9.1.2. Моделювання процесу поглинання питомих речовин

 

Процес поглинання азоту рослиною з ґрунту йде активним шляхом і пасивним – виносом азоту з транспіраційним потоком

 

                  (9.6)

 

де Nsoil – концентрація азоту у ґрунті (NH4, NO3);  – ефективний коефіцієнт дифузії азоту у ґрунтовому розчині (NH4, NO3);  – довжина життєдіяльних коренів;  – концентрація азоту у ґрунтовому розчині; Tr – транспірація;  – функція впливу температури ґрунту на швидкість дифузії азоту у ґрунтовому розчині.Процеси поглинання амонію і поглинання нітратів розглядаються у моделі окремо.

У моделі розглядаються основні процеси трансформації азоту у ґрунті: амоніфікація, нітрифікація, іммобілізація амонію і нітратів, денітрифікація.

Кількість легкогідролізуємого азоту у ґрунті  Ntof  описується  рівнянням

 

                               (9.7)

 

 

де Phum – вміст гумусу у ґрунті;  – вміст органічного азоту у гумусі ґрунту;  – коефіцієнт гідролізації азоту у ґрунті.

Трансформація форм азоту ґрунту описується наступною системою рівнянь

             (9.8)

 

де dNNH  – швидкість амоніфікації; ANH – коефіцієнт швидкості амоніфікації; Fam(TS) і Fam(W) – функції впливу температури і вологості ґрунту на швидкість амоніфікації; dNNO – швидкість нітрифікації; Fnitr(TS) і Fnitr(W) – функції впливу температури і вологості ґрунту на швидкість нітрифікації;  – швидкість іммобілізації азоту;   – коефіцієнт швидкості іммобілізації азоту з амонійних і нітратних форм азоту; dNden – швидкість денітрифікації; Aden – коефіцієнт швидкості денітрифікації; Fden(TS) і Fden(W) – функції впливу температури і вологості ґрунту на швидкість денітрифікації.

Баланс амонійних форм азоту у ґрунті може бути описаний таким рівнянням:

 

        (9.9)

 

 

де   і   – амоній мінеральних і органічних добрив; NHatm – амоній, який надходить з атмосферними опадами.

На відміну від амонійних форм азоту легкорухливі нітратні форми азоту ефективно переміщуються від одного шару ґрунту до іншого дифузійним шляхом або з потоками води. Дифузія нітратів  dNdif  описується рівнянням

 

                           (9.10)

 

 

де dNdif – дифузія нітратів;  – ефективний коефіцієнт дифузії нітратів у ґрунтовому розчині;  – концентрація нітратів у суміжних шарах ґрунту; hw– відстань між серединою суміжних шарів ґрунту.

Рівняння, що описує переміщення нітратів з потоками води   записується у вигляді

 

 

                               (9.11)

 

 

де  – переміщення нітратів з потоками води;  – інфільтрація води із одного шару в інший шар ґрунту.

Баланс нітратів у ґрунті записується як

 

         (9.12)

 

 

де   – нітрати органічних і мінеральних добрив; NOatm – нітрати, що надходять з атмосферними опадами.

Сумарний баланс гумусу у ґрунті визначається за методом [7]

 

,  (9.13)

 

 

де Hum – баланс гумусу у ґрунті;  – маса рослинних залишків і маса відмерлих коренів минулого року;  – відносний вміст вуглецю у сухій речовині рослинних залишків і органічних добрив;  – коефіцієнт гуміфікації рослинних залишків і органічних добрив;  – кількість мінеральних добрив і доза внесення мінерального азоту минулого року;  – відносний вміст азоту у органічних добривах, рослинних залишках і відмерлих коренях;  – коефіцієнт використання азоту мінеральних і органічних добрив, рослинних залишків і відмерлих коренів;  – урожай біомаси минулого року;  – відносний вміст азоту у рослинній біомасі урожаю минулого року.

Розпад білка у органах рослини виражається рівнянням, подібним до рівнянь (4) і (5). Приймається, що швидкість відновлення білків кожного органа рослини пропорційна вмісту азоту у тканині цього органа:

 

 

                                   (9.14)

 

 

де – відносна швидкість відновлення білків;  – вміст азоту у тканинах i-го органа.

Динаміка біомаси надземної і підземної частин рослин та окремих органів визначається з врахуванням потреб цих частин рослин в асимілятах.

Приріст біомаси (маси вуглеводів та азоту) розподіляється між надземною і підземною частинами рослин за допомогою таких рівнянь

 

 

                                   (9.15)

                                   (9.16)

 

 

де mshoot і mroot – біомаса надземної та підземної частини рослин відповідно;  – функція розподілу приросту біомаси у підземну частину рослин.

Розподіл структуроутворюючих компонентів між надземними органами рослин та їх окремими частинами розраховується за допомогою наступної системи рівнянь

 

 

 

де  – біомаса відповідно функціонуючого та пожовклого листя, зелених та пожовклих стебел, функціонуючих та дозріваючих репродуктивних органів;  – функції розподілу приросту біомаси у зелені листя, стебла і функціонуючі репродуктивні органи;  – функції перетікання продуктів розпаду із листя, стебел та коріння при їх старінні.

Наведена вище система рівнянь (1)–(17) описує основні процеси життєдіяльності рослин, їхній ріст та формування урожаю. Вона записана у загальному вигляді і трансформується залежно від морфологічних та біологічних особливостей сільськогосподарських культур.

Якщо проаналізувати розраховані за допомогою моделі динаміку відносної площі листя та декадних приростів загальної біомаси озимої пшениці у основних грунтово-кліматичних зонах України, то чітко видно відмінність цих характеристик фотосинтетичної продуктивності рослинного покриву для різних грунтово-кліматичних зон досить чітко простежується, що дозволяє використовувати моделі з метою як кількісної оцінки умов формування фотосинтетичної продуктивності сільськогосподарських культур, так і прогнозування їх урожайності.