حاسبة وحدات الدرجات النامية | تتبع تطور المحاصيل باستخدام GDU

ما هي وحدة درجات النمو؟

وحدة درجات النمو (GDU)، وتُسمى أيضًا يوم درجات النمو (GDD)، هي مقياس لكمية الحرارة التي تلقاها المحصول في يوم معين. يجمع المزارعون والمهندسون الزراعيون قيم GDU من الزراعة طوال الموسم للتنبؤ بموعد وصول المحصول إلى مرحلة مثل الإنبات أو الإزهار أو النضج. تحسب هذه الأداة قيمة GDU اليومية من درجة الحرارة العظمى والصغرى لليوم ودرجة الحرارة الأساسية للمحصول.

لا يكفي عدّ الأيام التقويمية وحده، لأن اليوم البارد واليوم الدافئ يدفعان النبات إلى الأمام بمقدارين مختلفين. وتعالج GDU ذلك بتحويل درجة الحرارة إلى مجموع متراكم للحرارة.

كيفية حساب وحدات درجات النمو

لكل محصول درجة حرارة أساسية، وهي النقطة التي يتوقف النبات دونها عن النمو. وتحت درجة الحرارة هذه، تتباطأ عمليات نمو النبات إلى حد يكاد ينعدم، ولذلك لا تضيف تلك الساعات أي قيمة GDU. وتستخدم الذرة وفول الصويا عادةً درجة حرارة أساسية قدرها 50°ف (10 °C).

لمعظم المحاصيل أيضًا حدّ أعلى عملي. فعند درجات تتجاوز نحو 86°ف (30 °C)، لا تسرّع الحرارة الإضافية النمو أكثر، بل قد تجهد النبات. تستخدم هذه الأداة طريقة GDU المعدّلة، التي تُسمى أحيانًا طريقة «الذرة» أو طريقة بارغر، فتحدّ درجة الحرارة العظمى اليومية عند 86°ف (30 °م)، وترفع درجة الحرارة الصغرى اليومية إلى درجة الحرارة الأساسية قبل حساب المتوسط. والصيغة هي:

$\text{GDU} = \frac{\text{مُقيَّدة } T_{\text{max}} + \text{مُقيَّدة } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{أساسية}}$

حيث تُعدَّل كل درجة حرارة أولًا على النحو الآتي:

• إذا كانت درجة الحرارة أدنى من درجة الحرارة الأساسية، تُرفع إلى درجة الحرارة الأساسية.
• إذا كانت درجة الحرارة أعلى من 86°ف (30 °م)، تُخفض إلى 86°ف (30 °م).
• في غير ذلك، تُترك دون تغيير.

إذا كانت نتيجة الصيغة سالبة، تعرض الأداة القيمة 0، لأن المحصول لا يمكن أن يفقد الحرارة المتراكمة. وبما أن درجة الحرارة الصغرى تُرفع أولًا إلى درجة الحرارة الأساسية، فلا يمكن أن ينخفض المتوسط عن الدرجة الأساسية؛ ولذلك لا يُستخدم هذا الحد الأدنى إلا إذا أُدخلت درجة حرارة أساسية أعلى من 86°ف (30 °م).

لماذا تُعدَّل درجات الحرارة أولًا؟

خطوة التعديل أهم مما قد يبدو. فمن دونها، قد تجعل ليلة شديدة البرودة المتوسط اليومي أدنى من درجة الحرارة الأساسية، فتنتج قيمة سالبة أو قريبة من الصفر على نحو مضلل، رغم أن النبات نما بصورة طبيعية خلال ساعات النهار الدافئة. ويمنع تحديد درجة الحرارة العظمى من احتساب نمو أكبر في الأيام شديدة الحرارة مما يستطيع النبات استخدامه فعليًا. وبما أن التعديلين يحدثان قبل حساب المتوسط، فقد تختلف نتيجة هذه الأداة عن متوسط بسيط غير محدد لدرجتي الحرارة العظمى والصغرى في اليوم.

مثال محلول

المثال 1: يوم حار مع تحديد الدرجة العظمى

• درجة الحرارة العظمى: 92°ف (33.3 °م)
• درجة الحرارة الصغرى: 68°ف (20 °م)
• درجة الحرارة الأساسية: 50°ف (10 °م)

درجة الحرارة العظمى أعلى من 86°ف (30 °م)، لذا تُحدَّد: تصبح 92°ف (33.3 °م) 86°ف (30 °م). أما الدرجة الصغرى، 68°ف (20 °م)، فهي أعلى من درجة الحرارة الأساسية أصلًا، ولذلك لا تتغير.

$\text{المتوسط} = \frac{86 + 68}{2} = 77°F$

$\text{GDU} = 77 - 50 = 27.00$

المثال 2: ليلة باردة مع رفع الدرجة الصغرى

• درجة الحرارة العظمى: 65°ف (18.3 °م)
• درجة الحرارة الصغرى: 40°ف (4.4 °م)
• درجة الحرارة الأساسية: 50°ف (10 °م)

درجة الحرارة العظمى، 65°ف (18.3 °م)، تقع بين درجة الحرارة الأساسية و86°ف (30 °م)، ولذلك تبقى كما هي. أما الدرجة الصغرى، 40°ف (4.4 °م)، فهي أدنى من درجة الحرارة الأساسية، ولذلك تُرفع إلى 50°ف (10 °م).

$\text{المتوسط} = \frac{65 + 50}{2} = 57.5°F$

$\text{GDU} = 57.5 - 50 = 7.50$

المثال 3: تتبّع المجموع التراكمي

تُجمع قيم GDU عبر الموسم. يوضح الجدول أدناه خمسة أيام عند درجة حرارة أساسية قدرها 50°ف (10 °م).

في اليوم 3، تكون الدرجة الصغرى البالغة 45°ف (7.22 °م) أدنى من درجة الحرارة الأساسية، فتُرفع إلى 50°ف (10 °م) قبل حساب المتوسط، فنحصل على (70 + 50) / 2 − 50 = 10.00 GDU. ويُحسب اليوم 4 بالطريقة نفسها: تُرفع الدرجة الصغرى البالغة 40°ف (4.4 °م) إلى 50°ف (10 °م)، فنحصل على (65 + 50) / 2 − 50 = 7.50 GDU. وبعد خمسة أيام، يكون المحصول قد راكم 77.50 GDU.

درجات الحرارة الأساسية حسب المحصول

تعتمد درجة الحرارة الأساسية على أصل المحصول وبيولوجيته. فالمحصول المربى لمناخ بارد يتحمل درجات حرارة أدنى من محصول مربي للمناطق المدارية.

هذه قيم افتراضية شائعة مستمدة من إرشادات الإرشاد الزراعي. وقد تنشر شركات توريد البذور أحيانًا درجة حرارة أساسية مختلفة لصنف معين، وينبغي استخدام تلك القيمة بدلًا من ذلك عند توفرها.

استخدامات وحدات درجات النمو

يستخدم المزارعون مجاميع GDU المتراكمة لاتخاذ عدة قرارات عملية:

• التنبؤ بمراحل النمو. تنشر شركات البذور مجاميع تقريبية لقيم GDU اللازمة لمراحل مثل الإنبات أو ظهور النورات أو النضج، كي يقدّر المزارع موعد المرحلة بدلًا من التخمين اعتمادًا على التقويم.
• اختيار مواعيد الزراعة. تكشف مقارنة احتياج الصنف الإجمالي من GDU مع المقدار المعتاد المتراكم بحلول أول صقيع خريفي ما إذا كان هامش الأمان كافيًا للزراعة في وقت أبكر أو لاحق.
• تحديد توقيت رصد الآفات. تنمو حشرات كثيرة من الآفات وفق جدول خاص بها تحكمه الحرارة. وتنشر خدمات الإرشاد الزراعي حدود GDU التي تحدد موعد بدء رصد آفات معينة.
• جدولة الري والحصاد. نظرًا لحدوث مراحل النمو الحساسة للماء، مثل الإزهار، ضمن نطاقات معروفة من GDU، يستطيع المزارعون توقعها بدلًا من الاستجابة لها بعد وقوعها.

السجل

تعود فكرة جمع درجات الحرارة للتنبؤ بمواعيد نمو النباتات إلى عقد 1730، حين اقترح العالم الفرنسي رينيه ريومور أن مجموع درجات الحرارة اليومية فوق عتبة معينة يمكن استخدامه للتنبؤ بموعد وصول النبات إلى مرحلة محددة. وطوّر الباحثون هذا المفهوم خلال القرنين التاليين بإدخال درجات حرارة أساسية خاصة بكل محصول. وتعود طريقة وحدات حرارة الذرة التي تستخدمها حاسبات حديثة كثيرة، ومنها الطريقة المعدّلة ذات الحد الأعلى لدرجة الحرارة، إلى بحث نُشر عام 1958 بقلم إي. سي. غيلمور وجاي. إس. روجرز، وقاس نضج الذرة باستخدام وحدات الحرارة المتراكمة.

الأسئلة الشائعة

هل وحدة درجات النمو هي نفسها يوم درجات النمو؟ نعم. يشير GDU وGDD إلى القياس نفسه. وتفضّل مناطق ومنظمات مختلفة أحد المصطلحين، لكن الحساب متطابق.

لماذا تحدد هذه الأداة درجة الحرارة العظمى عند 86°ف (30 °م)؟ فوق نحو 86°ف (30 °م)، تتوقف معظم المحاصيل عن اكتساب فائدة نمائية من الحرارة الإضافية، وقد تتعرض بدلًا من ذلك لإجهاد حراري. ويمنع تحديد درجة الحرارة العظمى يومًا شديد الحرارة جدًا من المبالغة في تقدير إسهام ذلك اليوم في نمو النبات.

لماذا تختلف نتيجتي عن متوسط بسيط للدرجتين العظمى والصغرى؟ تعدّل هذه الأداة كل درجة حرارة باتجاه درجة الحرارة الأساسية وحد 86°ف (30 °م) قبل حساب المتوسط. وتُرفع ليلة باردة أدنى من درجة الحرارة الأساسية إلى درجة الحرارة الأساسية، بينما تُخفض الدرجة في يوم حار تتجاوز 86°ف (30 °م) إلى 86°ف (30 °م). ولن يطابق المتوسط البسيط للدرجتين العظمى والصغرى الخام هذه الأداة عندما تقع إحدى الدرجتين خارج ذلك النطاق.

ما درجة الحرارة الأساسية التي ينبغي أن أستخدمها؟ استخدم 50°ف (10 °م) للذرة وفول الصويا والذرة الرفيعة؛ و32°ف (0 °م) للقمح؛ و60°ف (16 °م) للقطن، ما لم يحدد مورد البذور قيمة مختلفة لصنف معين.

كيف أتتبع GDU طوال موسم كامل؟ احسب GDU اليومية لكل يوم بدءًا من الزراعة أو الإنبات، ثم أضف قيمة كل يوم إلى مجموع تراكمي. وقارن المجموع بمتطلبات GDU المنشورة لمرحلة النمو محل الاهتمام.

هل تستطيع GDU التنبؤ بموعد الحصاد بدقة؟ لا. فهي تضيق نطاق الموعد المحتمل بدرجة كبيرة مقارنة بعدّ الأيام التقويمية، لكن الجفاف والفيضانات وإجهاد المغذيات والاختلافات بين الأصناف قد تغيّر الموعد الفعلي.

المراجع

1. غيلمور، إي. سي.، وجاي. إس. روجرز. «وحدات الحرارة بوصفها طريقة لقياس نضج الذرة». مجلة علم المحاصيل، المجلد 50، العدد 10، 1958، الصفحات 611–615.
2. ماكماستر، جي. إس.، ووي. وي. فيلهلم. «أيام درجات النمو: معادلة واحدة وتفسيران». الأرصاد الزراعية والغابية، المجلد 87، العدد 4، 1997، الصفحات 291–300.
3. باسكرفيل، جي. إل.، وب. إمين. «التقدير السريع لتراكم الحرارة من درجات الحرارة العظمى والصغرى». علم البيئة، المجلد 50، العدد 3، 1969، الصفحات 514–517.