Тема 1. Радиация в растительном покрове

Свет как фактор жизнедеятельности растений. Радиационный режим агрофитоценозов. Показатели геометрической структуры фитоценозов. Основные показатели радиационного режима посевов сельскохозяйственных культур. Энергетика продукционного процесса агрофитоценозов. Оптика. Газообмен, фотосинтез, фотодыхание и дыхание как процессы создания биомассы. Световые кривые. Компенсационная точка. Суточные продуктивные ресурсы для газообмена для различных экотипов растений (по водному режиму, по световому режиму) в различных метеорологических условиях разных регионов. Сезонность среды, зональность.

Влияние формы, экспозиции и крутизны на радиационный режим агрофитоценозов в условиях пересеченной местности. Закономерности и различия в притоке коротковолновой радиации к склону.
Тема 2. Преобразования радиации в агрофитоценозах

Функция ослабления потов коротковолновой радиации в слое растительности, закон Бэра, листовой индекс. Особенности радиационного баланса агрофитоценозов. Преобразования прямой солнечной радиации в агрофитоценозах. Пропускание рассеянной радиации растительным покровом. Пропускание суммарной радиации растительным покровом. Альбедо растительного покрова.

Формулы для расчета поглощенной в растительном покрове фотосинтетически активной радиации (ФАР). Роль фотосинтетически активной радиации в отдельные периоды вегетации. «Критические» радиационные периоды. Фоторегуляция процессов в агрофитоценозе (фотопериодизм роста, перехода к зацветанию; типы растений - нейтральные, короткодневные, длиннодневные и др.). Значение интенсивности, длительности, дозы потока, его суточного хода для растений.

Физиологическая длина дня (по газообмену, фотосинтезу, фотопериодизму).

Факторы среды (температура воздуха и почвы, тепловой режим тканей растений), их изменчивость и использование. Тепловой баланс растительного покрова и его составляющие. Суточный и вегетационный ход составляющих теплового баланса агрофитоценозов по экспериментальным данным.

Температура почвы под растительным покровом по сезонам года. Теплофизика почв. Типы теплообмена. Теория молекулярной теплопроводности. Законы Фурье и их микроклиматическая зависимость. Способы оптимизации термического режима почв.

Тепловой баланс и микроклимат склонов. Влияние рельефа на ветровой режим, температуру и амплитуду температуры воздуха, поверхности почвы.

Теплообмен в растительном покрове. Температура воздуха в растительном покрове. Зависимость температуры воздуха от свойств поверхности. Суточный ход теплового баланса листа. Уравнение энергетического баланса листа. Термопериодизм роста. Разность температур листа и воздуха. Дифференциация факторов (метеорологическая температура воздуха, активная и эффективная температура, их суммы). Экотипы растений по отношению к температуре (теплолюбивые, холодоустойчивые и т.д.).

Методы оценки теплообеспеченности сельскохозяйственных культур. Оптимальные и критические температуры. Биологический минимум. Нормативные показатели потребности в тепле сельскохозяйственных культур.
Раздел III. ВОДНЫЙ РЕЖИМ СИСТЕМЫ «ПОЧВА-РАСТЕНИЕ-АТМОСФЕРА»

Тема 5. Передвижение влаги в почве

Факторы среды (влажность воздуха и почвы, испарение и испаряемость, транспирация растений, осадки), их изменчивость и использование растениями. Влага в почве. Состав и водные свойства почв. Потенциалы почвенной влаги. Механизмы передвижения влаги в почве. Движение влаги в насыщенной влагой почве. Движение влаги в ненасыщенной влагой почве. Движение парообразной воды в почве.

Агрогидрологические характеристики почвы. Продуктивная влага. Запасы продуктивной влаги в почве. Водный баланс почвы. Формирование запасов почвенной влаги в холодный период. Изменение запасов продуктивной влаги в теплый период. Эффективные осадки. Типы годового хода запасов продуктивной влаги в почве. «Критические периоды по влаге» в онтогенезе. Влагометрия. Способы определения запасов продуктивной влаги в почве. Расчетные схемы определения количества продуктивной влаги в почве в период вегетации. Регулирование водного баланса с.-х. полей. Расчет норм орошения и осушения. Мелиорация почв.

Испарение, испаряемость и их микроклиматическая изменчивость. Закономерности тепло- и влагообмена испаряющей поверхности с приземным воздухом. Испарение воды почвой. Влажность воздуха в растительном покрове в зависимости от видового состава растений. Взаимодействие выпадающих осадков с растительным покровом. Методы расчета суммарного испарения. Экотипы растений по отношению к влаге (гигрофиты и гидрофиты, мезофиты, ксерофиты суккуленты). Роль жизненных форм растений как отражение адаптации к среде.

Снежный покров, его климатическое и с.х. значение. Роль снега в накоплении влаги в почве. Методы учета зимней влаги. Снежные мелиорации.


Раздел IV. ТУРБУЛЕНТНОСТЬ И РЕЖИМ СО₂ В РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ

Тема 8. Турбулентность в растительном покрове

Понятие пограничный слой атмосферы, приземный слой, приповерхностный слой. Внутренние пограничные слои. Понятие «следа» (области влияния) в приземном слое (footprint). Обтекание воздушным потоком препятствий. Влияние рельефа на ветровой режим агрофитоценозов.

Аэродинамические параметры растительного покрова. Уравнения, описывающие турбулентный режим в сельскохозяйственных посевах. Турбулентный режим в растительном покрове. Вертикальное распределение и суточный ход характеристики турбулентности и метеорологических параметров внутри растительного покрова.

Учет скорости ветра над растительностью. Численные эксперименты и их анализ. Упрощенные подходы к расчету характеристик турбулентности в растительном покрове и над ним.

Уравнение плотности потока турбулентного переноса СО₂ в растительном покрове. Профиль концентрации СО₂ в растительном покрове. Суточный ход потоков СО₂ в посевах.

Воздушный режим почвы. Почвенный воздух - один из важнейших факторов жизни растений. Состав почвенного воздуха. Кислород и его роль в дыхании и обмене веществ. Косвенное влияние недостатка кислорода в почве. Диоксид углерода и его роль. Газообмен. Аэрация почв. Воздухоемкость и воздухопроницаемость почв. Диффузионный перенос газов в почве, как главный фактор поступления кислорода в почву и удаления диоксида углерода. Динамика кислорода и СО₂ в почве. Регулирование воздушного режима почв.
Раздел V. АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И ВАЖНЕЙШИЕ ПРОЦЕССЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ РАСТЕНИЙ

Тема 10. Агрометеорологические условия и онтогенез высших растений

Характеристика основных сельскохозяйственных культур по их требованиям к агрометеорологическим условиям: зерновые культуры, зерновые бобовые (зернобобовые) культуры, прядильные и масличные культуры, корнеплоды и клубнеплоды, овощные и бахчевые культуры, плодовые и ягодные культуры, многолетние и однолетние сеяные травы, естественные пастбища и сенокосы.

Общая характеристика онтогенеза высших растений. Фенологические фазы развития роста растений, возрастные периоды их жизненного цикла. Этапы органогенеза в онтогенезе высших растений.

Теоретическая оценка потенциальной продуктивности и развитие взглядов на причины более реальной продуктивности.

Понятие о критических периодах в жизни растений. Роль лимитирующих факторов (закон минимума Либиха), лучистая энергия как лимитирующий фактор.

Тема 11. Агрометеорологические условия существования растений

Условия существования растений. Экологические факторы. Закон оптимума, лимитирующие факторы и взаимодействие факторов среды. Температурные пределы жизни растений. Суммы температур. Классификация растений по их отношению к световому фактору. Фотопериодизм растений. Классификация растений по их потребности в воде.

Потребность агрофитоценозов в воде. Движение воды через растение. Водный баланс растения. Поступление воды в клетку растений. Распределение воды в клетке и в организме. Метаболизм воды в растительном организме. Функции воды.

Расходование воды растением – транспирация. Значение транспирации. Суточный ход транспирации. Лист как орган транспирации. Влияние внешних условий на степень открытости. Влияние условий на процесс транспирации. Корневая система как орган поглощение воды. Основные двигатели водного тока. Передвижение воды по растению. Влияние внешних условий на поступление воды в растение.

Тема 13. Агрометеорологические условия и углеродный обмен растений

Значение дыхания в жизни растительного организма. СО₂-газообмен растений. Специфика дыхания у растений. Регулирование газообмена устьичным аппаратом. Фотосинтетическая способность и активность дыхания. Влияние факторов внешней среды на фотосинтез и дыхание растений (температуры, газового состава воздуха, светового режима и др.). Уравнение баланса СО₂. Влияние внутренних факторов на процесс дыхания. Пути регуляции дыхательного обмена в растениях.

Процессы образования органического вещества. Пища растений. Роль растения, как посредника между неорганическим и органическим миром, между солнцем и жизнью на земле.

Перенос питательных веществ в почве вблизи корневых поверхностей. Усвоение и синтез веществ. Поглощение растворенных веществ растениями. Роль хлорофилла. Распад веществ. Транспорт минеральных веществ в растении. Усвоение минеральных веществ в растении.

Тема 15. Агрометеорологические условия и фотосинтетическая продуктивность посевов сельскохозяйственных культур

Общая характеристика продукционного процесса. Эффективность использования солнечной радиации агрофитоценозами. Коэффициент полезного использования агрофитоценозами фотосинтетически активной радиации (КПИ_ФАР). Потенциальный и действительно возможный урожай посевов. Уравнения роста и функции распределения ассимилятов. Создание оптимальных условий для увеличения фотосинтетической деятельности с.х. растений и пути более полного использования солнечной радиации в сельском хозяйстве.

Неблагоприятные гидрометеорологические явления теплого периода года. Роль неблагоприятных явлений в разные периоды онтогенеза растений. Прогнозы выживаемости агрофитоценозов.

Понятие о засушливых явлениях (засухах, суховеях). Условия возникновения. Влияние засух и суховеев на урожайность зерновых и плодовых культур. Методы оценки засушливых явлений. Ход составляющих теплового баланса листа, транспирации, фотосинтеза и продуктивности растений в засушливых условиях. Нормативные агрометеорологические показатели засух.

Агрометеорологические показатели суховеев. Критерии оценки суховеев. Суховейный комплекс.

Засушливые условия и урожай. Происхождение засушливых явлений. Повторяемость и вероятность засушливых явлений в России и сопредельных странах СНГ. Способы предупреждения и борьбы. Современные агротехнические и мелиоративные средства борьбы с засушливыми явлениями.
Тема 17. Переувлажнение почв

Почва в гидрологическом круговороте. Способность почв удерживать доступную растениям воду. Водно-физические свойства почв. Водопроницаемость почв. Инфильтрация. Изменение водно-физических свойств почв при переувлажнении и заболачивании.

Причины переувлажнения. Классификация избыточно увлажненных почв. Оценка состояния избыточного увлажнения почв по их агрогидрологическим свойствам. Влияние переувлажнения на периодичность роста и продуктивность растений. Химические и биологические процессы при переувлажнении (замедление процессов разложения органических остатков, процессы брожения, разрушение структуры почвы, нарушение водно-воздушного и питательного режима в почве и др). «Стекание» зерна, прорастание на корню и в валках. Меры предупреждения и борьбы с переувлажнением почв (снижение уплотнения, улучшение водопроницаемости почв специальными агротехническими приемами, отвод талых вод и др.).
Тема 18. Пониженные температуры воздуха

Холодостойкость растений. Признаки повреждения растений в условиях понижения температуры воздуха. Классификация яровых культур по устойчивости к пониженным положительным температурам. Влияние пониженных температур на водный режим и минеральное питание растений. Воздействие пониженных температур на фотосинтез и дыхание растений. Интенсивность поглощения диоксида углерода при различных температурах воздуха. Влияние пониженных положительных температур на развитие и продуктивность растений. Продолжительность межфазных периодов и уровень тепла.

Повреждение растений заморозками. Типы заморозков и их характеристика. Ночное выхолаживание приземного слоя воздуха. Влияние местных условий на заморозки. Механизм повреждения растений при заморозке. Норма­тивные показатели критических температур повреждения основных с.х. культур заморозками.

Влияние заморозков на продуктивность агрофитоценозов. Способы предсказания заморозков. Меры предупреждения и борьбы с заморозками.
Тема 20. Эрозия почв. Град

Почвенно-деградационные процессы в агроландшафтах. Водная эрозия почв. Виды эрозии. Факторы эрозионного процесса. Смыв почвы в результате ливней и при таянии снега весной. Роль климатического фактора в развитии процессов эрозии почв. Влияние потепления климата на интенсивность и направленность процессов эрозии. Приемы и способы предупреждения, минимизации и/или предотвращения разрушения почвы водной эрозией.

Ветровая эрозия почв (дефляция). Пыльные бури. Естественные и антропогенные факторы разрушения почвы ветром. Способы предупреждения и борьбы. Полегание посевов.

Град. Градобитие и противоградовая защита посев с.-х. культур.

Неблагоприятные гидрометеорологические явления холодного периода года. Зимостойкость растений. Агрометеорологические условия, определяющие закалку и состояние зимнего покоя растений. Специфика условий и их динамика. Влияние осеннего состояния растений на их зимостойкость. Закалка растений. Роль узла кущения в зимостойкости растений. Изменение зимостойкости растений в зависимости от условий периода закалки.

Вымерзание зимующих культур. Возможности активного воздействия на условия перезимовки (закаливание, снегозадержание, мелиорации, мульчирование и т.д.) в зависимости от метеорологических условий. Оценки состояния растений под снегом и без снега зимой. Методы контроля.
Тема 22. Выпревание, вымокание, ледяная корка, выпирание растений

Проблемы повреждения сельскохозяйственных растений зимой при нарушении устойчивости термического режима. Снежный покров и ледяная корка (оптика, плотность) влияние на газообмен и термический режим почвы и растений.

Выпревание растений. Вымокание растений. Вредное влияние на растения притертой к почве и подвешенной ледяной корки. Выпирание растений. Зимний нагрев и иссушение растений. Последствия зимних повреждений. Меры профилактики и борьбы.

Тема 23. Погода и вредители сельскохозяйственных культур. Болезни растений

Основные вредители сельскохозяйственных культур. Многоядные вредители. Влияние факторов внешней среды на развитие и размножение вредителей растений.

Болезни сельскохозяйственных культур. Влияние факторов внешней среды на появление и развитие болезней растений. Температурные границы жизни вредных организмов (вредителей, болезней). Моделирование жизненного цикла развития вредных организмов и скорости инфекционного процесса.

Раздел VII. АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
Тема 24. Экспериментальные и теоретические исследования в агрометеорологии

Фитотроны и замкнутые камеры как экспериментальная база получения информации о действии регулируемых (стабилизируемых, изменяемых по программе) факторов (интенсивность ФАР, концентрация СО₂ температура воздуха, корневое питание в почвенной среде; гидро- и аэропоника).

Экспериментальные воздействия на агрофитоценозы в естественных условиях (плотность посева, сроки сева, изменение облученности затенителями неселективного и селективного типа и т.д.).

Программирование урожаев на основе моделирования и практическая коррекция ростовых процессов. Математическое моделирование различных блоков продукционного процесса.

Научные основы методов агрометеорологических прогнозов и их значение для сельского хозяйства. Виды агрометеорологических прогнозов. Биологический контроль за ростом и развитием растений. Возможности интерполяции. Текущая метеоинформация, её соответствие нормам условий роста агрофитоценозов. Роль количественных оценок и прогнозов в системе оперативного агрометеорологического обеспечения аграрного сектора страны. Статистические, динамико-статистические и синоптико-статистические методы оценок и прогнозов.

Прогноз погоды и оценка климатических изменений (отклонений от среднемноголетних значений) как основа прогноза продукционного процесса. Представления о различных методах прогноза состояния и развития агрофитоценозов. Использование агрометеорологической информации в НИР.
Тема 26. Современное агрометеорологическое обеспечение сельскохозяйственного производства

Сельскохозяйственная оценка климата. Агроклиматические по­казатели. Оценка ресурсов солнечной радиации, термических ресур­сов вегетационного периода, условий увлажнения, перезимовки сель­скохозяйственных культур, проведения полевых работ.

Основные формы, виды, содержание агрометеорологической информации. Агрометеослужба, агрометеостанции, агрометеорологические и агроклиматические бюллетени. Справочники (общие, региональные, факторные), карты, атласы. Возможности ВМО для агрометеорологии.

Аэрокосмические методы исследования в агрометеорологии и их практическое применение. Дистанционное зондирование. Системы мониторинга состояния посевов.

Таблица 4

Таблица 5

Примеры типичных работ, заданий и основные вопросы, связанные с их выполнением.

1. 
   Рассчитать дату наступления прогнозируемой фазы (D), используя исходные данные для составления прогноза (см. задание в Методичке). Результаты занести в таблицу 14.1.
   

Таблица 14.1