назван продуктивностью фотосинтеза и определяет урожай сухой массы.

Большой размер урожая и высокое его качество могут быть получены только в том случае, если суммарный фотосинтез будет перекрывать затраты пластических материалов на интенсивные ростовые процессы и дыхание. В этом случае возникнут некоторые излишки ассимилянтов, являющихся источником повышения сахаристости, крахмалистости и т. д. Для выражения этой зависимости был введен показатель - коэффициент эффективности фотосинтеза:

В Индии в результате применения искусственного орошения урожай различных культур повышается в

Без орошения

Зеленая масса кукурузы

Картофель летней посадки

1,6—2 раза, а иногда в 6 раз. При периодическом поливе урожай отдельных культур можно снимать 3—4 раза в год.

Средне мировая

Максимальная

Минимальная

(Триполитания)

(Южная Корея)

* Statist. Agricul. production 1963—1964. FAO Rome, 1965.

Данные для расчета калорийности ‘урожая с 1 га

Урожайность, ц/га

Площадь посева, га

Усваиваемая энергия, млн/ккал

на 1 кг основной продукции

на площадь посева

Отдельные работники сельского хозяйства достигают еще лучших результатов. Например, А. Г. Еременко

Урожайность, ц/га

Площадь посева, га

Колхоз им Кирова Ардонского р-на Северо-Осетинской АССР

Колхоз им. Ленина Лескенского р-на Кабардино-Балкарской АССР

Кагарлыкский р-н Киевской обл

Изобельненская мелиоративная стан-ния Ставропольского края

Поля украинского Научно-исследовательского института орошаемого земледелия

Колхоз Гурленского р-на Хорезмской обл. Узбекской ССР

Колхоз им. XXII партсъезда Бершадского р-на Винницкой обл.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Читайте также: