НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ О ТЕПЛООБЕСПЕЧЕННОСТИ В СИСТЕМЕ ПОЧВА РАСТЕНИЕ ВОЗДУХ
DOI 10.12737/2073046220248187 УДК 631.5
Ключевые слова:
: теплообеспеченность растений, точки бифуркации, рост растенийАннотация
В течение вегетационного периода культурные растения подвержены бифуркационным воздействиям, таким как засуха, заморозки, гололед, градобитие, ливневые дожди и т. д. Зависимость человечества от погоды достаточно велика. Цель работы изучение искусственной бифуркации по теплообеспеченности растений в лабораторных условиях. Теплофизические характеристики взаимодействия системы «растение ‒ почва ‒ воздух» обусловлены радиационным теплообменом, включающего приход длинноволновых излучений атмосфера ‒ растения и отраженного излучения растениями в атмосферу; приходом коротковолнового излучения солнечной радиации, используемой листьями растений для фотосинтеза и отражения части этой фотоактивной радиации; турбулентного теплообмена поверхности почвы с окружающим приземным воздухом; транспирационного теплообмена поверхности почвы с окружающим приземным воздухом; теплообмена в почве. Кроме этого солнечная радиация, достигающая поверхности склона имеет разный рассеивающий эффект на функционирование системы «растение ‒ почва ‒ воздух». Заметим, что растительный покров выполняет функцию теплоизоляции между атмосферой и почвой. Аналитическое определение теплообеспеченности растений достаточно сложно вследствие недостаточности данных, входящих в эти выражения и невозможности определения экспериментально соответствующих коэффициентов. Поэтому методика бифуркационного подхода в первом приближении позволяет для конкретной водосборной площади проектировать технологии возделывания сельскохозяйственных культур как по морозоустойчивости, а так и применять мероприятия по защите от заморозков. Проверка устойчивости всходов растений к заморозкам проводилась в лабораторных условиях: посев и проращивание семян ячменя в одинаковых условиях в течении семи суток; помещение в холодильную камеру при -18 °C; извлечение из холодильной камеры с интервалом 5 мин, максимальная продолжительность 50 мин; визуальное наблюдение за состоянием растений. Экспериментальные исследования показали, гибель растений от заморозков описывается уравнением регрессии y = 0,0268x² ‒ 0,3701x + 17,232. В результате исследований предложена бифуркационная функция, подтвержденная лабораторными экспериментами.
Литература
1. Определение точек бифуркации в функционировании системы почва растение воздух» / И. И. Максимов, М. Н. Калимуллин, Е. П. Алексеев [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. 2023. Т. 18, № 2(70). С. 94101. doi 10.12737/20730462202394101.
2. Журавлева В.В. Математические модели процессов регуляции в физиологии растений // Известия Алтайского государственного университета. 2008. (57). С. 4357.
3. Bessonov N., Volpert V. Dynamical Models of Plant Growth. Mathematics and Mathematical modeling. // Mathematics Subject Classification. 2000. P. 63.
4. Marasco А., Giannino F. Modelling competitive interactions and plant soil feedback in vegetation dynamics // Ricerche di Matematica. 2020. 69(1). doi: 10.1007/s11587020004976.
5. Smithers E.T., Luo J., Dyson R.J. Mathematical principles and models of plant growth mechanics: from cell wall dynamics to tissue morphogenesis // Journal of Experimental Botany. 2019. Vol. 70. No. 14. P. 35873600. doi: 10.1093/jxb/erz253.
6. Mathematical Modeling of the Dynamics of ShootRoot Interactions and Resource Partitioning in Plant Growth / C. Feller, P. Favre, A. Janka, et al. // Plos one. 2015. 10(7). doi: 10.1371/journal.pone.0127905.
7. Арнольд В.И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. 128 с.
8. Prigogine I., Wiame J. M. Biologie et thermodynamique des phenomenes irreversibles // Experientia. 1946. Vol. 2. Nо. 11. P. 451453.
9. Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. М.: Мир, 2002. 461 с.
10. Розен Р. Принцип оптимальности в биологии. М.: Мир, 1969. 215 с.
11. Kaur D. Bifurcation induced by delay parameter in plant growth dynamics // J. Phys.: Conf. Ser. 2022. URL: https://www.iopscience.iop.org/article/10.1088/17426596/2267/1/012031 (дата обращения: 21.04.2023). doi: 10.1088/17426596/2267/1/012031
12. Agricultural Engineering Technologies in the Control of Frost Damage in Permanent Plantations / V. Tadi´c, K. Gligorevi´c, Z. Mileusni´c, et al. . AgriEngineering, 2023. 5, P. 20792111.
13. Гольцберг И.А. Климатическая характеристика зам зкв и метды брьбы с ними в СССР [Текст] / И.А. Гольцберг; под ред. Юдина М. И. Ленинград : Гидрометеоиздат, Труды Главной геофизической обсерватории ; вып. 17 (79). 1949. 112 с.
14. Snyder R. L. Frost Protection: Fundamentals, Practice and Economics // Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2005. pp. 223.
15. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Энерго и массообмен в системе растениепочвавоздух. Л. Гидрометоиздат, 1975, 359 с.
16. Менжулин Г.В. Кметодике расчета метеорологического режима врастительном сообществе. Метеорология игидрология, 1970, № 2, с. 92−99.
17. Дубов А.С. Турбулентность в растительном покрове / А.С. Дубов, Л.П. Быкова, С.В. Марунич. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1978. 183 с.
18. Estimation of soil thermal properties using conduction and conductionconvection heat transfer equations in the Brazilian Pampa biome / Zimmer, T., Souza, V. de A., Romio, L. C. et al. // Agricultural and Forest Meteorology, 2023. 338, 109517. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192323002083#previewsectioncitedby (дата обращения 11.10.2024). doi: 10.1016/j.agrformet.2023.109517.
19. Zhu F., Zhou Y., Zhu S. Experimental study on heat transfer in soil during heat storage and release processes. Heat. Mass. Transfer. 2021. 57, P. 14851497. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00231021030456 (дата обращения 11.10.2024).
20. Wardani A. K., Purqon A. Thermal conductivity prediction of soil in complex plant soil system using artificial neural networks //Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2016. Т. 739. №. 1. С. 012007.
21. Agrotool a system for crop simulation / R. A. Poluektov, S. M. Fintushal, I. V. Oparina, et al. // Archives of Agronomy and Soil Science. 2002. Vol. 48(6). P. 609635.
22. Росс Ю.К. К математическому описанию роста растений // Доклады Академии наук СССР. 1966. Т. 171. №2. С. 481483.
23. Тооминг Х.Г. Солнечная радиация и формирование урожая [Текст] / Х.Г. Тооминг. Москва : Гидрометеоиздат, 1977. 197 с.
24. Функционирование системы "растение почва воздух" / И. И. Максимов, В. И. Максимов, С. А. Васильев, В. В. Алексеев // Энергосберегающие агротехнологии и техника для северного земледелия и животноводства, Киров, 1214 декабря 2018 года. Киров: ООО "Кировская областная типография", 2018. С. 5463.
1. Maksimov II, Kalimullin MN, Alekseev EP. [Determination of bifurcation points in the functioning of the soil plant air" system]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 2(70). 94101 p. DOI 10.12737/20730462202394101.
2. Zhuravleva VV. [Mathematical models of regulatory processes in plant physiology]. Izvestiya Altayskogo gosudarstvennogo universiteta. 2008; 1 (57). 4357 p.
3. Bessonov N, Volpert V. Dynamical models of plant growth. Mathematics and mathematical modeling. Mathematics Subject Classification. 2000; P. 63 p.
4. Marasco A, Giannino F. Modelling competitive interactions and plantsoil feedback in vegetation dynamics. Ricerche di Matematica. 2020; 69(1). doi: 10.1007/s11587020004976.
5. Smithers ET, Luo J, Dyson RJ. Mathematical principles and models of plant growth mechanics: from cell wall dynamics to tissue morphogenesis. Journal of Experimental Botany. 2019; Vol.70. 14. 35873600 p. doi: 10.1093/jxb/erz253.
6. Feller C, Favre P, Janka A. Mathematical modeling of the dynamics of shootroot interactions and resource partitioning in plant growth. Plos one. 2015; 10(7). doi: 10.1371/journal.pone.0127905.
7. Arnold VI. Teoriya katastrof. [Theory of catastrophes]. Moscow: Nauka. 1990; 128 p.
8. Prigogine I, Wiame JM. Biologie et thermodynamique des phenomenes irreversibles. Experientia. 1946; Vol.2. 11. 451453 p. French.
9. Prigozhin I, Kondepudi D. Sovremennaya termodinamika. Ot teplovykh dvigateley do dissipativnykh struktur. [Modern termodynamics. From heat engines to dissipative structures]. Moscow: Mir. 2002; 461 p.
10. Rozen R. Printsip optimalnosti v biologii. [The principle of optimality in biology]. Moscow: Mir. 1969; 215 p.
11. Kaur D. Bifurcation induced by delay parameter in plant growth dynamics. J. Phys.: Conf. Ser. 2022; [cited 2023, April 21]. Available from: https://www.iopscience.iop.org/article/10.1088/17426596/2267/1/012031. doi: 10.1088/17426596/2267/1/012031
12. Tadic V, Gligorevic K, Mileusnic Z. Agricultural engineering technologies in the control of frost damage in permanent plantations. AgriEngineering. 2023; 5. 20792111 p.
13. Goltsberg IA. Klimaticheskaya kharakteristika zamorozkov i metody borby s nimi v SSSR. [Climatic characteristics of frosts and methods of combating them in the USSR]. Leningrad: Gidrometeoizdat. Trudy Glavnoy geofizicheskoy observatorii. 17 (79). 1949; 112 p.
14. Snyder RL. Frost protection: fundamentals, practice and economics. Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2005; 223 p.
15. Nerpin SV, Chudnovskiн AF. Energo i massoobmen v sisteme rasteniepochvavozdukh. [Energy and mass transfer in the plantsoilair system]. Leningrad: Gidrometoizdat. 1975; 359 p.
16. Menzhulin GV. [On the methodology for calculating the meteorological regime in a plant community]. Meteorologiya i gidrologiya. 1970; 2. 9299 p.
17. Dubov AS, Bykova LP, Marunich SV. Turbulentnost v rastitelnom pokrove. [Turbulence in vegetation cover]. Leningrad: Gidrometeoizdat. 1978; 183 p.
18. Zimmer T, Souza V. de A, Romio LC. Estimation of soil thermal properties using conduction and conduction convection heat transfer equations in the Brazilian Pampa biome. Agricultural and Forest Meteorology. 2023; 338. 109517. [cited 2024, October 11]. Available from: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192323002083#previewsectioncitedby. doi: 10.1016/j.agrformet.2023.109517.
19. Zhu F, Zhou Y, Zhu S. Experimental study on heat transfer in soil during heat storage and release processes. Heat. Mass. Transfer. 2021; 57. 1485 1497 p. [cited 2024, October 11]. Available from: https://link.springer.com/article/10.1007/s00231021030456.
20. Wardani AK, Purqon A. Thermal conductivity prediction of soil in complex plant soil system using artificial neural networks. Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing. 2016; Vol.739. 1. 012007 p.
21. Poluektov RA, Fintushal SM, Oparina IV. Agrotool a system for crop simulation. Archives of Agronomy and Soil Science. 2002; Vol.48(6). 609635 p.
22. Ross YuK. [Towards a mathematical description of plant growth]. Doklady Akademii nauk SSSR. 1966; Vol.171. 2. 481483 p.
23. Tooming KhG. Solnechnaya radiatsiya i formirovanie urozhaya. [Solar radiation and crop formation]. Moscow: Gidrometeoizdat. 1977; 197 p.
24. Maksimov II, Maksimov VI, Vasilev SA, Alekseev VV. Funktsionirovanie sistemy rasteniepochvavozdukh". Energosberegayushchie agrotekhnologii i tekhnika dlya severnogo zemledeliya i zhivotnovodstva. [Functioning of the plantsoilair" system. Energysaving agricultural technologies and equipment for northern agriculture and animal husbandry]. Kirov. 1214 dekabrya 2018 goda. Kirov: OOO Kirovskaya oblastnaya tipografiya". 2018; 5463 p
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
