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

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

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.

Статья научная