Калькулятор одиниць теплового росту | Відстеження розвитку сільськогосподарських культур за ОТР

Що таке сума ефективних температур?

Сума ефективних температур (GDU), яку також називають сумою ефективних температур за добу (GDD), — це показник кількості тепла, отриманого культурою за певний день. Фермери й агрономи підсумовують GDU від висівання протягом сезону, щоб передбачити, коли культура досягне такої стадії, як поява сходів, цвітіння або достигання. Цей калькулятор визначає добове значення GDU за максимальною та мінімальною температурою дня, а також базовою температурою культури.

Простий підрахунок календарних днів працює недостатньо добре, оскільки прохолодний і теплий день просувають розвиток рослини на різну величину. GDU усуває цю проблему, перетворюючи температуру на поточний показник накопиченого тепла.

Як розрахувати суму ефективних температур

Кожна культура має базову температуру — значення, нижче якого її розвиток припиняється. За температури нижче цього значення процеси росту рослини майже зупиняються, тому такі години не додають GDU. Для кукурудзи та сої зазвичай використовують базову температуру 50°F (10 °C).

Більшість культур також має практичну верхню межу. За температури вище приблизно 86°F (30 °C) додаткове тепло вже не прискорює розвиток і навіть може спричинити стрес рослини. Цей калькулятор використовує модифікований метод розрахунку суми ефективних температур (іноді його називають методом «кукурудзи» або методом Барджера), за яким добову максимальну температуру обмежують значенням 86°F (30 °C), а добову мінімальну підвищують до базової температури перед обчисленням середнього значення. Формула:

$\text{GDU} = \frac{\text{обмежене значення } T_{\text{max}} + \text{обмежене значення } T_{\text{min}}}{2} - T_{\text{базова температура}}$

Спочатку кожну температуру коригують так:

• Якщо температура нижча за базову, її підвищують до базової температури.
• Якщо температура вища за 86°F (30 °C), її знижують до 86°F (30 °C).
• В іншому разі її залишають без змін.

Якщо результат формули від’ємний, калькулятор показує 0, оскільки культура не може втрачати накопичене тепло. Оскільки мінімальну температуру спочатку підвищують до базової, середнє значення не може бути нижчим за базову температуру. Тому це обмеження спрацьовує лише тоді, коли введено базову температуру вище 86°F (30 °C).

Навіщо спочатку коригувати температури

Етап коригування важливіший, ніж може здаватися. Без нього дуже холодна ніч могла б знизити середню добову температуру нижче базової та дати оманливе від’ємне або близьке до нуля значення, хоча вдень у теплі рослина нормально розвивалася. Обмеження максимальної температури не дає зарахувати надзвичайно спекотним дням більше приросту, ніж рослина насправді може використати. Оскільки обидва коригування виконують до обчислення середнього значення, результат цього калькулятора може відрізнятися від простого необмеженого середнього між максимальною та мінімальною температурами дня.

Приклад обчислення

Приклад 1: спекотний день з обмеженою максимальною температурою

• Максимальна температура: 92°F (33,3 °C)
• Мінімальна температура: 68°F (20 °C)
• Базова температура: 50°F (10 °C)

Максимальна температура вища за 86°F, тому її обмежують: 92°F (33,3 °C) перетворюється на 86°F (30 °C). Мінімальна температура, 68°F (20 °C), уже вища за базову, тому її залишають без змін.

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

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

Приклад 2: прохолодна ніч із підвищеною мінімальною температурою

• Максимальна температура: 65°F (18,3 °C)
• Мінімальна температура: 40°F (4,4 °C)
• Базова температура: 50°F (10 °C)

Максимальна температура, 65°F (18,3 °C), лежить між базовою температурою та 86°F (30 °C), тому залишається без змін. Мінімальна температура, 40°F (4,4 °C), нижча за базову, тому її підвищують до 50°F (10 °C).

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

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

Приклад 3: відстеження поточного підсумку

Значення GDU підсумовують протягом сезону. У таблиці нижче відстежуються дані за п’ять днів за базової температури 50°F (10 °C).

У день 3 мінімальна температура 45°F (7,22 °C) нижча за базову, тому перед обчисленням середнього її підвищують до 50°F (10 °C), отримуючи (70 + 50) / 2 − 50 = 10,00 GDU. У день 4 відбувається те саме: мінімальну температуру 40°F (4,4 °C) підвищують до 50°F (10 °C), отримуючи (65 + 50) / 2 − 50 = 7,50 GDU. Після п’яти днів культура накопичила 77,50 GDU.

Базові температури для різних культур

Базова температура залежить від походження та біології культури. Культура, виведена для прохолодного клімату, переносить нижчі температури, ніж культура, виведена для тропіків.

Це поширені типові значення, наведені в рекомендаціях сільськогосподарських дорадчих служб. Постачальники насіння іноді публікують іншу базову температуру для конкретного сорту; якщо таке значення доступне, слід використовувати саме його.

Для чого використовують суми ефективних температур

Фермери використовують накопичені значення GDU для кількох практичних рішень:

• Прогнозування стадій розвитку. Насіннєві компанії публікують приблизні суми GDU для таких етапів, як поява сходів, викидання волоті або достигання, щоб виробник міг оцінити час настання стадії, а не визначати його лише за календарем.
• Вибір дат сівби. Порівняння загальної потреби сорту в GDU з типовою сумою GDU, накопиченою до перших осінніх заморозків, показує, чи достатній запас часу для пізнішої або раннішої сівби.
• Визначення часу обстеження на шкідників. Багато комах-шкідників розвиваються за власним графіком, залежним від тепла. Дорадчі служби публікують порогові значення GDU, за якими визначають, коли починати обстеження на конкретних шкідників.
• Планування зрошення та збирання врожаю. Оскільки чутливі до води стадії розвитку, наприклад цвітіння, настають у відомих діапазонах GDU, виробники можуть заздалегідь підготуватися до них, а не реагувати постфактум.

Історія

Ідея підсумовувати температуру для прогнозування дат розвитку рослин бере початок у 1730-х роках, коли французький учений Рене Реомюр запропонував використовувати суму добових температур вище певного порогу для прогнозування часу досягнення рослиною певної стадії. Упродовж наступних двох століть дослідники вдосконалювали цю концепцію, запроваджуючи базові температури для окремих культур. Метод теплових одиниць кукурудзи, який використовують багато сучасних калькуляторів, зокрема модифікований метод із верхнім температурним обмеженням, бере початок зі статті 1958 року авторів Е. К. Ґілмора та Дж. С. Роджерса, у якій достигання кукурудзи визначали за накопиченими тепловими одиницями.

Поширені запитання

Чи є сума ефективних температур тим самим, що й сума ефективних температур за добу? Так. GDU і GDD позначають один і той самий показник. У різних регіонах та організаціях надають перевагу одному з цих термінів, але розрахунок однаковий.

Чому цей калькулятор обмежує максимальну температуру значенням 86°F (30 °C)? За температури приблизно вище 86°F (30 °C) більшість культур перестає отримувати користь для розвитку від додаткового тепла, а натомість може зазнавати теплового стресу. Обмеження максимальної температури не дає одному дуже спекотному дню завищити його внесок у ріст рослини.

Чому мій результат відрізняється від простого середнього між максимальною та мінімальною температурами? Перед обчисленням середнього цей калькулятор коригує кожну температуру до базової температури та обмеження 86°F (30 °C). Холодну ніч із температурою нижче базової підвищують до базової, а спекотний день із температурою вище 86°F (30 °C) знижують до 86°F (30 °C). Просте середнє необроблених максимальної та мінімальної температур не збігатиметься з результатом цього калькулятора, якщо одна з температур виходить за зазначений діапазон.

Яку базову температуру слід використовувати? Для кукурудзи, сої та сорго використовуйте 50°F (10 °C); для пшениці — 32°F (0 °C); для бавовнику — 60°F (16 °C), якщо постачальник насіння не вказує іншого значення для конкретного сорту.

Як відстежувати GDU протягом усього сезону? Розраховуйте добову GDU для кожного дня, починаючи від сівби або появи сходів, а потім додавайте значення кожного дня до поточного підсумку. Порівнюйте отриману суму з опублікованими потребами в GDU для потрібної стадії розвитку.

Чи може GDU точно передбачити дату збирання врожаю? Ні. Порівняно з підрахунком календарних днів цей показник значно звужує ймовірний період, але посуха, підтоплення, дефіцит поживних речовин і відмінності між сортами можуть змінити фактичну дату.

Джерела

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