Υπολογιστής Μονάδων Αναπτυξιακών Βαθμών | Παρακολούθηση Ανάπτυξης Καλλιεργειών με GDU

Τι είναι μια μονάδα θερμοημέρας ανάπτυξης;

Μια μονάδα θερμοημέρας ανάπτυξης (GDU), που ονομάζεται επίσης θερμοημέρα ανάπτυξης (GDD), είναι μέτρο της θερμότητας που έχει λάβει μια καλλιέργεια σε μια δεδομένη ημέρα. Οι αγρότες και οι γεωπόνοι αθροίζουν τις GDU από τη φύτευση έως και την καλλιεργητική περίοδο, για να προβλέψουν πότε μια καλλιέργεια θα φτάσει σε ένα στάδιο όπως το φύτρωμα, η ανθοφορία ή η ωρίμανση. Η παρούσα αριθμομηχανή υπολογίζει την ημερήσια τιμή GDU από τη μέγιστη και την ελάχιστη θερμοκρασία της ημέρας και τη θερμοκρασία βάσης της καλλιέργειας.

Η απλή καταμέτρηση των ημερολογιακών ημερών δεν λειτουργεί καλά, επειδή μια δροσερή και μια ζεστή ημέρα προωθούν την ανάπτυξη ενός φυτού κατά διαφορετικό βαθμό. Η GDU αντιμετωπίζει αυτό το πρόβλημα μετατρέποντας τη θερμοκρασία σε ένα συνεχώς αυξανόμενο άθροισμα συσσωρευμένης θερμότητας.

Πώς υπολογίζονται οι μονάδες θερμοημέρας ανάπτυξης

Κάθε καλλιέργεια έχει μια θερμοκρασία βάσης: το όριο κάτω από το οποίο σταματά να αναπτύσσεται. Κάτω από αυτή τη θερμοκρασία, οι διαδικασίες ανάπτυξης του φυτού επιβραδύνονται σχεδόν πλήρως, επομένως αυτές οι ώρες δεν προσθέτουν GDU. Για το καλαμπόκι και τη σόγια χρησιμοποιείται συνήθως θερμοκρασία βάσης 50°F (10 °C).

Οι περισσότερες καλλιέργειες έχουν επίσης ένα πρακτικό ανώτατο όριο. Πάνω από περίπου 86°F (30 °C), η επιπλέον θερμότητα δεν επιταχύνει περαιτέρω την ανάπτυξη και μπορεί ακόμη και να καταπονήσει το φυτό. Η παρούσα αριθμομηχανή χρησιμοποιεί την τροποποιημένη μέθοδο GDU (που ονομάζεται μερικές φορές μέθοδος «καλαμποκιού» ή Barger), η οποία περιορίζει τη μέγιστη ημερήσια θερμοκρασία στους 86°F (30 °C) και αυξάνει την ελάχιστη ημερήσια θερμοκρασία έως τη θερμοκρασία βάσης πριν από τον υπολογισμό του μέσου όρου. Ο τύπος είναι:

$\text{GDU} = \frac{\text{περιορισμένη } T_{\text{max}} + \text{περιορισμένη } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{βάση}}$

Όπου κάθε θερμοκρασία προσαρμόζεται αρχικά ως εξής:

• Αν μια θερμοκρασία είναι κάτω από τη θερμοκρασία βάσης, αυξάνεται μέχρι τη θερμοκρασία βάσης.
• Αν μια θερμοκρασία είναι πάνω από 86°F (30 °C), μειώνεται στους 86°F (30 °C).
• Διαφορετικά, παραμένει αμετάβλητη.

Αν το αποτέλεσμα του τύπου είναι αρνητικό, η αριθμομηχανή εμφανίζει 0, επειδή μια καλλιέργεια δεν μπορεί να χάσει συσσωρευμένη θερμότητα. Επειδή η ελάχιστη θερμοκρασία αυξάνεται πρώτα έως τη θερμοκρασία βάσης, ο μέσος όρος δεν μπορεί ποτέ να πέσει κάτω από τη βάση. Επομένως, αυτό το κατώτατο όριο ενεργοποιείται μόνο αν εισαχθεί θερμοκρασία βάσης πάνω από 86°F (30 °C).

Γιατί οι θερμοκρασίες προσαρμόζονται πρώτα

Το βήμα της προσαρμογής έχει μεγαλύτερη σημασία απ’ όσο φαίνεται. Χωρίς αυτό, μια πολύ κρύα νύχτα θα μπορούσε να μειώσει τον ημερήσιο μέσο όρο κάτω από τη θερμοκρασία βάσης και να δώσει παραπλανητικά αρνητική ή σχεδόν μηδενική τιμή, παρότι το φυτό αναπτύχθηκε κανονικά κατά τις θερμές ώρες της ημέρας. Ο περιορισμός της μέγιστης θερμοκρασίας εμποδίζει τις ασυνήθιστα θερμές ημέρες να πιστωθούν με περισσότερη ανάπτυξη απ’ όση μπορεί πραγματικά να αξιοποιήσει ένα φυτό. Επειδή και οι δύο προσαρμογές γίνονται πριν από τον υπολογισμό του μέσου όρου, το αποτέλεσμα της παρούσας αριθμομηχανής μπορεί να διαφέρει από έναν απλό, μη περιορισμένο μέσο όρο της μέγιστης και της ελάχιστης θερμοκρασίας της ημέρας.

Λυμένο παράδειγμα

Παράδειγμα 1: Ζεστή ημέρα με περιορισμένη μέγιστη θερμοκρασία

• Μέγιστη θερμοκρασία: 92°F (33,3 °C)
• Ελάχιστη θερμοκρασία: 68°F (20 °C)
• Θερμοκρασία βάσης: 50°F (10 °C)

Η μέγιστη θερμοκρασία είναι πάνω από 86°F (30 °C), επομένως περιορίζεται: οι 92°F (33,3 °C) γίνονται 86°F (30 °C). Η ελάχιστη θερμοκρασία, 68°F (20 °C), είναι ήδη πάνω από τη θερμοκρασία βάσης, επομένως παραμένει αμετάβλητη.

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

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

Παράδειγμα 2: Δροσερή νύχτα με αυξημένη ελάχιστη θερμοκρασία

• Μέγιστη θερμοκρασία: 65°F (18,3 °C)
• Ελάχιστη θερμοκρασία: 40°F (4,4 °C)
• Θερμοκρασία βάσης: 50°F (10 °C)

Η μέγιστη θερμοκρασία, 65°F (18,3 °C), βρίσκεται μεταξύ της θερμοκρασίας βάσης και των 86°F (30 °C), επομένως παραμένει αμετάβλητη. Η ελάχιστη θερμοκρασία, 40°F (4,4 °C), είναι κάτω από τη θερμοκρασία βάσης, επομένως αυξάνεται στους 50°F (10 °C).

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

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

Παράδειγμα 3: Παρακολούθηση ενός τρέχοντος αθροίσματος

Οι τιμές GDU αθροίζονται κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου. Ο παρακάτω πίνακας παρακολουθεί πέντε ημέρες με θερμοκρασία βάσης 50°F (10 °C).

Την Ημέρα 3, η ελάχιστη θερμοκρασία των 45°F (7,22 °C) είναι κάτω από τη θερμοκρασία βάσης και αυξάνεται στους 50°F (10 °C) πριν από τον υπολογισμό του μέσου όρου, δίνοντας (70 + 50) / 2 − 50 = 10,00 GDU. Η Ημέρα 4 λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο: η ελάχιστη θερμοκρασία των 40°F (4,4 °C) αυξάνεται στους 50°F (10 °C), δίνοντας (65 + 50) / 2 − 50 = 7,50 GDU. Μετά από πέντε ημέρες, η καλλιέργεια έχει συσσωρεύσει 77,50 GDU.

Θερμοκρασίες βάσης ανά καλλιέργεια

Η θερμοκρασία βάσης εξαρτάται από την προέλευση και τη βιολογία της καλλιέργειας. Μια καλλιέργεια που έχει προσαρμοστεί σε ψυχρό κλίμα αντέχει χαμηλότερες θερμοκρασίες από μια καλλιέργεια που έχει προσαρμοστεί στις τροπικές περιοχές.

Πρόκειται για τις συνήθως χρησιμοποιούμενες προεπιλεγμένες τιμές, σύμφωνα με τις οδηγίες γεωργικών συμβουλευτικών υπηρεσιών. Οι προμηθευτές σπόρων δημοσιεύουν μερικές φορές διαφορετική θερμοκρασία βάσης για μια συγκεκριμένη ποικιλία· όταν αυτή είναι διαθέσιμη, πρέπει να χρησιμοποιείται αντί της προεπιλεγμένης.

Σε τι χρησιμεύουν οι μονάδες θερμοημέρας ανάπτυξης

Οι αγρότες χρησιμοποιούν τα συσσωρευμένα αθροίσματα GDU για αρκετές πρακτικές αποφάσεις:

• Πρόβλεψη των σταδίων ανάπτυξης. Οι εταιρείες σπόρων δημοσιεύουν κατά προσέγγιση αθροίσματα GDU για ορόσημα όπως το φύτρωμα, η έκπτυξη της φόβης ή η ωρίμανση, ώστε ο καλλιεργητής να εκτιμά πότε θα φτάσει μια καλλιέργεια σε ένα στάδιο, αντί να βασίζεται μόνο στο ημερολόγιο.
• Επιλογή ημερομηνιών φύτευσης. Η σύγκριση των συνολικών απαιτήσεων GDU μιας ποικιλίας με το τυπικό άθροισμα GDU έως τον πρώτο φθινοπωρινό παγετό δείχνει αν υπάρχει αρκετό περιθώριο ασφαλείας για μεταγενέστερη ή πρωιμότερη φύτευση.
• Χρονικός προγραμματισμός παρακολούθησης επιβλαβών οργανισμών. Πολλά εντομολογικά παράσιτα αναπτύσσονται σύμφωνα με το δικό τους πρόγραμμα που καθορίζεται από τη θερμότητα. Οι γεωργικές συμβουλευτικές υπηρεσίες δημοσιεύουν κατώφλια GDU για την έναρξη της παρακολούθησης συγκεκριμένων παρασίτων.
• Προγραμματισμός άρδευσης και συγκομιδής. Επειδή στάδια ανάπτυξης που είναι ευαίσθητα στο νερό, όπως η ανθοφορία, εμφανίζονται σε γνωστά εύρη GDU, οι καλλιεργητές μπορούν να τα προβλέπουν αντί να αντιδρούν εκ των υστέρων.

Ιστορία

Η ιδέα της άθροισης της θερμοκρασίας για την πρόβλεψη των ημερομηνιών ανάπτυξης των φυτών ανάγεται στο 1730, όταν ο Γάλλος επιστήμονας René Réaumur πρότεινε ότι το άθροισμα των ημερήσιων θερμοκρασιών πάνω από ένα κατώφλι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη του πότε ένα φυτό θα έφτανε σε ένα δεδομένο στάδιο. Οι ερευνητές βελτίωσαν την έννοια κατά τους επόμενους δύο αιώνες, εισάγοντας θερμοκρασίες βάσης ειδικές για κάθε καλλιέργεια. Η μέθοδος θερμικών μονάδων καλαμποκιού που χρησιμοποιούν πολλές σύγχρονες αριθμομηχανές, συμπεριλαμβανομένης της τροποποιημένης μεθόδου με ανώτατο θερμοκρασιακό όριο, ανάγεται σε μια εργασία του 1958 των E. C. Gilmore και J. S. Rogers, στην οποία μετρήθηκε η ωρίμανση του καλαμποκιού με χρήση συσσωρευμένων θερμικών μονάδων.

Συχνές ερωτήσεις

Είναι μια μονάδα θερμοημέρας ανάπτυξης το ίδιο με μια θερμοημέρα ανάπτυξης; Ναι. Οι όροι GDU και GDD αναφέρονται στην ίδια μέτρηση. Διαφορετικές περιοχές και οργανισμοί προτιμούν τον έναν ή τον άλλο όρο, αλλά ο υπολογισμός είναι ίδιος.

Γιατί η παρούσα αριθμομηχανή περιορίζει τη μέγιστη θερμοκρασία στους 86°F (30 °C); Πάνω από περίπου 86°F (30 °C), οι περισσότερες καλλιέργειες παύουν να επωφελούνται αναπτυξιακά από την επιπλέον θερμότητα και μπορεί αντί γι’ αυτό να υποστούν θερμική καταπόνηση. Ο περιορισμός της μέγιστης θερμοκρασίας εμποδίζει μια εξαιρετικά θερμή ημέρα να υπερεκτιμήσει τη συμβολή της στην ανάπτυξη του φυτού.

Γιατί το αποτέλεσμα διαφέρει από έναν απλό μέσο όρο της μέγιστης και της ελάχιστης θερμοκρασίας; Η παρούσα αριθμομηχανή προσαρμόζει κάθε θερμοκρασία προς τη θερμοκρασία βάσης και το όριο των 86°F (30 °C) πριν από τον υπολογισμό του μέσου όρου. Μια κρύα νύχτα κάτω από τη θερμοκρασία βάσης αυξάνεται έως τη θερμοκρασία βάσης, ενώ μια θερμή ημέρα πάνω από 86°F (30 °C) μειώνεται στους 86°F (30 °C). Ο απλός μέσος όρος των αρχικών μέγιστης και ελάχιστης θερμοκρασίας δεν θα συμφωνεί με το αποτέλεσμα της αριθμομηχανής κάθε φορά που μια θερμοκρασία βρίσκεται εκτός αυτού του εύρους.

Ποια θερμοκρασία βάσης πρέπει να χρησιμοποιήσω; Χρησιμοποιήστε 50°F (10 °C) για καλαμπόκι, σόγια και σόργο, 32°F (0 °C) για σιτάρι και 60°F (16 °C) για βαμβάκι, εκτός αν ο προμηθευτής σπόρων ορίζει διαφορετική τιμή για συγκεκριμένη ποικιλία.

Πώς παρακολουθώ τις GDU καθ’ όλη τη διάρκεια μιας καλλιεργητικής περιόδου; Υπολογίστε την ημερήσια GDU για κάθε ημέρα, αρχίζοντας από τη φύτευση ή το φύτρωμα, και προσθέστε την τιμή κάθε ημέρας σε ένα τρέχον άθροισμα. Συγκρίνετε το άθροισμα με τις δημοσιευμένες απαιτήσεις GDU για το στάδιο ανάπτυξης που σας ενδιαφέρει.

Μπορούν οι GDU να προβλέψουν με ακρίβεια τη συγκομιδή; Όχι. Περιορίζουν σημαντικά το πιθανό χρονικό διάστημα σε σύγκριση με την καταμέτρηση των ημερολογιακών ημερών, αλλά η ξηρασία, οι πλημμύρες, η καταπόνηση από έλλειψη θρεπτικών στοιχείων και οι διαφορές μεταξύ ποικιλιών μπορούν να μετατοπίσουν την πραγματική ημερομηνία.

Παραπομπές

1. Gilmore, E. C. και J. S. Rogers. «Θερμικές μονάδες ως μέθοδος μέτρησης της ωρίμανσης στο καλαμπόκι». Agronomy Journal, τόμ. 50, αρ. 10, 1958, σσ. 611–615.
2. McMaster, G. S. και W. W. Wilhelm. «Θερμοημέρες ανάπτυξης: μία εξίσωση, δύο ερμηνείες». Agricultural and Forest Meteorology, τόμ. 87, αρ. 4, 1997, σσ. 291–300.
3. Baskerville, G. L. και P. Emin. «Ταχεία εκτίμηση της συσσώρευσης θερμότητας από τις μέγιστες και ελάχιστες θερμοκρασίες». Ecology, τόμ. 50, αρ. 3, 1969, σσ. 514–517.