SOLAR RADIATION IN ESTIMATING THE MAXIMAL YIELDS OF SPRING CROPS

И.А. Шульгин, Р.М. Вильфанд, А.И. Страшная, О.В. Береза

Abstract


The paper presents an approach to estimating the input of solar radiation to crop yields based on plant physiology, meteorology and energy balance with account of the photosynthetically active radiation (PAR) and its allocation to photosynthesis, water absorption, transpiration, heat exchange with the environment, regulatory and informational photobiological processes, and photomorphogenesis. The approach makes it possible to estimate the maximal possible productivity (MPP) and crop yield (MPY) of spring cereals under conditions optimal with regard to all other environmental factors. The role of critical illumination periods (CIP) in plant ontogenesis and the possibility to account of them in the novel approaches to agro-meteorological forecasting or crop yields. PAR inputs to wheat and barley crops over the time elapsing from coming-up to the end of flowering are calculated for Moscow, Kursk, Tambov, Voronezh, Samara, and Saratov regions. The resulting MPP and MPY may be 13 to 14 and 0.38 to 0.42 tons per hectare, respectively. Under optimal conditions, over 90% of PAR is allocated to transpiration (T). To reach MAP, about 180 mm of water per 1 m of soil must be used for T. Because in wheat and barley T occurs only under illumination and is proportional to gas exchange, a decrease in productive water store (PWS) is associated with a similar decrease in T and gas exchange. The calculated maximal actual yields (tons per hectare) are 0.38-0.40 in Moscow and Kursk regions, 31-33 in Tambov and Voronezh regions, and about 0.28 in Samara and Saratov regions. Noteworthy is that decreases in PAR and PWS are associated in decrements in gas exchange and mass gain, especially during critical periods of ontogenesis; therefore, accounting of PAR is important for assessing the conditions of crops and for forecasting possible crop yields.

Keywords


solar radiation, spring cereals, energy balance of crops, gas exchange, water exchange, maximum possible productivity, maximum possible yield, critical illumination period, dynamic models of productivity


Как процитировать материал

References


Абакумова ГМ, Горбаренко ЕВ, Незваль ЕИ, Шиловцева ОА. Климатические ресурсы солнечной энергии Московского региона. М.: Книжный дом; 2012, с. 312.

Броунов ПИ. Труды по сельскохозяйственной метеорологии. 1901(1):84.

Бычкова АП, Казеев ЮИ, Кривонощенко ВИ, Луцько ЛВ, Соколенко СА. Новые приборы для актинометрических наблюдений на сети. Труды ГГО им. АИ Воейкова. 2008;(557):133-146.

Воейков АИ. Задачи сельскохозяйственной метеорологии. 1957;4:259-67.

Вильфанд РМ, Страшная АИ. Климат, прогнозы погоды и агрометеорологическое обеспечение сельского хозяйства в условиях изменения климата. В кн.: Адаптация сельского хозяйства России к меняющимся погодно-климатическим условиям. М.: РГАУ-МСХА имени КА Тимирязева; 2011. с. 23-38.

Гончаров НП, Гончарова ПЛ. Методические основы селекции растений. Новосибирск: Гео; 2009. с. 427.

Гордеев АВ, Клещенко АД, Черняков БА, Сиротенко ОД. Биоклиматический потенциал России: теория и практика. М.: Тов. научн. изд. КМК; 2006, с. 512.

Грингоф ИГ, Клещенко АД. Основы сельскохозяйственной метеорологии. Обнинск: ФБГУ «ВНИИГМИ-МЦД»; 2011(1):808.

Ефимова НА. Радиационные факторы продуктивности растительного покрова. Л.: Гидрометеоиздат; 1977. с. 215.

Клешнин АФ, Боковая ММ, Шульгин ИА. Об удельной теплоемкости и связанной воде растений. Доклады Академии наук СССР. 1958;122(5):940-943.

Клешнин АФ, Строгонов БП, Шульгин ИА. К вопросу об энергетическом балансе листьев растений. Физиология растений. 1955(6):1211- 1217.

Клешнин АФ, Шульгин ИА. О связи между транспирацией и температурой листьев растений в естественных условиях. Докл. Выездной сессии ОБН в г. Казани. Казань: КазГУ; 1960. с. 46-59.

Клещенко АД, Вирченко ОВ, Савицкая ОВ. Спутниковый мониторинг состояния и продуктивности посевов зерновых культур. Обнинск: ФГБУ «ВНИИСХМ»; 2013. с. 54-70.

Клещенко АД, Вольвач ВВ, Устинова ОК. Агрометеорологическое обеспечение страхования погодных рисков в сельскохозяйственном производстве: состояние и проблемы. Обнинск: ФГБУ «ВНИИСХМ»; 2013. с. 204-221.

Клещенко АД, Найдина ТА, Гончарова ТА. Использование данных дистанционного зондирования для моделирования продукционного процесса кукурузы. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012;9(1):259-268.

Кошкин ЕИ. Физиология устойчивости сельскохозяйственных культур. М.: Дрофа; 2010. с. 638.

Кузнецов ВВ, Дмитриева ГА. Физиология растений. М.: Высшая школа; 2006. с. 742.

Кумаков ВА. Физиологическое обоснование моделей сортов пшеницы. М.: Колос; 1985. с. 270.

Куперман ФМ. Морфофизиология растений. Морфофизиологический анализ этапов органогенеза различных жизненных форм покрытосеменных растений. М.: «Высшая школа»; 1984. с. 240.

Лебедева ВМ, Страшная АИ. Основы сельскохозяйственной метеорологии. Методы расчетов и прогнозов в агрометеорологии. Оперативное агрометеорологическое прогнозирование. Обнинск: «ВНИИГМИ-МЦД»; 2012. с. 216.

Любименко ВН. Фотосинтез и хемосинтез в растительном мире. М.: Сельхозгиз; 1935. с. 320.

Ничипорович АА. О путях повышения продуктивности фотосинтеза растений в посевах. В кн.: Фотосинтез и вопросы продуктивности растений. М.: АН СССР; 1963. с. 3-38.

Ничипорович АА, Шульгин ИА. Фотосинтез и использование энергии солнечной радиации. В кн.: Ресурсы биосферы. Л.: Наука. Том 2; 1976. с. 6-55.

Полонский ВИ. Анализ продукционной деятельности пшеницы при высоких интенсивностях ФАР. Физиология растений. 1980;(4):573- 584.

Полуэктов РА, Смоляр ЭИ, Терлеев ВВ, Топаж АГ. Модели продукционного процесса сельскохозяйственных культур. СПб.: Изд. С.- Петерб. Ун-та; 2006. с. 396.

Росс ЮК. Радиационный режим и архитектоника растительного покрова. Л.: Гидрометеоиздат; 1975. с. 342.

Сиротенко ОД. Математическое моделирование водно-теплового режима и продуктивности агроэкосистем. Л.: Гидрометеоиздат; 1981. с. 167.

Страшная АИ. Состояние и проблемы оперативного агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства на федеральном уровне в условиях глобального изменения климата. Труды ВНИИСХМ. 2007;(36):78-91.

Страшная АИ, Максименкова ТА, Чуб ОВ. Оперативное агрометеорологическое обеспечение аграрного сектора экономики России в условиях изменения агроклиматических ресурсов. Обнинск: ФГБУ «ВНИИСХМ»; 2013. с. 21-40.

Тимирязев КА. Солнце, жизнь и хлорофилл. М.: Сельхозгиз; 1948;(1):82-692.

Тооминг ХГ. Солнечная радиация и формирование урожая. Л.: Гидрометеоиздат; 1977. с. 200.

Шульгин ИА. Растение и Солнце. Л.: Гидрометеоиздат; 1973. с. 252.

Шульгин ИА. Радиационные и физиологические параметры продуктивности агрофитоценозов. М.: Изд-во Моск. ун-та; 2002. с. 57.

Шульгин ИА. Лучистая энергия и энергетический баланс растений. Фитометеорологические и эколого-географические аспекты. М.: Альтекс; 2004. с. 141.

Шульгин ИА. Солнечные лучи в зеленом растении. Физиолого-метеорологические аспекты. М.: Альтекс; 2009. с. 217.

Шульгин ИА, Простокишина ЕП. О новом критическом радиационном периоде в онтогенезе злаков и его регуляторной роли в продукционном процессе. В кн.: Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий. Ин-т биол. Карел. филиала РАН. Петрозаводск: 2015. с. 202-204.

Шульгин ИА, Страшная АИ. Солнечная радиация и агрометеорологическая оценка состояния посевов с.-х. культур и их урожайности. В кн.: Растения в условиях глобальных и локальных природно-климатических и антропогенных воздействий. Ин-т биол. Карельского филиала РАН, Петрозаводск; 2015. с. 310- 312.

Шульгин ИА, Тарасова ЛЛ. Физиолого-метеорологические аспекты регуляции продукционного процесса яровых культур солнечной радиацией. Обнинск: ФГБУ «ВНИИСХМ»; 2013. с. 109-132.

Шульгин ИА, Чуб ОВ. Использование физиолого- метеорологического энергобалансового подхода для оценки среднемноголетней радиационно- и влагообусловленной урожайности яровых культур в центральных Нечерноземных и Черноземных областях России. В кн: Физиология растений – теоретическая основа инновационных агро- и фитобиотехнологий. Калининград: Аксиос; 2014;(2). с. 509-511.

Шульгин ИА, Щербина ИП. Использование энергетических ресурсов в ходе продукционного процесса пшеницы. Биол. науки. 1990;(9):71-82.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v7i4.122

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"