Растущий градус-день

Градусо-дни роста (GDD), также называемые единицами градуса роста (GDU), являются эвристическим инструментом в фенологии . GDD — это мера накопления тепла, используемая садоводами , огородниками и фермерами для прогнозирования темпов развития растений и животных, таких как дата цветения цветка , выхода насекомого из состояния покоя или достижения зрелости урожая . Считается, что GDD был впервые определен Реомюром в 1735 году. ^[1]

При отсутствии экстремальных условий, таких как несезонная засуха или болезнь, растения растут кумулятивным ступенчатым образом, на который сильно влияет температура окружающей среды. Градусо-дни роста учитывают аспекты местной погоды и позволяют садоводам предсказывать (или, в теплицах , даже контролировать) темпы созревания растений.

Если не напрягаются другие факторы окружающей среды, такие как влажность, скорость развития от появления всходов до созревания для многих растений зависит от суточной температуры воздуха. Поскольку многие события развития растений и насекомых зависят от накопления определенного количества тепла, можно предсказать, когда эти события должны произойти в течение вегетационного периода независимо от разницы температур из года в год. Градусы роста (GD) определяются как количество градусов температуры выше определенного порогового значения базовой температуры, которое различается у разных видов сельскохозяйственных культур. Базовая температура — это температура, ниже которой рост растений равен нулю. GD рассчитываются каждый день как максимальная температура плюс минимальная температура, деленная на 2, минус базовая температура. GDU накапливаются путем добавления вклада GD каждого дня по мере развития сезона.

GDU можно использовать для: оценки пригодности региона для производства определенной культуры; оценки стадий роста культур, сорняков или даже стадий жизни насекомых; прогнозирования сроков созревания и скашивания кормовых культур; прогнозирования наилучшего времени внесения удобрений или пестицидов; оценки теплового стресса для культур; планирования интервалов между датами посадки для получения отдельных дат сбора урожая. Индексы, специфичные для культур, которые используют отдельные уравнения для влияния суточной минимальной (ночной) и максимальной (дневной) температуры на рост, называются единицами тепла культуры (CHU).

GDD рассчитывается путем взятия интеграла тепла выше базовой температуры ^[2] T _base (зависит от типа установки, см. раздел «Базовая температура»):

${\displaystyle {\text{GDD}}=\int (T(t)-T_{\mathrm {base} })dt}$      (где интегрирование происходит за период времени с ).${\displaystyle T(t)>T_{\mathrm {база} }}$

Более простая, приблизительно эквивалентная формула использует среднее значение дневных максимальных и минимальных температур по сравнению с _базой T для расчета градусо-дней для данного дня. Как уравнение:

${\displaystyle {\text{GDD}}={\frac {T_{\mathrm {макс} }+T_{\mathrm {мин} }}{2}}-T_{\mathrm {база} }.}$

Если минимальная температура T _min ниже T _base , то возможны два варианта:

• Вариант A: Не изменять . Только если , установить . Результирующий GDD равен 0. Это можно записать более компактно как:${\displaystyle T_{\mathrm {мин} }}$${\displaystyle (T_{\mathrm {max} }+T_{\mathrm {min} })/2<T_{\mathrm {base} }}$${\displaystyle (T_{\mathrm {max} }+T_{\mathrm {min} })/2=T_{\mathrm {base} }}$${\displaystyle {\text{GDD}}=\max {\left({\frac {T_{\mathrm {max} }+T_{\mathrm {min} }}{2}}-T_{\mathrm {base} },0\right)}}$

• Вариант B: Изменить на${\displaystyle T_{\mathrm {min} }<T_{\mathrm {base} }}$${\displaystyle T_{\mathrm {min} }=T_{\mathrm {base} }}$

GDD обычно измеряются от зимнего минимума. Любая температура ниже T _base устанавливается на уровне T _base перед расчетом среднего значения. Аналогично, максимальная температура обычно ограничивается 30 °C, поскольку большинство растений и насекомых не растут быстрее выше этой температуры. Однако некоторые теплоумеренные и тропические растения действительно имеют существенные потребности в днях выше 30 °C для созревания плодов или семян.

Например, день с максимальной температурой 23 °C и минимальной 12 °C (и базовой температурой 10 °C) принесет 7,5 GDD.

${\displaystyle {\frac {23+12}{2}}-10=7.5}$

В качестве второго примера, день с максимальной температурой 13 °C и минимальной 5 °C (и базовой температурой 10 °C) будет способствовать:

• версия A: 0 GDD, как: )${\displaystyle \max((13+5)/2-10,0)=0}$
• версия B: 1,5 GDD, как:${\displaystyle (13+10)/2-10=1.5}$

Некоторые фермеры и садоводы также используют градусо-дни развития насекомых и роста для определения времени использования органических или биологических методов борьбы с вредителями или других методов борьбы с вредителями , чтобы они применяли процедуру или обработку в момент, когда вредитель наиболее уязвим. Например:

• Личинки черной совки достаточно выросли, чтобы начать наносить экономический ущерб при 165 GDD
• Клоп-азалия появляется примерно в 130 GDD
• Самшитовая моль-минер появляется примерно в 250 GDD

Несколько пчеловодов в настоящее время изучают взаимосвязь между ростом градусо-дней и жизненным циклом колонии медоносных пчел . ^[3]

Оптимальная базовая температура часто определяется экспериментально на основе жизненного цикла рассматриваемого растения или насекомого. Обычные базовые значения для сельскохозяйственных культур составляют 5 °C для растений холодного сезона и 10 °C для растений теплого сезона и большинства насекомых.

• 4,5 °C пшеница , ячмень , рожь , овес , льняное семя , салат , спаржа , ^[4] " консервные цели" ^[5]
• 8 °C подсолнечник , картофель ^[4]
• 10 °C кукуруза (включая сладкую кукурузу), сорго , рис , соя , томат , кофе , ^[6] виноград , стручковая фасоль , фасоль лима ^{[4] [5]}
• 30 °C USDA измеряет тепловые зоны в GDD выше 30 °C; для многих растений это важно для созревания семян, например, тростнику ( Phragmites ) требуется по крайней мере несколько дней для достижения этой температуры, чтобы вызрели жизнеспособные семена

• 6 °C Стеблевой точильщик
• 7 °C Кукурузный жук
• 9 °C Люцерновый долгоносик
• 10 °C Черная совка , европейский кукурузный мотылек , стандартный базовый уровень для насекомых и клещей-вредителей древесных растений
• 11 °C Зеленый клеверный червь

В случае некоторых растений им не только требуется определенная минимальная температура для роста, но они также перестают расти выше более высокой пороговой температуры. В таких случаях используется модифицированный градусо-день роста : градусо-дни роста рассчитываются по нижнему базовому уровню, затем по верхнему базовому уровню, который вычитается. Примером этого является кукуруза : она начинает расти при 10 °C и останавливается при 30 °C, то есть любые градусо-дни роста выше 30 °C не учитываются. ^[4]

GDD можно рассчитывать как в градусах Цельсия, так и в градусах Фаренгейта, однако их необходимо соответствующим образом конвертировать; на каждые 9 GDD ^F приходится 5 GDD ^C , или при конвертации:

ВВП ^С = 5/9 * ВВП ^Ф

Эквивалентной единицей, соответствующей Международной системе единиц, является кельвин - секунда . Количество кельвин-секунд на четыре порядка больше, чем соответствующий градусо-день (1 градус-день по Цельсию равен 8,64×10 ⁴  К·с; 1 градус-день по Фаренгейту равен 4,8×10 ⁴  К·с).

• День получения степени
• Вегетационный период
• Отопительный градусо-день
• Производная погоды
• шкала Винклера
• Фенология

 В этой статье использованы материалы из общественного достояния Джаспера Вомаха. Отчет для Конгресса: Сельское хозяйство: Глоссарий терминов, программ и законов, издание 2005 г. Исследовательская служба Конгресса .

• Хорошее объяснение расчета растущего градусо-дня с примерами
• Текущие годовые показатели GDD для выбранных городов США
• таблица GDD, необходимых для винограда
• GDD на разных стадиях зрелости для выбранных культур
• Онлайн-калькулятор GDD
• Калькулятор градусов роста газона для спортивных стадионов и полей для гольфа