Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

БАЗА ПОЧВЕННО - АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ПЛОДОРОДИЕМ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "БАЗА ПОЧВЕННО - АГРОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ ПО УПРАВЛЕНИЮ ПЛОДОРОДИЕМ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ"

А-зш

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК ПОЧВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. В.В.ДОКУЧАЕВА

На правах рукописи

ГРНККО Л) ДНЯ Л л ВИТАЛЬЕВНА

ваза тшЕшо - лгрожшюпешяаа знаний по

УПРАВЛЕНИЯ яюжмюлиш ДЕРИОЙО-ЛО^РОЛНСПИ

атв оря возкяшат свиной твшвщ

Специальность 83,8?.27 - поиьоЕебенке

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

МОСКВА- 1994

'/Са-'сЛь^ Г/Ч1-' '^"го - уъ&^уОь/лхыъим.

Работа выполнена а лаборатории л: и

лаборатории почвенной информатики Почвенного ин-та им.В,В.Докучаева

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук, профессор 8.А.РОЖКОВ кандидат (^^гтеоут ^¿Уг; М.А.ГОРЕКОВА

Официальные оппоненты: доктор сельскояозяйстееннв« наук й.й.Соколов

кандидат сельскохозяйственных~наук~ ; ЯГТУКИРИКСЙ

Ведущая организация: Московская сельскохозяйственная академия им.К.А.Тимирязева

Защита состоится

в актовом зале Почвенного института им.В.В.Докучаева на заселении Специализированного Совета при Почвенном институте им.В.В.Докучаева

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Почвенного института им.В.В.Докучаева.

Адрес:

109017,Москва,Пыжевский пер,7, Почвенный ин-т им.В.В.Докучаева

Автореферат разослан

Л^марсь ////Т?

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат биологических наук

И.Н.ЖШСВА

1* ого/у»

Дитуальдоагл, Возрождение института частной собственности на земли, децентрализация управления в аграрном секторе ссвдзлл пред-■ посылки для расширения круга лиц, самостоятельно хогяйагьущих на земле, а ориентация на экономические механпгш управления при ужесточении природоохранительного ¿аконодательства обусловили по-вшение заинтересованности производителей с ельскохозкйствекной продукции в рационально« использовании почвенных ресурсов, применении в земледелии методов агроэкалогического управления (Рогов и др.,1934, Шишов и др.,1935; Каштанов, 1933; £ерС5КОВ,Еолодин,1993). Эти же социально-экономические процессы обусловили необходимость и перспективность массового тиражирования научного знания в области агропочвоведевия в активной форме современных "безбумажных" информационных технологии (Гдушков,1934; Г,Поспелов,1939), что предполагает разработку элементов автоматизированной (коыпыотеризрован-вой) системы агрозкологического управления на методологической основе моделирования плодородия (Шишов и др.,1937; Фрид, 1990).

Сель рабош - построение комплексной модели управления плодородием, реализующей принципы агрозкологического подхода, и ..редс-тавление этой модели в виде базы почвенко-агрозксиюгических знаний автоматизированной системы, специализированной со управлению плодородием дерново-подзолистых почв при возделывании озимой пшеницу с ориентацией иа урожайность порядка 45»,50 ц/га и выше.

В ходе работы решены следующие задачи:

- проанализированы ключевые понятия и сформулированы принципы построения комплексной модели управления плодородием, схватывающие основные аспекты практической реализации агрозкологического подхода на уровне хозяйственных полей;

- разработан сценарий управления, положенный в основу структуризации и последующей формализации в виде моделей плодородия поч-венно-агроэкологических знаний, необходимых и достаточных для решения практических задач управления плодородием дерново-позолистых почв при возделывании озимой пшеницы;

- модели плодородия представлены в нотации программно-инструментального комплекса поддержки баз знаний и реализованы в действующей экспертной системе ДЕМЕТРА (по имени Богини Плодородия), которая апробирована в условиях конкретного хозяйства.

Экспертными системами (ЭС) называются автоматизированные информационные системы,гориентированные-на.решение задач преимущест-

А'З'/Ш <

венно ыьЕыщ:сл::тегьного характера и в которых с помощью специальных формализмов представляются индивидуальные знания высококвалифицированных специалистов - экспертов.

Ойьент исследования - дерново-подзолистые почвы естественно- дренируем; покровно-суглинистых моренных равнин южно-таежной гоны российского Нечерноземья, рассматриваемые с точки зрения управления плодородием в контексте вопросов возделывания озимой пшеницы, как ведущей зерновой культуры указанного региона.

Основные методы исследований - концептуальное и прикладное моделирование системы управления плодородием в интерпретации агроэ-кологического подхода, развиваемого в Почвенном ин-те им.В. В. Докучаева. Поскольку разрабатываемые модели представлялись в виде Сазы знаний (БЗ) конкретной ЗС, та на завершающем этапе моделирования использовались методология и технология "инженерии зданий". Последняя, наряду с проблемами структуризации и формализации знаний предметной области, включает вопросы "приобретения" знаний из различных источников и объединения их в единой системе на основе заранее сформулированных концепции и принципов. Во многих случаях необходимые знания отсутствуют в опубликованном виде. Часто эти эвристические знания не могут Сыть четко й однозначно сформулированы и объяснены самими специалистами. Именно эти личные знания эксперта составляют "золотой фонд" специализированной экспертной системы (Хейес Рот и др.,1987).

При построении базы почвенно-агроэкологических знаний использовались как общедоступные источники (монографии, научная периодика, отчеты, справочники), так и индивидуальные знания экспертов, привлекаемых в качестве консультантов. Модели, построенные по литературным источникам, и формализованные нами высказывания экспертов-консультантов проверялись на экспериментальном материале.

На защи/цу выносился комплексная модель управления плодородием дерново-подзолистых почв, формализозанная в базе почвенно-агроэко-логических знании ЭС ДЕМЕТРА, а также ряд индивидуальных моделей плодородия, разработанных или усовершенствованных автором.

Научная новизна. Разработана комплексная модель управления плодородием дерново-подзолистых почв, которая впервые реализовала в виде БЗ действующей ЭС. БЗ вопловдет согласованные на основе аг-роэкологической концепции управления плодородием опыт и знания ведущих специалистов в области агропочвоведения.

Г

- э -

. прадашеская значимость состоит в том, что разработанная ЭС ориентирована на использование в хозяйствах и позволяет производителю сельскохозяйственной продукции принимать управленческие решения, опираясь на знания и опыт ведущих специалистов. Рекомендации, вырабатываемые ЭС, учитывают специфику почвенно-экологических условий, значения агрофизических, агрохимических показателей плодородия каждого поля и отвечают природоохранным критериям, в том числе, требованиям воспроизводства плодородия.

Апробация. Райота выполнялась в 1988 - 1992 гг. по план-/ Почвенного ин-та и«.В.В.Докучаева. Основные положения и результаты докладывались на Всесоюзном совещании "Почвенно-раститедьная-даат-ноотика питания, величины и качества Урожая с.-х. культур" в г.Омске в 1989 г.; Всесоюзной школе молодых ученых "Использование математического моделирования и вычислительной техники в исследовании процессов в АПК" в 1989 г.; конференциях Молодых Ученых в Почвенном институте им.В.В.Докучаева в 1988, 19В9, 1990 годах.

Структура работ. Диссертация состоит из введения, трех разделов, выводов; изложена на ... страницах машинописного текста, содержит ... рисунков, ... таблиц. Библиографический список содержит наименований.

г. АГРОэтжттЕсюШ помол и соврешннля ижорьшуюнная

ТЕХНОЛОГИЯ Б УПРАВЛЕНИИ ЛЖДОГОДШ?

2.1. Информационное обеспечение управления плодородием

В основе управления, под которым понимается целенаправленное воздействие на объект, лежит информация о состоянии объекта и самой системы управления, целях и критериях управления, различных ограничениях, результатах реализации управляющих воздействий. В системе управления выделяются-, собственно объект управления, блок информационного обеспечения принятия решений и блок реализации.

В центре нашего внимания находится информационная подсистема. Ее составной частью являются средства организации и анализа данных, предназначенные для выработки.рекомендаций по осуществлению управления. Успехи в области компьютеризации решения задач невычислительного характера, доступность широкому кругу пользователей технических средств - ЭВМ сделало возможным становление новой информационной технологии (Глушков,1984; Г.Поспелов, 1989), внедрение в различные сферы деятельности экспертных систем, в том числ? и в предметной области управления плодородием (Рожков, Зенш, 1985; Прохоров и др.,1989)„ V

2.2. Агроэколовическая концепция управления плодородием В агропочвоведении в качестве объекта управления выступает плодородие (ГОСТ 27593-83 "Почва"; Фрид, 1985, 1990). Субстантивному носителю плодородия - почве, присуща горизонтальная анизотропия свойств, что позволяет говорить о плодородии как свойстве почвенного покрова и о природно-хоэяйственноы (производственна«) объекте управления (Фридланд, 1972, 1977). Это почвенный покров участка, поля. Очевидно, что в общем случае природно-хозяйственный объект управления плодородием может выть неоднородны« в почвенном отношении. Концепция агроэкологичеоиого управления постулирует приоритет учета почвенно-экологических особенностей ландшафта при организации территории и с единых позиций рассматривает основные регулируемые и регулирующие факторы оптимизации управления (Ши-пюв,Дурманов,1985; Шитов,Карманов,Дурманов,1987; Сорокина,1937; Прохорова,1989).

Цель агроэкологичьского управления определяется как "простое или расширенное воспроизводство плодородия почв при получении урожаев заданного качества в объеме; обусловленном гидротермическими условиями года и применяемой технологией возделывания сельскохозяйственных культур, при соблюдении ряда ограничений природоохранного характера" (Прохорова, 1989)

Для последующей формализации необходимо конкретизировать цель управления в понятиях, допускающих возможность количественной оценки. Адекватным этому мы считаем понятие "рациона*наго уровня" (Карманов, 1982; Прохорова, 1982,1989) агрономически значимых свойств почвы. Достижение и поддержание на рациональном уровне содержания (запасов) элементов питания в почве, других агрономически значимых ее показателей может рассматриватьоя как вполне формализуемая цель агроэкологического управления.

Совокупность значений комплекса агрономически значимых показателей, аттестованных в качестве рациональных уровней, может быть предствалена в форме "комплексной модели обеспеченности" (по Фрн- -ду,1985,1990), характеризующей стабилизированный уровень плодородия , на достижение и поддержание которого ориентируется - система управления. Такая модель включается в комплекснуя модель управления плодородием, в которой, помимо этого, соответствующим образом представляется текущее состояние объекта управления, опмоания путей достижения объектом "желаемого" состояния (цели), критерии оценкк эффективности управления. •"• ^-'^'Y'"

- 5 - '

2.3. Принципы построения комплексной мелели управления

'плодородием и ее реализации в Сазе зяаниЛ 3С Сформулированные в работе принципы построения комплексной модели управления плодородием представляют нашу интерпретацию агроэ-«алогического подхода & рамках решаемых вами задач. Эти принципы опирается на общие предпосылки агрозкологической концепции управления, факты, установленные различными последователями в полевых и лабораторных экспериментах, рекомендации инженерии знаний.

С методических позиций важным представляется принцип, обозначенный нами, как принцип "концептуального прототипа", в соответствие о которым в качестве ооновы построения БЗ формулируется (или выбирается из существующих) прототип комплексной модели управления, реализующий основные положения агроэкологического подхода и структура которого допускает возможность развития, уточнения и частичной трансформации за счет добавления фактов и правил, взятых из других источников. Знания структурировались в форме таблично заданной функции или исчерпывающей классификации перечисления как наиболее удобных для последующей формализации и включения в виде "правил продукции" в ЕЗ. В ряде случаев была использована возможность формализации моделей в форме аналитической функции.

3. КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ПЛОДОРОДИЕМ ДЕРШВ0-ШД30ЛИСГЫХ дате В СЕВООБОРОТАХ С ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЕЙ ' 3.1. Концептуальный лрояошл комплексной модели /правления1 В оонову базы почвенно-агроэкологических знаний положена разработанная ваий комплексная модель управления плодородием дерново-подзолистых почв, являющаяся развитием экопертно-описатель ной модели плодородия, предложенной З.А.Прохоровой (1982,1989).

В качестве объекта управления мы рассматриваем производственный участок, не обязательно однородный в почвенном отношении. Цель уципикипи мы конкретизировали следующим образом:, это доведение и последующее поддержание агрономически значимых показателей почвенных свойств на рациональном уровне (ведущий критерий), специфичном для различных почвенно- экологичеоких условий, при достижении рационального уровня и применении экологически допустимой и экономически окупаемой агротехники лимитирующими продуктивность сельскохозяйственных культур факторами оотаются только гидротериичеокие, воздействие которых по разному проявляются на различных компонентах СШ.

Рисунок 1. Эмнмти сшнарт ншч уяраапимн * ЭС Athitpt

Следуя рекомендациям по проектированию БЗ (Хейео-Рот и др., 1937), структуру комплексной модели управления мы представили в виде "сценария управления" (рис. 1) о указанием взаимосвязей и последовательности решения задач управления.

3.2. Формализация задали агроэкалогической оценки

хозяйственных полей цель агроэкологической оценки - определение взаимного соответствия почвенно-экологических условий рассматриваемой территории и требований, которые предъявляются сельскохозяйственными культурами и технологиями их возделывания.

С формальной точки зрения процедуру оценки можно рассматривать как совокупность двух суСпроцедур: идентификация-интерпретация. Идентификация 'заключается в сопоставлении значений определенного комплекса показателей о нормативами, т.е. отнесении почвенно-агро-экологической ситуации на поле к одному из классов, интерпретированных с агроэкологической точки зрения.

В соответствии с принятым концептуальным прототипом агроэколо-гической оценки хозяйственных полей (Сорокина, 1980,1963,1986) в качестве объектов оценки выступает СШ1 поля или ее компоненты.'При этом учитывается комплекс собственно эдафических, технологических, обще-природоохранных критериев (рис.2).

В характеритике СПП рассматриваются и интерпретируются с агробиологической точки зрения три аспекта: почьенно-компонентный сое-

- 3»и|жрисм1 идщммст> [ Ь ¿«горн )Г|)ммопаг»чю1«< «мши iMicmm мм!

тав, формы ыезо- и микрорельефа, гранулометрический состав еочво образующих и подстилающих пород,

Нормативная база нгроэиалогичеснай оценки хозяйственных полей по кашюяевнюиу соотаву СИЛ гадолкялвсь sa основании анализа литературных источников и результатов опроса экспертов.

В качестве компонентов СШ рассматриваются почвенные разности, которые в принятой номенклатуре имеют три основания классификации: (1) мощность оподзоленной толщи; (2) степень увлажнения5 (3) эре* дированностъ: Учитывая возможности полевой диагностики, в этой классификации можно реально выделить 21 таксон, каждый из которых

- в -

был ох арзктеризовзн рядом экспертов в шестибальной шкале с точки зрения вышеперечисленных агроэкологических критериев.

О - почленно-агрозкологические показатели не лимитируют урожай - и условия обработки почвы;

5 - почвенно-агроэкодогичеекие показатели оцениваемого местообитания по сравнению со всеми прочими в максимальной степени влияют на условия обработки и потерю урожая, как в средние по гидротермическим условиям годы, так и в экстремальные;

1,2,3,4 - промежуточные градации, интерпретируемые экспертами на основании своего личного опыта.

Аналогичным образом были оценены требования культур и применимость (допустимость) технологий их возделывания к местообитанию, что позволило построить нормативную таблицу агроэшлогической интерпретации почвенных компонентов СПИ (табл. 1-А).

На современных крупномасштабных почвенных картах в качестве самостоятельных контуров выделяют не отдельные почвенные разности, а их комбинации. Если на уровне комбинаций ве учитывать глубину оподзоленностн и степень зроднрованнооти, то в состав комбинаций могут входить в различных соотношениях почвенные разнооти, кодируемые как Цц, Щэр, Цдог, Пдг. Из четырех элементов, сгруппированных по одному, двум, трем и четырем в различной последвательности можно получить 64 комбинации.

Учитывая существующий опыт классификации почвенных комбинаций "рассматриваемого региона (Шубина,1975; Ильина,1972,1980,1983; Сорокина, 1983, 1986; Сорокина,Шубина,1934; и др.) и приняв ряд допущений относительно возможности однотипной интерпретации эдафи-ческой роли СПП с различным компонентным составом, мы рассматриваем 13 интерпретационных групп СПП (табл. 2). Количественная характеристика компонентного состава используется в качестве правила диагностики СПП оцениваемой территории относительно этих групп, нормативы по агроэкологической интерпретации (табл. 1-Б) которых построены по схеме, аналогичной интерпретации отдельных почвенных разностей.

При отсутствии в хозяйстве почвенной карты, отражаощей СПП полей, для агроэкологической оценки могут быть использованы литоло-го-геоморфодогические показатели! Нормативная ttaaa аграэкшшгичес-кой оценки хозяйственных полей по жтолого-гесшсффологичвсжим показателям заполнялась на основании формализации эмпирических пра-

Tiiwi 1. ккампмш ммм «enrwwecr» Mvf*aa мимпетн OU Нигоцим ян ииммам кмнш гони с. к. «wi«ya.

IWWHI« «МММ «on* warwinw» »»«»»УМ,

Minai ■ WHIÍ NlflWMk ТМУ MMCMMtWD

mow Dit

m 1 0 tí» i/« « 1/H

Fhltr 1/ia I/ra г/к 1/(1 1/rt»

ttalr Ziim f/tr iJmi 1/tat £/t*rt

гыг # 0 0 0 «

Wtr ЧШ . « l/X 1/tor 0

№ Uia- 1/ЙГ Vir ■ 1/iM í/tar

fe 3 1/1 » 0 « 0

Й Wir 1/faa 0 &>(• Vim »

IU> гнш i/ito- 1/W» tíMr

Пм> IVMW L/tc ll i/> 0 ft

i/o> l/f< I/fu 0

riwf аш 2/rt* г/*« 1/lH HUr

iWel 0 0 l/u 0 1/м

(Мег i/* 1/w г/м l/l г/и

ÍWp3 um г/и г/н 1/» г/u

IW»ltr Uim l/ra г/<« í/te 1/tr»

iwrtw Uim 1/ra г/«» l/t» г/if*

Шг Vita г/гм г/(м 1/Ib г/»га

1/Ш 1 /мм г/йг* t/tu г/tra

адвг г/ьа £/rtu г/тч 1/ÍU г/**

НАЗг Vin г/rbt г/(м 1/(a г/ff»

1 ш i/* 1/м » 1/м

It Uli l/i 1/м 0 1/м

III Um i/wr г/ш 1/w г/т

It Hin l/«f i)*r 0 1/»г

* . 1/йга 1ÍMT \tmn 0 t/urt

M г/иг Vmr e/MTt l/u г/т

s (Il l/(n i Ir 1/tr « 1/«Г

«It ttUn Vitr г/sw l/lw 1/мч

II г/tan ÍJ)tar г/iírt t/6« г/иг»

I e/(n t/Ur г/йг l/li !/«

It г/т 1/tBT í/(»r l/(i 1/ÍBT

Ш г/т ЬЧяе I/fn

Ш1 Uit Ufr i/t* « t/c

<1 - рмиимсггга « тяпнм <мг »»аи"«"«'1 lim» 0, lí 1 ' pHiHHffrtm к (MMIMMW с учет« «грипчми! {(шин 2>3> £ - ut pHmtfc^trc* я нтмймн <Uww О)

DrfimmM

*) * waltzм нлкчтая оси i wot вмгя (1 - ИИШ1 »tmtmt

и - NWM MÉMrtnpmmiii m»i -мински ■ Й|ПМ1»«Я«С1«

notent UirTHtr» сим M • раыикммиа гелисп wv о *4ра(#тм

f I - »HOVM VtWUWt IPOH«

ti - ымгок тмин при НКИ**И( ik1iii

Ммм Í Осмии niw CFB I

■ «MinKTMWUl KOHTIpllCTIlltt ** MMMf ЛМГ* I

Гим» an Кячестрмям идоигпригтшг стргпт* immn шин Сатммм MUMMIÍM Ш

w»

Лг+Люг Ar

t hMNt-wiiMciw, wmtuMMHii M МЦМСТЙ »nO^UfllMlfc TWM ) л í и t 10 -

it kpHMtl 1МШ«СПИ Г Г'МСТИМ нчтимииа и« > to 11-ю 110 -

ш A«p*Q>«'*ftA»MMCTV* С» IM<«TMHMI fHStrmi »ptKNfMMIHItt MV } » > » < 10 -

» hpHMt-IIMItnMTW с г*остм« ■tptytñlurMWI w* ) » t IS «-а t 10

» JtfpHIt-MMÍBKCTW г гчэгтмя ^рСАИрйВННШ M Mpff BXiltrt NMlUt MV > se IS -30 îo-а < 10

ti MSUHDUMIMKTM С учктмя #cotruunfiH4uv il ci tiuwitnfcaii rUCTMR >PM«í»MiWÉa nft* ) nú* 1 » i»-а t It

vu Mfmtu -ыяшяст с THÄTifi cuwit П>р|>тл41п(гац1 nov ) № t 15 îo-а i 14

fill kpiiDiriio/ti^niiCTvi с участия эргочм* ЫНШ ■ емки» ntpfïwuïllfiuw МЧ1 ) » lí-3» 10 -2S t 14

II ItpMnHIAI^MCnw Ct tMWtnuwi yucnifif ■ с CUM« N)t!lu»«HHI nov 1 ntíp ) » ю - а > 10

I n tMNntnww* участии Mpiyvuti fншч DAV ) » [ IS > а -

It Леммд-мммиспя с )4icntt имяир»-MuMwl i et i»*4*ttAb4ii* участим IltpCtHiBtllllMl MV ) » IS - 30 > а -

111 fttpBBM-nWIIOniKTM П DMWTtllblW участили |родярФЫ1шмк ■ «(муншпм nov ) Шр ■ ( ítarfflmí > 30 i а -

Ш1 AOIMW»». *»чм - - - -

-ловил, сформулированных экспертами (д.о-х.и.3.А.Прохоровой, д.с-х.н.К.И.Сараниным, к.с-х.н. Е.Н.Саввиновой, д.с-х.н. В.Н.Шеп-туховым) или взятых из литературных источников (Константинов, 1967,1974,1978; Широбокова, 1972; Саранш,1975; РемеслоД977; Федосеев,1979,1985; т™м««ия.1ода. лптхжина, Осетров, 1984).

рассматриваются

Элементы мезорельефа ш даун основаниям классификации (форма, угол наклона) и отрицательные формы микрорельефа по трем основаниям (проточность-замкнутость, глубина вреза, протяженность). Градации с незначительными изменениями, неизбежными ввиду необходимости согласования, заимствованы иэ работ (Сорокина,1980,1983; Сорокина, Шубина, 19В4; Микалаускао,1987 и др.). Строение почвенного профиля характеризуется группировкой по двум основаниям: (1) мощность покровного суглинка; (2) гранулометрических состав и генеэио подстилающих пород.

Методика заполнения нормативной базы (табл.3) аналогична использованной при интерпретации почвенно-компонентного состава СШ. В итоговой нормативной таблице для пяти групп сельскохозяйственных культур оценено 84 класса' местообитаний, различающихся по упомянутым здесь литодого-геоморфологическим показателям.

С методических позиций необходимо отметить, что структура нормативной базы згроэкологичесной оценки определяет и отруктуру 'большинства прочих нормативов, постольку в ней отражается один из основных принципов агроэкологичеокого подхода - принцип "эпошгн-' чес«ого соотввтсвтяя". который декларирует необходимость учета особенностей СШ полей и требований растений к местообитанию, для обеспечения возделывания сельскохозяйственных культур в условиях, к которым они приспособлены.

Нормативная база по дополнительной обработке почвы. Б зоне дерново-подзолистых почв с неблагоприятным для возделывания сельскохозяйственных культур распределением осадков по сезонам и перераспределением поступающей с осадками влаги по поверхности поля в связи о неоднородностью мезо- и микрорельефа эффективны приемы специальной агромелиоративной обработки почвы, которые направлены на регулирование водновоздушного режима. В числе таких приемов рассматриваются: углубление пахотного и рыхление подпахотного Горизонтов, кротование, щелеванив, кассетная (Козловский,Прохорова, 1977) вспашка.

Рекомендации по проведению мелиоративных обработок в сбоем виде могут быть даны на основании анализа состава почвенного покрова

Пища* тепа, нмгм сини

униа- ■NN Ь WHIM

кшрчши.-.. . . мнмн •имагп«

глнцн

■mi*» a-i» ТПГ "i-e» i-г» efe (la i-г» "efe" (Ы i-fe efe ИЙ-З« lia" l-fe "ST tu 1-fe с fe

ом» омам.. Vi . ■ 1/1 в « V* i m * Ш i t 0 1/1 0 0 г/> i а г/i а а 1/1 а m ■ l/l 1« i l/l i г/i a t Vi a ■ г/f > a

цммс н; та* Ui ' Ui « l/l Ш i * 1/Í * 1/a t/t 1/1 « í г/i t а г г/а * г г/i ■ Г ш г а l/l г/i a Г m a 2/i Г * Vi * r г/i a Г

V*. . t 1/1 i 9 . m ■ vi * 1« ■ * Ш 1/1 0 » г/i i а > г г/* * Г г/а г/< а г l/l Vi 9 Vi i Vi a r Vi i Г г/i a

Î (ИМ 0 1/* 4 > ш » t m • i « 0 Ш 0 0 1/1 i Ь 0 m i l/l « 0 i/i i m 1/1 i 1/Í a

аугургм, ■... ■ мкаписюк в 0 0 » и* i • V* i 1 1/Í a г/а Г 0 б 1/» Г г/а 1 а г г/а Г г/а i/í * Г 0 » l/l > Vi a r Vi a p 1/Í >

г) - pamtpHHWai ríTOWKTV NM « o(pti*T>t •) - аммио умлпя» ^t»

i) - niHM »»(«ЧГНрМТШИ >1tHM Я|М МрМММД! nocí Ml

ЦММЧИМ) 0 - рммикгип • иипшм (нгт «Ш*»М ¡ГривЧ&иМ} 1 - ци^скмтст ■ икимцч lUHTt* огрштшт I

г-н piwlMHT» I миганнм» (мшчгтмыыа «гр*мпмна>|

Л - МШИМ яамстгтм ппмии! ШГК 6) « винт KMtxMii

ti - ИНШ1 MtMTOifiinwt ««щи wmwh« а мимш-мшючаеи» EHbN nutmnra tm

участка. Однако, для Солее точных рекомендаций необходима дополнительная информация, в частности по морфометрическим параметрам рельефа, гранулометрическому составу и плотности пахотного и подпахотного горизонтов (Сорочкин, 1S82,1Э84; Сорочкин ,ШевтуховЛШ1). При разработке нормативов в качестве экспертов-консультантов были привлечены д.с-х.н. В.М.Сорочкин, к.с-х.н. И.В.Кугнецова, д.о-х.н. В.К.Шептухов, д.с.-х.н.П.М.Сапсмников, д.с-х.н. З.А.Прохорова.

Нормативная база построения севооборотов о учетом почвен-но-экологических усжшкй жозяйственних оолеА трансформирует задачу определения пригодности поля псд озныую меницу, в задачу определения пригодности поля под конкретный вид севооборота или его гвено с дальнейшим уточнением юс состава.

При построении раздела вз, ориентированного на решение обсуждаемой задачи, мы восполъэовансь консультациями д.о-х.н. К.И.Сара-нина относительно оптимального состава звеньев различных видов севооборотов. Соответствующие нормативы используются при выборе звена севооборота для конкретного поля, исходя из перечня культур, допустимость возделывания которых оценена на основании результатов решения предыдущей задачи.

3.3. Формализация задачи известкования

В качестве концептуального прототипа шла принята модель уп-1равления почвенной кислотность», предложенная А.Н.НеОолъоиным '(1979.1983,1987), которая представляет собой набор нормативных таблиц и включает следующие показатели:

- дозы извести, необходимые для доведения рН почва от походного до оптимального уровня в зависимости от содержания гумуса и гранулометрического состава почвы;

- оптимальное значение рН для почв различного гранулометрического состава и о различным содержанием гумуса.

В ходе исследования этой модели нами установлено, что в интернале варьирования рН дерново-подзолистых почв она описивает зависимость дозы извести от текущего значения рН в виде гиперболической функции, а сочетание факторов "гранулометрический состав" и "содержание гумуса" мелиорируемого слоя целесообразно заменить на фактор "величина активной удельной поверхности твердой фазы почвы" (Сапожников,Прохоров,Грижко,1991).

Существенным моментом во взаимосвязи pH_opt о комплексом других агрохимических показателей является его корреляция о содержа-

- 13 - •

нием в почве подвижного фосфора. В литературных источниках факт смещения уровня рН_ор1 в зону более низких значений при увеличении содержания в почве подвижных фосфатов констатируется на качественной уровне с использованием терминов "низкое", "повышенное", "высокое" содержание подвижных фосфатов и иллюстрируется экспериментальными данными в объеме, недостаточном для непосредственного построения количественной модели. Поэтому, используя эти сведения, мы составили гипотетическую табличную модель градаций содержания подвижных фосфатов в почвах различных СШ. Для каждой из этих градаций методами статистической обработки эмпирических и экспертных оценок сдвигов рН_ор1 были получены гипотетические модели, описы-вакщие зависимость величины рН_ор1 от величины удельной поверхности:

без учета градаций Р20Б : рН_ор1 - 5.19+(О.983*10Л-4)*5"2 для градации "низкое" : рН_ор! - 4.77+(0.382*1СГ-06)*5"3 для градации "повышенное": рН_ор1 - 4.б6+(0.621*1СГ-ое)*5Л3 для градации "высокое": рН_орЪ - 4.58+(0.438*1СГ-06)3 Приведенные модели нуждаются в более весомом обосновании, однако, о точки зрения методики увязки в едином комплексе моделей плодородия различных аспектов состояния объекта управления, мы посчитали допустимым их включение в базу знаний в целях последующей апробации и возможной корректировки.

Нами получена итоговая полуэмпирическая зависимость С - пок-эатель степени):

ЬО + Ь1*рН + рН_ор1

д----------------------- , где

Ь2*5*рН + Ь3*(3"3) Д - доза извести (т/га),

рН - исходное знамение рН солевой вытяжки (КС1) 5 - удельная поверхность твердой фазы лочэы (м£/г) рН_орЬ - оптимальное для почвы с данной 3 значение рН Ь0,Ы,Ь2,ЬЗ - эмпирические коэффициенты Предлагаемая нами модель известкования позволяет учесть, помимо фактора гагслотности, смещение рН_ор! в более кислую сторону при увеличении содержания подвижных фоофатов дифференцированно для почв различных СШ.

В работе также рассматриваются альтерноативные способы регулирования кислотности путем корректировки доз фосфорных и органических удобрений в зависимостьи от текущего значения рН, содержа-

- и -

ния токсичных форы Fe, Wh и А1, подвижных фоофатов, величины акт тивеой удельной поверхности мелиорируемого горизонта. Нормативная база альтернативного регулирования кислотности представлена в виде исчерпывающей классификации перечисления учитываемых в модели показателей и их градаций.

3.4. Формализация задачи внесения органических удобрений в севооборотах с озимой теяицей

Принятая нами структура нормативов по внесению органических удобрений представляет собой исчерпывающую классификацию перечисления следующих показателей и их градаций:

- структура почвенного покрова хозяйственного поля;

- степень агрегированное™ почвы;

- вид севооборота, число полей в ротации, число полей о пропан-ными культурами, парозанимающая культура;

- сведения о внесении органических удобрений;

- содержание подвижных фосфатов в почве;

- состояние предшественника.

Для каждого из полученных классов (более, чем 430) по данным литературных источников (Михайлов, 1967; Кауричев и др.,1971, 1972; Сапожников, Корнилов,1977; Гаяжара.1983; Жуков,1983; Васильев, Филиппова,1988; и др.) и на основании консультаций д.с-х.н. З.А.Прохоровой составлены рекомендации so срокам и дозам внесения 'органических удобрений, фи заполнении нормативных таблиц мы срие-нировались на следующие общие правила:

г в органо-минеральной системе удобрения внесение навоза направлено, главным образ«!, на обеспечение благоприятных структурно-механических, водно-фиэических и физико-химических свойств почв;

- сведения о внесении органических удобрений в обязательном порядке учитываются при назначении доз минеральных удобрений;

- органические удобрения вносятся однократно пли дробно из. расчета на всю ротацию севооборота и с учетом опецифики реакции на них различных культур;

- рекомендуемые дозы и сроки внесения органических удобрений должны отвечать санитарным нормам, т.е. должны обеспечивать экологическую чистоту окружающей среды и способствовать получен» качественной продукции растениводства.

- 15 -

3.5. Формализация задачи внесения минеральных удобрений лед озимую пшеницу

Внесение минеральных удобрений проводится о цель« компенсации дефицита между потребностями растений в элементах минерального питания в конкретные фазы развития и возможностями почвы предоставить эти элементы в количествах, необходимых для формирования гид-ротермически обеспеченного урожая.

Концепщуальнш лролгишлом послужила система минерального удобрения, разработанная З.А.Прохоровой (1982, 1985), дополнения нами блок™ оптимизации минерального питания сельскохозяйственных культур на основе оперативной почвенной и растительной диагностики (Магницкий,1972; Церлинг,1978,1990; Церлинг,Горшкова, 19ЙЗ; Горшкова, 1976 ,1985; Ель НИКОВ, 1985,1987; идр).

Задача основного внесения минеральных удобрений решается на основе почвенной диагностики обеспеченности планируемого урожая элементами минерального питания с учетом необходимости достижения или поддержания значений агрохимических показателей потенциального плодородия на рациональном уровне.

Для основных . компонентов СШ рассматриваемого региона количественные значения ряда агрохимических показателей (содержание гумуса, рН, содержание подвижных фосфатов и доступного калин), аттестованные в качестве рационального уровня, установлены методом экспертной оценки взаимосвязей в системе "почва - растение - удобрение-погода".

б систему нормативов включены установленные экспертным путем предокш> допустимые дозы №90(120), Р:120, К: 160 для этапа доведения и И:120, Р:100, К:100 для этапа поддержания содержания фосфора и калия на рациональном уровне, а также рекомендуемые дозы фосфорных и калийных удобрений для различных почвенно-экологичео-ких условий в зависимости от содержания этих элементов в почве. Рекомендуемые дозы назначается для групп СШ в эависимооти от элементов мезорельефа, на которых они формируются.

По микроэлементам были использованы традиционные а агрохимии градации обеспеченности дерново-подзолистых почв в зависимости от гранулометрического состава без дифференциации для различных поч-венно- экологических условий. Заполнение нормативной базы проведено по работам (Собачкин,1987; Анспок, 1990). Корректировка нормативов проводилась на основе консультаций и.А.Горшковой.

На основании анализа и обобщения сведений, приведших в работах (Пейве,19б7; Магницкий, 1972; Ршь кис, Рамзяе, 1979; Цер-

лзтяг,Горшкова, 1983; Горшкова, 1335,1986; Анспок,1990 и др.), а также по результатам консультаций с М.А.Горшковой мы наз-

начили дозы внесения микроэлементов для градации их содержания в почве "низкое" и "очень низкое".

Внекорневая подкормка азотом и микроэлементами рассматривается как средство оперативного управления сбалансированностью минерального тггания посевов. Задача решается по данным растительной и почвенной диагностики.

В набор показателей назначения доз азота аходят: содержание подвижных форм азота в почве, содержание общего азота г растениях, качественная хзрактеристка состояния посевов. С учетом влияния на эффективность подкормок гидротермических условий в этот набор включены соответствующие показатели по каждому сроку внесения удобрений,

Вне зависимости от методов анализа приняты четыре качественные градации по содержанию элементов питания в растении: очень ' низкое, низкое, оптимальное, высокое. При содержание'микроэлементов в растении на оптимальном уровне вопрос о регулировании не ставится. При содержании на уровне "низкое" и "очень низкое" назначаются соответствующие дозы подкормок.

Таким образом, в ходе формализации задач управления плодородием, включенных в сценарий управления, был определен состав показателей плодородия по каждому блоку комплексной модели управления, взаимосвязи блоков через комплекс показателей, непосредственно оценеваеыых в поле или по результатам анализов почвенных и растительных образцов, а также расчетных параметров модели управления, характеризующих либо состав и свойства объектов управления, либо набор и интенсивность управляющих воздействий.

• Итоговая структура комплексной модели управления плодородием дерново-подзолистых почв (рис. 3-а,3-б) представляет собой детализированный сценарий управления и непосредственно используется программнши средствами поддержки базы знаний в качестве системы "метазнаний" о последовательности и ресурсах решения включенных в сценарий задач.

Псчмии«-« »»ЛОНГИ ТМУЙ дет» СГП xQ»tMnei

JVTÖ* wq *TtQi ОГК 4f c« i V показатели СЛП voi.noftt*

СЛП

HC

*) Раиииалып* т ровни ^громмичсски 1МЧИМП

flOKtliTlfl«! по Ч*НЙ1* CtMiCTl

II YpVBHH MMQVM

рмо»<мм т f-MpOTtpHN4fCN*H «СЛОМАЙ г«ш

Се«»* pthMMJUüH

fto »ь^миошнчм *цастк»т и топок

<-

frmttHHflfWnwi KttttCfffet

«фМЛиНТИЧССИН* »<XtAMT«ti

Коанкть, мтикть* rpiHrCWTJi niXttHOr» < DMfi*xQTj«ar« r*p«-

митм, кт шшшыш MlTQOtaptT*

li

гздигпморливкй! обработки лочм

ПДОУЛ^ками* о *е»по»*м » для ьеслроизц»-

Допустим к »osAMwaHm* с.-т. культур (»номMtYtiwt и »вень* cm&bOBOT«

л

•4ПЧП1 МТОНИЙ ПИ»Ш>)

мирмнк t**P«H мм ММГМГ* rVfMIMT* t*fli

Сомдонм rthfCi

4 Спать i«wc«4- 1

Ciwfiuit пмппмг«

CHtpiiHKtj

0&НЯНОГ9 J

С

ttKM-

эеспйтде «ос* «арм щ ним

) Тип ПСТНЫ »«ipt«N«

-J Crpympi мм«4ор«т» j-> ii - -...... -"I p)

|-|CW»pU»4 MCTTOOUI

*орн нтфдапемнто«

Урппм o(KM4tnKT*

И(Г7| V ГГМОПВГвЧ(С«1>й CHtM «1 А, Л WIM* 0МИ0Н IWHRLW *гропетм9#»тядкйД обрати к, ИЛеСТОЫИП, ВЧКЩИЧ OpTJ" (ЖЧКМЧ IwtptHiri

Рмиммциинй na примнет*

COIT*tT£T**«Ul( ¿T^ÜTtKHU-

чесми* мрчпрк*т*й fTvm- ' irret r.» pomwiia putnm нмч »»сшнаи, ВИРЯ-НИ1 ншрмьми* ш oprw*- :

$-», Структур* (ппч «гротипгичмкй «тип «»и&спнтп мм! 1 миппмсмЯ ммпа п^мкм «»««рмт* мрми-ммитпш поча цт мимшми мим* пинии, ркламимнЯ * О ЭС ЮСТРЙ

ТЕСТИРОВАНИЕ БЛЭЫ ЗНАНИЙ И ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ДЕМЕГРД В'разделе обсуждаются результаты тестирования БЗ ЭС ДЕМЕТРА на основе экспериментальнеых данных, полученных наш в производственных условиях тестового хозяйства - совхоза "Истринский", расположенном н западной части Московской области в 50 км от Москвы. Приводится характеристика почвенно-агрозкологических ресурсов хозяйства и условий производства по состоянию на 1989 - 1990 годы.

Проблемы оценивания базы знаний и работоспособности экспертной системы В оценивании различают два аспекта: технический и содержательный. Первый состоит в апробации программно-инструментальных средств поддержки БЗ, второй - тестирование самой БЗ. В ходе разработки

Гтцщ H» Cifjiirfi Imt *ммстмми"« "■икаю* тмбрсмиД*, "ôcpmbm Hwim мшралым w*tp»iiiil*t*mwifmk* ímtmj мкрмммщ«*

« цщтимЪ тма WMitw жрио—■ацвинспш ыт лря имшишп гмибА мемцы» рнймониигй 9 БЗ ЭС ŒIETW

ЭС ДЕМЕТРА было апробировано несколько программно-инструментальных средств поддержки ЕЗ. Это программный комплекс ПЭКС, разра&отаный в лаборатории почвенной информатики Почвенного ин-та им.В,В.Докучаева (разработчик - А.Г.Зенин); программный комплекс ЭКРАН (Институт Проблем Информатики); программный комплекс ЭТО (Институт Системных Исследований). Все эти программно-инструментальные средства поддержки БЗ имеют свои положительные и неудовлетворительные стороны, по соотношению которых в приложении к рассматриваемой наш предметной области и был выбран программно-инструментальный комплекс ЭКО.

Оценивание работоспособности ЭС требует некоторого эталона, о которым могут сравниваться вырабатываемые рекомендации. На два возможных пути достижения соглашения о выборе эталона указывается в методической монографии (Хейес-Рот и др.,1987), это:

- то, что является правильным ответом для эксперта или группы экспертов, располагающих той же информацией, что и система;

- то, что в конце концов оказывается правильным ответом, подтвержденным результатами активного эксперимента, проводимого в со-. ответствии с рекомендациями ЭС.

Мы предлагаем третий вариант соглашения о эталоне сравнения, суть которого состоит в следующем. Нормативную Сазу ЭС можно рассматривать как информационное пространство, аналогичное информационному пространству данных активного эксперимента. Если при анализе данных того и другого вида, например статистическими методами, совпадают основные результаты, то это можно интерпретировать как адекватное отражение в нормативной Саве реальной ситуации.

Так, для тестирования ждали агроэяшюгичесио* оценки хозяйственных полей, описывающей характер ограничений по размещению культур, был привлечен метод дисперсионного анализа, результаты которого можно оопоставитъ с результатами аналогичной обработки' экспериментальных данных. В качестве факторов использовались коды культур, форм меэо- и микрорельефа, типа литолого-стратиграфического строения профиля, а в качестве отклика - бальная оценка (0,1,2) каждого вида местообитания и наличие (0,1) ограничений по критериям: недостаток почвенной влаги (впв), избыток почвенной влаги и вероятность вымокания (изб), неблагоприятные агрофизические свойства пахотного горизонта (агф), разновременная готовность

Т*4л»иа Результаты дисперсионного амаггиэа мод*пм *грозиогн>-Гической оценки иестодЬитлнии

♦акторы н и* дмнодействия Доля ьпняиип Факторов на оитмку

Обаая эиенха Оиеин* по бтдельнын

«п* изб аг» гот уар »им

А Культура го-гз Ю-16 - - ¡8.-22 35-40

Б Меэоргль** - 20-Ё5 13-1Э —

В МмкрВрСПЪ«* - — 23-28 24-ев 13-16 — —

Г Строгий« профиля 37-43 32-40 33-37 - га-гз 11-54

А * Б - — - — — 12-15

й * В - — — — 18-гз 12-15

Й * Г 16-20

Б • В — - - 9-12 —

Б • Г — 12-16 10-1* — — - -

В • Г 15-21 10-15 - 12-16 12-17 -

к обработкам различных частей участка (гот), возможное усиления эрозии (уэр), неблагоприятные условия перезимовки озимых и трав (зим).

Как следует из результатов дисперсионного анализа (табл.4), интерпретационная модель в целом удовлетворительно отражает основные эмпирические правила оценки местообитания и согласуется с общей формулировкой основных принципов построения комплексной модели управления, а именно принципа соответствия лочьенно-экологических характеристик местообитания требованиям возделываемой культуры..

4.2. Проверка адекватности базовой концепции управления

Возможность использования разработанной базы почвенно-агроэко-логических знаний в конкретном хозяйстве может быть определена по результатам оценки соответствия базовой концепции управления плодородием условиям этого конкретного хозяйства, суть оценки соотоит в выявлении доли влияния упоминающихся в концепции. факторов на величину урожая, получаемого на полях хозяйства.

Для условий совхоза "Истринский" в выборку для статистической обработки включены данные учета урожая на пробных площадках, располагавшихся на хозяйственных полях по профилям-трансектаы, пересекающим основные элементы мезорельефа полей (табл.б). Одновременно проводился отбор почвенных образцов пахотного я подпахотного горизонтов, фиксировались преобладающие на площадках формы микрорельефа.

íifanm & йгдомичсвкя* iwhusíti/ni ttttm ломмггммжл binti сфвмм и. гщшсчкй, мнтм 9 196î * 1990 г они ri щняии * ^ocpvAimfwv аначенм »ft ьдопимй на мчиинв! карг« шитудо « пртйеяи ччастк««!

Номр К»иу» ftwiuu fo&ÏVDCTb Фц*«Ч, Гунус pH on ГК №нкм» Самдон* метут ut »мшим mrau* (нг/*г} y^iui

миПР* (■»/ir)

neful Пи fiwdlu * Ci ч КМ) КЛ С» Cl № № !л «СрМ

23 30 ¿5-27 1.36 кзг 26.6 1.80 6.46 11.4 аз. о 35.0 237 124 0.Î 0,12 «[.в 0.053 О.Я 32.2

Л*, fa- 10 ЙЧЧ 1.4t 1.44 34.1 8.10 6.№ 14.0 «10 и.о 550 104 1.6 0.37 63.8 0.050 0.« 27,1

ltar 10 ie-гг 1.56 1.50 33.7 100 4.« 33.3 55,3 го. 0 163 2.Î 0.42 87.8 0.074 1.63 17,1

ft*.«1 35 гм7 1.4» 1.4Я 30.3 Î.4S 5.33 гы? 74.0 18,0 433 211 4.0 0.22 66.4 ОМ? 2.10 41.7

Й*Г >5 гз-а I.W 1.41 33.4 2.60 1.1В £4.3 86.0 Î.0 ед ШЗ 6.3 0.28* 74.6 0.066 2.21 42.4

« № 60 ia-гг 1.38 1,58 312 1.70 5,00 16.5 6L» 16.0 376 176 2.3 0.30 34.6 4.033 3.18 38.2

а 16-го l.» м,й 1. № 5.74 ао 141.1 гг.о 330 1+0 Î.0 0.34 47,5 0.055 1.97 30. S

Ш от 3 1.4! 1.44 36.4 г. оо 3.21 20.0 7B.S 1&.0 442 184 1.7 0.23 31.6 0.048 2.41 31.7

аг 10 16-22 1.47 1.4В 39.4 £.40 4.Э5 41.1 «0.0 16.0 487 143 г.5 О.Я 66.8 9.074 г 25 14.2

H 100 3-Я 1.3Й 1.36 £6.3 160 3.43 43,5 66,0 12.0 2470 367 4.г 1.20 83.1 А 052 131 38.3

м> Ля V го &-Я l.tt зг.] 1.» З.М Ж 4 77.5 1&.0 373 10* 6.8 4.12 57.3 0.067 г. 7ft 30.8

им so 25-27 1.3S Í.44 40. г 2.гз Í.3S 33.0 37,0 13.0 1Й 146 5.3 0.24 76.3 0.060 1.78 30.0

to.«1 30 гз-27 1.« 1.30 38.4 ш 4.03 6S.Í а. о 14.« 1265 161 4.0 0.87 84.3 0.045 1.71 22.1

а IW" 10 16-го 1.52 1.66 43.3 1.05 3.49 16.1 88.6 24.2 229 136 5.4 Í.7Í 97.2 0,042 1.33 18.8

п*г » ЯЬЙ 1.3S t.» 37. в г. оо 6.48 1Î.3 121.0 34.0 439 3? г.4 0.38 47.2 0.072 1,76 34.8

П*. «Г 10 гг-гз 1.« 1.58 зг.в г.йо S.60 26.4 75.2 12.6 1!» 283 4.0 0,76 100.2 0.076 1.00 17.4

Й*.»г » гз-27 1.47 1.36 äfi.5 3.40 6.40 на 64.0 10.0 1210 313 S.0 0.70 Ы.4 0.04г 1.74 40.7

» Пи 1 го ш-гг 1.41 u« 34.0 1,40 3.72 г*, в 35,5 10.4 394 176 0,5 0.1» 23.5 0.040 1.47 24,3

Ш£ CI го-ss 1.43 1,43 35.3 1.63 4.47 зг.4 ».7 23.9 Кб 2Ы 1.2 0,05 25.2 0.051 1.88 34.3

Л* «Г 10 гг-гз i.*a 1.44 37.4 г. ю 4.Í? 36.6 И. 5 16.5 Ш 241 0.7 0,20 31,2 0.045 1.41 К. 7

Í* 3 аигг 1,46 I.K И. J г. es 4.« 75.3 72.2 14.7 207 0.1 0.10 44.7 0.044 1.37 17,5

» (W " га иьго 1.Я f.64 ♦г. 4 1.10 £.20 14.3 51.3 21.3 m 289 Ï.0 0.30 4Í.7 0,045 0,37 31.2

м г to гг-д их 1.44 ЗВ.4 ш 6.29 16. (i 34.3 19.8 467 106 0.3 0,32 30,3 O.ftí 0.93 4Ъ7

Пц >г 13 гг-гз 1.42 1.4Í 36. s £.00 &47 17.5 114.В 15.7 786 113 0.4 0.23 32.4 0.045 1.14 36.3

ПГ 3 to-zt 1.48 S.K ».г 3.» 3.87 £4.8 55.1 13.4 1303 21t 0.2 0,20 35.7 0.04Q 1.26 26.0

11Î я» г es гг-гз i,38 l.4ft а.? г.оо З.ЭД РМ 6&4 15.0 344 274 1.S 0.20 74.3 0.OS3 2.05 4А.7

nit и- - 10 го-гг 1.34 1.40 35. г 1,60 1» 33.0 ~а.г 15,0 ÍA 244 2.0 0.41 «14 0.0» Ш 33.8

ПРГ 3 1В-» 1.:г usa 37.4 г. 60 4.34 58.6 42.5 7.7 1254 312 0,6 0.60 1118 0.045 2.56 га.5

Ыпим Ь. Рмттат мрргллшонног* ышш» спи томНиост* мин* пыипн с тчмнмпг^мпотюшм 1СМММ ш>л*я снима'Исг^чнсша* мачместя О.Э » ш)

Гргмррони Зшчнмс инк™ иорртмти мм ■чмы урош с* локйнтспипя с*»1ст*

КйСА0ТНФС!Ь Йгрм«»«»»!*

Зммнти Б * ■ V»

- вся то 31 - -

Я « № а 39 » 113 ь ч 3 3 * 3 33 5 31 12 зв £1 6 33 15 а в Л 13 35 15 2С зэ г* +5 га к ♦г йН.М) Гк(-.И) рН(.М) N»<-.65) рн<.м1,и»кэя Ч1К761 Ylt-.il» Са<-.вП К(.Ы> Р1-.901 Со (-.991, К» 1.901 Со(-37)ЖСи».33) 1»(0.ЭЭ)(*И.в71 1>(.»71

п Плдеер ЕыпСямин ВогСкпйцы И ч 7 3 36 7 а а а 7 за и У 36 й (Ш.Ш.Гв!-.»» Гу»иаг1 *гК791>+«»Г«(-.75) Р(-. 761,1% [.721 С«(.в9КИ«1,К)

ПС Пл1тЛяЗр Пигии- Ь 10 7 * 31 6 39 6 11 3 « 3 !7 » 15 « Г« (.7*) »и-.т» Си(.70),М<.(Т)

■ 11, - «ЛЦТК1С1Ь 1ШС0ГЫ1Г0 я пйиммтч«* гврмюятоа

Комплеко показателей, харазтгериэующих С1Ш полей, составили моды форм него- и микрорельефа, почвенной разности. Фактор "кислотность" оценивался по значениям: рн, гидролитической кислотности, содержанию обменных Са и Ме, подвижного №. Комплекс показателей агрофизического состояния почв составили: содержание гумуса, гранулометрический состав, плотность сложения пахотного и подпахотного горизонтов. Содержание элементов минерального питания: Р.К.Си.Со.Мо.гл.

Связь величины урожайности озимой пшеницы с показателями агрономически значимых овойств почвы оценивалась по данным корреляционного анализа (тайл.8). для всей выборки в целом значимыми окааа-лнсь^ коэффициенты корреляции величины урожайности о плотностью сложения пахотного горизонта, содержанием гумуса, гидролитической кислотностью и значением рН,

Раздельный учет урожая по группам площадок снижает дисперсию величины урожая по сравнению о выборкой в целш, иллюстрирует неоднозначность связи величины урожая о содержанием гумуса и подвижных фосфатов на различных почвах, позволяет выявить другие детали во взаимосвязи рассматриваемых показателей.

Таким образом, базовая концепция управления плодородием'получила подтверждение в условиях конкретного хозяйства, т.е. на фоне обеспеченности растений элементами минерального питания за счет

внесения удобрений (Н,Р,К) основными лимитирующими факторами оказываются почвенно-геоморфологические и агрофизические, определяющие водно-воздушный режим конкретных местообитаний; значимы также и факторы, определяющие доступность растениям элементов питания; фактор почвенной кислотности и содержание в почве макроэлементов. Именно на регулирование этих факторов должна быть ориентирована система управления плодородием.

4.3. Результаты решения задач управления плодородием средствами ЭС ДЕМЕГРА

В ходе тестирования включенные в сценарий задачи управления плодородием решались для 8 хозяйственных полей общей площадью около 350 га, в границах которых выделено 28 почвеиш-геоморфологи-ческих контуров, отнесенных к 7 из 13 интерпретационных групп СИП.

По результатам агроэкологической оценки хозяйственных полей можно заключить, что существующие хозяйственные поля организованы без возможного учета почвенно-экологических условий и в агрономическом отношении неоднородные (табл. 7), Ряд участков не пригодны . для возделывания озимой пшеницы по различным критериям. Для различных почвенно-экологических ситуаций ЭС рекомендует различные наборы сельскохозяйственных культур и указывает на возможные неблагоприятные эффекты, связанные с технологией их возделывания.

Мы не ставили перед собой задачи всео&ьемливающего охвата проблемы дополнительны! агромелиоративных обработок. Реализованная в ЕЗ модель позволяет обратить внимание пользователя на данную проблему. К ее решению он может вернуться дополнительно.

Отметим возможность выделения задачи известкования в самостоятельную расчетную программу, что связано с достаточно высокой степенью формализации алгоритма ее решения.

Рекомендации по известкования можно сгруппировать следующим образом;

A) Известкование не требуется, поскольку "текущее" значение рН превышает нижнюю границ/ оптимальною уровня.

Б) Текущее значение рН ниже оптимального уровня, но проблема регулирования кислотности может быть решена в данный год га счет альтернативных известкованию приемов: внесение фосфорных или органических удобрений.

B) Текущее значение рН ниже оптимального и при сложившемся соотношении показателей, определяющих оптимальный интервал рН, а так-

П*м Имшии* МЯНМ

Пячмг. стр«»« про+яп* Класс СШ Снтнигнп К»НП>НСКТО| Опаки«»« ■щнмшим с/к янктур

Кжро- йп ЛяЭр Ини-^ ГИГ от яр) «фт см мпр

а £ 10 и £ £1 Яо(4 Ло«4 Зт Эи К-кс ЛС-»1СС СС-ясс а-« СЕ-« К [[ VII Ш1 ПП 20..« ( 1» -го..« (» - { » 10.,30 ) 10 100 100 1»,1 1ч £)«,< 2и,г 4 1)6,1 Иг 1« 2>«,г 4 г;м гк.1,г 1.1,1- км гц г>к г>л 4 2м 2ц гш 2м 4

« г т г 15 Яоа4 Ям! 3« Зм (Х-псс СС-псс СС-пес СС-псс II III IV II гл.« 1 ю )«) 4 10 < го 14..30 < 14 1 » 10..К < 10 1)а,1 1» гк,< г»,г 4 2ц ги,г 2» 2» 4 114,1 2:4,1,г Ы,*,г 114 1|4,1 г» г1*,г,> ги,г,1 4

« гг ет П,Ш-(л ш I» 2м 21* 2м 2;* 4

и г 13 £1 Ям* Зи СС-псс ЛС-АСС СС-к> II И ПК . го..м (и > М 10.,30 1 14 140 1|*,я !)• 2)1,1 2м, р 4 г1(,я,г 2|(,г,( 2)1,1-,* 4 ¿ч ги ¡и г» 4

17 7 5 10 6 Либ !ки( м Лт( СС-ясс СС-псс ЛС-«и ш II IV Ш1 1 « (14 -гО,.« {10 {го ».,» < 14 100 !н 2«, г г» 2>г.» 4 4 1» !)• 2и,г 4 Ы,*,) 1)4,1 1)4,* И!,! 114,1 £>л 2<* 2ч 2(1« 0

89 Ъ ( 1 9 1Ш № Зм СС-ио СС-1« к-«« £Е-*сс » 11 11 <11 го..« ю..эо {14 г«..« <ю г«..« (ю ( го 'с..зо 1 10 г<1,»,( ги,»,г г<1,|,Г 2к,г 0 !»,■ 1 >а 2»,> г<1,г 0 1:4,1 |1Г )и ги,г 0 2)4,1 Ы,г 2)4, «,г 1)4,г 1)4,1

» 13 ь 2 и и* Лох€ Ли« Дл( СС-псс СС-псс СС-«с» СС-кс ш II 1 VI 1 « 1 10 Йк.» 1 10 »..« 10..30 ( 1» } 10. .30 | 14 г» ги,г г» 21г,> 4 !)•,■ 111, Г 4 !)>,■,■ 2>*,1,|- 2», 1,1-,» 2)1,1 111,1 2» 2» г>< 4

5 Б . 14 Ш Лшй И-псс СС-псс Инее « 11 И га.,« < к> го..» < ю 1 го №.30 ( 14 4 1<| 1» г«,г 4 1)»,* 111, г 2»,< 2» 0 114,*,! |)(,а,г 1)4,1,г 114,1 114,1

(»1 • |

•попомню:)! строя« про**»

ЛМГГМЧ!

то ПиГ>р С пи ■*■ сс - срмаа) суптнм Па СП - ПЮП^СТМС*

Г1НИИС П>АСТНШМ|| |»РМ1

■ н Г|шум||(1|мч(с«|4 мла «сс * пифмт* сядаи* сунн ЯСС - ЖМИКИпД ПМММ с, мл - иортй таЫ сулппи

Мм НИИ« грряя С/1 «рИТур ' мл - МММ П1ЯЯ1И

- фни мримм и миши*'

(СЯ — МЯ|ШПиМ(

мрт - мргямяь .

С1Я - СПИСМ прмши 1<Г<тН)

. 1ИШ>ЧЯ|) мор - ЯМПЯГЯЯИ триы (яммр,

ж» о учетов высокого содержания подвижных форм марганца и алдвми-кия, проблема регулирования почвенной кислотности мажет решиться :только за счет известкования.

В ходе оценивания работоспособности ЭС мы не располагали возможностью выполнять рекомендации по известковании. Поэтому на конечной результате (урожай и качество продукции) оказалось отклонение рН почвы от оппшальиого на одном и? полей, в также ряде нон-туров других полей.

Задача внесения оргаиишижд удобрения решается в целом для ротации севооборота. Рекомендации по полям не различаотоя. В отно-

пении общей дели оценивания работоспособности ЭС, по-видимому, более эффективным методом будет апробация модели в режиме .имитации различных ситуаций.

Результаты решения задачи предпосевного внесения минеральных удобрений свидетельствуют, что практически все обследованные участки характеризуются зафосфачиванием почвы, а в отдельных случаях и запоташиваниеы. Поэтому ЭС рекомендовала внесение фосфорных удобрений "в рядки" в количестве 20 кг д.в./га., необходимей для обеспечения начального роота озимой пшеницы. Не было рекомендовано и внесение калийных удобрений на ряде участков. На одном из участков предложено отказаться от возделывания озимой пшеницы в текущем году ввиду сильного эапоташивания. В качестве альтернативы предлагается возделывать калиофидьные культуры - подсолнечник, кукуруза на силос (картофель не рекомендуется ввиду ограничений агроэколо-гичеоного характера).

По содержанию микроэлементов оцениваемые поля относятся к категориям низкого или очень низкого содержания подвижных кобальта и молибдена. В соответствии с этим назначены дозы микроудобрений о. указанием возможного способа внесения. На трех участках зафиксировано низкое содержание подвижного цинка, и на пяти - низкое содержание подвижной меди. Для них также назначены соответствующие дозы микроудобрений.

В производственных условиях азот внесен в соответствии с принятой в хозяйстве технологической схемой - по 1/3 общей дозы, в основное внесение и каждую подкормку, т.е. по 40 кг/га. Микроэлементы не вносились.

4.4. Эаклшение по результатам тестирования

Реализованная в КЗ ЭС ДЕМЕТРА комплексная модель управления плодородием (рис. 3) может рассматриваться как один из вариантов структуризации и формализации знаний в подсистеме информационного обеспечения управления. Положенная в основание модели концепция агроэкплогического подхода позволяет предположить, что имеющиеся недостатки в знании о отроении и функционировании объекта и системы управления будут компенсированы за счет общей ориентации на мягкие, по отношению к природным компонентам агробиогеоценова средства управления и дифференцированных в зависимости от конкретных почвенно-экологических условий управляющих воздействий.

Полнота информации о текущем состоянии объекта управления обеспечивается использованием широкого набора показателей плодородия при построении комплексной модели управления. Применение системы экспертного класса позволяет надеяться на то, что в условиях описания объекта управления по всему набору учитываемых показателей плодородия пользователь сможет оперировать всем информационным потоком, несмотря на его объем. При отсутствии каких-либо сведении о параметрам объекта управления - соответствующие рекомендации будут вырабатываться на имеющейся основе с минимальными погрешностями.

Рекомендации по применению различных агротехнических приемов в настоящее время можно получить и традиционным способом - по справочнику с учетом различных "поправочных" коэффициентов. Однако, в этом случае практический работник сельского хозяйства, не обладающей достаточной теоретической подготовкой и не имеющий соответствующего опыта работы, не может быть гарантирован от ошибок. В 32 ДЕМЕ1РА. используются конкретные знания специалистов высокой квалификации с большим практическим опытом. Поэтому ошибки менее вероятны. Кроме того, знания по различным аспектам управления плодородием увязаны между собой, а сама ЭС более "дружелюбна" к пользователю, чем справочник или обычные расчетные программы и может использоваться непосредственно в Хозяйствах.

5. шасда

1. Главный итог работы состоит а том, что разработана оригинальная комплексная модель управления плодородием дерново-подзолистых почв при возделывании озимой пшеницы, реализующая принципы агроэкологического подхода. Она представлена в виде базы почвен-но-агроэкслогических знаний, используемой в действующей экспертной системе по управлению плодородием.

База знаний включила знания по управлению плодородием, накопленные Российской школой агропочвоведения и апробирована в производственных условиях тестового хозяйства - совхоз "Истринский" Московской области.

2. Проведена типизация встречающихся в регисне исследования СПП относительно их "пригодности" под возделывание основных ,сель-скохо?лиственных культур и возможного проявления отдельных лимити-руших факторов. Разработана система показателей и правил диагностики, необходимых и достаточных для идентификации почвенно-агроэ-коногическсй ситуации.

3. В ходе реализации комплексной модели управления плодородием г виде базы знаний экспертной системы:

- усовершенствована модель управления почвенной кислотностью путем известкования, внесения фосфорных и органических удобрении, учитывающая различия почвенно-экологических условий хозяйственных полей и, помимо традиционных показателей качества мелиоранта и свойств мелиорируемого слоя (исходный и желаемый уровень рН, содержание гумуоа, гранулометрический состав), учитывает содержание подвижного фосфора и токсичных форм марганца и железа;

■ - формализована в виде исчерпывающей классификации перечисления показателей и их градаций модель управления агрофизическими параметрами пахотного горизонта на основе регулирования его гумусового оостяния с учетом степени агрегированности почва, содержания в почве подвижных фосфатов и почвенно-экологических условий хозяйственных полей;

- разработана на основе понятия "рациональный уровень'* модель оценки содержания элементов питания в почве (Р и К) о учетом особенностей рельефа и модель управления обеспеченностью элементами. питания посевов озимой пшеницы в различных почвенно-экологических условиях;

- разработана модель азотного удобреня озимой шеницы на основе системы показателей; содержание подвижных форм азота ч почве, содержание общего азота в растениях, качественная характеристика посевов', фаза развития озимой пшеницы, а так же набор показателей, характеризующих гидротермические особенности определенных периодов вегетации;

- реализована система нормативов и правил внесения микроэлементов минерального питания озимой пшеницы.

4. В ходе опытной эксплуатации ЭС ДЕМЕТРА продемонстрировала полезность методов и средств искусственного интеллекта в практи-' ческой области, требующей не только логического рассуждения, но и немалого опыта. База знаний системы отражает согласованное мнение коллектива экспертов, придерживающихся одной школы агропочвоведе-ния.

По материалам работы опубликовано:

1. Автоматизированная система диагностики почв в обосновании мелиоративных мероприятий. В сб.: "Принципы и методы экоинфорыати-ки'\ М.,1935. с.ЗИ-Э12, (в соавторстве).

2. Расчет нормы известкования по величине общей удельной поверхности твердой фазы и рН солевой вытяжки. Доклады БАСХНИЛ, N7, 1991, стр. 1-13. (в соавторстве).

3. Структура знаний в экспертной системе по управлению плодородием почв. В сб.: "Почвенное плодородие. Информационные системы, модели, методы исследования.", М., Почвенный ин-т им.В.В.Докучаева, 1992. стр.24-28.

4. Экспертная система по управлению плодородием дерново-подзолистых почв при возделывании озимой пшеницы". М., Почвенный ин-т. им.В.В.Докучаева, 1994, 150 стр., деп. рукопись N 41 ВС-94. (в соавторстве)

Подписано*печать Формат60*84/16 Заказ /Л> Уел, печ. л. £ о __' _Тираж /¿у*

Типография Россельхоза калении IМосква, ул. Ягодная, 12.