A dynamic model for determining the optimum cutting schedule of Italian ryegrass

• Published in: Agricultural and Food Science
• Main Author: Pohjonen, Veli
• Format: Article in Journal/Newspaper
• Language: English
• Published: The Scientific Agricultural Society of Finland 1975
• Subjects: Arctic; Nurmi; Massan; Lapland
• Online Access: https://journal.fi/afs/article/view/71842; https://doi.org/10.23986/afsci.71842

A quantitative approach to the determination of the optimum cutting schedule of Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.) was presented. Optimization was based on a dynamic growth model which included the concepts crop growth rate, development rate and proper growth rate. The proper growth rate measured the growth potential associated with the stages of development in the sward. The crop growth rate of Italian ryegrass was studied at the Arctic Circle Experiment Station during 1973 and 1974. The proper growth rate was determined from primary observations as the derivative of an ordinary logistic curve which passes through origin. The maximum theoretical daily growth of Italian ryegrass was calculated as approx. 300 kg • ha-1• day-1. The optimum cutting schedules using gradient method were sought for Italian ryegrass sward. First, the maximum total dry-matter yield was looked for. Then the maximization was extended to the case, when the yield was weighted with the digestibility of the dry-matter. The maximum yield was obtained when the sward was cut three times, and when the cuttings were concentrated into the latter half of the growing season. The yield of the optimum cutting schedule was not sensitive to small changes in the cutting dates. In the conditions of Finnish Lapland the optimum cutting schedule of Italian ryegrass was: first cut at the end of July, second cut at the end of August and the third cut at the end of September. Tämän tutkimuksen tarkoitus oli lähestyä niitä perusteita, jotka määräävät Lapin oloissa kasvavan viljelyteknisesti mahdollisimman vakioidun Italian raiheinän (Lolium multiflorum Lam.) optiminiittoaikataulun. Optiminiittoaikatauluksi nimitettiin sitä niittojen ajoittumista kasvukauteen, joka maksimoi eri niitoista yhteenlasketun kokonaiskuiva-ainesadon. Optimoinnin pääperiaate on valita niittoajankohdat siten, että nurmen kasvunopeus (CGR = dW/dt, missä W = biomassa ja t = aika) pysyy kasvukauden ajan mahdollisimman suurena. Kasvunopeuden kvantifioimiseksi tutkittiin ensin Italian raiheinän kehitysnopeutta. Sen lämpötilariippuvuuden määrittämiseksi esitettiin menetelmä, jolla havainnot voidaan tehdä suoraan kenttäoloissa. Kehitysnopeudesta Italian raiheinälle laskettiin HARin muunnoksella lämpötilan ja ajan yhdistävä kehitysvaiheen mittaluku (s). Seuraavaksi Italian raiheinän kasvunopeudelle formuloitiin dynaaminen malli, jossa kehitysvaihe oli keskeinen elementti. Kasvunopeuden malli rakennettiin multiplikatiiviseksi, jossa tekijöinä olivat kasvien yksilönkehityksestä johtuva sisäinen tila sekä ympäristön tila. Sisäisen tilan laskemiseksi määriteltiin käsite ominaiskasvunopeus PGR (Proper Growth Rate) kasvuston massan muutoksena pientä kehitysvaiheen lisäystä kohti (PGR = dW/ds). Ominaiskasvunopeus mittasi tutkimuksessa kasvupotentiaalia, joka liittyi Italianraiheinän kasvuston eri kehitysvaiheisiin. Kasvunopeuden mallin toisen tekijän ympäristön tilan mittaluvuksi havaittiin aikaisemmin määritelty kehitysnopeus (M). Kasvunopeuden malli on siten CGR = PGR • M. Italian raiheinän kasvunopeutta tutkittiin vuonna 1973 ja 1974 Lapin koeasemalla. Ominaiskasvunopeus määritettiin primäärihavainnoista origon kautta kulkevan logistisen kasvukäyrän derivaattana. Ominaiskasvunopeuden käyttäytymistä tutkittiin eri aikaan kasvukautta sijoittuneissa kasvustoissa (kuvat 22 ja 25). Havaittiin, että odelma pystyi mahdollisimman intensiiviseen kasvuun vasta, kun sitä edeltänyt kasvusto oli saanut vahvistua heinä elokuun vaihteeseen. Ominaiskasvunopeuden avulla laskettiin teoreettinen Italian raiheinän päivittäisen kasvun maksimi Lapin koeasemalla: n. 300 kg*ha-1,vrk-1 . Italian raiheinän kasvunopeuden mallin avulla etsittiin optiminiittoaikatauluja hypoteettiselle Italian raiheinänurmelle, jonka esikuvana oli tutkimuksissa Lapin koeasemalla käytetty nurmi. Säätietoina käytettiin vuoden 1974 havaintoja. Optiminiittoaikatauluja etsittiin sekä kokonaiskuiva-ainesadon että kuiva-aineen sulavuudella (in vitro) eri tavoin painotetun kokonaissadon maksimoimiseksi (kuvat 28, 31 ja 35, taulukot 6ja7). Optimiratkaisun löytämiseksi havaittiin riittävän, jos niitot ajoitetaan siten, että ominaiskasvunopeus pysyy kasvukauden ajan mahdollisimman suurena. Optiminiittoaikataulun löytämiseksi käytettiin gradientin käsitteeseen perustuvaa optimointimenetelmää. Maksimaalinen sato havaittiin saatavan, kun kasvusto niitetään kolme kertaa. Niittojen havaittiin keskittyvän kasvukauden loppupuolelle. Primäärikasvuston oli annettava riittävästi pensastua ja sen juuriston vahveta ennen ensimmäistä niittoa. Optiminiittoaikataulun tuottama sato ei ollut herkkä pienille niittoaikataulun muutoksille. Myös niittojen lukumäärän nostamisella kahdesta kolmeen oli vain vähäinen vaikutus kokonaissatoon. Käytännön kannalta mielenkiintoinen oli myös kolmesti niitettävän Italian raiheinän optiminiittoaikataulu. Se oli sama, mitä Pohjois-Suomessa on jo käytetty; kasvusto on niitettävä heinäkuun lopussa, elokuun lopussa ja syyskuun lopussa.