Практичне завдання №1

Методи прогнозу врожаю соняшника в залежності від агрометеорологічних умов.

1.1 Прогноз врожаю соняшника для окремих господарств і областей.

 

Соняшник відноситься до групи однорічних теплолюбних рослин. За період вегетації йому необхідна сума температур для середньостиглих сортів – 2100^о С, середньоскоростиглих – 1800^о С і середньопізньостиглих – 2400^о С. Найсприятливіші умови для вирощування складаються при температурі повітря 16 – 22^о С і запасах продуктивної вологи у шарі 0 – 20 см – 30 – 50 мм, у шарі 0 – 50 см – 70 – 100 мм, у шарі 0 –100 см – 120 – 160 мм.

Соняшник досить посухостійка рослина, але високі і сталі врожаї можливі тільки за умов оптимальної вологозабезпеченості посівів. Залежність врожаю насіння соняшника від сумарного водоспоживання має вигляд:

                                                                                                                                                 (4.20)

 

 

де У – врожай, ц/га; Е_ф – сумарне водоспоживання соняшника за вегетаційний період, м³/га.

Дослідження Ю.С. Мельника [3] впливу опадів на врожайність соняшника показали, що на величину врожаю впливають не тільки опади впродовж вегетаційного періоду, а і опади холодної пори року. Ю.С.Мельником був запропонований показник зволоження (К), який розраховується за формулою:

                                                                                                                                                      (4.21)

 

де SХ₁ – сума опадів за період від дати переходу температури повітря через 5^оС восени до переходу її через 10^о С навесні наступного року; SХ₂ – сума опадів від дати переходу температури повітря через 10^оС навесні або від дати, коли засіяно більше 50 % посівної площі, до дати достигання соняшнику; St – за цей же період.

Коефіцієнт 0,6 – це коефіцієнт засвоєння опадів за осінньо-зимово-весняний період.

Ю.С. Мельником встановлена залежність урожаїв соняшника від коефіцієнта зволоження К.

Зв'язок врожаїв соняшнику на сортоділянках з коефіцієнтом К описується рівнянням (4.22) (рис. 4.7):

                                                                                                                                                  (4.22)

 

Рисунок (4.7) і рівняння (4.21) можливо застосовувати тільки у районах, де середні багаторічні суми температур за період між датами стійкого переходу температури повітря через 10^о С навесні вище 2300^о С.

У, ц/га

 

 

К

 

Рисунок 4.7 – Зв'язок врожаю соняшника У (ц/га) на сортоділянках з показником зволоження К.

Як відомо, врожаї соняшнику в умовах високої агротехніки (тобто на сортоділянках) значно вище, ніж середні по області врожаї у всіх інших категоріях господарств. Тому були встановлені співвідношення, які дозволяють переходити від врожайності на сортоділянках (У_с) до середньої по області врожайності (У_обл). Ці співвідношення встановлені для середньо-та пізньостиглих сортів соняшнику для окремих груп областей: Дніпропетровської, Донецької, Запорізької, Кіровоградської, Луганської, Полтавської, Черкаської, Миколаївської, Херсонської, Одеської та Кримської:

                                                                                                                                              (4.23)

Для Вінницької, Сумської, Воронізької та Ростовської областей:

                                                                                                                                        (4.24)

Необхідно зазначити, що співвідношення врожаїв на сортоділянках і в господарствах не залишається постійним. Тому необхідно для кожної області ці співвідношення уточнювати через кожні 5 – 6 років.

Техніка складання прогнозу

Прогноз врожаю насіння соняшнику складається двічі – на початку червня і на початку серпня (уточнення).

1. Для усіх станцій області із агрометеорологічних щорічників виписуються матеріали:

- сума опадів (мм) за осінньо-зимово-весняний період (ΣХ₁);

- середні багаторічні дати достигання соняшника;

- сума опадів за період від дати переходу температури повітря через 10^о С навесні до дати достигання соняшнику (Х₂).

2. Розрахувати:

- очікувану суму температур повітря за період, обмежений датами переходу температури повітря через 10^о С навесні та восени (з урахуванням прогнозу теплозабезпеченості вегетаційного періоду);

- очікувану тривалість вегетаційного періоду. Вона розраховується за допомогою рис. 4.8 за датами строків сівби;

- розрахувати значення коефіцієнта К на станціях і середнє обласне;

- розрахувати за рівнянням (4.22), або рис. 4.7 очікувану врожайність на сортоділянках;

- розрахувати за рівняннями (4.23, 4.24) очікувану врожайність у господарствах області;

 

Рис. 4.8 – Зв'язок між тривалістю періоду сівба – дозрівання соняшнику у днях (n) і датою сівби (D).

 

Приклад: Скласти прогноз очікуваного врожаю соняшника у Сумській області якщо:

а) дата переходу температури повітря восени через 5^о С (минулого року) 23 жовтня;

б) дата переходу температури повітря через 10^о С на весні – 20 квітня;

в) 

тоді К = 1,5;

у_с = 22,5;

у_обл. = 11 ц/га.

3. Якщо є розміри посівних площ, то розраховується очікуваний валовий збір насіння соняшнику. Для цього необхідно значення очікуваного середнього по області врожаю насіння перемножити на розмір посівної площі. Так, під соняшником у 2002 році у Сумській області було 145,6 тис./га. Очікуваний врожай насіння 11 ц/га, валовий збір становить 

1.2 Метод прогнозу врожаю насіння соняшника для територій країв та республік

 

Розробка методу прогнозу врожаю соняшника для великих територій засновується на врахуванні дії на врожай зростання культури землеробства і умов зволоження території. Врожайність соняшнику уявляє собою функцію двох факторів: 1 – умов зволоження – W, 2 – зростання культури землеробства – f (А).

                                                                                                                                                                   (4.25)

 

Динаміка врожайності за часом представляється як зміна за рівнем культури землеробства, на фоні якого відбуваються випадкові коливання, які пов'язані у переважній більшості випадків з особливостями зволоження окремих років. Оцінка прирощення врожайності за рахунок підвищення культури землеробства дозволила автору методу отримати прогностичні зв'язки врожаїв насіння з показником зволоження. Метод прогнозу врожаїв насіння з урахуванням культури землеробства складається з двох етапів: 1 – оцінки динаміки середніх приростів врожайності; 2 – оцінки впливу умов зволоження на врожай.

1.2.1 Оцінка динаміки і середніх приростів врожайності

Для оцінки впливу культури землеробства на врожайність соняшнику застосовується метод аналітичного вирівнювання часових рядів врожайності. Найбільш відповідальним при цьому є вибір форми кривої, що відображає тенденцію. Аналіз чисельних досліджень дозволив Ю.С.Мельнику дійти висновку, що для аналітичного вирівнювання тенденції врожайності соняшнику найбільш доцільно використовувати рівняння прямої лінії

                                                                                                                                                                 (4.26)

 

де у – середня врожайність, ц/га; n – номер року в рядку досліджувань;

с – вільний член: – коефіцієнт регресії, що характеризує середній річний приріст функції.

Тому для розрахунку рівняння лінії тренда використовуються методи математичної статистики.

Автором методу для більшості областей і економічних районів розраховані рівняння ліній трендів (табл. 4.13).

В рівняннях (табл. 4.13) коефіцієнт регресії α характеризує середній за рік приріст врожайності насіння соняшнику (ц/га) за рахунок культури землеробства.

1.2.2 Оцінка впливу умов зволоження на врожай

Для оцінки умов зволоження на врожай необхідно врахувати приріст врожаю за рахунок покращення культури землеробства. Тому спочатку від загальної величини врожаю відраховується приріст за рахунок зміни культури землеробства і таким чином отримується врожай, обумовлений погодою (у₁).

Були одержані залежності врожаю (у₁) з, обумовленого погодою, без впливу росту культури землеробства від показника зволоження (W). Показник зволоження розраховується за рівнянням:

(4.27)

 

 

де Sх₁ – сума опадів від дати переходу температури повітря через 5^оС восени до квітня місяця включно;

Sх₂ – сума опадів за травень – червень, мм.

В табл. 4.14 представлені рівняння, що характеризують зв'язок середньої по області (краю, економічному району і т. ін.) врожайності соняшника за виключенням впливу культури землеробства (у₁) з показником зволоження (W).

Таблиця 4.13 – Рівняння лінії тренда врожайності соняшнику за 
1985– 2002 рр.

Територія	Рівняння
Україна
Донецько-Придніпровський район
Дніпропетровська область
Донецька область
Запорізька область
Кіровоградська область
Луганська область
Полтавська область
Сумська область
Харківська область
Південно-Західний район
Вінницька область
Київська область
Черкаська область
Південний район
АР Крим
Миколаївська область
Одеська область
Херсонська область

Для більшості території зв'язок носить криволінійний характер. Особливо це помітно на більш зволожених територіях. Рівняння 
(табл. 4.14) зараз використовуюся як головні при складані прогнозу врожаю насіння соняшника.

Техніка складання прогнозу

Перший прогноз складається на початку червня, другий – на початку липня

Для території області або економічного району вибираються агрометеорологічні станції, рівномірно розташовані по території.

Станції вибираються таким чином, щоб вони як можна точніше характеризували метеорологічний режим території.

Виписуються значення опадів за осінь, зиму, весну.

Визначається дата переходу температури повітря через 5^оС восени попереднього року.

Розраховується сума опадів (Sх₁) від дати переходу температури повітря через 5^оС восени по квітень включно.

Ознайомлюються з прогнозом опадів на червень.

Розраховується сума опадів (Sх₂) за травень-червень.

Розраховується коефіцієнт зволоження (рівняння. 4.27) по станціях (W) і середній обласний (W_обл).

Визначається врожайність (у₁) по території (рівняння з табл.4.14) без врахування культури землеробства.

Визначається поправка (Dу) на культуру землеробства з використанням відповідного рівняння (табл.4.13), n = 15.

Розраховується очікуваний врожай як сума у₁ + Dу.

Таблиця 4.14 – Рівняння зв'язків врожайності соняшника з показниками зволоження W.

Територія	Рівняння	R(r)
1	2	3
Україна		0,83
Донецько-Придніпровський район		0,75
Дніпропетровська область		0,65
Донецька область		0,85
Запорізька область		0,89
Кіровоградська область		0,61
Луганська область		0,62
Полтавська область		0,67
Сумська область		0,89
Харківська область		0,79
Південно-Західний район		0,69
Вінницька область		0,88
Київська область		0,71
Черкаська область		0,61
Південний район		0,71
АР Крим		0,79
Миколаївська область		0,64
Одеська область		0,75
Херсонська область		0,67

Якщо є розміри посівної площі, то розраховується ваговий збір насіння по області. Для цього величину очікуваного врожаю перемножуємо на розмір посівної площі.

Після розрахунку У₁ – необхідно внести поправку на зростання культури землеробства. Для цього використовується відповідне рівняння із табл. 4.13.

Для Одеської області це:

Таблиця 4.15 – Приклад розрахунку середньої обласної врожайності

насіння соняшника. Одеська область.

Станція	Перехід температури повітря через 5º С восени				W	Очікувана врожайність, ц/га			Фактична врожайність, ц/га
						з виключенням приросту за трендом, у1	приріст за трендом, Δу	з врахуванням приросту за трендом У=У1+ΔУ
Любашівка	2-а декада листопада	194	116	254	370
Затишшя	"	199	119	146	365
Сербка	"	176	106	226	332
Роздільна	2-а декада листопада	178	107	202	309
Одеса	"	187	112	152	264	14,9	4,8	19,7	19,0
Сарата	"	183	110	237	347
Болград	"	206	124	144	268
Ізмаїл	"	242	145	98	243
Σ=					2498
Wcр=					312

 

,

n = 15. Ця величина залишається постійною у зв'язку з тим, що в останні роки зростання врожаю за рахунок покращення культури землеробства в Одеській області майже не спостерігалось.

Таким чином, очікуваний середній по області врожай соняшнику в 2000 р. буде:

У = У₁ + DУ = 14,9 + 4,8 = 19,7 ц/га

Фактичний врожай становив 19 ц/га.

1.3 Прогноз врожаю соняшнику в Україні [5]

Для складання прогнозу врожайності соняшника використана базова модель врожайності В.П.Дмитренка:

,                                                                                                        (4.28)

де У_і – прогнозована врожайність; У_{С, І} – щорічний госпо­дарський максимум врожайності; S(Т, R)_ХІІ–VII – сумарний коефіцієнт продуктивності культури за температурою повітря і опадами за грудень-серпень; (1 – U) множник, що залежить в основному від зрідженості посі­вів; – множник, що враховує вплив додаткових факторів.

В свою чергу, зрідженість посівів великою мірою залежить від додержання необхідних технологічних операцій щодо термінів сівби і гущини посіву, від погоднихумов, особливо несприятливих.

Щорічний господарський максимум У_С,І залежить від біологічного потенціалу, продуктивності сорту, клімату, родючості ґрунту, рівня агротехніки та інших факторів на конкретній території. Тому його параметри можуть застосовуватись лише на території, для якої вони визначені.

>Для розрахунку У_{С, І} за формулою:

,                                                                                                                                                       (4.29)

було визначено: (У_С ) - господарський максимум врожайності на реперний рік t; А – приріст тенденції врожайності за трендом ( ц/га); t – інтервал часу між поточним t_i -тим і реперним роком ().

Значення господарського максимуму врожайності У_{С, І} для ре­перного року можна отримати за допомогою відомого методу Е. Гумбеля. В зв'язку з динамікою рівня врожайності, для визна­чення господарського максимуму методом Е. Гумбеля в натуральний ряд врожайності вносилась поправка на тренд.

Оскільки в сільському господарстві рівень агротехніки є нестійким, то тренд врожайності потребує відповідного щорічного корегування.

Співмножник S(Т,R) характеризує вплив на рівень врожайності термічного режиму (Т), а також кількості опадів (R) в основні між фазні періоди на протязі всього вегетаційного циклу.

Кількісна оцінка впливу розглянутих величин на формування врожайності соняшника в передпосівний період і на протязі вегета­ційного періоду розраховується за допомогою функції корисності;

                                                                                                                                  (4.30)

де S₁(Т), S₂(R) – коефіцієнти продуктивності соняшника, розрахова­ні відповідно за температурою повітря Т і опадами R за і-тий період вегетаційного циклу.

Вплив температури на формування врожайності відображено кое­фіцієнтом продуктивності у вигляді:

                                                                                                       (4.31)

де S₁(Т) – кількісний вираз приросту продукції У(Т) при температурі Т по відношенню до максимально можливого У(Т_м) при оптимальній температурі Т_о в даний період вегетаційного циклу; – параметр.

Оцінка впливу опадів на формування врожайності соняшника здійснюється за допомогою коефіцієнтів продуктивності, розрахованих за опадами:

                                                                                                          (4.32)

де S₂(R) – кількісний вираз приросту продукції в і-тий період вегетаційного циклу при кількості опадів R мм по відношенню до мак­симально можливого У(R_о) при оптимальній кількості опадів R_о; R_min, R_max – відповідно біологічні мінімум і максимум опадів в кожний період вегетаційного циклу; тут R_min = 0.

Множник α, який враховує внесок періоду вегетаційного циклу у врожайність при оптимальному значенні кожного елемента продуктивності, розраховується:

                                                                                                                                       ( 4.33)

де У_і(t) – частина врожаю, утворена в даний і-тий період вегетаційного циклу; t – тривалість і-того періоду вегетаційного циклу в частці від одиниці; У_і(Т) – кінцева величина врожайності; С – параметр, який враховує вплив довкілля в передпосівний період; t_с – середній коефіцієнт зрідженості посівів на початку вегетації.

Значення і параметрів в моделях (4.31), (4.32) за кожний пе­ріод вегетаційного циклу наведені в табл. 4.16.

На посівах соняшника часто спостерігається значна зрідженість. За даними аеровізуальних обстежень середні значення її знаходяться у межах 10–20%, хоча в окремих випадках вона може становити 30% і більше.

Вплив зрідженості посівів (U) на врожайність в моделі враховано показником щільності посівів (1 – U), де U подана в частці від оди­ниці. Зрідженість посівів соняшника визначають після останнього проріджування. Оцінка зрідженості по площі достатньо надійно може бути отримана при аеровізуальному обстеженні.При відсутності даних аеровізуальних обстежень доцільно використовувати результати наземних автомаршрутних обстежень. Необхідний мінімум обстежень полів повинен бути в межах 70 – 100. Маючи дані про фактичну N_ф і оптимальну N_о гущину посівів, зрідженість визначається як:

,                                                                                                                                (4.34)

де N_o – N_ф дозволяє враховувати вплив як зрідженості, так і загущеності посівів.

Гущину посівів соняшника для лісостепових районів України слід прийняти 50 тис. рослин на га, в Кіровоградській області – 46, в центральних степових районах – 41 тис. рослин на га.

За відсутністю відомостей про зрідження посівів можна використовувати дані попередніх років. Середня багаторічна зрідженість посівів оцінюється формулою:

                                                                                                                         ( 4.35 )

де У_р,і – врожайність розрахована за формулою:

,                                                                                                                               (4.36)

Таблиця 4.16 – Оптимальні значення температури повітря Т_о, опадів R_о a і параметри до формул (4.31) і (4.32) за кожний період вегетаційного циклу соняшника

Врахування додаткових факторів. За додаткові фактори взяті чинники, які визначаються на гідрометеорологічних станціях, а саме: кількість днів з приморозками, суховіями, опадами ≥ 1 мм і ≥ 5 мм, відносною вологістю ≤ 30 %, дефіцитом вологості повітря ≤ 3 мб, зливами, екстремальними температурами.

Вплив додаткових факторів враховується формулою:

                                                                                                                                                                    4.37)

де У – виправлена врожайність; У' – врожайність, обчислена без врахування впливу додаткових факторів; γ – показник, який враховує вплив даного додаткового фактора.

Оцінка зниження врожайності від несприятливих явищ погоди розраховується за єдиною для всіх них формулою:

                                                                                                                                                          (4.38)

де α – коефіцієнт, який залежить від природного явища, умов вирощування, фази розвитку; х – кількість днів з несприятливими явищами погоди, які не знижують врожай; е – експонента.

Кількість днів з суховіями різної інтенсивності (окрім слабких) розраховується за даними спостережень найближчих метеостанцій згідно з типізацією Є.А. Цубербіллер (табл. 4.17)

Таблиця 4.17 – Характеристика суховіїв різної інтенсивності згідно з типізацією К. А. Цубербіллер

Встановлено, що несприятливі явища в жаркий і сухий рік у будь який період вегетації враховуються коефіцієнтом продуктивності меншим за 0.60, тому у таких випадках блок (1 – γ) не застосовується.

У вологі роки ці показники необхідно вводити в модель незалежно від рівня коефіцієнтів продуктивності.

1.3.1 Порядок і приклад розробки прогнозу районної врожайності соняшника з різною завчасністю

Прогнози районної врожайності можна складати чотирьох видів. Перший прогноз складають після сходів (перша – друга декада травня), його завчасність біля 4 –х місяців. Другий прогноз складають до 20 червня з завчасністю 2 – 2,5 місяці, третій – до 20 липня з завчасністю 1 – 1,5 місяців і останній розрахунок проводять наприкінці серпня.

Дані, необхідні для складання прогнозу, заносяться в форму
(табл. 4.18). В цій таблиці наводиться приклад прогнозованих розрахунків районної врожайності соняшника в Синельниківському районі Дніпропетровської області за 1994 рік.

В заголовку таблиці записується назва області, району, рік, господарський максимум врожайності за даний рік У_о,і , і показник, який характеризує стан посівів (його зрідженість), який береться із табл. Б.4.

Господарський максимум на 1994 рік визначається за формулою (4.29) з використанням даних табл. Б.1.

При розробці першого прогнозу визначається фактичне значення Т, R, з врахуванням опадів з грудня минулого по квітень поточного року.

При визначенні значень Т і R для другого прогнозу використовують фактичні значення цих елементів за квітень і травень і прогностичні або середні багаторічні з відповідною ймовірністю за червень – серпень.

За фактичними значеннями T і R знаходиться по табл. Б.2 та Б.3 коефіцієнти продуктивності соняшника за відповідним елементом і перемножують їх на ваговий коефіцієнт внеску α відповідного періоду (табл. 4.16), отримується сумарний коефіцієнт продуктивності за опадами і температурою повітря.

При складанні наступних прогнозів уточнюються фактичні значення Т і R і за даними аеровізуальних або автомаршрутних обстежень уточнюється зрідженість. Якщо дані про зрідженість відсутні, тоді користуються тими, які наведені в табл. Б.4.

При складанні чергового прогнозу вноситься поправка на кількість днів з несприятливими явищами погоди. Оскільки несприятливі явища не прогнозуються, то їх вплив на формування врожайності враховується тільки на час складання прогнозу.

Розрахована врожайність:

Перший прогноз 

Абсолютна похибка 

Відносна похибка 

Справджуваність прогнозу 90 %

Другий прогноз. На час складання другого прогнозу спостерігалось 9 днів з дефіцитом вологості повітря ≤ 3 мб і 10 днів з опадами ≥ 1 мм.

В табл. Б.7 находиться період вегетації (V – VI) і по кількості днів з вологістю повітря ≤ 3 мб (9 днів) записується поправка на зниження врожайності. Її значення також дорівнює 0.98. Ці дві поправки додаються до розрахунків першого прогнозу.

Абсолютна похибка 1.8 ц/га

Відносна похибка 10 %

Справджуваність прогнозу 90 %

Таблиця 4.18 – Приклад складання прогнозу врожайності насіння соняшника з різною завчасністю і уточнення його в певні періоди вегетації

Область – Дніпропетровська, район – Синельниківський, рік – 1994

Господарський максимум У_с,і= 25,6 ц/га, зрідженість u = 10%

(в частках одиниці 1 – 0,10 = 0,9 )

<span "="">Третій прогноз.

На час розрахунку 3-го прогнозу (до 20 липня) несприятливих явищ погоди не спостерігалось. Коефіцієнт продуктивності по Т і R становить 0,94. Зрідженість така ж, як і на час розрахунку другого прогнозу. Третій прогноз враховує ті несприятливі явища, які спостерігались на час складання другого прогнозу:

Абсолютна похибка – 2,5 ц/га

Відносна похибка – 11%

Справджуваність прогнозу – 89 %

Четвертий прогноз.

На час складання четвертого прогнозу спостерігалось 23 дні з суховіями. По кількості днів з суховіями у табл. Б.5 знаходимо за VІІ місяць коефіцієнт падіння врожайності, який становить 0,94. Змінився також і коефіцієнт продуктивності по Т і R. Додаються ці зміни до розрахунку третього прогнозу і розраховується четвертий прогноз очікуваного врожаю.

Абсолютна похибка – 0,5 ц/га

Відносна похибка – 3 %

Справджуваність – 97 %

Прогноз вважається прийнятним, якщо відносна похибка не перевищує 20%.

В усіх складених нами чотирьох прогнозах відносна похибка не перевищила 20%. Найбільш висока справджуваність четвертого прогнозу, оскільки завчасність його складає лише 1 місяць і при розрахунку цього прогнозу враховується більша частина фактичних даних. Прогностичні дані використані тільки за 1 місяць.