Зростання рослин: Модель денних градусів

Денні градуси: підрахунок тепла, а не календарних днів

Рослини не розвиваються за фіксованим календарем; їхній розвиток залежить від накопиченого тепла вище певного для виду порогу. Модель денних градусів (GDD) формалізує цей процес: кожен день сприяє нагромадженню теплових одиниць, що дорівнює різниці між середньою температурою та базовою температурою Tbase (температурою, нижче якої розвиток ефективно припиняється), а фенологічні стадії – проростання, цвітіння, зрілість – досягаються після того, як накопичена кількість GDD перетне відомі порогові значення.

GDD(день) = max(0, (Tmax + Tmin)/2 − Tbase) GDDcum(день) = GDDcum(день−1) + GDD(день) • LIVE демо · накопичені денні градуси впливають на переходи між фенологічними стадіями● LIVE Зазвичай базові температури становлять близько 10°C для кукурудзи (теплолюбної культури) та 0–5°C для пшениці (холодостійкої культури, яка може розвиватися повільно навіть при заморозках) – це значення відображає фізіологічну стійкість виду до холоду. День з середньою температурою 22°C сприяє нагромадженню 12 GDD для кукурудзи (база 10), але 17–22 GDD для пшениці (база 0–5): одна й та сама погода означає різний розвиток для різних культур, що є головною метою використання GDD замість календарних дат для планування посіву та прогнозування врожаю.

GDD(day) = max(0, (Tmax + Tmin)/2 − Tbase)
GDDcum(day) = GDDcum(day−1) + GDD(day)

Обмеження верхнього значення

Більшість моделей також обмежують щоденну температуру на певному верхньому порозі перед обчисленням GDD, оскільки темпи розвитку більшості культур дійсно сповільнюються або падають вище певного оптимального значення — екстремальна спека не прискорює розвиток подалі та може пошкодити тканини. Зазвичай використовується обрізка Tmax до чогось близько 30°C для кукурудзи перед усередненням, щоб надзвичайно гарячий день вносив лише обмежений внесок, а не завищений. Реальні моделі культур часто використовують цей простий метод «GDD з пороговими значеннями» як легке наближення того, що більш суворо є нелінійною, косиподібною кривою температурної відповіді.

Вологість ґрунту та тривалість світлового дня модулюють базову швидкість розвитку

Накопичення GDD (денних градусів) припускає, що температура є єдиним обмежуючим фактором, що справедливо лише тоді, коли вода та світло недоступні. Стрес через низьку вологість ґрунту уповільнює або зупиняє розвиток навіть у теплі дні – рослина, яка страждає від посухи, фактично не може використовувати доступну теплову енергію, тому реалістичні моделі множать щоденний внесок GDD на коефіцієнт стресу, отриманий з урахування доступної вологи ґрунту відносно потреб культури. Тривалість світлового дня має значення для фотоперіодних видів: багато сортів пшениці та деякі сорти кукурудзи не переходять до цвітіння, поки тривалість світлового дня не перевищує певний поріг, незалежно від накопиченої теплової енергії, оскільки стимул до цвітіння є окремим світловим сигналом (посередкованим фітохромами), який додається до, а не замінює часовий механізм вегетативного розвитку, що залежить від температури.

Від фітобіосистеми до врожайності

Після того, як модель відслідковує стадію розвитку рослини, потенціал врожайності випливає з того, скільки часу та ресурсів було у рослини на етапах, що мають найбільше значення – для зернових культур, період наповнення зернами особливо чутливий до врожайності, тому тепловий або посуховий стрес, який скорочує його (швидке проходження культури через порогові значення GDD без достатнього накопичення ресурсів), зазвичай зменшує врожайність, навіть якщо загальна кількість набраних градусів тепла здається достатньою. Саме тому моделі на основі GDD використовуються оперативно: агроекологи використовують їх для визначення часу посадки, щоб уникнути вразливих стадій, таких як цвітіння, передбачуваних теплових хвиль або снігових вікон, і для прогнозування дат збору врожаю заздалегідь, на тижні вперед, на основі тенденції накопичення GDD протягом сезону.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Plant Growth Simulator і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.