ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫИ ПРИНЦИПЫ
ПРОГРАММИРОВАНИЯ УРОЖАЕВ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Разработка методики и основных принципов программирования урожаев сельскохозяйственных культур является результатом всего предшествующего развития агрономической науки. Над этой проблемой работали такие ученые как: Ю. Либих, Г. Гельригель, Э. Вольни, Т. Буссенго, Д. Н. Прянишников, А. Г. Лорх. Крупной попыткой создать научно обоснованный комплекс агротехнических приемов, способных обеспечить систематический рост урожаев, являются работы В. Р. Вильямса. В. Р. Вильямс вычертил «График непрерывного повышения урожая при одновременном воздействии на свет, воду и тепло». При воздействии на какой-либо один из факторов жизни растений кривая роста урожайности имеет ограниченный характер. При одновременном воздействии на три фактора жизни кривая роста урожайности получает восходящий вид. Накопленный экспериментальный материал по рассматриваемой проблеме позволил академику И. С. Шатилову (1970) обосновать экологические, биологические и, агротехнические условия программирования урожаев. Им сформулировано десять принципов программирования. Первые пять принципов предназначены для определения величины максимально возможного урожая:
1) По приходу ФАР (фотосинтетически активной радиации) и ее использованию посевами.
У = 
(1)
где У – величина возможного урожая абсолютно сухой
биомассы, ц/га;
Q– приход фотосинтетически активной радиации за
период вегетации, млрд. ккал/га;
K – коэффициент использования ФАР посевом данной
культуры, %;
q –калорийность 1 кг сухого вещества, имеется в виду количество тепла, выделенное при сжигании 1 кг органического вещества – 4 тыс.ккал, или 4 
10 т.
2) По биоклиматическим показателям, характеризует связь с двумя метеофакторами – теплом и влагой. Эта связь выражается формулой А. М. Рябчикова:
ГТП = 
(2)
где ГТП – гидротермический показатель, баллов;
W – ресурс продуктивной влаги, мм;
Тв – продолжительность периода вегетации, декад;
R – суммарная за период вегетации радиация,
соответствующая значению Q в формуле 1, ккал/см2.
Каждый балл ГТП примерно равен 2 т абсолютно сухой массы урожая.
3) По средней многолетней влагообеспеченности посевов.
В орошаемом земледелии этот принцип предусматривает расчет норм и определение сроков поливов для поддержания оптимальной влажности почвы.
4) По фотосинтетическому потенциалу посевов
ФП = 
+ и т.д. (3)
где Л1, Л2, Л3 – площадь листьев в начале и конце
определяемых периодов, тыс.м2;
Т – продолжительность соответствующего
периода, дней.
5) По потенциальным особенностям (возможностям) культуре сорта, гибрида. Потенциальные возможности сорта проявляются там, где природно-климатические условия в большей мере соответствуют их экологическим параметрам. Остальные пять принципов представляют схему разработки интенсивной технологии выращивания программируемого урожая.
6) Разработка системы удобрения с учетом эффективного плодородия почвы и потребности в питательных веществах, обеспечивающих получение запрограммируемого урожая. Правильное определение доз удобрений является необходимым условием получения программируемых урожаев. Система удобрений при этом должна отвечать трем требованиям: полное удовлетворение потребностей возделываемого агроценоза; поддержание и увеличение почвенного плодородия; исключение загрязнения природной среды.
Для определения доз удобрений наиболее часто применяют два способа: балансовый и статический. Первый основан на учете использования растением питательных веществ, а второй на применении рекомендаций, готовых таблиц.
Для балансового расчета используют формулу И. С. Шатилова:
Д = 
(4)
где Д – доза элемента удобрения в туках, кг/га;
В – вынос рассматриваемого элемента с урожаем, кг/га;
П – содержание данного элемента в почве, доступная
форма, кг/га;
Kп – коэффициент использования питательного
вещества из почвы, %;
Kу – коэффициент использования питательного
вещества из удобрения, %;
Сy – содержание питательного вещества в туке, %;
До – количество органического удобрения, т/га;
Co – содержание рассматриваемого вещества в
удобрении, кг/т;
Kо– коэффициент использования этого элемента, %.
7) Разработка комплекса агротехнических мероприятий, направленного на получение заданного урожая.
Биологическую модель планируемого урожая любой культуры можно описать формулой Н. С Савицкого
У = 
(5)
где У – биологический урожай зерна, т/га;
Р – густота стояния растений при уборке, шт./м2;
К – коэффициент продуктивной кустистости;
П – число зерен в колосе, шт.;
А – масса 1000 зерен, г;
100000 – коэффициент для перевода урожая в т/га.
Выбор систем обработки, систем удобрений осуществляется в соответствии с требованиями высеваемой культуры.
8) Всесторонний учет и правильное использование законов земледелия и растениеводства. Эти законы сформулировал Карл Либих:
– закон равнозначности всех факторов и незаменимости одних другими;
– закон лимитирующего фактора (закон минимума), по которому уровень урожайности определяется фактором, находящимся в данное время в минимуме;
– закон возврата: соблюдение необходимости компенсации запасов почвы, вынесенных урожаем;
– закон плодосмены, по которому больший урожай сельскохозяйственных культур создается при чередовании культур, чем при монокультуре.
9) Разработка мероприятий по защите растений от сорняков, болезней и вредителей. Меры борьбы с вредителями и болезнями разрабатываются конкретно для каждого поля и каждой культуры.
10) Использование ЭВМ для определения оптимального варианта агротехнических комплексов, обеспечивающих получение заданного урожая. Составляются три типа математических программ, прогностическая, оперативно-технологическая и корректирующая.
Расчет доз питательных элементов удобрений
на планируемую прибавку урожая
Простым и довольно точным является метод расчета доз удобрений на планируемую прибавку урожая. Для этого необходимо иметь следующие данные:
1) фактический урожай при орошении без внесения удобрений за последние 2–3 года, ц/га;
2) максимально возможная прибавка урожая при орошении и внесении полной дозы удобрений, ц/га;
3) вынос питательных элементов (N, Р, К) на создание 1 ц основной и побочной продукции, кг/га;
4) коэффициент использования питательных элементов из минеральных и органических удобрений в 1 год, %;
5) содержание питательных элементов в удобрениях, %;
Нормы элементов питания рассчитывают на планируемую прибавку урожая, которая должна быть получена за счет действия удобрений, но с поправкой на обеспеченность почвы. При внесении только минеральных удобрений нормы рассчитываются по формуле:
Д = 
, (6)
При расчете норм навоза и минеральных удобрений используется формула:
Д = 
, (7)
где Д – доза элемента удобрения в туках, ц/га;
У – планируемая урожайность с.-х. культур, ц/га;
А – уровень урожайности без удобрений, ц/га;
В – вынос N, Р2О5 или К2О основной и
соответствующим количеством побочной
продукции, кг;
Со – содержание в 1 т органического удобрения
питательных элементов, кг;
До – норма органического удобрения, кг/га;
K y – коэффициент использования растениями N, Р2О5
или К2О из минеральных удобрений, %;
Kо– коэффициент использования питательных элементов органического удобрения в 1-й год, %;
С – содержание действующего питательного
элемента в минеральном удобрении, %;
а– поправочный коэффициент, зависящий от уровня обеспеченности почвы подвижными формами N, Р2О5 или К2О.
Расчет проводится отдельно по каждому питательному элементу. Полученная в результате расчетов общая норма удобрений дифференцируется по срокам внесения в соответствии с рекомендациями научных учреждений.
Таблица 11 – Примерное содержание питательных
элементов в органических удобрениях
| Удобрение | Содержание сухого вещества, % | Содержание, % | Вид внесения | Доза внесения, т/га | ||
| N | P | K | ||||
| Навоз КРС (на соломенной подстилке) | 0,50 | 0,25 | 0,60 | Основное в полупревшем виде | 80-100 | |
| Навоз КРС жидкий | 0,30 | 0,15 | 0,33 | Основное | 80-100 | |
| Навозная жижа КРС | 0,6 | 0,25 | 0,01 | 0,66 | Основное, подкормка | 20-30 |
| Птичий (куриный) помет | 0,7-2,5 | 1,5-2,0 | 0,8-1,0 | Подкормка | 0,3-0,4 | |
| Сидераты бобовые | 0,55 | 0,11 | 0,30 | Основное, путем запахивания в почву | 20-30 |
Таблица 12– Содержание питательных элементов
в минеральных удобрениях
| Удобрение | Содержание, % | Вид внесения | ||
| N | P2O5 | K2O | ||
| Азотные | ||||
| Аммиачная селитра | - | - | Основное, подкормка | |
| Мочевина | - | - | Основное, подкормка | |
| Сульфат аммония | - | - | Основное | |
| Фосфорные | ||||
| Суперфосфат | - | - | Основное, припосевное | |
| Суперфосфат двойной | - | 42-48 | - | Основное, припосевное, подкормка |
| Калийные | ||||
| Хлористый калий | - | - | Основное, подкормка | |
| Калийная соль | - | - | То же | |
| Сульфат калия | - | - | Основное |
Таблица 13 – Вынос питательных элементов с урожаем
полевых культур
| Культура | Вынос 1 ц основной продукции с учетом побочной, кг/га | ||
| N | P2O5 | K2O | |
| Озимая пшеница | 3,50 | 1,35 | 2,40 |
| Озимый ячмень | 2,70 | 1,0 | 2,30 |
| Кукуруза на зерно | 2,80 | 0,90 | 2,30 |
| Горох | 6,60 | 1,60 | 2,0 |
| Соя | 7,40 | 1,80 | 2,70 |
| Сахарная свекла | 0,49 | 0,16 | 0,63 |
| Люцерна на сено | 2,60 | 0,60 | 1,60 |
| Однолетние травы на сено | 2,02 | 0,62 | 1,73 |
| Многолетние травы на з/к | 0,40 | 0,12 | 0,30 |
| Однолетние травы на з/к | 0,40 | 0,14 | 0,48 |
| Кукуруза на силос | 0,37 | 0,11 | 0,35 |
| Кормовая свекла | 0,27 | 0,15 | 0,48 |
| Подсолнечник | 5,3 | 2,0 | 10,1 |
| Картофель | 0,6–0,7 | 0,18–0,22 | 0,9–1,3 |
| Помидоры | 0,25–0,27 | 0,04–0,05 | 0,35–0,37 |
| Огурцы | 0,16–0,18 | 0,13–0,15 | 0,25–0,27 |
| Капуста | 0,3–0,35 | 0,12–0,15 | 0,4–0,45 |
| Рис | 2,42 | 1,24 | 3,5 |
Таблица 14 – Усвоение питательных веществ минеральных удобрений первой культуры (данные ЦИНАО)
| Культура | Коэффициент использования удобрений, % | ||
| N | P2O5 | K2O | |
| Озимая пшеница | |||
| Яровая пшеница | |||
| Озимая рожь | |||
| Озимый ячмень | |||
| Овес | |||
| Кукуруза на зерно | |||
| Картофель | |||
| Сахарная свекла | |||
| Подсолнечник | |||
| Лен | |||
| Хлопчатник | - | ||
| Табак | |||
| Кукуруза на силос | |||
| Горох | |||
| Соя | |||
| Люцерна (сено) | |||
| Кормовая свекла | |||
| Овощи в среднем | |||
| Однолетние травы на сено | |||
| Рис |
Усвоение питательных веществ органических удобрений первой культурой принимается в среднем N – 25%, P2O5 – 40%, К20 – 70%.
Таблица 15 – Примерные поправочные коэффициенты доз удобрений в зависимости от обеспеченности черноземов
Кубани подвижными формами основных элементов питания (по данным Симакина А.И.)
| Обеспеченность почв подвижными соединениями | Яровые, зерновые, кукуруза, подсолнечник | Озимая пшеница, сахарная свекла табак | Овощные, плодовые, виноградники |
| Азотные удобрения | |||
| Очень низкая | 1,0 | 1,33–1,50 | 1,33–1,39 |
| Низкая | 1,0 | 1,0–1,50 | 1,0–1,25 |
| Средняя | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Повышенная | 0,33–0,50 | 0,5–0,75 | 0,75–1,0 |
| Высокая | 0–0,33 | 0,33–0,50 | 0,33–0,5 |
| Очень высокая | 0,25–0,33 | 0,33 | |
| Фосфорные удобрения | |||
| Очень низкая | 1,0 | 1,33–1,5 | 1,33–1,5 |
| Низкая | 1,0 | 1,0–1,25 | 1,0–1,25 |
| Средняя | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Повышенная | 0,5–0,75 | 0,75–1,0 | 0,75–1,0 |
| Высокая | 0,33–0,5 | 0,25–0,33 | 0,33–0,5 |
| Очень высокая | 0–0,2 | 0,2–0,25 | 0,25–0,33 |
| Калийные удобрения | |||
| Очень низкая | 1,0 | 1,33–1,5 | 1,33 |
| Низкая | 1,0 | 1,0–1,33 | 1,0 |
| Средняя | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Повышенная | 0,5–0,75 | 0,75 | 0,5–0,75 |
| Высокая | 0,5 | 0–0,33 | |
| Очень высокая | 0,25–0,33 | 0–0,25 |
Примечание. Если в почве содержится меньшее количество элемента минерального питания (в пределах обеспеченности – очень низкая, средняя и т.д.), то используется меньший в обозначенных пределах коэффициент, и наоборот.
Пример: Расчет доз питательных элементов минеральных удобрений на планируемую прибавку корнеплодов кормовой свеклы при внесении навоза и орошении проводится в следующей последовательности (таблица 16).
Планируемый урожай корнеплодов кормовой свеклы – 1000 ц/га, в том числе за счет естественного плодородия – 600 ц/га. Планируемая прибавка – 400 ц/га. Обеспеченность подвижными формами основных элементов питания средняя.
Таблица 16 – Расчет доз питательных элементов
минеральных удобрений на планируемую прибавку
корнеплодов сахарной свеклы
| №№ пп | Показатели | N | Р2О5 | К2О |
| Вынос 1 ц корнеплодов и соответствующим количеством ботвы, кг | 0,27 | 0,15 | 0,48 | |
| Требуется на планируемую прибавку, кг/га | ||||
| Содержится в 1 т навозах) (КРС соломенной подстилке), кг | 5,0 | 2,5 | 6,0 | |
| Будет внесено с 30 т/га навоза, кг/га | ||||
| Используется из навоза в 1год, % | ||||
| Используется из навоза в 1 год, кг/га | 37,5 | |||
| Будет внесено с минеральными удобрениями, кг/га | 83,0 | |||
| Используется из минеральных удобрений в 1 год, % | ||||
| Требуется с учетом использования удобрений, кг/га | 85,7 | 77,6 | ||
| Действующего вещества в удобрении (аммиачная селитра, суперфосфат двойной, калийная соль), % | ||||
| Требуется туков, ц/га | 2,7 | 1,9 | 1,9 |
х) содержание N, Р, К в навозе определяется непосредственно в хозяйстве.
Д(N) = 
= 2,68 ц/га
Д (Р2О5) = 
= 1,9 ц/га
Д (К2О) = 
= 1,94 ц/га
Итак, для получения при орошении 1000 ц/га корнеплодов кормовой свеклы в дополнение к естественному плодородию необходимо внести в почву навоза 30 т, аммиачной селитры 2,7 ц/га, суперфосфата двойного 1,9 ц/га и калийной соли 1,9 ц/га.