Калькулятор единиц роста | Отслеживание развития сельскохозяйственных культур с помощью ЕР

Что такое сумма эффективных температур?

Сумма эффективных температур (СЭТ), также называемая суммой градусо-дней (GDD), — это показатель того, сколько тепла получил урожай в определённый день. Фермеры и агрономы суммируют СЭТ от посадки на протяжении всего сезона, чтобы предсказать, когда культура достигнет такой стадии, как появление всходов, цветение или созревание. Этот калькулятор определяет дневное значение СЭТ по максимальной и минимальной температуре за день, а также по базовой температуре культуры.

Простого подсчёта календарных дней недостаточно, поскольку прохладный и тёплый день продвигают развитие растения на разную величину. СЭТ устраняет эту проблему, преобразуя температуру в накапливаемый показатель тепла.

Как рассчитывается сумма эффективных температур

У каждой культуры есть базовая температура — значение, ниже которого её развитие прекращается. При температуре ниже этого значения процессы роста растения почти останавливаются, поэтому такие часы не добавляют СЭТ. Для кукурузы и сои обычно используют базовую температуру 50°F (10 °C).

У большинства культур также есть практический верхний предел. При температуре выше примерно 86°F (30 °C) дополнительное тепло уже не ускоряет развитие и даже может вызвать стресс у растения. Этот калькулятор использует модифицированный метод расчёта СЭТ (иногда называемый методом «кукурузы» или методом Барджера), при котором дневная максимальная температура ограничивается значением 86°F (30 °C), а дневная минимальная повышается до базовой температуры перед вычислением среднего. Формула имеет вид:

$\text{GDU} = \frac{\text{ограниченное значение } T_{\text{max}} + \text{ограниченное значение } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{базовая температура}}$

Сначала каждая температура корректируется следующим образом:

• Если температура ниже базовой, её повышают до базовой температуры.
• Если температура выше 86°F (30 °C), её понижают до 86°F (30 °C).
• В остальных случаях её оставляют без изменений.

Если результат формулы отрицательный, калькулятор показывает 0, поскольку культура не может терять накопленное тепло. Так как минимальная температура сначала повышается до базовой, среднее значение не может быть ниже базовой температуры; поэтому это ограничение срабатывает только если введена базовая температура выше 86°F (30 °C).

Зачем сначала корректировать температуры

Этап корректировки важнее, чем может показаться. Без него очень холодная ночь могла бы снизить среднюю температуру за день ниже базовой и дать вводящий в заблуждение отрицательный или близкий к нулю показатель, хотя в тёплые дневные часы растение нормально росло. Ограничение максимальной температуры не позволяет необычно жарким дням учитываться как обеспечивающим больше роста, чем растение действительно способно использовать. Поскольку обе корректировки выполняются до вычисления среднего, результат этого калькулятора может отличаться от простого среднего без ограничений между максимальной и минимальной температурами за день.

Пример расчёта

Пример 1: жаркий день с ограниченной максимальной температурой

• Максимальная температура: 92°F (33,3 °C)
• Минимальная температура: 68°F (20 °C)
• Базовая температура: 50°F (10 °C)

Максимальная температура выше 86°F (30 °C), поэтому её ограничивают: 92°F (33,3 °C) превращается в 86°F (30 °C). Минимальная температура, 68°F (20 °C), уже выше базовой, поэтому её не изменяют.

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

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

Пример 2: прохладная ночь с повышенной минимальной температурой

• Максимальная температура: 65°F (18,3 °C)
• Минимальная температура: 40°F (4,4 °C)
• Базовая температура: 50°F (10 °C)

Максимальная температура, 65°F (18,3 °C), находится между базовой температурой и 86°F (30 °C), поэтому остаётся без изменений. Минимальная температура, 40°F (4,4 °C), ниже базовой, поэтому её повышают до 50°F (10 °C).

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

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

Пример 3: отслеживание накопленного итога

Значения СЭТ суммируются в течение сезона. В таблице ниже показаны пять дней при базовой температуре 50°F (10 °C).

В день 3 минимальная температура 45°F (7,22 °C) ниже базовой, поэтому перед вычислением среднего её повышают до 50°F (10 °C); получается (70 + 50) / 2 − 50 = 10,00 СЭТ. В день 4 происходит то же самое: минимальную температуру 40°F (4,4 °C) повышают до 50°F (10 °C), получая (65 + 50) / 2 − 50 = 7,50 СЭТ. За пять дней культура накопила 77,50 СЭТ.

Базовые температуры культур

Базовая температура зависит от происхождения и биологии культуры. Культура, выведенная для прохладного климата, переносит более низкие температуры, чем культура, выведенная для тропиков.

Это обычно используемые значения по умолчанию, основанные на рекомендациях сельскохозяйственных консультационных служб. Поставщики семян иногда указывают другую базовую температуру для конкретного сорта; при наличии таких данных следует использовать именно это значение.

Для чего используют сумму эффективных температур

Фермеры используют накопленные значения СЭТ для принятия нескольких практических решений:

• Прогнозирование стадий развития. Семеноводческие компании публикуют приблизительные значения СЭТ для таких этапов, как появление всходов, вымётывание метёлки или созревание, поэтому растениевод может оценить время наступления стадии, не ориентируясь только на календарь.
• Выбор сроков посева. Сопоставление общей потребности сорта в СЭТ с типичным накопленным значением СЭТ к первым осенним заморозкам показывает, достаточно ли запаса времени для более позднего или раннего посева.
• Определение сроков обследования на вредителей. Многие насекомые-вредители развиваются по собственному графику, зависящему от тепла. Консультационные службы публикуют пороговые значения СЭТ, при которых следует начинать обследование на конкретных вредителей.
• Планирование орошения и уборки. Поскольку чувствительные к влаге стадии развития, такие как цветение, наступают в известных диапазонах СЭТ, растениеводы могут заранее подготовиться к ним, а не реагировать постфактум.

История

Идея суммирования температуры для прогнозирования сроков развития растений восходит к 1730-м годам, когда французский учёный Рене Реомюр предложил использовать сумму суточных температур выше порогового значения для прогноза достижения растением определённой стадии. В течение следующих двух столетий исследователи уточняли эту концепцию, вводя базовые температуры для отдельных культур. Метод кукурузных тепловых единиц, используемый многими современными калькуляторами, включая модифицированный метод с верхним температурным ограничением, восходит к статье 1958 года Э. К. Гилмора и Дж. С. Роджерса, в которой созревание кукурузы оценивалось по накопленным тепловым единицам.

Часто задаваемые вопросы

Сумма эффективных температур — это то же самое, что сумма градусо-дней? Да. СЭТ и GDD обозначают один и тот же показатель. В разных регионах и организациях предпочтение отдаётся одному из этих терминов, но расчёт одинаков.

Почему этот калькулятор ограничивает максимальную температуру значением 86°F (30 °C)? При температуре выше примерно 86°F (30 °C) большинство культур перестаёт получать пользу для развития от дополнительного тепла и вместо этого может испытывать тепловой стресс. Ограничение максимальной температуры не позволяет одному очень жаркому дню завысить его вклад в рост растения.

Почему мой результат отличается от простого среднего максимальной и минимальной температур? Перед вычислением среднего этот калькулятор корректирует каждую температуру с учётом базовой температуры и ограничения 86°F (30 °C). Холодную ночь с температурой ниже базовой повышают до базовой, а жаркий день с температурой выше 86°F (30 °C) понижают до 86°F (30 °C). Простое среднее исходных максимальной и минимальной температур не совпадёт с результатом калькулятора, если одна из температур выходит за этот диапазон.

Какую базовую температуру следует использовать? Для кукурузы, сои и сорго используйте 50°F (10 °C); для пшеницы — 32°F (0 °C); для хлопчатника — 60°F (16 °C), если поставщик семян не указывает другое значение для конкретного сорта.

Как отслеживать СЭТ в течение всего сезона? Рассчитывайте суточную СЭТ для каждого дня, начиная с посева или появления всходов, затем добавляйте значение каждого дня к накопленному итогу. Сопоставляйте итог с опубликованными требованиями по СЭТ для интересующей стадии развития.

Может ли СЭТ точно предсказать дату уборки? Нет. По сравнению с подсчётом календарных дней этот показатель значительно сужает предполагаемый интервал, но засуха, затопление, дефицит питательных веществ и различия между сортами могут изменить фактическую дату.

Источники

1. Gilmore, E. C., and J. S. Rogers. «Heat Units as a Method of Measuring Maturity in Corn». Agronomy Journal, т. 50, № 10, 1958, с. 611–615.
2. McMaster, G. S., and W. W. Wilhelm. «Growing Degree-Days: One Equation, Two Interpretations». Agricultural and Forest Meteorology, т. 87, № 4, 1997, с. 291–300.
3. Baskerville, G. L., and P. Emin. «Rapid Estimation of Heat Accumulation from Maximum and Minimum Temperatures». Ecology, т. 50, № 3, 1969, с. 514–517.