Содержание к диссертации
Введение
Глава I. МЕТОДУ ИСЛЕДОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ МАТЕРИАЛЫ.. 9
1.1. Методы исследования 9
1.1.1. Метод исследования пространственной изменчивости метеоэлементов 9
1.1.2. Метод гармонических весов 13
1.1.3. Метод разложения метеорологических полей на естественные ортогональные составлявдие 15
1.1.4. Методы построения регрессионных зависимостей 20
1.1.5. Методы расчета статистических характеристик рядов и проверка основной гипотезы 24
1.2. Использованные материалы 26
1.2.1. Многолетние материалы наблюдения 27
1.2.2. Результаты полевых экспериментов 28
Глава 2. АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯ СРВД-НЕСПЕЛЫХ СОРТОВ ГОРОХА В ПРИЧЕРНОМОРЬЕ 40
2.1. Физикогеографические особенности территории Причерноморья 40
2.2. Биологические особенности культуры гороха 45
2.2.1. Ботанические характеристики 45
2.2.2. Отношение гороха к свету 48
2.2.3. Требование гороха к температурному режиму 52
2.2.4. Отношение гороха к влаге. 53
2.2.5. Требование гороха к почвам и питательным веществам 57
2.3. Термические условия вегетационного периода и скорость развития среднеспелых сортов гороха 59
2.3.1. Термический режим вегетационного периода гороха 60
2.3.2. Зависимость скорости развития гороха в отдельные межфазные периоды от термических условий... 71
2.3.3. Прогноз дат наступления фаз развития гороха на территории Причерноморья 87
Глава 3. АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ВЕГЕТАЦИОННОГО ПЕРИОДА ГОРОХА И ЕГО ПРОДУКТИВНОСТЬ 93
3.1. Оценка условий увлажнения периода вегетации гороха 93
3.2. Зависимость продуктивности гороха от агрометеорологических условий 108
3.3. Метод расчета влагозапасов под горохом 122
Глава 4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОДУКТИВНОСТИ ГОРОХА 129
4.1. Анализ существующих моделей продуктивности зерно бобовых культур 130
4.2. Структура модели формирования урожайности гороха. 140
4.2.1. Блок фотосинтеза 142
4.2.2. Блок дыхания 145
4.2.3. Агрометеорологический блок 145
4.2.4. Блок роста 147
4.3. Идентификация параметров модели продуктивности гороха 151
4.3.1. Нахождение численных значений параметров блока роста 152
4.3.2. Определение параметров блока фотосинтеза и дыхания 161
4.3.3. Определение параметров агрометеорологического блока 164
4.4. Проверка модели 167
4.5. Численные эксперименты по оценке влияния агрометеорологических условий на продуктивность гороха 173
Глава 5. МЕТОД ПРОГНОЗА СРВДЕОБЛАСТНОЙ УРОЖАЙНОСТИ ГО РОХА 179
5.1. Постановка задачи 179
5.2. Пространственная изменчивость метеорологических факторов в период вегетации гороха 183
5.3. Динамика среднеобластной урожайности гороха по годам 192
5.4. Разложение полей метеорологических элементов на естественные ортогональные составляющие 196
5.5. Методы прогноза случайного компонента урожайности гороха 202
5.6. Метод прогноза среднеобластной урожайности гороха 217
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 222
ЛИТЕРАТУРА 225
ПРИЛОЖЕНИЯ 242
- Метод исследования пространственной изменчивости метеоэлементов
- Физикогеографические особенности территории Причерноморья
- Оценка условий увлажнения периода вегетации гороха
- Анализ существующих моделей продуктивности зерно бобовых культур
- Пространственная изменчивость метеорологических факторов в период вегетации гороха
Метод исследования пространственной изменчивости метеоэлементов
Решение поставленных задач было выполнено с использованием обширных материалов агрометеорологической и метеорологической сети станций Причерноморья. Анализ этих материалов выполнен при помощи различных математических методов. Так, для исследования изменчивости метеорологических элементов в пространстве применен метод корреляционных функций, для выявления устойчивых тенденций временных рядов использован метод гармонических весов, а при построении статистических моделей метод компонентного анализа служил приемом для сжатия информации, содержащейся в исходном наборе данных. Уравнения регрессии построены методом шагового анализа, а процесс идентификации параметров динамической модели произведен методом оптимизации с использованием материалов полевых экспериментов.
Расчеты по выше указанным методам выполнены на ЭВМ EC-I022. Использованы 8 программ, из которых 6 составлены автором данной работы на алгоритмическом языке ФОРТРАН-ІУ.
Исследование закономерностей роста, развития и формирования урожайности сельскохозяйственных культур на большой территории требует знания пространственной изменчивости метеоэлементов, влияющих на указанные процессы. В данной работе исследование пространственной изменчивости метеорологических элементов выполнено на основе их пространственных корреляционных функций.
Пространственная корреляционная функция какого-либо элемента представляет собой коэффициенты парной корреляции между значениями этого элемента в зависимости от расстояний между станциями. Знание пространственных корреляционных функций дает возможность оценить синхронность и асинхронность элементов в пространстве /24,66,125, 129 и др./, определить степень их репрезентативности и возможности их экстраполяции по территории /25,43,44,125/.
Физикогеографические особенности территории Причерноморья
Территория четырех исследуемых в данной работе областей (Одесской, Херсонской, Николаевской и Кировоградской) расположена на юге Украины (рис. 2.1). Она охватывает южную степь и переходную зону между степью и лесостепью. Относясь к Причерноморской низменности, большая часть территории Причерноморья характеризуется равнинным рельефом, наибольшие высоты не превышают 120-150 м. Северная часть района (территория Кировоградской области) относится к южной части Приднепровской возвышенности, где поверхность более расчленена, средняя высота составляет 200-400 м, а максимальная - до 324 м.
Необходимо отметить большое влияние на климат данного района наличие Черного моря. В теплый период, во время вегетации основных сельскохозяйственных культур, преобладает континентальный тропический воздух, трансформирующийся на юг европейской территории СССР из районов умеренных широт с повышенным давлением. В прибрежных районах климат формируется в основном под влиянием влажных атлантических и средиземноморских воздушных масс и имеет более мягкий характер. В целом лето в северных районах Причерноморья (Кировоградская область) теплое, а в южных районах - жаркое и сухое.
Изучаемая территория характеризуется также сложным почвенным составом. Преобладающую часть территории занимают черноземы, местами встречаются каштановые (в Херсонской и Николаевской областях) и аллювиальные почвы (в Кировоградской области), а в Приморских впадинах - торфяные, песчаные и супесчаные почвы.
Оценка условий увлажнения периода вегетации гороха
Оценка условий увлажнения разных районов Союза применительно к росту и продуктивности гороха была выполнена Н.З. Ивановой-Зубко-вой, М.Г. Лубниным, В.Ф. Паниной, Д.П. Федюшиной и др./39,41,42, 59,83,86,141-146/. Авторы отмечают, что потребность растений гороха во влаге значительно изменяется в течение вегетационного периода. Максимальная потребность наблюдается во время цветения и налива зерна. Степень обеспеченности растений влагой в указанный период определяет величину вегетативной массы и в конечном итоге урожай зерна.
Результаты исследований В.Ф. Паниной /86,87/ показали, что основное значение для темпов роста стебля имеет влагообеспеченность. Этот вывод подтвержден результатами проведенных нами экспериментов. Так, среди четырех вариантов двухлетнего опыта лучшая влагообеспеченность наблюдалась в первом варианте (при безотвальной вспашке) в 1982 г. Средние влагозапасы полуметрового слоя за период всходы-цветение составили 62 мм (примерно 60$ от наименьшей полевой влагоемкости). Прирост сухой массы растения был равен 0,258 г за пентаду. К моменту цветения вес сухой биомассы растений составил 2,003 г/раст. При резких изменениях условий увлажнения указанные величины существенно изменяются. Так, например, в 1983 г. при сухих и засушливых условиях в варианте с отвальной вспашкой средний прирост биомассы за пентаду составил 0,136 г/раст. и к моменту цветения вес сухой биомассы оказался лишь 0,996 г/раст. (см. табл. 3.1). Упомянутые выше неблагоприятные условия оказывали влияние и на линейный рост растений, который колебался в пределах от 3,43 см (2-й вариант, 1983 г.) до 6,86 см за пентаду (1-й вариант, эксперимент 1982 г.).
Значительное колебание в линейном приросте и приросте сухой биомассы связано, на наш взгляд, с изменением агрометеорологических условий, поскольку горох относится к числу очень чувствительных растений, т.е. очень тонко реагирующих на изменение температуры и влажности. Более детально этот вопрос будет рассмотрен позже, в главе 4.
Многолетние материалы создали предпосылки для исследования влияния агрометеорологических условий, в первую очередь условий увлажнения, на формирование растительной массы и урожая зерна гороха. В качестве показателей влагообеспеченности растения гороха были рассмотрены суммы осадков за межфазные периоды его развития, а именно 2/?f ,ZR2 и 2R3 соответственно за периоды посёв-всходы, всходы-цветениё и цветение-созревание. Гидротермические коэффициенты осреднены за те же периоды. Кроме того, исследованы также запасы продуктивной влаги полуметрового и метрового слоев почвы ко времени сева и запасы влаги полуметрового слоя к моменту цветения. В качестве показателей продуктивности гороха взяты вес биомассы надземной части растений на гектаре (при влажности, равной 14$) и величина урожая зерна.
Анализ существующих моделей продуктивности зерно бобовых культур
Деятельность польских коммунистов по созданию марксистско-ленинской партии и широкого антигитлеровского национального фронта Польша была одним из первых государств на европейском континенте, ставшим жертвой вооруженной экспансии немецких империалистов. Вторжением гитлеровских войск в Польшу I сентября 1939 года началась вторая мировая война. Поднявшись на борьбу против фашистских полчищ, щедро финансированных правящими кругами Англии, Франции и Соединенных Штатов/ польский народ стойко и мужествен но в кровопролитных боях с полуторамиллионной армией 0 агрессора защищал свою свободу и независимость. Несмотря на подавляющий перевес в живой силе и технике, несмотря на то, что польское правительство и верхушка армии позорно бежали за границу, бросив страну на произвол судьбы, победа гитлеровцам досталась нелегко. Славную страницу в ратную летопись вписали защитники Вестерплятте и Варшавы, Модлина и Хеля. Но ни патриотизм гражданского населения, ни мужество солдат дезорганизованной армии не смогли предотвратить катастрофы. Как самостоятельное государство Польша была вычеркнута с политической карты мира, а польский народ обречен на методическое истребление.
Сентябрьское поражение 1939 года открыло один из самых трагических периодов в многовековой истории польского народа. Оно было "прямым результатом реакционной концепции антикоммунизма, на основе которой строилась политика буржуазной Польши и ее правительства, заискивавшего перед гитлеровской Германией, все время шедшего в фарватере антисоветской политики западных имлериа т диетических государств".х
В канун нападения фашистского вермахта правящая в Польше клика категорически отвергла предложение СССР пропустить советские войска через польскую границу с целью предупреждения гитлеровского вторжения. Ослепленные классовой ненавистью к первому в мире -рабоче-крестьянскому государству, настроив флюгер внешней политики на империалистические страны Запада, правительство польских помещиков и капиталистов отказалось от военной помощи восточного соседа, рассчитывая на поддержку Англии и Франции, Не скрывая враждебности к Советскому Союзу, лидер "санации" Эдвард Рыдз-Смиг-лы, например, прямо заявлял: "С немцами мы рискуем потерять свобо-ду, с русскими мы потеряем душу".
Не менее красноречивым является признание начальника генерального штаба польской армии генерала Стахевича, подчеркнувшего в беседе с английским военным атташе 20 августа 1939 года, что "не может быть и речи о том, чтобы разрешить допуск советских войск через польскую границу". Но империалистические круги Англии и Франции, торгуя национальной независимостью Польши, "не пошевелили и пальцем, чтобы от "странной войны" перейти к действиям, которые послужили бы эффективной помощью"4 польскому народу. Они сознательно направляли гитлеровскую военную машину на Восток, к границам Советского Союза, ибо рассчитывали с помощью вооруженного до зубов вермахта поставить на колени первое в мире социалистическое государство. Лондонский и парижский кабинеты не без основания предполагали, что после капитуляции Польши фашисты неминуемо развяжут войну против СССР и уничтожат его.
Пространственная изменчивость метеорологических факторов в период вегетации гороха
В настоящее время известны динамические модели роста и продуктивности люцерны, разработанные учеными Австралии /I61,169/, США /176/ и СССР /165/, а также модель роста и развития сои /67/, разработанная в США. Указанные модели отличаются друг от друга степенью сложности, связанной с количеством рассматриваемых процессов и параметров, а также реализацией при вычислении.
Первая попытка построения динамической модели роста люцерны была осуществлена в 1969 г. В этой модели, разработанной специально для пастбищ одного из штатов Австралии /161/, процесс формирования биомассы растения рассматривается как результат процесса поглощения воды из почвы и транспирации. Данная модель имеет ограниченное применение, так как она построена на основе данных конкретной территории.
Другая, более сложная, модель продуктивности люцерны разработана также для условий Австралии /169/. В модели рассмотрены важные процессы, такие как газообмен, темновое дыхание, рост биомассы и изменение листового индекса. Принципиальная блок-схема этой модели дана на рис. 4.1.
