Кліматичні ресурси Лісостепу України
та їх роль у виробництві продукції
рослинництва
Значення тривалості світлового дня та якості світла на темпи та обсяги виробництва продукції рослинництва
Зона Лісостепу простягається смугою понад 1 тис. км від Карпат до східних кордонів України. Загальна площа її становить понад 20,1 млн. га, або 33,6% території України. До зони Лісостепу входять Черкаська, Полтавська, Вінницька, Тернопільська, більша частина Хмельницької, Сумської областей, східні райони Львівської, Івано–Франківської, Чернівецької, південні райони Волинської, Рівненської, Житомирської, Київської та Чернігівської, північні райони Кіровоградської, Одеської, Миколаївської та Харківської областей.
Порівняно м'яка зима, помірно вологе й тепле літо та родючі грунти створюють найсприятливіші на Україні умови для одержання високих і сталих урожаїв майже всіх тепло– і вологолюбивих культур.
У лісостепу сконцентровано 37,2% площі посіву зернових, у тому числі 34,2% озимої пшениці, 41 ярого ячменю, 27,4% кукурудзи, 81% цукрових буряків, 35,5% овочевих культур від загальної площі в країні. Крім того, тут на значній площі вирощують кормові культури, які забезпечують кормами розвинуте м'ясо–молочне тваринництво, свинарство і птахівництво. Перетинаючи широкою смугою із заходу на схід територію республіки між Поліссям на півночі й Степом на півдні, зона відзначається неоднорідністю грунтово–кліматичних і погодних умов.
Життя рослин, їх ріст та розвиток здійснюється в результаті постійної взаємодії між рослиною і довкіллям. Найкраще ці процеси відбуваються при наявності необхідних умов в оптимальній кількості. Тому комплексне вивчення закономірностей росту, розвитку та формування врожаю сільськогосподарських культур у системі грунт–рослина–атмосфера можливі лише на підставі кількісної та якісної оцінки впливу метеорологічних умов. Найвища продуктивність посівів формується завжди при певному поєднанні метеорологічних елементів та оптимальних їх показників, що визначаються біологічними властивостями рослин.
В наш час, коли сільське господарство перейшло на інтенсивний шлях розвитку, до клімату і погоди необхідно підходити, як до факторів не тільки природних, але й економічних і соціальних. Тому щорічний облік і об'єктивний аналіз температурного режиму, кількості опадів, вологості грунту та інших факторів являється важливою умовою творчої господарської діяльності спеціалістів, пошуку ними засобів зменшення впливу кліматичних і погодних аномалій на урожай.
Сонячна енергія – незамінний, обов'язковий екологічний фактор існування рослин і живих організмів. Світло – основний фактор фотосинтезу в рослинах. Сонячна радіація є основним енергетичним ресурсом землі. Радіаційний фактор визначається припливом тепла від сонця і залежить від тривалості дня і висоти стояння сонця над горизонтом, а також від хмарності, прозорості атмосфери і стану земної поверхні.
Протягом року на Україні полуденні висоти стояння сонця змінюються в широких межах: взимку від 250 на півночі, до 230 на півдні; влітку від 600 на півночі, до 680 на півдні. Тривалість дня відповідно коливається взимку від 7,4 до 8,6 годин, влітку від 15,3 до 16,5.
Важливим показником радіаційного режиму є тривалість сонячного сяяння, тобто часу, протягом якого прямі сонячні промені потрапляють на земну поверхню. За багаторічними спостереженнями загальна річна тривалість сонячного сяяння в зоні Лісостепу перевищує 2000 годин. При цьому взимку місячні суми становлять 15 – 30 відсотків, а влітку – 60 відсотків можливої суми.
Мінімальне значення тривалості сонячного сяйва спостерігається в грудні (33–45 год.).
В січні тривалість сонячного сяйва дещо зростає, а в лютому воно в 2 рази більшеніж в грудні (55–70год).
Починаючи з березня тривалість сонячного сяйва інтенсивно зростає і сягає 120–155 годин, в квітні 160–170 годин, в травні 240–260 годин. В червні число годин сонячного сяйва збільшується мало. Причиною цього є збільшення хмарності порівняно з травнем.
Тривалість сонячного сяйва в червні превищує травневе всього на 10–30 годин.
В липні тривалість сонячного сяйва досяє найвищих значень року і складає 260–300 години.
В послідуючі місяці тривалість сонячного сяйва зменшується і складає: в серпні 230–250 години, в вересні 170–180 години, в жовтні 100–140; в листопаді 45–50 години.
Основну кількість ткпла зелена поверхня одержує завдяки сонячній радіації. Сумарна радіація в зоні Лісостепу за рік становить 95–107 кілокалорій на 1 см2.
Сумарна величина ФАР за періодж з температурами вище плюс 5 і плюс 10С складає відповідно 1600–1750 і 1460–1470 МД ж/м2.
Більшу частину цього тепла земна поверхня одержує у весняно–літній період.
Така кількість сонячної радіації забезпечує вирощування багатьох основних сільськогосподарських культур. У процесі фотосинтезу використовується не весь спектр сонячної радіації, а лише та частина, яка знаходиться в інтервалі довжини хвилі 0,38 – 0,71 мкм. Вона називається фотосинтетичною активною радіацією (ФАР). ФАР являється одним із важливих факторів продуктивності сільськогосподарських рослин. Для накопичення органічної маси рослин необхідно, щоб енергетична освітленість, створювана сонячною радіацією перевищувала значення, яке називається компенсаційною точкою. Для сільськогосподарських культур це значення знаходиться в межах інтенсивності ФАР 20 – 35 Вт/м2. При менших значеннях спостерігається витрата органічної маси на дихання і зменшується фотосинтез, а відтак, врожайність.
Рослини використовують сонячну енергію протягом усього свого життя. Сонце діє на рослини не тільки безпосередньо, а й через нагрівання грунту і повітря.
Ефективність використання променистої енергії рослинами характеризується коефіцієнтом корисної дії. Коефіцієнт корисної дії фотосинтезу рослинного покриву культурних рослин складає 0,5 – 1 відсоток.
Підраховано, що теоретично можливий коефіцієнт корисної дії може складати 5 – 10 і більше відсотків. Розвиток рослин, врожайність, хімічний склад залежать від тривалості світлового дня і величини ФАР.
Світло впливає на утворення пластичних речовин. Без світла не можливі життєві процеси у більшості рослин, причому має значення не тільки інтенсивність, а й склад світла.
За реакцією на світло рослини умовно поділяють на групи: рослини, що вимагають тривалого денного освітлення (рослини довгого дня – пшениця, жито, овес, ячмінь, горох, льон, мак, конюшина, люцерна, буряки, морква); рослини, що вимагають нетривалого денного освітлення (рослини короткого дня – просо, кукурудза, квасоля, соя, сорго); проміжні і нейтральні рослини. Проміжні культури не цвітуть і не плодоносять, а нейтральні рослини зовсім не реагують на тривалість дня.
Рослини вирощені при малому освітленні містять мало хлорофілу, характеризуються слабко розвинутою механічною тканиною, в них недостатній вміст цінних поживних речовин, особливо цукрів. При затіненні збільшується висота рослин, але ослаблюється кущіння, знижується маса надземних органів і розвиток кореневої системи.
Недостатня освітленість у роки з переважанням хмарної погоди є причиною слабкої диференціації тканини рослин, яка часто призводить до вилягання зернових культур під дією вітру та дощу.
Добре освітлені посіви формують високу врожайність доброї якості. Зерно сільськогосподарських культур при достатньому освітленні містить більше білку, клейковини, жиру та інших цінних речовин.
Вміст цукру в плодах баштанних культур, буряках збільшується залежно від числа сонячних днів протягом вегетаційного періоду. Біологічна активність шкідників сільськогосподарських рослин і хвороботворних мікробів певною мірою залежить від радіаційних факторів. Спостереження показують, що зернові, які вирощують на південних схилах, менше пошкоджуються шкідниками, хворобами, порівняно з посівами, висіяними на схилах інших експозицій.
Щоб більше виробляти продуктів рослинництва, потрібно раціонально і повно використовувати сонячну радіацію.
У сільському господарстві використовують ряд науково–обгрунтованих агротехнічних заходів для регулювання кількості сонячної радіації, одержуваної окремою рослиною. Серед них найпоширенішими є: створення оптимальної густоти стояння рослин, сумісні посіви, зміна напрямку сівби відносно сторін горизонту, формування оптимальної листкової поверхні, створення різноярусного травостою в посівах.
Температурний режим та його вплив на ріст та розвиток основних сільськогосподарських культур
Поряд із світлом, тепло відносять до основних факторів життя рослин необхідних умов для біологічних, хімічних і фізичних процесів. Тепловий режим грунту і приземного шару повітря визначає не тільки темпи розвитку рослин, а й долю врожаю в цілому.
Середня річна температура повітря зони Лісостепу –7 –80С. найнижчі середні січневі температури повітря спостерігаються в східному Лісостепу (–7 –80С); на заході вони підвищуються до –4 –60С.
Літо в Лісостепу тепле.
Найвищих значень протягом року середньомісячна температура повітря досягає в липні на заході зони 18–190С, на сході 19–210С.
Найхолоднішим періодом року є третя декада січня–перша декада лютого, а найтеплішим– друга–третя декада липня.
Температура повітря 300С і вище, яка може завдавати шкоди сільськогосподарським культурам, буває періодами ( протягом 10–80 годин) в основному в липні–серпні. Середня тривалість періоду за рік з мінімальною температурою мінус20С і нижче буває в січні–лютому і становить 5–9 днів.
Тривалість періоду з температурою повітря мінус 300С і нижче не перевищує одного дня.
Важливою характеристикою теплового режиму для вирощування різних сільськогосподарських культур є тривалість теплого періоду року взагалі і періоду вегетації зокрема.
Чим триваліший теплий період в умовах достатньої забезпеченості іншими факторами, тим різноманітніший набір вирощуваних культур і якісніша одержувана від них сільськогосподарська продукція.
У метеорології прийнято перехід середньої добової температури повітря через 00С у бік потепління вважати за початок весни, а перехід її восени в бік похолодання – за початок зими.
Вегетаційний період більшості сільськогосподарських культур господарства обмежується кількістю днів з середніми добовими температурами повітря вище +50С, теплолюбивих вище +100С і досить теплолюбивих вище +150С.
Дати стійкого переходу середньої добової температури повітря через 5С припадають на період сходу снігового покриву і початку швидкого розвитку весняних процесів. Цей період температури ( в кінці березня–перша половина квітня) обумовлює початок вегетаційного періоду польових культур: інтенсивне відновлення вегетації озимини і посів ранніх ярих.
Осінній перехід середньодобової температури повітря через 50С у бік зниження в Лісостепу спостерігається в кінці жовтня.
Дати стійкого переходу середньодобової температури повітря через 10С весною обумовлюють строки сівби теплолюбивих культур. Їх активний ріст і розвиток відбувається при середній добовій температурі повітря вище 10С, тому період з такою температурою називається періодом активної вегетації теплолюбивих культур. По всій території зони Лісостепу перехід середньої добової температури повітря через 100С починається в середньому у третій декаді квітня.
Восени перехід середньодобової температури повітря через 10С в сторону зниження спостерігається в першій декаді жовтня і вказує на припинення активної вегетації теплолюбивих культур.
Дати стійкого переходу середньодобової температури повітря через 150С у бік зниження і підвищення обмежується сезоном літа.
В лісостепу температура вище 150С в середньому встановлюється в травні.
Осінній перехід середньодобової температури через 150С у бік зниження, що приймається за кінець літа і початок осені, в основному спостерігається в першій декаді вересня.
Для планування найбільш оптимальних строків початку і закінчення польових робіт та районування сільськогосподарських культур визначається тривалістю періодів між датами стійкого переходу через 5,10,150С. Тривалість цих періодів на території Лісостепу в середньому складає відповідно 201,158,109 днів
Суттєві корективи в можливий період вегетації сільськогосподарських культур району вносять заморозки. Середня дата останніх весняних заморозків 17 квітня (найраніша 22 березня і найпізніша 24 травня) і перших осінніх заморозків 16 жовтня (найраніша 20 вересня і найпізніша 12 листопада). Тривалість безморозного періоду складає 160 – 170 днів.
Тривалість теплого періоду в зоні Лісостепу – 230 – 275 днів; тривалість вегетаційного періоду – 190 – 210 днів; періоду активної вегетації – 150 –180 днів.
Для оцінки теплових ресурсів місцевості щодо вирощування різних сільськогосподарських культур або розвитку шкідників найчастіше в практиці користуються сумами активних та ефективних температур. В зоні Лісостепу суми активних температур складають: вище +50С – 29800С. +100С – 26450С і + 150С – 20050С. Суми ж ефективних температур повітря вище даних меж складають відповідно – 1955, 1035і 3400С. середня мінімальна температура грунту на глибині вузла кущіння озимих – 110С з абсолютним мінімумом в лютому –210С.
Середня глибина промерзання грунту 50 – 70 см (максимальна – 150 см і мінімальна – 10 – 15 см). Формування надземних органів, розвиток рослин все більше залежить від температури повітря. Але в різні періоди життя рослини не однаково вимогливі до тепла. Крім того, одним культурам у період вегетації потрібно більше, іншим – менше тепла. Так, від початку росту до дозрівання вівсу потрібна сума додатних температур вище +100 – 13000С, кукурудзи різних гібридів – 1500 – 20000С, ячменю – 1100 – 12000С, озимій пшениці – 1300 – 16000С, гороху – 900 – 12000С, цукровим бурякам – 1600 – 20000С, картоплі – 1000 – 12000С.
Мінімальна температура достигання для зернових колосових, зернобобових – 100 – 130С, коренебульбоплодів – 6 – 100С. Слід відзначити, що низькі температури знижують врожай репродуктивних органів (зерно), але збільшують загальну масу соломи, коренеплодів. Під час вегетації рослин великої шкоди завдають заморозки. За реакцією до заморозків рослини поділяють на такі групи: дуже стійкі (яра пшениця, овес, ячмінь, горох, сочевиця, чина, мак); стійкі (люпин, боби, соняшник, льон, кормові і цукрові буряки, морква, капуста); малостійкі (соя, кукурудза, картопля, просо, сорго); не стійкі (гречка, квасоля, баштанні культури, огірки, помідори).
Як при низьких, так і надмірно високих температурах у рослин уповільнюються фізіологічні функції – фотосинтез, дихання, транспірація тощо. Надмірно високі температури (вище оптимальних) призводять до посилення розпаду речовин і послаблення синтезу, глибоких порушень життєвих функцій органів рослин і вони гинуть.
Вологозабезпеченість як один із основних факторів одержання стабільних врожаїв сільськогосподарських культур
Однією з умов одержання високих і сталих урожаїв сільськогосподарських культур є повне забезпечення їх вологою, яка потрібна рослинам від початку проростання насіння до фази достигання. На більшій частині території України сільськогосподарські культури терплять від нестачі вологи, що негативно позначається на їх рості та ефективності виробництва. Основним джерелом забезпечення рослин вологою є атмосферні опади.
Місяцем з найбільшою кількістю опадів є березень місяць.
Починаючи з квітня спостерігається поступове збільшення опадів, яке продовжується у травні і липні.
У липні на більшій частині Лісостепу випадає максимальна річна сума опадів. У серпні і вересні кількість опадів зменшується.
У жовтні спостерігається незначне підвищення місячних сум опадів порівняно з вереснем. Кількість опадів у листопаді , порівняно з жовтнем скрізь зменшується.
У грудні опадів випадає менше, ніж у листопаді.
Місячні мінімуми опадів в зоні у літні і зимові місяці становлять не більше 10мм. В зоні лісостепу спостерігаються баздощові періоди.Бездощовими вважаються періоди з відсутністю опадів понад 10 днів.Такі періоди завдають великої шкоди сільському господарству, зумовлюючи помітні порушення процесів у життєдіяльності рослин.
Повторюваність бездощових періодів зростає з північного заходу на південний схід. Бездощові періоди тривалістю понад 20 днів спостерігаються не кожен рік.Для більшості сільськогосподарських культур забезпеченність періоду вегетації вологою оцінюється наявністю її у шарі0–20, 0–50, 0–100 см.
За ступенем зволоження зону Лісостепу поділяють на три агрокліматичні підзони: підзона достатнього, нестійкого та недостатнього зволоження.
До підзони достатнього зволоження входять Волинська, Рівненська, Львівська, Івано–Франківська, Тернопільська, Чернівецька (крім східних районів), Хмельницька і Житомирська області, північно–західні райони Вінницької та північні Лісостепові райони Чернігівської та Сумської областей. Тут річна кількість опадів у середньому становить 570 – 600, за вегетаційний період 380 – 450 мм. Кількість опадів зменшується в напрямку на південний схід, але тривалих посух майже не буває. У більшості років водний режим грунту створюється сприятливо – посушливі явища рідкі і нетривалі, а запаси води швидко відновлюються.
Підзона нестійкого зволоження є перехідною між розташованою з півночі й заходу підзоною достатнього, із півдня та сходу підзоною недостатнього зволоження (Могилів–Подільський, Умань, Яготин, Ромни, Суми, Харків).
Таке розташування її зумовлює значну різноманітність районів за грунтовими відмінностями, забезпеченістю рослин водою, температурним режимом та іншими метеорологічними умовами. В середньому за рік тут випадає близько 480 – 500 мм опадів.
Підзона недостатнього зволоження розташована на південь від підзони нестійкого зволоження. До неї входять південні Лісостепові райони Одеської, південно–західні й північно–східні Лісостепові райони Кіровоградської і південні райони Полтавської області. За рік тут випадає 430 – 480 мм опадів, а за вегетаційний період 300– 340 мм.
Протягом року опади розподіляються досить нерівномірно, основна кількість їх випадає в теплий період року (70 – 75%).
Сніговий покрив в Лісостеповій зоні появляється в другій–третій декаді листопада (15 – 25 листопада). Повністю сходить в середньому в кінці березня. Кількість днів з сніговим покривом змінюється від 100 – 110 на північному сході до 70 на південному заході. Середня висота снігового покриву не перевищує 20 – 30 см.
Найбільші запаси продуктивної вологи в грунті формуються, як правило, навесні і складають 160 – 170 мм. Від них в основному і залежить урожай сільськогосподарських культур. Далі, протягом вегетації запаси води суттєво зменшуються за рахунок випаровування і використання рослинами. На початок дозрівання ці запаси під озиминою складають 80 – 90 мм; ярими зерновими 75 – 80 мм; кукурудзою 90 мм; буряками 80 мм. На початок сівби озимих запаси складають близько 130 – 135 мм (чорний пар) і 100 – 120 мм (непарові попередники).
Для комплексної характеристики зволоження території використовують гідротермічний коефіцієнт (ГТК). Доказано, що найкращі умови для отримання високих врожаїв зернових культур при весняних строках сівби створюються тоді, коли ГТК за відповідний період їх вегетації складає 1 – 1,4. Для поукісний і пожнивних посівів оптимальні умови створюються при ГТК 1,4 – 16. В наших умовах середньобагаторічний гідротермічний коефіцієнт за теплий період (квітень – жовтень) складає 1,1 – 1,2, з оптимальними значеннями ГТК 1,3 в окремі роки, що дає можливість віднести район до слабозасушливої зони.
Однією з умов одержання високих врожаїв сільськогосподарських культур є повне забезпечення їх вологою. Рослини в основному використовують ту вологу, яка надходить через корені з грунту. Тому запаси води в грунті, які можуть використовуватись рослиною протягом вегетаційного періоду (продуктивна волога) є важливим показником і фактором підвищення врожайності культурних рослин. Науковою і виробничою практикою доведено, що оптимальна вологість грунту для більшості рослин у період вегетації знаходиться в межах 65 – 80 відсотків польової вологоємкості.
Дослідженнями встановлено, що найвищу врожайність різні культури забезпечують при вологості: кукурудза на силос, овочеві культури, багаторічні трави – 80 відсотків НВ, озима пшениця, жито, ярі зернові, кукурудза на зерно, цукрові, кормові буряки, морква – 70; соняшник – 60 відсотків НВ.
У зернових культур в період від посіву до фази кущіння стан рослин визначається вологістю верхнього шару грунту (0 – 20 см). при вмісті вологи в цьому шарі менше 5 мм сходи, як правило, не з'являються. Задовільний стан сходів буває, коли запаси вологи 12 – 15 мм. Дружні сходи з'являються при запасах 25 – 30 мм. Найвищі врожаї озимих, ярих зернових культур забезпечуються при запасах вологи 110 – 125 мм в шарі 0 – 100 см.
У кукурудзи найбільш високі врожаї зерна забезпечуються при запасі 70 – 80 мм в шарі 0 – 50 см.
Для картоплі оптимальні запаси продуктивної вологи в півметровому шарі складають 60 – 70 мм.
Доведено, що для багатьох культурних рослин велике значення має зволоження орного шару грунту (0 – 20 см), де зосереджена основна частина кореневої системи. Зниження запасів продуктивної вологи в цьому шарі нижче 20 мм негативно впливає на формування врожаю і різко знижує його.
Потреба рослин у волозі змінюється в різні періоди вегетації. Існують так звані критичні періоди, коли рослини найбільш чутливі до нестачі вологи і коли від цього особливо сильно знижується врожай. Найбільш важливо забезпечувати рослини вологою в період утворення репродуктивних органів.
В більшості сільськогосподарських культур критичний період припадає на такі фази: в озимих та ярих колосових – вихід в трубку – налив зерна; у сорго, проса – колосіння – наливання зерна; у кукурудзи – цвітіння – молочна стиглість; у зернобобових і гречки – цвітіння – наливання зерна; в картоплі – бутонізація – масове бульбоутворення; у помідорів – зав'язування і ріст плодів; в огірків – плодоношення. Коренеплоди потребують найбільше вологи в період інтенсивного росту листків і коренеплодів.
До і після критичного періоду допускається зниження вологості грунту на 10 – 20 відсотків НВ порівняно з оптимальною. Це не приводить до суттєвого зниження врожаю.
Вода потрібна для проростання насіння, розчинення, пересування в грунті і надходження в рослину поживних речовин, підтримання в рослинах і клітинах тургору і відповідної температури; для фотосинтезу, транспірації та інших фізіологічних процесів, що відбуваються в рослинному організмі. Особливо важлива роль вологи в процесі фотосинтезу. Фотосинтез відбувається нормально тоді, коли в клітинах, тканинах, органах рослин вміст води становить 75 – 80 відсотків. При нестачі вологи в тканинах рослин посилюється гідроліз і втрачається здатність їх до синтезу і, зокрема, відбувається зниження врожаю, гідроліз вуглеводню, розклад білків.
Об”єктивна оцінка забезпечення вологою критичних періодів вегетації орієнтує на необхідність застосування дифенційованої технології при вирощуванні сільськогосподарських культур та своєчасне вживання заходів для поліпшення умов зволоження грунту.
Отже, кліматичні ресурси зони Лісостепу України сприятливі для вирощування високих врожаїв зернових, технічних, овоче–баштанних плодових та кормових культур. Від того, як вони використовуються багато в чому залежить формування продуктивності сільськогосподарських культур, величина врожаю, якість продукції, її вартість та продуктивність праці.
Комплексне вивчення закономірностей формування врожаю сільськогосподарських культур в системі грунт–рослина–атмосфера можливі лише на основі якісної оцінки метереологічних факторів, важливішими із яких є світло, тепло та волога.