Член-корреспондент РАН, д.с-х.н., профессор Иванов Д.А.

Всероссийский НИИ сельскохозяйственного использования мелиорированных земель Россельхозакадемии, г.Тверь, Россия

ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ПРИ РАСЧЕТЕ УРОЖАЙНОСТИ ТРАВ

В РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТЯХ АГРОЛАНДШАФТА

Любой агроландшафт – территория видоизмененная при сельскохозяйственном воздействии, состоит из определенных частей различных размеров. Можно выделить достаточно крупные части агроландшафта, такие как склоны различной экспозиции, а в их пределах элементарные геохимические ареалы (ЭГЛ) – относительно мелкие пространства с однотипным протеканием геохимических процессов, в основном обусловленных характером перемещения влаги. Природные особенности различных структурных частей агроландшафта влияют на продукционный процесс культур, который может быть выражен через продукционный потенциал агроландшафта (ППА).

В самом общем виде методика определения ППА микротерритории основана на учете некоторых приходных статей энергетического баланса агроландшафта: энергии фотосинтетически активной радиации (ФАР) и антропогенной энергии. ФАР является производной величиной от радиационного баланса территории. Радиационный баланс по М. И. Будыко [3] определяется по следующей формуле:

R = Q∙ (1- α) – I (1)

Где R – радиационный баланс, Кдж/см², Q – суммарная коротковолновая радиация, Кдж/см², α – альбедо в долях от единицы, I – эффективное излучение, Кдж/см².

При отсутствии данных по суммарной радиации радиационный баланс можно рассчитать на основе суммы активных температур по следующей формуле [1]:

R = 48,6 + 0,042∑t>10^o (2)

Где R – радиационный баланс, Кдж/см², ∑t>10^o – сумма активных температур, град.

Активные температуры, как и радиация. значительным образом зависят от условий рельефа (крутизны и экспозиции склонов)[6]:

Р_Т = (3)

Где Р_Т – поправка к сумме активных температур, К – коэффициент пропорциональности, учитывающий влияние экспозиции склонов (для южного склона +0,4, для северного -0,35, для западного +0,08, для восточного -0,07) , y – крутизна склона, град., Ш – географическая широта местности, град.

Приблизительное значение радиационного баланса микротерритории можно определить по формуле:

R ≈ (4)

Где Q – суммарная радиация Кдж/см², α – альбедо (в долях от единицы).

От величины радиационного баланса зависит значение фотосинтетически активной радиации (ФАР) [1]:

ФАР = R + 54 Кдж/см² (5)

Максимальный потенциал продуктивности (МППА) угодья можно определить по формуле:

МППА = ФАР + А (6)

Где А – затраты антропогенной энергии на производство прямой и побочной продукции, которая зависит от технологии возделывания и определяется по технологическим картам.

МППА можно выразить и через потенциальную урожайность (ПУ), которая рассчитывается по формуле [7]:

ПУ = (7)

Где ПУ – потенциальная урожайность абсолютно сухой растительной массы, ц/га; Q_ФАР – приход ФАР за вегетационный период, МДж/га; К_ФАР – коэффициент использования ФАР; q – калорийность единицы урожая органического вещества, МДж/ц.

Формула 7 в известной мере поясняет формулу 6, так как КПД ФАР во многом зависит от интенсивности технологии и сорта. В самом общем виде расчет КПД ФАР осуществляется по формуле:

КПД ФАР(%) = (8)

Где А – количество энергии ФАР, пришедшей за вегетационный период на 1 га; В – количество энергии, запасенной в реально полученной органической массе растений (в основной и побочной продукции, а также в корневых и пожнивных остатках).

Формулу 8 можно представить в следующем виде:

КПД ФАР(%) = (9)

Где А – количество энергии ФАР, пришедшей за вегетационный период на 1 га; М - вес реально полученной абсолютно сухой растительной массы ц/га; q – калорийность единицы урожая органического вещества, МДж/ц.

Расчет дкйствительно возможной урожайности (ДВУ) по биогидротермическому потенциалу рассчитывается по следующей формуле [9]:

Кр = (10)

Где Кр – биогидротермический потенциал продуктивности, баллы; W – запас продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм; Т – период вегетации, декады; 36 – число декад в году; R – величина радиационного баланса, ккал/см². Для перехода от баллов к урожаю абсолютно сухой биомассы Кр умножают на 20.

Расчет ДВУ по влагообеспеченности посевов выполняется по формуле:

У_ДВУ = (11)

Где У_ДВУ – урожай абсолютно сухой биомассы, ц/га; W - запас продуктивной влаги в метровом слое почвы, мм; - коэффициент водопотребления культуры на единицу продукции; 100 – коэффициент перевода продуктивной влаги в центнеры [7].

Расчет ДВУ по биоклиматическому потенциалу (по Д.И. Шашко), показывающий влияние тепловых ресурсов на продуктивность культуры производится по формуле [11]:

У_ДВУ = βБКП (12)

Где β – коэффициент равный 15 ц/га при КПД ФАР = 1,5%; БКП - биоклиматический потенциал продуктивности (∑_t>10^o/1000).

Расчет урожайности по эффективному плодородию почвы производится по формуле:

У_ЭФ = БЦ (13)

Где У_ЭФ – урожай, полученный за счет эффективного плодородия почвы, ц/га; Б – балл бонитета почвы; Ц – цена балла бонитета; А – поправка к цене балла бонитета. Балл бонитета для почв Тверской области определяется на основе сопоставления данных по кислотности и гумусированности почв, а также содержания в них фосфора. Поправки к баллу бонитета позволяют учесть влияние некоторых агроэкологических и производственных факторов на урожайность.

Принципы определения ППА для конкретных частей агроландшафта покажем на примере агроэкологического полигона ВНИИМЗ. Он, являясь типичным местоположением для «разновысотных, замедленно дренируемых, пологоволнистых, песчано-суглинистых моренно-озерно-ледниковых равнин» [2, 4], расположен в 4-х км к востоку от г. Тверь, в пределах конечно-моренного холма с относительной высотой 15 м. В его пределах выделяются три геоморфологических элемента: плоская вершина; пологие склоны (до 5^о) и межхолмные депрессии. Почвенный покров образован чередованием подзолистых и болотно-подзолистых почв, на двучленах различной мощности. Полигон осушен гончарным дренажем, с междренным расстоянием 20-40 м.

Опытные делянки, на которых изучалось влияние ландшафтных условий на урожайность трав, проходят через все микроландшафтные позиции конечно-моренного холма. Выделено 3 варианта первого порядка и 7 вариантов второго, отличающиеся друг от друга набором ландшафтных факторов (тип почвы, экспозиция и крутизна склона, относительная высота местности, характер почвообразующих пород и т.д.), в то время как набор агротехнических приемов для всех вариантов одинаков [5, 8]. На каждом варианте в точках, отстоящих друг от друга на 40 м. проводилось измерение параметров посевов и почвенного покрова. Вариантами первого порядка являются геоморфологические элементы. Используя формулы 1-13, были рассчитаны значения урожайности многолетних бобово-мятликовых травостоев для различных геоморфологических позиций (табл. 1).

Таблица 1. Результаты расчетов урожайности трав для различных геоморфологических элементов

Геоморфологические элементы (варианты 1 порядка)	Расчетные данные, т/га (воздушно-сухое вещество)						Реальные данные, т/га
	УПУ	УДВУ по биогидротермическому коэффициенту	УДВУ по влагообеспеченности посевов	УДВУ по биоклиматическому потенциалу	УЭФ	Среднее по расчетам
Южный склон	10,7	5,4	4,3	3,6	3,6	5,5	3,6
Вершина	9,9	5,8	4,4	3,4	3,6	5,4	3,6
Северный склон	9,9	6,1	4,6	3,3	3,6	5,5	3,5
Среднее	10,2	5,8	4,4	3,4	3,6	5,5	3,6

При сравнении средних значений расчетных величин видно, что максимальное значение получено при определении потенциальной урожайности – теоретически возможной величины, которая реализуется только в идеальных метеорологических и агрохимических условиях (при оптимуме влаги, тепла и элементов питания). Расчет урожайности по биогидротермическому коэффициенту дает меньшие значения, а минимальные урожайности получаются при расчете по биоклиматическому потенциалу. Сравнение средних данных показывает, что продукционный процесс многолетних трав в значительной степени лимитируется недостатками тепла, а в ряде случаев и продуктивной влаги, а также агрохимическими свойствами почв.

Реальная урожайность трав наиболее близка к расчетным значениям по биоклиматическому потенциалу и эффективному плодородию, определенным для среднего уровня агротехники. Следовательно, повышение уровня агротехники (известкование, тепловые мелиорации, двухукосное использование травостоев и двойное регулирование водно-воздушного режима почв) может способствовать увеличению урожайности трав до 5-7 т/га.

На южном склоне наблюдаются более высокие значения расчетной потенциальной урожайности и действительно возможной урожайности по биоклиматическому потенциалу, чем на вершине и северном склоне, вследствие лучшей освещенности и прогрева. Значение КПД ФАР, рассчитанное по формуле 9, здесь ниже (0,42%), чем на вершине и северном склоне (0,45%), что объясняется разницей в характере соотношения тепла и влаги. На северном склоне отмечаются более высокие значения расчетной урожайности по биогидротермическому коэффициенту и по влагообеспеченности травостоев, что объясняется большими запасами продуктивной влаги в метровом слое почв. Значения расчетной урожайности по эффективному плодородию одинаковы во всех геоморфологических позициях, вследствие равенства баллов почвенного бонитета (72), цены балла и поправок к нему. Можно сказать, что мероприятия по двойному регулированию водно-воздушного режима почв необходимо применять на южном склоне, а тепловые мелиорации (профилирование почвы) – на вершине и северном склоне [10]. Двухукосное использование травостоев и известкование почв можно рекомендовать во всех геоморфологических позициях агроландшафта.

На территории полигона ВНИИМЗ выделены следующие ЭГЛ, (варианты второго порядка): 1.Транзитно-аккумулятивный (Т-Аю) ЭГЛ южного склона, располагающийся в пределах его нижней трети и подножья, характеризующийся господством двух геохимических процессов – латерального (вдоль склона) перемещения химических элементов и их частичной аккумуляции из намывных и грунтовых вод; 2. Транзитный (Тю) ЭГЛ южного склона, занимающий центральные его части. Геохимические особенности этого местоположения определяет интенсивный латеральный перенос веществ, часто приводящий к эрозии почв; 3. Элювиально-транзитный (Э-Тю) ЭГЛ южного склона, располагающийся в верхней его трети, с наклоном поверхности не превышающим 2^о. Характеризуется слабым латеральным током веществ и заметно выраженным вертикальным их промыванием в нижние почвенные горизонты и грунтовые воды; 4. Элювиально-аккумулятивный (Э-А) ЭГЛ, занимающий плоскую, слабодренируемую вершину моренного холма. В его пределах плоские территории с интенсивным выщелачиванием питательных веществ из пахотного горизонта чередуются с микродепрессиями, где наблюдается их частичная аккумуляция; 5. Элювиально-транзитный (Э-Тс) ЭГЛ северного склона – аналог ЭГЛ №3, отличающийся от него более тяжелыми почвами и менее резкими колебаниями температуры и влажности; 6. Транзитный (Тс) ЭГЛ северного склона – аналог ЭГЛ №2, однако эрозионные процессы и амплитуды климатических параметров здесь менее выражены; 7. Транзитно-аккумулятивный (Т-Ас) ЭГЛ северного склона во многом напоминает ЭГЛ №1, однако характеризуется значительной заболоченностью почв и пониженной суммой эффективных температур [5, 8].

Таблица 2. Результаты расчетов урожайности трав в различных ЭГЛ

ЭГЛ (варианты 2 порядка)	Расчетные данные, т/га (воздушно-сухое вещество)						Реальные данные, т/га
	УПУ	УДВУ по биогидротермическому коэффициенту	УДВУ по влагообеспеченности посевов	УДВУ по биоклиматическому потенциалу	УЭФ	Среднее по расчетам
Т-Аю	10,6	5,9	4,6	3,5	2,7	5,5	3,4
Тю	10,9	4,6	3,6	3,6	3,2	5,2	3,4
Э-Тю	11,1	5,8	4,5	3,5	3,6	5,7	3,8
Э-А	9,9	5,8	4,4	3,4	3,6	5,4	3,6
Э-Тс	9,6	5,6	4,2	3,3	2,3	5,0	3,3
Тс	9,9	5,6	4,2	3,3	3,6	5,3	3,6
Т-Ас	10,1	5,6	4,2	3,3	3,6	5,4	3,3
Среднее	10,4	5,5	4,2	3,4	3,2	5,3	3,5

Анализ табл. 2 показывает, что максимальное значение урожайности трав получается при расчете их потенциальной урожайности, а минимальное – при расчете урожайности по эффективному плодородию, что свидетельствует об актуальности известкования в данном агроландшафте, так как увеличение рН приведет к повышению бонитета. Максимальное значение У_ПУ отмечено в элювиально-транзитном ЭГЛ южного склона, где наблюдается наибольшее значение ФАР, а в его аналоге на северном склоне – минимальное. Максимальные значения ДВУ по биогидротермическому коэффициенту и влагообеспеченности растений отмечены для вершины холма и верхней и нижней частей его южного склона вследствие больших запасов здесь продуктивной влаги. Минимальное значение этого параметра отмечено для середины южного склона вследствие недостатка увлажнения. Наиболее значительная прогнозная урожайность, рассчитанная по биоклиматическому показателю отмечена для средней части склона южной экспозиции, а минимальная – для ЭГЛ, расположенных на северном склоне. Наиболее низкие значения У_ЭФ отмечены для нижней трети склона южной экспозиции и верхней части северного склона вследствие подкисления почвенного раствора за счет анаэробных процессов.

Изменение реальной среднемноголетней урожайности трав сильно коррелирует с вариабельностью усредненных расчетных данных (r =0,67), что говорит о комплексном влиянии ландшафтных условий на продуктивность трав. Следовательно, комплексная усредненная оценка прогнозной урожайности может в общих чертах описать характер пространственной вариабельности реальной урожайности в агрогеосистеме.

Значения КПД ФАР в пределах конечно-моренного холма, рассчитанные по формуле 9, колеблются от 0,4 до 0,5%%, повышаясь на вершине холма и снижаясь к подножьям, однако наблюдаются его значительные аномалии в центральных частях склонов. На южном склоне наблюдается резкое снижение КПД ФАР вследствие недостатка продуктивной влаги и наличия здесь резко выраженных гидротермических стрессов, а на северном – значительное повышение, что объясняется оптимальным для трав сочетанием здесь тепла и влаги. Анализ изменения расчетных продуктивностей в пределах агроландшафта показал, что двойное регулирование водно-воздушного режима почв в середине южного склона конечно-моренного холма может привести к существенному увеличению продуктивности травостоев. На северном склоне холма актуальны тепловые мелиорации (профилирование поверхности, мульчирование торфом), а в нижней трети южного склона и в верхней части северного необходимо провести тур известкования почв.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Айдаров И.П. Обустройство агроландшафтов России. – М.: МГУП, 2007, - 159с.

2. Атлас Калининской области. М.: ГУГК, 1964. -34 с.

3. Будыко М.И. Климат и жизнь. – Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1971. -470 с.

4. Дорофеев А.А., Логинов С.А. Легенда ландшафтной карты Тверской области. М.: ГУГК, 1990.

5. Иванов Д.А. Ландшафтно-адаптивные системы земледелия (агроэкологические аспекты) /Монография, Тверь, 2001, - 304 с.

6. Карманов И.И., Булгаков Д.С. Ландшафтно-сельскохозяйственная типизация территории: Методическое пособие. М.: РАСХН, Почв, ин-т им В.В. Докучаева, 1997. -110с.

7. Каюмов, М.К. Справочник по программированию продуктивности полевых культур/ М.К. Каюмов - М.: Россельхозиздат, 1982, - 368с.

8. Ковалев Н.Г., Ходырев А.А., Иванов Д.А., Тюлин В.А. Агроландшафтоведение. – Москва-Тверь. – 2004, - 490с.

9. Коломыц Э.Г. Бореальный экотон и географическая зональность. Атлас- монография. – М.: Наука, 2005. – 390 с

10. Применение агромелиоративных мероприятий на осушенных минеральных землях Нечерноземной зоны РСФСР (технологический регламент). Минсельхозпрод РСФСР, ВНИИМЗ, СевНИИГиМ, М., 1990, -58с.

11. Шашко Д.И. Агроклиматическое районирование СССР. М.: Колос, 1967, - 336с.