Определение продуктивности яровой пшеницы в полупериоде солнечной активности

Ивченко В.К.; Никулочкина С.Н.; Количенко А.А.; Ivchenko V.K.; Nikulochkina S.N.; Kolichenko A.A.

Определение продуктивности яровой пшеницы в полупериоде солнечной активности

Автор: Ивченко В.К., Никулочкина С.Н., Количенко А.А.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

Рубрика: Растениеводство

Статья в выпуске: 1, 2012 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматриваются результаты исследований по моделированию и теоретическому объяснению изменений продуктивности яровой пшеницы в зависимости от продолжительности вегетации в полупериоде солнечной активности, приходящейся на 2000-2012 годы. Проведенное исследование дает основание полагать, что учет сопряжения временных структур солнечной активности и продуктивности яровой пшеницы, а также свойства их цикличности, выраженное в терминах регрессионного анализа, позволяет объяснить более чем на 95% изменение продуктивности во временном диапазоне 2000-2012 годов.

Продуктивность, полупериод солнечной активности, продолжительность вегетации, природно-экологические условия, цикличность

Короткий адрес: https://sciup.org/14082041

IDR: 14082041 | УДК: 639.2.053.8

Spring wheat crop yield determination in the half-cycle of solar activity

The research results on modeling and theoretical explanation of the changes in spring wheat crop yield, depending on the vegetation period in the half-cycle of solar activity, which falls within 2000-2012 years, are considered in the article. The conducted research gives the grounds to believe that inclusion of time structure pairing in solar activity and spring wheat crop yield, and also properties of their cyclicity that are expressed in terms of regression analysis allows to explain more than 95% of crop yield change in the time range of 2000-2012 years.

Текст научной статьи Определение продуктивности яровой пшеницы в полупериоде солнечной активности

Введение. Устойчивость продуктивности яровой пшеницы в основных сельскохозяйственных районах Красноярского края состоит в сохранении в определенной динамике при воздействии различных возмущающих факторов, не теряя своей жизненности, важнейших свойств и качества зерна [2]. Чем выше устойчивость продуктивности, тем меньше отклоняется конкретная реализация от ее средней траектории, зависящей от продолжительности вегетации. Моделирование продуктивности приводит к прогнозу экономической целесообразности расширения или сужения посевов яровой пшеницы с целью максимизации прибыли или минимизации убытков. В идеале выбор точек максимума продуктивности в полупериоде солнечной активно- сти должен осуществляться синхронно выбору модельного года, в который этот максимум достигается и быть адекватным принимаемому решению об изменении площади посева.

Актуальность исследований. Прирост валового сбора продовольственного зерна определяет рентабельность зернового комплекса Красноярского края. Поэтому получение устойчивых сборов зерна яровой пшеницы связано с переходом к адаптивному возделыванию яровой пшеницы в заданных природноэкологических условиях.

Цель исследований – объяснить динамику колебаний продуктивности яровой пшеницы в сельскохозяйственных районах Красноярского края изменением продолжительности вегетации и влиянием свойств периодичности солнечной активности.

В задачи исследований входило: установление функциональной связи продуктивности пшеницы с выбором модельного года в полупериоде солнечной активности и продолжительностью вегетации в условиях Дзержинского, Минусинского, Назаровского, Новоселовского, Саянского, Ужурского, Уярского районах Красноярского края; выявление точки перевала продуктивности пшеницы, определяющей границу между полупериодами ее колебаний.

Объекты и методы исследований. Объектом исследований является производственный комплекс яровой пшеницы, предметом – зависимость продуктивности яровой пшеницы от природно-экологических условий в районах края. Использованы методы предварительной статистической обработки, систематизации и обобщения данных посредством аналитического моделирования [1]. Привлечены программные средства Maple и DataFit математического обеспечения компьютера.

Результаты исследований и их обсуждение. На предварительном уровне исследований динамики колебаний продуктивности яровой пшеницы устанавливалась ее зависимость от продолжительности вегетации. Однако эти зависимости оказались детерминированными лишь на 32,4–65,4%, что существенно ниже порогового значения 95%. Таким образом, для объяснения динамики колебаний продуктивности без учета влияния периодичности солнечной активности (рис. 1) одного фактора продолжительности вегетации недостаточно. В качестве модельных годов приняты календарные годы из полупериода 2000–2012 годов.

Сортоучасток Дзержинского района

Схема определения продуктивности ( и , ц / га ) яровой пшеницы в Дзержинском районе в зависимости от номера года ( x ) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации ( t , сут. ) представляется следующей функцией (рис. 2):

и ( x , t ) = -201736075,80 + 14,12 x -1,12 x ² -2,34 x ³ + 0,50 x ⁴ -0,02 x ⁵ + + 183258663,00 In t -62419055,81 ln² 1 + 9447741,47 ln³ 1 -536180,28 ln⁴ 1 .

Рис. 2

Распределение относительных отклонений поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных показывает (табл. 1), что по абсолютной величине они не превышают 0,34%, причем их максимум достигается в 8-м модельном году. Абсолютная ошибка оценки продуктивности не превышает 0,11 ц/га.

Таблица 1

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивно-сти	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	£ , ц/га	8 , %
0	4	2000	87,92	38,70	38,69954	0,000463	0,001196
1	5	2001	78,58	37,88	37,88096	-0,00096	-0,002550
2	0	2002	83,86	28,15	28,15193	-0,00193	-0,006840
3	1	2003	89,85	45,04	45,02534	0,014665	0,032559
4	2	2004	73,71	34,90	34,94102	-0,04102	-0,117550
5	3	2005	74,31	28,38	28,32791	0,052087	0,183536
6	4	2006	91,06	14,64	14,63806	0,001943	0,013274
7	5	2007	87,56	28,34	28,4273	-0,0873	-0,308050
8	0	2008	84,80	31,61	31,50501	0,104986	0,332129
9	1	2009	81,29	34,53	34,5832	-0,0532	-0,154060
10	2	2010	89,67	35,03	35,01971	0,010294	0,029387

Таким образом, 7-й модельный год является точкой конца, а 8-й – точкой начала четверти полного цикла колебаний продуктивности в Дзержинском районе. Точками перевала являются модельные годы с условным значением 1,5 и 7,5 которые определяют границы указанных четвертей. Максимум продуктивности приходится на 0-й и 3-й модельные годы, расположенные в разных четвертях цикла продуктивности.

Сортоучасток Минусинского района

Схема определения продуктивности ( и, ц / га ) яровой пшеницы в Минусинском районе в зависимости от номера года ( x ) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации ( t , сут.) представляется функцией

и ( x , t ) = -4502049,81 + 90640,66 x + 2934207,86ln t + 323,06 x ² - 636803,93 ln² 1 -

-40922,54209 x In t -0,36 x ³ + 46018,93 ln³ 1 + 4615,79 x ln² 1 + = -70,18 x ² In t .

Относительные отклонения поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных, за исключением 2-, 6- и 8-го модельных годов, не превышает 2,4% (табл. 2). В исключительные годы абсолютная погрешность оценивается в 1,84 ц/га.

Таблица 2

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивности	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	£ , ц/га	3 , %
0	5	2000	92,58	31,51	31,68116	-0,171166	-0,543212
1	0	2001	90,5	42,27	42,73133	-0,461335	-1,09140
2	1	2002	90,75	23,07	21,84966	1,220330	5,289684
3	2	2003	98,38	19,45	19,41508	0,034917	0,179525
4	3	2004	88,45	10,85	11,10955	-0,259553	-2,39219
5	4	2005	76,58	19,83	19,82471	0,005281	0,026633
6	5	2006	91,55	16,83	17,96419	-1,134194	-6,73912
7	0	2007	89,27	28,76	29,35344	-0,593442	-2,06343
8	1	2008	90,17	30,54	28,70597	1,834025	6,005323
9	2	2009	94,69	30,53	30,49341	0,036585	0,119834
10	3	2010	90,05	29,59	30,10144	-0,511447	-1,72844

Таким образом, 0,5-й и 6,5-й модельные годы являются точками перевала продуктивности в Минусинском районе. Максимум продуктивности приходится на 0-й и 1-й модельные годы.

Сортоучасток Назаровского района

Схема определения продуктивности (и, ц / га) яровой пшеницы в Назаровском районе в зависимости от номера года (x) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации (t, сут.) представляется функцией и (x, t) = 579052,66 + 2305,90x-385252,69 ln t + 48,22x2 + 85470,74 ln21 -

-1148,72 x In t -0,02 x ³-6322,65ln³ 1 + 141,20 x ln² 1 -10,62 x ² In t .

Распределение относительных отклонений поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных показывает (табл. 3), что по абсолютной величине они не превышают 3,69%, причем их максимум достигается в 6-м модельном году. Абсолютная ошибка оценки продуктивности не превышает 0,85 ц/га.

Таблица 3

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивности	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	£ , ц/га	3 , %
0	5	2000	87,73	49,23	49,55105	-0,321059	-0,652162
1	0	2001	94,09	42,82	42,60660	0,213398	0,498361
2	1	2002	83,00	39,83	39,27664	0,553355	1,389293
3	2	2003	86,56	33,13	33,13353	-0,003535	-0,010670
4	3	2004	94,15	45,81	45,99285	-0,182856	-0,399163
5	4	2005	77,04	42,45	42,85242	-0,402423	-0,947994
6	5	2006	83,52	22,91	23,75507	-0,845079	-3,688692
7	0	2007	79,09	36,56	35,76081	0,799189	2,185967
8	1	2008	86,63	26,14	25,35438	0,785616	3,005418
9	2	2009	83,56	28,74	29,33131	-0,591313	-2,057456
10	3	2010	111,63	42,47	42,47529	-0,005292	-0,012461

Таким образом, 0,5-й и 6,5-й модельные годы являются точками перевала продуктивности в Назаров-ском районе. Максимум продуктивности приходится на 0-й и 4-й модельные годы.

Сортоучасток Новоселовского района

Схема определения продуктивности (и, ц / га) яровой пшеницы в Новоселовском районе в зависимости от номера года (x) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации (t, сут.) представляется функцией и (x, t ) = 1337791,45 +15994,85x-916543,59 ln t -23,22x2 + 209229,31 ln21 -

-7156,95 x In t -0,28 x ³-15914,45ln³ 1 + 800,30 x ln² 1 + 5,69 x ² In t .

Распределение относительных отклонений поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных показывает (табл. 4), что по абсолютной величине они не превышают 2,29%, причем их максимум достигается в 4-м модельном году. Абсолютная ошибка оценки продуктивности не превышает 0,76 ц/га.

Таблица 4

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивно-сти	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	£ , ц/га	S , %
0	2	2000	87,43	38,21	38,21698	-0,006984	-0,018278
1	3	2001	82,5	25,48	25,28805	0,191948	0,753330
2	4	2002	81,22	23,16	23,28446	-0,124461	-0,537400
3	5	2003	86,43	31,37	32,03788	-0,667888	-2,129067
4	0	2004	87,45	32,85	32,09773	0,752260	2,289986
5	1	2005	81,94	23,16	23,14707	0,012921	0,055792
6	2	2006	101,79	10,22	10,18822	0,031775	0,310919
7	3	2007	93,07	27,45	27,69111	-0,241117	-0,878389
8	4	2008	101,1	38,26	38,22568	0,034316	0,089693
9	5	2009	107,74	39,46	39,49733	-0,037332	-0,094608
10	0	2010	101,25	32,67	32,61543	0,054561	0,167009

Таким образом, 3,5-й и 9,5-й модельные годы являются точками перевала продуктивности в Новосе-ловском районе. Максимум продуктивности приходится на 0-й и 9-й модельные годы.

Сортоучасток Саянского района

Схема определения продуктивности ( и , ц / га ) яровой пшеницы в Саянском районе в зависимости от номера года ( x ) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации ( t , сут.) представляется функцией (рис. 3).

и ( x , t ) = -2,29 + 6,09 x - 3,69 x ² + 0,52 x³ - 0,02 x ⁴ + 2,55 • 10¹³ In t -1,13 ■ 10¹³ ln² 1 +

+ 2,52 ■ 10¹² ln³ 1 - 2,81 ■ 10¹¹ ln⁴ 1 + 1,25 ■ 10¹⁰ ln⁵ 1 .

Рис. 3

Относительные отклонения поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных за исключением 2-го и 3-го модельных годов не превышает 4,91% (табл. 5). Наибольшая абсолютная погрешность продуктивности наблюдается в 4-м модельном году и не превышает в 1,53 ц/га.

Таблица 5

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивно-сти	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	£ , ц/га	3 , %
0	3	2000	89,55	25,31	24,82812	0,481875	1,903891
1	4	2001	86,67	35,78	35,50781	0,272187	0,760725
2	5	2002	91,05	24,77	26,01562	-1,245625	-5,028764
3	0	2003	92,08	14,78	13,76562	1,014375	6,863159
4	1	2004	90,53	31,36	29,83203	1,527968	4,872349
5	2	2005	88,47	29,67	29,39062	0,279375	0,941607
6	3	2006	89,33	10,20	10,53906	-0,339062	-3,324142
7	4	2007	90,65	23,91	25,08203	-1,172031	-4,901845
8	5	2008	89,76	22,38	21,94140	0,438593	1,959757
9	0	2009	91,06	23,62	21,85546	1,764531	7,470496
10	1	2010	92,13	22,19	22,69921	-0,509218	-2,294811

Таким образом, 2,5-й и 8,5-й модельные годы являются точками перевала продуктивности в Саянском районе. Максимум продуктивности приходится на 1-й и 4-й модельные годы.

Сортоучасток Ужурского района

Схема определения продуктивности (и, ц / га) яровой пшеницы в Ужурском районе в зависимости от номера года (x) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации (t, сут.~) представляется функцией и (x, t) = -1,28 ■ 1011 +168,8x-65,56x2 + 9,37x3 - 0,44x4 +1,43 • 1011 In t -

-6,38 ■ 10¹⁰ ln² 1 + 1,42 ■ 10¹⁰ ln³ 1 -1592418660ln⁴ 1 + 71101194,14ln⁵ 1 .

Распределение относительных отклонений поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных показывает (табл. 6), что по абсолютной величине они не превышают 0,38%, причем их максимум достигается во 2-м модельном году. Абсолютная ошибка оценки продуктивности не превышает 0,13 ц/га.

Таблица 6

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивно-сти	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	£ , ц/га	3 , %
0	3	2000	99,82	35,51	35,51690	-0,006906	-0,019450
1	4	2001	92,10	46,71	46,68449	0,025505	0,054604
2	5	2002	86,36	39,33	39,44996	-0,119966	-0,305025
3	0	2003	86,59	33,24	33,11648	0,123514	0,371583
4	1	2004	92,22	42,84	42,87568	-0,035686	-0,083302
5	2	2005	78,81	31,54	31,54537	-0,005379	-0,017056
6	3	2006	88,00	34,98	35,03182	-0,051829	-0,148169
7	4	2007	84,16	39,74	39,74291	-0,002919	-0,007347
8	5	2008	87,00	50,59	50,53594	0,054050	0,106839
9	0	2009	86,78	45,13	45,17770	-0,047703	-0,105703
10	1	2010	89,48	47,73	47,72784	0,002155	0,004516

Таким образом, 2,5-й и 8,5-й модельные годы являются точками перевала продуктивности в Ужурском районе. Максимум продуктивности приходится на 8-й и 10-й модельные годы.

Сортоучасток Уярского района

Схема определения продуктивности ( и , ц / га ) яровой пшеницы в Уярском районе в зависимости от номера года ( x ) в полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации ( t , сут.) представляется функцией (рис. 4)

и ( x , t ) = -27944459,15-7,99 x + 7,05 x ² -2,03 x ³ + 0,23 x ⁴ -0,00 x ⁵ + 24226221,38 In t -

-7870651,19ln² 1 + 1135645,17ln³ 1 -61401,60ln⁴ 1 .

Рис. 4

Распределение относительных отклонений поверхности отклика продуктивности яровой пшеницы от экспериментальных данных показывает (табл. 7), что по абсолютной величине они не превышают 0,99%, причем их максимум достигается в 8-м модельном году. Абсолютная ошибка оценки продуктивности не превышает 0,21 ц/га.

Таблица 7

Модельный год в солнечной активности x	Год в продуктивно-сти	Календарный год	Продолжит. вегетации t , сут.	Продуктивность, ц/га	Вычисленная продуктивность, ц/га	ε , ц/га	δ , %
0	5	2000	88,75	20,59	20,57377	0,016222	0,078786
1	0	2001	88,44	18,02	18,04717	-0,027178	-0,150823
2	1	2002	95,86	21,31	21,36653	-0,05653	-0,265307
3	2	2003	93,68	19,86	19,73915	0,120846	0,608489
4	3	2004	99,58	40,18	40,18622	-0,006221	-0,015484
5	4	2005	84,94	18,38	18,37789	0,002101	0,011432
6	5	2006	93,33	16,68	16,85140	-0,171405	-1,027611
7	0	2007	91,92	17,18	17,11819	0,061809	0,359775
8	1	2008	94,94	21,27	21,06099	0,209000	0,982607
9	2	2009	95,00	22,66	22,86222	-0,202229	-0,892453
10	3	2010	96,82	23,25	23,19640	0,053592	0,230504

Таким образом, 6-й модельный год является точкой конца, а 7-й – точкой начала четверти полного цикла колебаний продуктивности в Уярском районе. Точками перевала являются модельные годы с условным значением 0,5 и 6,5, которые определяеют границы четвертей. Максимум продуктивности приходится на 4-й и 10-й модельные годы, расположенные в разных четвертях цикла продуктивности.

Выводы

1. Исходя из описанной динамика продуктивности яровой пшеницы, в зависимости от номера года в одном полупериоде солнечной активности и продолжительности вегетации выявлены точки перевала, определяющие границы между полупериодами колебаний продуктивности в районах: Дзержинский – 7,5; Минусинском – 6,5; Назаровский – 6,5; Новосёловский – 3,5; Саянский – 2,5, Ужурский – 2,5; Уярский – 6,5.
2. Экономический эффект по районам Красноярского края за счет оптимального выбора посевных площадей в годы с прогнозируемой максимальной продуктивностью мягкой яровой пшеницы составит от 123,15 до 149,43 руб/га.