6.2. Основні принципи (елементи) програмування

Кожний з етапів програмування включає досить конкретні його елементи. Акад І. С. Шатілов виділив 10 рядів елементів програмування, які назвав принципами. Основна суть їх така:

1) розрахувати потенційну врожайність (ПУ) за використанням ФАР посівами;

2) розрахувати дійсно можливу, або кліматично забезпечену, врожайність (ДМУ, КУ) за природними ресурсами вологи і тепла;

3) спланувати реальну господарську врожайність (РПУ) за ресурсами, які є в господарстві;

4) розрахувати для спрогнозованої врожайності площу листкової поверхні, фотосинтетичний потенціал (ФП)

та інші фітометричні показники;

5) всебічно проаналізувати закони землеробства й рослинництва і правильно використати їх в конкретних умовах програмування;

6) розрахувати норми добрив і розробити систему найефективнішого їх використання;

7) скласти баланс води і для умов зрошення розробити систему повного забезпечення посівів водою по періодах вегетації;

8) розробити систему агротехнічних заходів виходячи з вимог вирощуваного сорту;

9) розробити систему захисту посівів від шкідників, хвороб та бур’янів;

10) скласти картку вихідних даних та використати ЕОМ для визначення оптимального варіанта агротехнічного комплексу по досягненні запрограмованої врожайності за величиною і якістю.

Для правильного обґрунтування запрограмованої врожайності треба врахувати господарські можливості та всебічно проаналізувати ресурси природних факторів урожайності, які в польових умовах суттєво майже не змінюються. Це насамперед сонячна радіація, тепло, волога, мінеральні сполуки ґрунту і добрив, вуглекислота повітря. Тому в процесі програмування розраховують потенційну врожайність за використанням ФАР на рівні доброго посіву (за А. А. Ничипоровичем 1,5 – 3 %), повного використання природних ресурсів вологи і тепла — дійсно можливу, або кліматично забезпечену, врожайність (ДМУ, КУ) та ефективного використання господарських ресурсів урожайності — реальну програмовану господарську врожайність (РПУ).

Визначення потенційної врожайності. Потенційна врожайність у програмуванні — це максимальна врожайність, яку теоретично можна мати при заданому надходженні та коефіцієнті засвоєння ФАР посівом (К ФАР, ККД ФАР , %) і оптимальному забезпеченні іншими факторами (Х. Г. Тоомінг). Її розраховують за формулою А. А. Ничипоровича,

ПУ=

де ПУ — потенційна врожайність сухої біомаси, ц/га; ΣOФАР — надходження ФАР на посів за період активної вегетації культури, кДж/га; К ФАР — запланований коефіцієнт засвоєння ФАР, %; Q — питома енергетична ємність сухої біомаси вирощуваної культури, кДж/кг.

ФАР — це частина інтегральної радіації з довжиною хвилі від 380 до 720 нм, яка спричинює фотохімічні реакції в зелених частинах рослин. Її розраховують за рівнянням

ΣOФАР =Cse ΣS ′ +Cd ΣD,

де Cse — ефективний коефіцієнт переходу від інтегральної прямої радіації до ФАР (залежить від географічної широти і пори року, але змінюється мало і в середньому становить 0,42); Cd — коефіцієнт переходу від інтегральної розсіяної радіації до розсіяної ФАР (у середньому 0,60); ΣS ′ — сума прямої інтегральної радіації, кДж/см2; ΣD — сума розсіяної інтегральної радіації, кДж/см2.

Коефіцієнт засвоєння ФАР посівами ( ККД ФАР посівів) коливається в значних межах, але звичайно не перевищує 5 %. Лише за виключно сприятливих умов навколишнього середовища він дося (Х. Г. Тоомінг, 1977).

Перерахунок від ПУ біомаси до ПУ господарськи цінної частини

врожаю проводять за формулою

ПУгосп =

де с — стандартна вологість господарськи цінної частини урожаю, %; а — сума частин основної і побічної продукції в урожаї.

Визначення дійсно можливої врожайності (ДМУ). Нерегульовані або малорегульовані фактори місцевості майже завжди перебувають не в оптимальних для рослин кількостях і співвідношеннях і обмежують ККД ФАР посівів. Тому врожайність, як правило, нижча за ту, яка відповідає максимально можливому для культури ККД ФАР .

Урожайність, розраховану за малорегульованими і нерегульованими факторами вологозабезпечення і тепловими ресурсами, називають дійсно можливою, або кліматично забезпеченою (ДМУ, КУ).

ДМУ за вологозабезпеченістю визначають на підставі даних про ресурси вологи (W, мм) і питому витрату води на утворення одиниці сухої речовини біомаси або одиниці господарськи цінної частини урожаю, тобто коефіцієнта транспірації (ТК), або коефіцієнта водовитрачання (КВ, мм/ц, т/ц, т/м3). Визначають ДМУ за формулою

ДМУ = або ДМУ =

де ДМУ — в першій формулі врожайність сухої біомаси, ц/га, у другій — врожайність господарськи цінної частини урожаю або загальної маси урожаю, ц/га, що залежить від взятої величини КВ; W — ресурси вологи, доступної для рослин, мм.

Ресурси доступної для рослин вологи можна визначити кількома способами. Найбільш простим є визначення за формулою W =Wp.oК p.o + П , де Wp.o — середньорічна кількість опадів, мм; К р.о — коефіцієнт використання опадів; П — потік води з підґрунтових вод, мм.

Близько 30 % річної кількості опадів стікає з талими водами з поверхні ґрунту, відтікає з поверхневим і ґрунтовим стоком під час вегетації, випаровується з поверхні ґрунту і стає недоступною для рослин.

Конкретніше ресурси доступної для рослин вологи можна визначити, використовуючи дані про запаси доступної для рослин вологи на період відновлення вегетації озимих культур і багаторічних трав, а для ярих культур — на період їх сівби , ( в W мм) за багаторічними даними метеостанції, на період збирання культури (Wз.о , мм) — кількість опадів, яка випадає за вегетаційний період культури (Wв.о ), і коефіцієнта корисності опадів, які випали за вегетацію (К в.о ). Для цього використовують такі формули:

W =Wв +Wв.оК в.о + П ; Wв +Wв.о −Wз + П .

Розрахунок ДМУ за біогідротермічним потенціалом продуктивності (БГПП). На основі багаторічних досліджень професор А. М. Рябчиков зробив висновок, що здатність території формувати певну кількість фітомаси залежить від поєднання таких факторів, як світло, тепло, волога, тривалість вегетаційного періоду. Продуктивність місцевості за поєднанням цих факторів можна визначити у балах біогідротермічного потенціалу (БГПП) за формулою

К p =WTв / 36R,

де К p — біогідротермічний потенціал продуктивності, балів; W — ресурси продуктивної вологи, мм; в T — період активної вегетації культури, декад; R — радіаційний баланс за даний період, кДж/см2.

Аналогічні показники продуктивності території мають при розрахунку її за гідротехнічним показником продуктивності (ГТП):

ГТП = 0,46К звTв,

де ГТП — гідротермічний показник продуктивності, балів; К зв — коефіцієнт зволоження; в T — тривалість вегетації, декад.

К зв визначають як співвідношення між енергією, яку треба затратити на випаровування ресурсів вологи (W, мм), і фактичним надходженням енергії за вегетаційний період (R, кДж/см2) за формулою

К зв = 0,06W /R.

Урожайність сухої біомаси визначають за формулою ДМУ = 22ГТП −10.

Дійсно можлива врожайність, розрахована за кліматичними факторами, залежить від сортових особливостей культури, управління процесами формування певних частин урожаю (наприклад, господарськи корисної частини) тощо.

Визначення виробничої врожайності. При визначенні реальної врожайності, яку можна мати у виробничих умовах конкретного господарства, аналізують урожайність районованих сортів на сортодільницях, у кращих господарствах, наукових закладах. Наприклад, для зернових культур використовують формулу, запропоновану М. С. Савицьким:

У = РКЗА :1000,

де У — урожайність зерна, ц/га; Р — кількість рослин на 1 м2 на період збирання; К — продуктивна кущистість рослин; З — кількість зерен у колосі (суцвітті); А — маса 1000 зерен, г.

Реальна виробнича врожайність (РВУ) залежить від реалізації ґрунтової родючості та від кліматичних факторів місцевості. Якщо коефіцієнт їх реалізації близький до 1 (100 %), то РВУ відповідає ДМУ. Якщо він нижчий, то і РВУ менша за ДМУ. Реалізація кліматичних умов залежить від задоволення культури регульованими у виробничих умовах матеріальними (ресурсними) факторами врожайності.

Фактори життя частково можна регулювати агротехнічними заходами. На фоні правильно застосованих агротехнічних прийомів вирішальний вплив на повноту використання природних факторів урожайності має режим живлення, а на зрошуваних полях — зрошення. Тому РВУ визначають з урахуванням цих факторів. Реальну виробничу врожайність розраховують за формулою

РВУ = БЦ +К oOo +К мOм + ... +К пOп,

де РВУ — урожайність культури, ц/га; Б — бал бонітету ґрунту; Ц — ціна балу ґрунту, ц/бал; К o — кількість органічних добрив, запланованих під культуру, т/га; К м — кількість мінеральних добрив, запланованих під культуру, ц/га; O o і Oм — відповідно окупність приростом урожаю 1 т органічних і 1 ц мінеральних добрив, ц; К п,Oп — інші виділені під культури засоби та їх окупність урожаєм.

Якщо добрив у господарстві достатньо, то РВУ планують по ДМУ і під неї розраховують дози добрив.

В умовах зрошення РВУ розраховують за ресурсами поливної води на основі окупності 1 м3 води урожаєм культури за формулою

РВУ = БЦ + МК в,

де М — ресурси поливної води, м3/га; К в — окупність 1 м3 води приростом урожаю, ц.

Під заплановану за ресурсами вологи урожайність розраховують норми добрив та інших засобів. Якщо поливна вода не є лімітуючим фактором, то РВУ планують за ПУ при ККД ФАР не нижче 2,5 – 3 %.

Під цю врожайність розраховують необхідну кількість поливної води, добрив та інших засобів.

Можна також визначити врожайність культури за ефективною родючістю ґрунту. Це доцільно робити насамперед на родючих ґрунтах, після переорювання пласта трав.

Урожайність можна розраховувати і за рівняннями лінійної та множинної регресії (Всеросійський науково-дослідний інститут кормів, О. С. Образцов). Розрахувати загальну урожайність біомаси сорту можна за рівнянням множинної регресії

Уо=(Уп⋅Кс⋅К₁К₂⋅К₁⋅К_е2⋅Кт⋅К_NPK⋅К_pH⋅Кок.ґ⋅Кґ⋅Кз.п.⋅Кпол⋅К)⋅B⋅ Кe,

де У o — загальна врожайність біомаси, ц/га сухої речовини при скошуванні на висоті 5 – 6 см; У п — генетичний потенціал урожайності сорту (залежить від його скоростиглості і тривалості дня в період сходів), ц/га; К сп — нормована функція оптимального строку сівби (сп — кількість днів після оптимального строку сівби зернових культур, враховується лише зниження врожайності внаслідок ураження рослин шкідниками, хворобами або запізнення із сівбою); К1 , К e — функції оптимальності умов температури і зволоження в період від сівби до цвітіння (К ,К e1) і від цвітіння до дозрівання (К 2,К e2 ); К т — вік травостою (для багаторічних трав); К NPK — вміст NPK в ґрунті і добривах; К pH — кислотність ґрунту; К ок.ґ — окультуреність ґрунту; К г — густота стояння рослин; К з.п — забур’яненість посіву; К вил — ступінь вилягання рослин; К — фаза розвитку рослин на момент збирання; В — показник виходу готового корму (залежить від технології збирання, консервування і зберігання продукції); К e — забезпеченість технікою і трудовими ресурсами.

Розрахунки врожаю зерна і кормів за такими рівняннями проводять на ЕОМ.

Після розрахунків дійсно можливого врожаю і врожаю потенційного слід порівняти їх і опрацювати технології переходу з одного рівня врожаю до іншого, більш високого (Bф −Bдм −Bпв ).

Для програмування врожайності в умовах природного нестійкого і недостатнього зволоження беруть середньорічні показники (І. С. Шатілов).

Програмування має на меті лише оптимізувати всі процеси технології вирощування. Потрібно оптимізувати енергетичні затрати і вирішити організаційні питання: формування агрегатів, навчання виконавців, створення загонів і ланок з вирощування запрограмованих урожаїв, забезпечення відповідними приладами для спостереження за умовами вегетації, умови оплати праці та ін.

І. С. Шатілов вважає, що можуть бути 3 етапи програмування: одержання високого запрограмованого врожаю за рахунок використання родючості ґрунту і добрив, коли баланс поживних речовин може бути частково від’ємним; одержання високих врожаїв із збереженням родючості ґрунту і одержання високих і надвисоких врожаїв з підвищенням родючості ґрунту. Третій етап можливий лише в господарствах з високою інтенсифікацією рослинництва і тваринництва (щоб забезпечити позитивний баланс поживних речовин у ґрунті).

Перед складанням прогностичної програми мінімального агрокомплексу вирощування культури деталізують питання дебіту вологи за вегетаційний період культури в умовах поля, її кількості, що може бути використана посівом. На заплаві визначають також фактичний рівень ґрунтових вод. Якщо він регулюється, визначають оптимальний його рівень стосовно даної культури. У разі потреби планують часткове зрошення в періоди зниження відносної вологості повітря.

Слід завчасно визначити фітометричні параметри посіву заданої продуктивності, тобто визначити оптимальну площу листків по періодах вегетації, фотосинтетичний потенціал посіву, чисту продуктивність фотосинтезу і на цій основі обґрунтувати норму висіву під запрограмований урожай (М. К. Каюмов, 1989). Ці роботи є теоретичною розробкою процесу програмування, але, на жаль, на практиці вони ще використовуються недостатньо і замінюються більш простим: визначення (в дослідах) стосовно кожного ґрунтово-кліматичного регіону кількісного і просторового розміщення рослин — густоти стеблостою і способом сівби. На їх основі встановлюють норму висіву культури.

Розрахунки доз внесення добрив. Важливим аспектом в системі програмування є оптимізація режиму мінерального живлення культури. Для цього уточнюють динаміку рухомих сполук поживних речовин у ґрунті — азоту, фосфору, калію, а також інших макроі мікроелементів, винос їх прогнозованою врожайністю культури. На цій основі розраховують потребу в поживних речовинах на запрограмовану врожайність.

Норму добрив під запрограмовану врожайність розраховують за формулою

Д=

де Д — доза добрива, г/га; В — програмований врожай, ц/га; П — вміст поживних речовин у ґрунті, мг на 100 г; B1— винос поживних речовин на 1 ц основної продукції з відповідною кількістю побічної, кг; К м — коефіцієнт переведення, мг на 100 г в кг/га; К у — коефіцієнт використання поживної речовини з добрива, частка від одиниці; К п — коефіцієнт використання поживної речовини з ґрунту, частка від одиниці.

При розрахунку норм добрив на запрограмовану врожайність враховують призначення посіву — на зерно, для одержання коренеплодів, бульбоплодів, вегетативної кормової зеленої маси. В посівах на корм, коли використовується вся рослина (листя, стебла, суцвіття), потрібно забезпечити якомога більший вміст листі в урожаї (наприклад, одно- і багаторічні трави, кукурудза на зелений корм та інші культури зеленого конвеєра). Для цього велике значення має достатнє азотне живлення рослин, яке забезпечує формування високого врожаю вегетативної маси і достатній вміст у ній протеїну.

Проте, щоб у кормі не було надлишку нітратів, дозу азоту слід збалансувати з внесенням (або наявністю в ґрунті) фосфору і калію.

Враховують також розміщення культури в сівозміні, рівень підготовки працівників, наявність техніки, організовують регулярний контроль за своєчасністю і якістю проведення всіх робіт, спостереження за ходом формування врожаю. Одержані дані обробляють і приймають відповідні рішення стосовно догляду за посівом і збирання врожаю.

Прогностична програма формування врожаю культури (модель продукційного процесу). Передбачають і намічають хід формування врожаю сорту або гібриду певної культури в умовах конкретного поля.

На основі детального вивчення біології і екології сорту (гібриду) з урахуванням абіотичних і біотичних факторів вегетації передбачають (прогнозують) календарні строки настання фенологічних фаз (бажано і етапів органогенезу), динаміку вологості ґрунту і вмісту поживних речовин у ньому, динаміку наростання листкової поверхні і вегетативної маси рослин, оптимальну густоту стеблостою, структуру врожаю. На основі попередніх досліджень та з урахуванням метеорологічного прогнозу передбачають забур’яненість, види бур’янів, ушкодження шкідниками і хворобами, імовірність вилягання посіву, способи збирання врожаю та ін.

Отримані дані використовують для складання технологічної схеми вирощування і програми коригування умов вегетації культури — розробки додаткових заходів поліпшення цих умов (якщо вони будуть значно відхилятись від оптимальних) за рахунок додаткових зрошень, освіжаючих поливів, додаткових заходів боротьби з бур’янами, шкідниками, хворобами на випадок епізоотії або епіфітотії та ін.

Інформація про стан посіву повинна надходити регулярно. У більш складних системах, наприклад, при вирощуванні запрограмованих урожаїв на зрошуваних ділянках інформація може надходити на ЕОМ в результаті застосування спеціальних приладів із чутливими датчиками безпосередньо від рослин. Це вже є вищим етапом програмування і забезпечення оптимальних умов вегетації рослин. Здебільшого це має місце в овочівництві при вирощуванні культур закритого ґрунту, де від рослин і з ґрунту (субстрату) постійно надходить на ЕОМ інформація і видаються відповідні команди, настанови щодо підтримання заданих параметрів вегетації рослин.

Мінімальний агрокомплекс. Наступний етап програмування — технологічний, який включає складання агрокомплексу, технологічної схеми і технологічної карти (технологічного проекту) вирощування культури. Крім того, мінімізація технології має протиерозійне значення, сприяє збереженню родючості ґрунту.

Сучасна технологія вирощування (мінімальний агрокомплекс), наприклад для зернових, передбачає поверхневий обробіток, виконання кількох прийомів за один прохід тощо. Враховується конкретна ситуація, яка складається на полі з урахуванням агрометеорологічних факторів. Дуже велике значення при цьому має загальний рівень агротехніки в сівозміні, екологічна чистота поля, підбір сортів, стійких проти бур’янів, хвороб, шкідників тощо.

Агрокомплекс можна зобразити у вигляді таблиці або сіткового графіка, на якому по вертикалі відображують зверху вниз усі основні агротехнічні прийоми, починаючи із внесення добрив, лущення стерні, оранки (у разі потреби) і закінчуючи збиранням врожаю.

Прийоми догляду і збирання врожаю пов’язують з фазами росту і розвитку рослин культури. Це загальна побудова системи вирощування культури, передумова подальшої деталізації технологічного процесу.

Технологічна схема вирощування культури. Розробка технологічної схеми (технології вирощування запрограмованого врожаю як основи технологічної карти, або технологічного проекту) вирощування культури передбачає визначення технологічних операцій (прийомів) вирощування, складу агрегату, строків проведення робіт, агротехнічні вимоги та примітки:

При вирощуванні культури за екологічно чистою енергозберігаючою технологією важливо максимально використати агротехнічні та біологічні заходи догляду за посівом. Потрібно, зокрема, добре очистити поля від бур’янів восени і навесні, застосувати (де можна) до- і післясходові боронування, міжрядні обробітки з присипанням захисних смуг і підгортанням рослин. Технологічна схема передбачає також підбір сорту (гібриду), який слабко уражується шкідниками та хворобами, не вилягає тощо, а тому не потребує додаткових енергетичних затрат на пестициди, ретарданти та ін.

Може бути кілька варіантів технологічних схем. Слід порівняти їх за енергоємністю, визначивши затрати сукупної енергії на окремі технологічні операції і в цілому по агрокомплексу вирощування.

Наведемо розрахунки затрат сукупної енергії на вирощування гречки за двома технологіями — традиційною із застосуванням і без застосування пестицидів (табл. ).

Таблиця

Затрати сукупної енергії на вирощування гречки за традиційною

і альтернативною (пропонованою) технологіями (за О. С. Алексєєвою)

Програмування і охорона навколишнього середовища. В рослинництві програмування має бути тісно пов’язане з охороною навколишнього середовища. Наприклад, вирощування надвисоких урожаїв за рахунок систематичного внесення великої кількості мінеральних азотних добрив може призвести до утворення нітрозоамінів, які дуже шкідливі для тварин і людини. Оптимальні дози добрив для конкретних умов можуть збільшувати в ризосфері кореневої системи кількість ґрунтової асоціативної мікрофлори, підвищити ефективність добрив. Так, оптимальними нормами азоту, особливо при роздрібному внесенні, можна збільшити кількість азотфіксуючих бактерій. При цьому поліпшується розкладання клітковини, посилюється біологічна активність ґрунту, підвищується врожайність культури.

При програмуванні велике значення має сортова (гібридна) технологія. Треба мати на увазі технологію сортотипів і вдосконалювати її стосовно конкретного сорту (гібриду).