Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Моделирование равновесного природопользования в земледелии

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Моделирование равновесного природопользования в земледелии"

Г Б од

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ СИБИРСКИЙ НАУЧНО- ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ И ХИШЗАДШ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи УДК 631

Южаков Александр Иванович

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАВНОВЕСНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ.

06.01.03 - агропочвоведение и агрофизика

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора биологических наук

Новосибирск - 1995

Работа выполнена в Сибирском научно-исследовательском Институте земледелия и химизации СО РАСХН

Официальные оппоненты:

д.б.н. Рассыпнов В.А.

д.с.-х.н. Черепанов М.Е.

д.б.н. Хмелев В.А.

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

Защита состоится 26 октября 1995 г. на заседании диссертационного совета Д-002.15.01 при Институте почвоведения и агрохимии СО РАН С630099 Новосибирск-99, ул. Советская, 18),

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в библиотеке Института почвоведения и агрохимии СО РАН.

Диссертация в виде научного доклада разослана*_ сентября

1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор биологических наук ■ ' М.М.Дергачева

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАВНОВЕСНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность работы

В развитом обществе должна быть разработана и реализовы-ваться стратегия равновесного природопользования, в том числе и в сельском хозяйстве. Под ним будем понимать такое, при котором создаются условия для воспроизводства структуры и функции компонентов природы, затронутых человеческой деятельностью. Параметры и характеристики природных структур и процессов при этом должны .быть как минимум стационарными, обусловленными адаптационными возможностями природы и уровнем научно-технического вооружения человечества.

Состояние агроландшафтов Судет формироваться под действием следующих основных факторов:

- природных процессов в затронутых производством ландшафтов;

- экономической конъюнктуры;

- научно-технического и технологического прогресса;

- экологических ограничений.

Управлений воспроизводством реализуется как взаимодействие

трех структур:

- инвестиционных аграрных банков;

- пользователей земли;

- властных структур.

Целью настоящей работы является идентификация специфики принципов равновесного природопользования в сельскохозяйственном производстве и, в частности, в земледелии.

Задачами исследования предусматривались:

- изучить статистическую структуру данных, поставляемых комплексом аграрных и биологических наук, для конструирования систем земледелия;

- разработать методы и приемы идентификации и уточнения содержательной информации в неизбежно стохастическом мире, использовать современные математические средства и вычислительные ресурсы для содержательной фильтрации информационных потоков в аграрных исследованиях;

- разработать модели фунционирования земледелия для хозяйс-

твенных систем различного уровня;

- на основании моделирования функционирования земледелия разработать сценарии рационального использования земли.

■Работы, представляемые настоящим докладом, являются, в основном, теоретическими и ориентированы на совершенствование научного инструментария ученых, занятых разработками перспективных ■систем зеледелия, поэтому фактом внедрения идей является использование их для разработки проектов перспективного сельскохозяйственного природопользования.

Научная новизна

В области идентификации состояния компонентов агроландшафта - количестенные методы визуализации информации о степении антропогенного влияния на состояние сенокосов и пастбищ.

В области оценки состояния агроценозов - методы оценки неравномерности размещения растений по площади [11.

В области оценки сортов - процедуры многомерного анализа и ранжирования, оценки интенсивности и пластичности, и устойчивости к неблагоприятным факторам [31,32,36,69].

3 области планирования экспериментов:

- разработка композиционных схем опытов с дозами удобрений [5,9,10,75];

- разработка рациональных пространственных структур для опытов с севооборотами и удобрениями [2,10,11,13,15,17] и предложение многомерных статистических методов для анализа их данных.

В области учета сопутствующих факторов и фильтрации данных:

- учет влияния структуры почвенного покрова на результаты опытов и элиминирование этого влияния [12,66];

- учет влияния погодных условий на результаты оценок производственных факторов и процедуры уточнения среднемноголетних нормативных эффектов [16,18,39,65].

В области совершенствования синтеза агрономических знаний в функции продуктивности и оптимизации агрохимической деятельности:

- введение категории эквивалентности биофилов в почве и

удобрениях [58];

- разработка алгоритмов и поогр-.мм. для идентификации параметров эквивалентности показателей содержания биофшюв в почве ив удобрениях;

- введение категории косвенных оценок текущей минерализации азота по предшественникам;

- разработка алгоритмов и программ для идентификации почвенных оценок текущей минерализации азота по предшественникам [29,46,49]..

• Формализация земледельческих знаний о факторах и результатах 'в виде "кинетической" функции продуктивности со сложной природой аргументов и разработка алгоритмов и программ идентификации функции по результатам наблюдений и экспериментов [40].

В области прикладной оптимизации применения удобрений:

- разработка принципов экономической оптимизации применения удобрений [5,7,27,29];

- разработка алгоритмов и программ, реализующих принципы экономической оптимизации на уровне хозяйства, области, региона [40];

- разработка документов, рекомендаций по оптимальному применению удобрений на уровне технологии хозяйства, области, региона [3,7,19,23,24,26,£7,30,35,38,41,42,43,43151,57,62,701.

В области оптимизации использования земли:

- выдвижение концепции технологической системы б севообороте как единой целостной категории[6] ;

- оптимизация использования земли методами линейного программирования на уровне технологических систем в севообороте [6, 15,63,72,73,76,77].

Разработка программного комплекса численного имитационного моделирования продуктивности технологических систем севооборотов как Формализованного синтеза земледельческих знаний для прогнозных расчетов возможной продуктивности земледелия при различных условиях.интенсификации и формирования таким образом представления о потенциал продуктивности пашни[77].

Разработка принципов учета в структуре оптимизационной задачи экологических ограничений и требований'в виде диапазонов нагрузок и штрафных коэффициентов при включении в целевой функционал [77].

Разработка категории неустойчивости агроценозов и включение

- ?> -

параметров неустойчивости в оценку технологических систем[773.

Разработка категорий количественного сравнения состояния угодий под влиянием антропогенной нагрузки и применение этих критериев для оценки состояния естественной растителдносги на сенокосах к пастбищах при оценке их продукционного потенциала [78].

Адаптация математической модели размещения производства для размещения сельского хозяйства с учетом потенциала территорий и экологических ограничений и требований [77].

Расчет перспективного размещения сельскохозяйственного производства Новосибирской области при различных сценариях развития экономики области [77].

Защищаемые положения

Потенциал агроландпафта является результатом взаимодействия природных рсурссь с технологическими возможностями их использования, предоставляемых научно-техническим прогрессом.

Идентификация потенциала предполагает исползование . всего комплекса методов аграрных и смежных наук, включая специальное, плакирование экспериментов, адекватные методы статистического анализа, имитационного и оптимизационного моделирования и прогнозирования, корректного синтеза частных моделей в модели более высоких рангов, от частных моделей трансформации отдельных элементов в ценозе до моделей фунционирования хозяйства и территорий.

Формирование производственных и социальных нагрузок на аг-роландшафты в соответствии с их потенциалом и устойчивостью может обеспечить воспроизводство структурообразующих компонентов агроландшафта, реализуя, таким образом, стратегию равновесного природопользования в сельскохозяйственном производстве.

Практическая значимость и реализация результатов

В области совершенствования планирования сельскохозяйственных исследований и анализа их результатов предложения по схемам длительных опытов реализованы в Курганском НИИЗХ, Челябинском НШСХ, СибНШЗХиме.

Статистические пакеты и специализированные программы для углубленного анализа результатов биологических исследований, созданные автором и при его консультации О.Д.Сорокиным для IBM РС адаптированы в Курганском НИИЗХе, Челябинском -НШСХе, СибНИИЗХо-зе, СибНИИЗХиме, СибИМЭ ИПА, БИНе и других научно-исследовательских учреждениях региона.

Результаты работ автора по оптимизации минерального питания вошли в рекомендации по оптимизации азотного режима (1982), а также в виде раздела в рекомендации по интенсивным технологиям возделывания сельскохозяйственных культур, разделы "системы удобрений" в соответствующих выпусках "Зональных систем земледелия" (1982) и "Систем ведения сельского хозяйства" (1983).

Результаты моделирования систем земледелия вошли в разработку перспективных систем земледелия Читинской области, где экологические проблемы из-за перевыпаса, ветровой и водной эрозии, проявились особенно остро.

Наиболее тонкий учет провинциальных особенностей с помощью процедур оптимизации размещения производства на перспективу осуществлен автором при участии в разработке проекта "Систем земледелия Новосибирской области на ландшафтной основе" в 1994 году.

Апробация работы

Основные подходы, предложения и результаты работ докладывались :

- на сессии ВАСХНИЛ, Москва, 1969;

- на Всесоюзных конференциях участников Географической Сети опытов с удобрениями, Москва, 1966, 1968, 1970, 1971; Львов, 1969; Челябинск, 1983; Горький, 1985;

- на VII съезде ВОП, Ташкент, 1985;

- на VIII съезде ВОП, Новосибирск,' 1989;

, , - на ежегодных региональных совещаниях по агрохимии и земледелию и на сессиях СО РАСХН, 1977 - 1993;

- на региональных конференциях, Барнаул, 1981, 1990;

- на I и II форуме почвоведов России, Пущино, 1992, 1993.

По материалам диссертации опубликовано 103 научных работы

общим объемом 42.. печатных листа, из них 26 - автора.

Автор выражает признательность ушедшим от нас В.Н. Перегудо-

ву, истинному вдохновителю настоящей работы, Б. А. Доспехову, чья конструктивная благожелательная критика была всегда полезной, действующим коллегам по работе В. И. Овсянникову, В. И. Волынки-ну, которые участвовали в "закладке фундамента" этой работы в КНКИЗХе, Ю. Л. Кушниренко, К. Д. Галактионову, C.B. Марамыгину, П.И. Крупкину, совместные работы с которыми в многом способствовали уточнению представлений о процессах в агроценозах региона, а также сотрудникам сектора моделирования СибНШЗХима А.В.Киншту и Н.Г.Шатохиной, чей творческий труд способствовал идейному обогащению работы.-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Настоящий доклад содержит концентрированное изложение работ автора в области методического и математического обеспечения исследований по земледелию, агрохимии, защите растений, селекции в течении 30 лет.

8 первой части излагаются процедуры нормативной оценки технологий. Отбор сортов по заданному спектру требований, в том числе по интенсивности, экологической пластичности,-устойчивости к болезням. Затем агрохимическая оптимизация, б том числе и с учетом экологических требований.

Синтез агрономических знаний в модели функционирования агро-ценозов в различных севооборотах и технологических системах. Синтез систем земледелия и землепользования на уровне хозяйства. Синтез систем сельскохозяйственного землепользования на уровне области.

Настоящая работа посвящена совершенствованию методологии и методики исследований, в особенности повышению эффективности экспериментирования и уточнению выделяемых в эксперименте закономерностей.

Кроме того, излагаются первые попытки количественного учета экологических требований при принятии решений либо технологического, либо системно-организационного плана.

Наступает осознание, что область экономически эффективных и экологически допустимых решений доеольно узка, поэтому все меры

по уточнению закономерностей в агроценозах и сопряженных с ними элементах ландшафта, и учет этих закономерностей при конструировании разумного использования земли должны оправдаться формированием научной основы стабильного и конкурентно-способного хозяйства.

Для конкретизации процедур разработки определенных разделов научных основ зональных систем земледелия необходимо произвести уточнение некоторых определений. Прежде всего - определение зональной системы земледелия. Под системой земледелия автором предлагается понимать систему использования земли для производства продуктов сельского хозяйства с помощью возделывания культурных растений.

Данным определением охватывается все разнообразие агрономической деятельности. Термин "использование земли" предполагает использование всех природных ресурсов земледельческих технологий, включая га зональную и провинциальную специфику. Термин "производство" включает в себя сферу человеческой деятельности, охватывающую производительные силы, как совокупность технологий и производственных отношений, как экономическую среду, в которой эти технологии реализуются.

Таким образом, в зональной системе земледелия должны найти объединение три сферы: зональная среда, технология и экономика.

2. ОЦЕНКА АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ (ПАСТБЩНОЙ ДИГРЕССИИ) НА ТРАВЯНИСТЫЕ СООБЩЕСТВА

Применительно к сельскохозяйственному использованию земли задачи равновесного природопользования решаются разработкой систем земледелия на ландшафтной основе. Объектом рассмотрения аграрной науки становятся не просто угодья, а элементы агроланд-аафта, т.е. компоненты целостной ландшафтной системы, затронутые производственной сельскохозяйственной деятельностью, но продолжающие функционировать как целое. Центральным звеном теории оптимального функционирования агроландшафтов являются разработки условий и предпосылок воспроизводства основных компонентов ландшафта - сельхозугодий, гидрологической.сети и т.д..

Для идентификации процессов функционирования и изменения природных экосистем и выяснения области их стационарного функци-

онировакия необходима разработка научного инструментария и, в частности, инструмента для элементарных операций сравнения объектов, например, комплекса растительности по катене, либо природной заповедной растительности и растительности, сформировавшейся под мощным антропогенным прессом, например, пастбищной дигрессии.

Огромное теоретическое и практическое значение имеет выяс- . нение специфики направленности масштабов изменений в жизни агро-ландшафтоз, вызванных долговременными климатическими трендами и антропогенным прессом.' Есть основания утверждать, что степные районы Сибири, е особенности западные, за последние 40 лет подверглись одновременному воздействию меняющегося климата (рис.11) и нерационального природопользо?ания. Эти утверждения общего плана должны быть проверены как по действующим причинам, так и по проявлениям на компонентах агроландшафтов.

Вакную роль при этом будут играть операции сравнения состояния угодий, например, естественной растительности. Требует своего инструментария вопрос измерения степени аналогичнбсти процессов, вызванных внешне различными причинами, например, природными причинами зональности и антропогенными причинами пастбищной нагрузки. У геоботаников имеются свидетельства, высказанные либо ь виде гипотез, либо продемонстрированные на качественном уровне, говорящие о том, что внешние проявления этих различных причин на состояние естественного растительного покрова приводит к похожим результатам.

Так, если принять за основу развития растительность лугов лесостепи и просмотреть изменения ее б заповедном состоянии на юг к растительности сухих степей и полупустынь и,сопоставить эти изменения с трансформацией растительность под влиянием пастбищной дигрессии, то можно отметить определенную аналогичность проявлений:

- уменьшение общей продуктивности и проективного покрытия;

- уменьшение доли надземной биомассы;

- снижение растительного разнообразия;

- увеличение доли ксерофитов и эфемероЕ;

- уменьшение мощности дернины;

- увеличение объемной массы почвы.

Все это позволяет на качественном уровне говорить об усиле-

Горные пастбища Алтая

Дигрессия по зонам

1-я компонента

Рис 1. Проекция описаний пастбищ на главные компоненты i-¿ суха.я смгпь 9-ю лганые ¿угз.

3-4 степь Н-(2 болонка

5-6 юу&игя лесостепь /3-/4 среднее

1-8 оеВерная лгсоатгпь

Ценят ные. объекты - £ ззпс&еЗмо-у режиме 1етыь!е — & паст5ищ,нол1

нии ксерофитизацик растительности в процессе антропогенеза. Однако эти рассуждения должны быть развиты и дополнены количественными характеристиками. Нами предлагаются подходы к формированию количественного инструментария при сопоставлении состояний различных компонентов ландшафтов.

Описание состояния естественных растительных сообществ, как правило, содержит в себе множественные характеристики составляющих эти сообщества-элементов, а также характеристики их продуктивности. В общем случае описание состояний на данный момент времени может быть представлено структурой биомассы сообщества, его разнообразия и соответствующего состояния почвенного покрова. Математически это может быть выражено в виде набора (вектора) величин. Полуколичественные характеристики, например, сильные, средние, либо слабые могут быть кодированы цифровыми значениями, например, три, два, один, а наличие либо отсутствие той или иксй группы может быть кодировано значениями единица или ноль. Таким образом, классические геоботанические описания растительности могут быть "оцифрованы" в числовые векторы.

Для оценки направленности и масштабов процесса в наборы описания желательно включить весь диапазон изучаемых явлений, например, для описания причин зональности желательно иметь описание растительности от сухой степи до влажных лесных лугов, а для описания пастбищного воздействия необходимо иметь диапазон от заповедного луга до выбитых пастбищ четвертой стадии дигрессии.

Просмотр расположения объектов на проекции на две первые компоненты на травянистых сообществах Горного Алтая (рис.1) в зональном разрезе показал, что они действуют в основном, в направлении усиления ксерофитизацик, несколько больше уклоняясь на влажных лугах [78].

Таким образом, систематически применяя предлагаемый инструментарий, можно определиться с нагрузкой на пастбища.

3. ОЦЕНКА И ОТБОР ТЕХНОЛОГИЙ, КУЛЬТУР И СОРТОВ 3.1 Учет пространственной неоднородности

Будем рассматривать пространственную неоднородность прежде всего как' разнообразие почз и их свойств, влияющих на результативность земледелия. Даже для целей исследований непросто найти

подходящий участок, обеспечивавший почвенную сопоставимость испытываемых технологий. Внутри теории планирования экспериментов даже сформировалось определенное направление, целью деятельности которого является уменьшение искажения результатов опыта под влиянием почвенной неоднородности под опытом. Наиболее интенсивно эксплуатируется гипотеза почвенного континуума, непрерывности, в соответствии с которой умет-сение. дс определенных пределов, расстояний мевду сравниваемыми вариантами вызывает уменьшение ошибки.

Это предположение обычно оправдывается до тех пор, пока экспериментальные участки под посевами остаются натурными моделями агроценозов, то есть кусочками Целостного поля, несущими в себе все основные закономерности функционирования агроценоза.

Наиболее остро проблема подбсра участков становится на солонцовых комплексах.

Естественной становится мысль использовать для учета почвенной неоднородности не абстрактные блоки, а непосредственные почвенные контуры в виде показателей структуры почвенного покрова экспериментачьных делянок.

Соответствующей статистической моделью будет модель ковариа-ции на показатели'структуры, но учитывающей явную вырожденность системы переменных, поскольку суша показателей структуры должна равняться единице.

Уи=£хк*Рик + «! + (1)

где:

Уи - урожай 1 - го варианта е ;: - повторности;

Хк - урожай к - й почвенной разности;

Рхдк - доля к-й почвенной разности в учетной площади 1-го варианта 3- повторности;

«1 - эффект 1-го варианта;

гц - ошибка 1-го варианта 3-й повторности.

В 1972 году нами [193 разработана соответствующая модификация ковариационного анализа, а с 1990 года'реализующие ее программы стали регулярно применяться для обработки результатов исс-

дедоБаний СибНККЗХим на солонцах [91]. Для примера приведем структур'/ данных зпкта Е. А. Логачева, 1990 г. (табл.1,2).

Таблица 1

Структура данных опыта на солонцах (Е.А.Логачев, 1990) Обработки |Удобрения ! Повторения 1x1x2x3x4 у

1

О

0.23 0.77 0.00 0.00 3.2 0.00 0.00 0.00 1.00 27.7

Где:

деля в учетной площади -солонца коркового; мелкого;

хЗ - среднего; х4 - глубокого;, у - урожай овса.

Регрессия на сопутствующие переменные :

У = 2.404 х 1 + 8.870 х 2 + 26.907 К 3 + 28.172 X 4 (2)

Таблица 2

Дисперсионный анализ ковариаций: Эффекты Ззс № з2

РР

В 11.31 33.03 1 о-£..03 4.77 0.965*

А 104.11 56.01 2 23.00 3.51 0.960*

АВ 1.47 4.35 2 2.43 /'0.30 0.260

Остаток ' 5504.53 303.20 38 7.93

В зтой таблице переменной 5вц обозначены суммы квадратов эффектов, а Ssql - их аналоги после коррекции на структуру почвенного покрова делянок.

В данном случае на почвенное разнообразие, учтенное в виде структуры почвенного покрова, пришлось 92.5% варьирования и, ее-

тественно, его элиминирование позволило уточнить выводы и установить существенность влияния и удобрений (фактор В), и технологий обработки псчвы (фактор А). Взаимодействие в данном случае не проявилось в принципе.'

Эффективность опыта повысилась в 16.4 раза, что свидетельствует о чрезвычайной важности учета структуры почвенного покрова на экспериментальном участке, в том числе и с помощью модифицированного нами ковариационного анализа. Кроме того, ковариадая на структуру почвенного покрова позволяет исправить ' возможные искажения оценок средних из-за случайного размещения какого-либо варианта преимущественно на лучших, либо на худших почвах,- что существенно повышает эффективность экспериментирования на сложных почвенных объектах.

3.2 Оценка нормативных среднемноголетних эффектов (учет временной неоднородности)

Общеизвестно, что из-за неустойчивости погодных условий земледельческие приемы испытываюгся в течение нескольких лет. Полученные при этом результаты усредняются, как правило, в виде среднеарифметических. Эта процедура стала настолько привычной, что обсуждению и ревизии не подвергается. Однако ее реализация неявным образом предполагает, что условия погоды за период изучения встречаются с той же частотой, что и в более длинном ряду лет, включая к прсщдое, и будущее. Это неявное предположение лежит в основе применения средне арифметических. Строго говоря, ситуация гораздо сложнее.

Любые научные результаты, в том числе и результаты земледельческих приемов, нужны не сами по себе, а для принятия решения в будущей деятельности. Поэтому к результаты нужны для будущего. Для того, чтобы имелось основание переносить результат испытания прошлого (а период исследования неизбежно становится прошлым), мы должны быть уверены, что условия территории, для" которой проведены испытания, не будут радикально изменяться. В узко-статистическом смысле это означает, что численные ряды, отображающие изменение параметров погоды во времени, стационарны.

Термин "стационарность" как раз и означает, что основные

статистические характеристики рядов (средние, дисперсия, авто- и кросс-корреляционные функции) являются инвариантным;! во времени. В случае стационарности временных рядов погоды появляется статистическая основа для переноса результатов испытания прошлого в будущее. Именно этот случай будет рассмотрен.

Для стационарных рядов погоды нами предложена следующая процедура усреднения эффектов. В любой территории, для которой ведутся исследования, как правило, имеются данные по погодным параметрам не только за период изучения приема, а значительно раньше. Ка территории Сибири можно найти материалы пятидесяти- столетней длительности, по ним возможно определить частоту встречаемости условий лет, аналогичных годам изучения [27,33,66]. В качестве меры аналогичности можно использовать известный показатель многомерного расстояния Махаланобиса (С.Р.Pao, 1S63).

Для зтогс берегся последовательно каждый год прошлого и по нему проводится расчет степени похожести этого прошлого года к конкретному году периода изучения. По результатам расчета выбирается из периода исследования тот год, который наиболее похож на этот тсд прошлого (по минимуму расстояния Махаланобиса). Отмеченные случаи суммируются для каждого года исследования. Таким образом определяете* встречаемость в прошлом условий лет, аналогичных исследуемому. Результаты экспериментальных оценок данного года взвешиваются на встречаемостях, установленных вышеописанным образом. Результаты испытаний предложенной методики были проведены на материале лаборатории борьбы с сорняками СибНИИЗХим за период с 1986 по 1992 гг. (табл.3).

Из сопоставления рядов погоды за 100 лет и за исследуемый период оказалось, что за последний засушливые годы встречались го--раздо чаще, чем б прошлом. По этой причине экстенсивные варианты технологий за период исследования получили либо нормальную, либо несколько завышенную оценку (поскольку в засуху выгорали заметно меньше;". Интенсивные варианты получили существенно заниженную оценку, причем степень смещения оценок была тем заметнее, чем был выше урожай по данной технологии в благоприятные годы. Так, по парам смешение оценок эффективности интенсивных технологий составляло 1-2 ц, а на четвертой культуре после пара это смещение достигло уровня 6-7 ц.

Если предположить, что период засух ограничен во времени, и погода территории сохранит свои основные характеристики, то экспериментальная оценка интенсификации возделывания яровой пшеницы на плохих агротехнических фонах по обычной средне-арифметической сильно искажена. Следовательно, имеется гораздо больше возможностей успешной интенсификации в данной территории, и достигаемый урожай на интенсивных фонах составит не 25-27 ц, а 33-35 ц, как это следует иг расчетов по предложенной методике.

Естественным дополнением к предложенной методике расчетов средне-многолетней нормативной эффективности технологий было бы статистическое исследование надежности сформированных нормативов.

Стандартной процедурой обработки многолетних данных по предложению Б.А.Досяехсва (1973) считается обработка серий результатов многолетних экспериментов, в которых данные за каждый год рассматриваются в качестве повторений. Строго говоря, подход справедлив лишь для серий однофакторньк опытов, поскольку только этот случай укладывается в теоретическую схему проверки гипотез относительно главных эффектов в смешанных моделях экспериментов (Снедекор Д.У.,1961).'

Для главных эффектов и взаимодействий фиксированных факторов в 'смешанной модели данных многолетнего эксперимента схема становится не вполне корректной. Б соответствии со структурой математических ожиданий средних квадратов эффектов в смешанной модели статистической базой проверки значимости фиксированных эффектов является их взаимодействие.с годом, т.е. неустойчивость эффекта по годам.

При более внимательном содержательном рассмотрении сущности исследуемых явлений такой дифференцированный анализ представляется предпочтительным." Действительно, существуют эффекты принципиальной разной степени устойчивости по годам. Например, стабильность эффектов от азота и системных средств защиты растений, как правило, существенно ниже, чем стабильность технологии обработки почв или действия фосфора, хотя сами эффекты в благоприятные годы могут быть на порядок более высокими.

Нами сформирована методика, предложены алгоритмы и разработаны программы, .-их реатазуюцие, для проведения взвешивания эффектов многофакторных опытов на встречаемостях условий лет и

статистической обработки этих эффектов с помощью смешанной модели 'многофакторного дисперсионного анализа (Д.У.Снедекор,1961) модифицированного нами для случая различных весов в случайной компоненте.

Применение этой процедуры для приведенных данных показало, что существуют доказанные различия не только от эффекта интенсификации, но и от испытываемых технологий обработки почв, что в обойденном анализе по Доспехову (1963) не просматривалось.

Таблица 3

Встречаемость лет и оценки технологий

1 1 1 Годы и их встречаемост ь 1

! Тех- !

ОроДп. ирсдл. 1

Зон ! ноло- -!1986 1937 1988 1989 1930 1991 1992 арифм. взвеш. !

! гия 1 1 10.30 0.17 0.25 0.01 0.11 0.07 0.08

! 1 1 | 18.2 12.4 -12.6 4-7 14.5 7.7 20 5 12.94 14.68 |

Экс- 1 2 ■ ! 17.4 10.3 10.0 9.7 Л С о 6.2 17 6 12.34 13.21 |

тен- ! 3 118.2 10.2 8.3 10.0 1 V ♦ 0 8.1 14 9 12.17 12.96 |

СИЕ- 1 4 118.5 9.4 8.7 12.5 1 Г.1.' < о о . ^ 14 8 12.11 12.73 |

ный ! 5 117.0 9.5 8.7 11.1 11.7 6.3 13 9 11.17 11.96 |

1 6 ¡16.4 8.4 7.3 8.4 11.7 6.0 13 3 10.28 11.26 |

! 7 I 112.1 1 8.5 7.6 8.5 3.7 8.3 7 9.48 9.71 I

1 ! 1 [ |44.8 л О п 4 С . <С 33.5 6.30 29.4 11.4 42 3 29.98 36.83 1

Ин- 1 2 144.1 39.1 33.3 12.2 30.0 10.6 37. 8 29.58 35.74 |

тен- ! з [45.8 39; Б 31.3 13.2 33.1 12.0 32. 7 29.67 35.88 |

сив - ! 4 145.8 пп о со • С. 30.1 13.4 31.8 12.1 31. 7 29.01 35.12 |

ный 1 ц 1 О 143.4 37.3 29.7 13.1 30.5 10.5 30. 4 27.91 33.86 |

! 6 142.9 38.2 29.9 12.1 30.0 10.3 29. 8 27.60 33.70 |

; 7 I ! 42. 2 33.9 29.4 12.0 РР ^ 9.80 30. 5 26.61 32.84 | |

Можно утверадать, что предлагаемые подходы, алгоритмы и программы, их реализующие, позволяют существенно уточнить нормативную эффективность испытываемых приемов и дать более надежную и адекватную проверку их значимости.

Существует еще один важный методический аспект рассматривав-

мой проблемы. Большая часть длительных стационарных сельскохозяйственных технологических экспериментов реализованы в севооборотах, развернутых в пространстве частично, лишь несколькими полями. Это приводит к тому, что под неповторимые условия каждого конкретного года подпадает лишь часть изучаемого севооборота. Это вызывает серьезную проблему в определении сравнительной продуктивности отдельных культур и звеньев севооборотов.

Хотя испытываемые внутри севооборота технологии можно оценивать и они оцениваются по некоторым аддитивным показателям (кормовые единицы, сухое вещество, стоимость продукта), но взаимодействие технологий с культурами оказывается смешанных! с взаи>,го-действием технологий с условиями года, причем это смешение нерасчленимо. Методические проблемы сопоставимости эффектов в различные годы оставались неразрешимыми до тех пор, пока не обеспечивалось полное развертывание севооборотов в пространстве.

Это безусловно верно для случая обобщения результатов в виде средне-арифметических от непосредственных экспериментальных данных. При предлагаемом нами подходе взвешивания эффектов на встречаемость появляется принципиальная возможность улучшения сопоставимости культур и различных звеньев севооборота, испытываемых е различной серии лет.

Таким образом, появляется возможность более глубокого и многостороннего оценивания результатов очень громоздких и дорогостоящих длительных сельскохозяйственных экспериментов. Процедуры взвешивания на встречаемостях экспериментальных данных, полученных в разные годы, создают корректную методическую основу для получения более точных нормативных эффектов, а значит, и для более успешного и эффективного конструирования перспективных систем земледелия.

Поскольку потенциал агроландшафта раскрывается во взаимодействии природных ресурсов, привлекаемого для создания агроце-нозов генофонда и предоставляемых научно-техническим пргрессом технологических средств и приемов, то упорядочение и формализация отбора этих дискретных компонентов систем земледелия составляет важную задачу. Автором предложен ряд концептуальных и программных решений, позволяющих содержательно скоцентрировать разнородные требования к сортам или технологиям и дать удобные численные и визуальные процедуры отбора дискретных многомерных экс-

периыентальных объектов в пространстве сформулированных предпочтений [42.61,62,65].

Для непрерывных факторов процедура оценки среднемноголетней . нормативной эффективности может быть модифицирована: за период . исследования мы строим совместную функцию изучаемого фактора и погодного параметра, затем в нее подставляем значения погодного параметра за весь ряд наблюдений при фиксированнном значении изучаемого. Расчетные оценки эффекта усредняются на полном-'множестве наблюдений за погодным параметром, давая несмещенные оценки нормативных технологических эффектов [163.

3.3. Оценка неравномерности размещения растений

Полнота и равномерность охвата растениями поверхности поля являются важными требованиями к созданию высокопродуктивных аг-роценозсв. Автором исследовались источники неравномерности размещения растений [3], для чего была разработана достаточно естественная мера неравномерности. В качестве меры неравномерности была принята дисперсия распределения растений по квадратам единичной площади питания.

Было установлено, что дисперсия посевов яровых зерновых определяется суперпозицией распределений, вызванных схемой посева, неравномерностью распределения семян в рядке и полевой всхожес-тю. Оказалось, что применяемые катушечные аппараты фактически формируют случайный поток семян, затем а него также случайным образом накладывается полевая всхожесть, что приводит к распределению Пуассона размещения растений по единичным отрезкам в рядке. Принятие этой гипотезы приводит к простым формулам расчета неравномерности пссеЕов.

Если густота соответствует 100а степени использования единичных площадей питания, то случайные воздействия не в состоянии повысить неравномерность, разную 1. Неравномерность может возрасти лишь при куртинном размещении, либо искусственно, по схеме посева.

Установлено, что изменения дисперсии посевов в первом порядке не приводит к существенны;.! потерям урожайности из-за компенсаторных возможностей агрсценога, ко нарастание неравномерности на порядок, например, в широкорядных посевах зерновых.

приводит к существенному снижению урожаев.

3.4. Оценка пластичности технологий.-

Предлагаемая методика предназначена для оценки интенсивности и пластичности сортов по многолетним результатам экологического сортоиспытания. Аналогично возможно использование и для оценки технологий. Используется следующая модель продуктивности сортоа:

У1; = ßOa + ßli* Xj + Si (3)

где:

Уи урожайность i-ro сорта в j-м году;

ßOj - константа регрессии 1-го сорта;

ßli - коэффициент регрессии i-ro сорта на условия года;

Si - неустойчивость поведения i-ro сорта

х3 - средняя урожайность в опыте в j-м году;

Идея состоит в использовании б качестве комплексной меры благоприятности условий года среднюю продуктивность испытуемой популяции сортов (.технологий). В качестве меры реакции сорта на улучшение условий берется коэффициент регрессии индивидуальной продуктивности сорта на продуктивность популяции. В качестве меры неустойчивости поведения сорта в популяции берется стандартное отклонение от линии регрессии данного сорта.

Для формирования единого заключения по сорту используются показатели средней урожайности, коэффициента интенсивности bli и стандартного отклонения от регрессии si; Поскольку это разноименные показатели, то для освобождения от проблемы размерности используется переход.к рангам R(x), где этим обозначением определяется процедура ранжирования над вектором х. Ранги отдельных показателей складываются по формуле 4 и к суше вновь применяется ранжирование. Результаты сводного ранга и формируют выбор.

Таким образом, вторая технология, при прочих равных условиях, например по затратам или по эрозионной устойчивости поверхности почвы, только внутри показателей продуктивности имеет определенные преимущества, поскольку обеспечивает сочетание неплохой продуктивности с устойчивостью к засухе (табл. 5,6).

ci = R(R(yi)+R(bli)-0.4*R(si));

(4)

Таблица 5

Результаты 5-летнего испытания, шести технологий возделывания овса (фрагмент из табл. 3)

1ехнслогии 1 "П 1 ода

I 1 2 3 4 5

1. 1 44. 8 42. 2 33. с , и 29. .4 42. .3

о с. 1 44. ,1 39. .1 33. .3 30. .0 37. .8

3. ! 45. 8 38. о 30. 1 31. 8 31. .7

. ; 43. 4 37. О . и 29. 7 30. ,5 30. .4

и и . 1 42. 9 38. .2 29. 0 30. .0 29. .8

6. - 1 42. .2 39. ,9 29. .4 22. ,5 30. .5

Таблица 6

Оценки сортоь (технологий) по интенсивности

^ Урожай ии ы ■ 3. Ранг

1 38.4400 4. .9342 0. .3472 3. .7330 5.00

2 36.8600 '6. 5640 0, .8565 л ,6983 6.00

3 35.5200 -0. 3506 1. .0141 ^. 4019 3.00

4 34.3600 0. 3183 0. .9482 1. ,9798 4.00

5 34.1600 0. 4348 0. . 9520 2. 0007 2.00

6 32.9000 -1С а *■••. 4507 1. ,2821 2. 3469 1.00

3.5. Система экспертной оценки сравнительной ценности почв

В товарных отношениях понятие "цена земли" играет центральную роль, определял основу сельскохозяйственных фондов. Это является решающим к ь аграрной налоговой политике, а также в платежах обществу при отчуждении земли из - сельскохозяйственного оборота. Поэтому остро возникнет проблема сравнительной оценки качества земли или бонитировки. С начала 60-х годов этой проблеме постоянно уделялось внимание и накоплен определенный опыт.

Мы предлагаем альтернативную систему экспертной оценки сравнительной продуктивности почв на основании их физико-химических параметров.

Б основе методики лежит представление о возможности придания отдельным свойствам почв позитивной либо негативной важности ка основе сводных оценок коллектива экспертов. Речь идет о сравнительной оценке замкнутого множества почвенных объектов, упорядочении объектов внутри этого множества. Расширение множества оцениваемых . объектов заставляет решать задачу заново, но для тех случаев, когда список объектов заранее определен, и по ним имеются необходимые материалы, то задача реиается достаточно корректно. >

Процедура упорядочения почвенных объектов в ограниченном множестве состоит в следующем: объекты упорядочиваются по возрастай'.«! значения признака, затем значения' признака заменяются на номер в выборке., ранг. Переход от признаков к рангам позволяет избавиться от конкретной размерности каждых признаков и сделать признаки аддитивными. Взвешенная на цене признаков суша рангов отображает сравнительную ценность почвенных объектов, по которой они вновь упорядочиваются. Таким образом, результатом многомерного ранжирования является ранг суммы взвешенных рангов.

Для принятия репения, какой участок хуже или лучше,' этого решения уже достаточно, но для производственного соизмерения качества земли и формирования осноьы налоговой политики мы должны перейти от рангов к абсолютным показателям потенциальной продуктивности.

Это можно сделать, задаваясь диапазоном изменчивости и возможным распределением продуктивности внутри диапазона, что ставит в сооответствие каждому сводному рангу объекта его продуктивность .

Накладка предложенного подхода к стркутуре почвенного покрова рабочих участков землепользования АО "Больаениколь-ское",расположенного в верховьях р. Карасук, проиллюстрировала четкий профиль распределения прогнозной продуктивности зерновых по катеяе долины (рис. 4).

Урожай зерновых в долине р. Карасук

Оценки

■12

-ю

-6 -А -2 Расстояние до русла

Рис. 2.

Распределение оценок плодородия почв для зерновых культур в долине р. Карасук

3.6. Оптимизация непрерывных количественных факторов

Выявление закономерностей в опытах с уровнями непрерывных факторов является частной задачей обнаружения и выделения сигналов из-"шумов" экспериментальной обстановки. Автор также в сзое зремя уделил этой проблеме определенное количество времени и сил, занимаясь, в ochoehom, программной реализацией предложений В.К.Перегудова (1976), но используя для планирования, обычно, не дробные реплики, а композиционные планы, построенные с учетом сельскохозяйственной специфики [9,14,17].

Однако, предлагаемая В.Н.Перегудовым квадратическая аппроксимация в некоторых приложениях могла оказаться грубоватой. Ве- -роятно дли технологической оптимизации этого, как правило, достаточно, но для понимания и описания закономерностей в пределах точности эксперимента иногда требуются более тонкие модели.

Автором для полных факторных планов впервые предложена процедура автоматического синтеза регрессионого уравнения, выделяя из полного исчерпания поверхности отклика по полиномам Чебы-шева значимые компоненты.

В качестве примера обработаем данные по влиянию на урожай озимой пшеницы полива (фактор А) к .удобрений ( фактор В) (Не-тис,1982) (табл.3).

Квадратическ&ч аппроксимация дала следующее уравнение, которое, несмотря на очень высокий коэффициент корреляции (0.98) все же недостаточно точно описывает поверхность отклика (критерий Фишера дисперсии :-.-.-адекватное!и "".13 =вно больше табличного).

Y - 44.05164 т 13.36166x1 + 5.47505x2 - 2.99993x12 + 0.89332x1x2 -1.04168x2"; (5)

Максимум продуктивности 67.77 ц/га достигается при х1-2.53 и х2=2.37; Экономический оптимум при цене на зерно 12$, на полив 60S и азот 48S состаьил xl=1.52 хг-0.36 или 34.4 кг/га азота.

Б данном случае оказались статистически существенный? для списания поверхности отклика компоненты третьего порядка: У = 44.53+7.32x2 - 5.445Х22 + 0.98Х23 4- 18.72601x1+3.418x1x2 - 0.407ах1х2с -9.747x1"*' - 0.435х1Г;х2 + 1.644Х13; (6)

но роль их б практической оптимизации технологии оказалась незначительней.

Таблиц?. 8

Влияние на урока:; озимой пшеницы б гависитсти от полива и удобрений, (ц/га)

Повторения

та ми

Полив ' | УдобрениеЬ

II

III ■!!

I ! 0 1 | ±о. ,8 44, .9 46.2

1 0 ! 1 | 46. ,0 48. 2 48.2

; ] о I 44. ,8 45, .8 47.4

I ! О ! 44. 1 <2, 46, •1 . X ДС О О

• 1 .0 51, 56.4

' 1 ! -1 ! 56. »7 6° .4 65.4

' 1. , 1 1 59. О 60. А 53.1

! 1 о | 59. 9 63. 1 53.0

С ! 55, ,8 55. .6 57, .4 3

.1 | . 59. .8 66. ,8 67. .1 II

! 62. ,5 55. ,4 66. .0 1

1 Р-* о 1 . ,6 Е

! 0 ! 55.6 с> СП о . Л , 'X

$ 1 1 62.2 64. 7 со .3

1 о 1 ! 65.6 67, п» 68. .3

1 3 | 65.7 j- 67. л 67. ,0

Оптимизация ка основании только данных полевого эксперимен-пусть дате сглаженных, но без увязки с погодйыми и почвенны-слозцями, имеет ограниченное значение. Для экстраполяции на другие агротехнические почвенные и погодные условия необходимо соответствующее обобщение эффективности удобрений в увязке с этими Факторами.

Нами были ззедены понятия экономически оптимального и экологически допустимого насыщения агрсценозов элементами питания. Ясно, что эти уссзг-гл существенны}-: -сГразом зависят от ресурсов влаги л способности почвы ее сохраните. Кроме того, в создании насыщения активную роль играет почва, культура и технология, в результате чего.оптимизация приобретает целевую направленность.

Предусмотрена принципиальная возможность согласования экономических и экологических целей путем введения в категорию прибыли количественных штрафов за неиспользование элементов питания. Уровням насыщения агрсцекозоь элементами питания ставится в соответствие значение их продуктивности. Это соответствие реализуется Функциями продуктивности. Разработаны, т.е. Еыбраны классы функций продуктиЕНОсти и разработаны процедуры их идентификации по результатам полевых опытов с одновременным установлением вкладе« г.очгк и ::->;Дщес?венников в изменение режима питания.

Для обобщен::я зксп&ркыенгалъкогс материала нам представляется предпочтительной змпиртаэская модель функции продуктивности, которая мнсяеству факторов ставит в соответствие значение продуктивности. Из неограниченного множества возможных моделей мы выбрали так называемую "кинетическую" функцию из класса экспоненциальных функций. Мами разработан алгоритм идентификации "кинетической" функции продуктивности по результатам полевых опытов. Одновременно, с параметра® фуякиии, описывающими действие увлажнения ;; злем-нтое питания, &цен».~с-*яс.я масштабы текущей минерализации азота :;о различным пр^даестьеняикам, а также- степень эквивалентности д&йстеия элементов питания из удобрений и почвы (7).

По- параметрам действия факторов жизни устанавливаются их оптимальные значения, биологические или экономические. По почвенным характеристика,-: определяется степень дефицитности ресурсов жизни на конуфгтцом лолэ.

рьз КЬ4 * ахр гз*р^4*ю с?)

где для ярэвых нерповых культур:

^ - ■ V С ) / 10 ' ,

Ст. - затас вл:>.ги Ееснсй б метровом слое, т/га, т - сутемператур июня-июля, град., N = К'р + Мт +Му.

Нр - весенний запас нитратного азота в метровом слое почвы, кг/га, Ят '-- азот текущей минерализации, кг/га, иу - азот удобрений. Р = Рп . Кр + Ру, Рп - содержание Р205 в почве

принятым в агрохкмслужбе методом, Кр - коэффициент эквивалентности фосфора почвы и удобрений.

К = Кп . Кк + Ку, " Кп - содержание ¥20 в почве принятым в агрохимслужбе методом, Кк - коэффициент эквивалентности калия

почвы калию удобрений, Ку - калий удобрений, а,М,Ь2.ЬЗ,Ь4,е-1,e2.gS.g4 - параметры модели.

Нами также предложена процедура экспертного синтеза функции продуктивности из стандартной агрохимической информации в [57] . идентифицированные функции продуктивности используются для расчета оптимальных планов применения удобрений в хозяйстве [72].

Цель оптимизации - достижение максимального условного чистого дохода от применения удобрений. Достижение цели обеспечивается количественным прогнозом закономерности действия удобрений на каждом выделенном контуре в виде' множества численных значений функций продуктивности сельскохозяйственных культур, формированием ка их основе экстремальной задач;: на достижение максимума условного чистого дохода и решение ее методами нелинейного программирования, обеспечивающего систематическое соизмерение затрат и результатов.

3.7. Предшественники и азот

Важным агротехническим фактором для яровых зерновых культур являются предшественники и определяющие действие азотных удобрений радикально меняющие азотный режим почв. Для учета их влияния ка эффективность азотных- удобрений и последующие расчеты оптимальных доз азота предлагается следующая методика.

Важным аспектом агрохимической проблематики равновесного природопользования является учет мобилизации и иммобилизации би-

офилов в функционирующем агроценсяе. чак правило, это одновременно идущие процессы и их инструментальное разделение почти недостижимо. Игнорирование их в поактической агрохимии чревато заблуждениями и либо недобором урожая, либо перерасходом удобрений и связанным с этим загрязнением окружающей среды.

Инициалицашя параметров

!Экспериментальные Ч данные

Нелинейный поигк

! Линеаризация

Нет

Расчет меры идентификации

_1_

Проверка сходимости

I Выдача ! результатов

Рис 5. Блок-схема алгоритма идентификации функций продуктивности.

Предложенный метод косвенно оценивает величину тею/щей минерализации, которую необходимо прибавить к запасам нитратного азота в почве. Тогда возможно более точно оценить зависимость

О,". ■•>_■ -

урожая от суммарной обеспеченности азотом.

Пусть имеются следующие экспериментальные данные (табл.9) (пример условный) (рис. 3).

Ее применение к данным таблицу дало оценки, которые приведены в последней колонке, и.формулу общей кривой (3). Коэффициент корреляции фактических и сглаженных данных составляет 0.956.(рис.4)

Таблица 9

Типичные закономерности действия азотных удобрений йод пшеницу по предшественникам

Г ' " т ! . 1 ! Предшест- | | венники 1 i N I -N03 0-ЮОсм! ■ '"'■'■ 1 Дезы азота удобрений! -1 0 40 80 120 | -------------1 Оценки | минерали-| зации |

.'"■........ ■"".■...... 1 ¡Пар - | 120 | 55.4 54.3 53.2 51.8 1 48.455 |

! -1-я пшеница ! 70 ¡ 35.5 48.2 55.4 54.3 ¡ 30.438 |

! 11-я пшеница ЕО ; Cvj. 4 «-'о. 3 ЬЗ. 1 55.5 • 28.801 |

' Кукуруза' . ; 50 : 41.0 £о.З 54.3 54.1 i 82.396 |

Повторные .'Глоса' 40 ; l^.-l 3J.5 43.9-54.6 ¡ 20.001 |

У = . 0.00301932*Ы2"2б4*ехр(-0.0108*М) (8) Эти сценки позволяют определить общие предельные насыщения ценоза азотом, а конкретные дозы по предшественникам уточнить как разницу между предельным насыщением и суммарным азотом почвы .

Так, в данном случае биологический оптимум составляет Г:-" 2.254 / (- '-:0.0103)) =210 кг/га, при это« достигается урожай 56.6 ц-Та.

Еслу. взять соотношение цен на зерне 123 за центнер, а килограмм азота - 1.23 , то экономический оптимум составит 179 кг/га при достигаемом урожае.5 55 ц/га.

При такой крутизне кривой потеря 1.6 ц зерна, на создание которого агрсцено? пшеницы расходует 5.4 кг азота, позволяет сэкономить 30 кг аоота. Ясно, что движение к максимальному урожаю ведет к азотным перегрузкам с очевидными экологическими последствиями.

Предшественники и азот

Азот удобрений Пар -*- Пшеница I -♦- Пшеница I

-«- Кукуруза Зерновые

Рис 3. Влияние предшественников яровой пшеницы на эффективность доз азота.

Азот и урожай пшеницы Фактические и оценки

50-

ао-

ю

о 30 + о. У)

2 0 +

1 О

О

50

У =0.00302-^/

Л.26 ^-о.ма&М

ЮО 160 200 Суммарный азот Факт ■ Оценки

250

300

пред' з КТ И Е н ОС т ь

•з^'зеой пшеницы.

Азот в агроценозах

Экономика и экология

Идгвузки

- оптимум эяологичеакий Л- оптимум экономический /I/ - максимум 6иологич.есицй К\\\1 - диапазон компромисса эиономиии и экологии - экологический ущерб

Рис. б."Выявление зону экологически допустимых нагрузок ка агроиеноз по азоту.

Следующим по важности фактором,изменяющим действие удобрений, ь том числе и не только азотных, является обеспеченность почв элементами питания.

Для их учета вводится категория эквивалентности элементов питания ъ почве >: удобрениях. Способ идентификации коэффициентов эквивалентности - есть минимизация суш квадратов отклонений зависимости экспериментальных данных оа линейной комбинации источников питания ь выбранном классе функций. Как показывает расчет, эта идея оказалась плодотворной, а по азоту - защищена авторским свидетельством NN 1183895.

С помощью изложенной методологии представление продуктивности как функции ретурсоЕ увлажнения >: питания, удалось поставить выбор о;п шальных доз удобрений - экспертно-логической на строго математическую основу, когда выбор тех или иных доз решается как задача ка экстремум должным образом сформулированного функционала.

3.8. Оптимизация по' увлажнению и азоту

В обобщение есели результаты полевых опытов с пшеницей, возделываемой на фоне гербицидов, фунгицидов и, по необходимости, ретардантов, т.е. определен™ подлежали оптимальные уровни ув-лакненкя и обеспечения азотом здоровых и чистых посевов. В качестве параметров увлажнения использовался коэффициент увлажнения, равный отношению ресурсов влаги, предоставленной посеву в течение июня-июля, к ресурсам тепла этого периода. Азотный режим контролировался различными методами, в т.ч. определялись запасы нитратного и аммиачного азота в различных слоях почвы в различные фазы развития "лхеницы.

Использовались показатели содержания нитратного азота на контрольных фонах плюс величины минерального азота, внесенного в составе удобрений. Почвенный азот контролировался в слое 0-100 см и рассчитывала в кг на гектар. Дополнительно подлежало определению количество минерального иоста, поступающего в распоряжение посевов в течение вегетационного периода. Это количество добавлялось к ранее перечисленным величинам. Для описания закономерной связи между увлажнением, азотом и урожаем использовалась функция продуктивности вида (7): -

- -

Одновременно идентификации подлетали значения текущей нетто- минерализации азота, взятых в виде констант для каждого предшественника. Предшественники в данном материале были следующие:

1 - пар, 3 - вторая пшеница по пару,

2 - первая пшеница по пару, 4 - кукуруза.

Параметры функции оценивались по экспериментальным данным методом наименьших квадратов в авторской модификации.

Применение описанной процедуры для обобщения экспериментальных данных привело к следующим оценкам:

у=6.4947е-7 * W3,07 * N3-727 * exp(-1.036*W -0.01121*N) (9)..

Оценки текущей минерализации азота по предшественникам получены следующие: пар - 115 кг/га азота, вторая пшеница по пару - 88 кг/га, первая пшеница по пару - 97 кг/га, кукуруза - 145 кг/га.

Результаты данного обобщения могут быть оформлены в виде следующей процедуры оптимизации азота для различных условий. Оптимальное увлажнение определяется отношением:

W ОПТ. = Ы / ( -gl) = 3.07 / 1.035 = 2.96.

По нашим прежним обобщениям с пшеницей, возделываемой по стандартным технологиям, оптимум увлажнения находился в диапазоне 2.4 - 2.6. В дачном случае технология с применением фунгицидов и ретардантов обеспечивает более продуктивное использование влаги е годы с повышенным увлажнением.

Функция (9) позволяет осуществлять интерполяционные расчеты во всем диапазоне возможного увлажнения (исследован интервал от 1 до 3). Можно задаваться различными условиями увлажнения и, рассматривая функцию (9) уже как переменную только по азоту, оптимизировать потребность в азоте для различных условий, складывающихся в поле и на рынке. Так, если ориентироваться на максимальный урожай, игнорируя затраты, то достаточно рассчитать максимум функции (9) по переменной N. Он достигается при

N = Ь2 / (- g2) = 3.727 / 0.01121 = 332 кг/га.

Это общая обеспеченность азотом. Если нам известны предшественник и весенние запасы минерального азота в почве, то необхо-

димую дозу азота «окно рассчитать как разность между ранее определенной потребностью (332 кг) и текущей минерализацией данного предшественника. Рассчитанные таким способом дозы будут обеспечивать максимальный урожай (в данном материале - 50,5 ц/га), но при больших затратах азота и не полным его использованием. В этом случае степень включения азота в биомассу растений пшеницы по данным Н.Г.Шатохиной составляет примерно 200 кг или менее двух третей всего количества.

Неиспользованный азот удорожает продукцию и становится источником загрязнения грунтовых вод. Уменьшить эти негативные явления можно включением в процедуру оптимизации экономических критериев и экологических ограничений. Переход к экономическим критериям в данном случае достаточно- прост. Необходимо из функции продуктивностивыраженной в цене, вычесть функцию затрат на применение удобрений. Максимум вновь полученной функции определяет дозу азота, соответствующую максимальной прибыли.

Экологическое ограничение можно ввести следующим образом: известно, что потребление азота культурой в определенном интервате пропорционально урожаю, т.е. функции (9). На каждый центнер урожая с учетом корней расходуется около 4-х кг азота. Это позволяет примерно рассчитать неиспользованный азот. Учитывая его негативные свойства, можно включить оценку неиспользованного азота з функцию прибыли с отрицательным знаком. Минимальная цена "штрафа" не может быть меньше затрат на удобрения,, взятые с обратным знаком. Включение штрафа в функцию прибыли должно сформулировать необходимый компромисс между экономикой и экологией. Максимизация скорректированной "на экологию" функции прибыли даст разумную оценку азотных нагрузок на агроценозы.

Для оценки влияния цен на удобрения, продукцию.и штрафов за неиспользованный азот на Еыбор оптимальных норм удобрений нами были произведены вариантные расчеты, е которых на варианты „ увлажнения накладывались расчеты экономически оптимальных норм азота при соотношениях цен на зерно и азот до 1989 года.

Результаты моделирования отчетливо демонстрируют необходимость снижения норм азота при засухе, хотя, может быть, модель недостаточно чувствительна к данному параметру. Повышение цен на продукцию, стимулирует применение повышенных норм удобрений, что представляет серьезную экологическую угрозу. Единственно разум-

ным способом ограничения доз является включение на стадии расчета функцию штрафа в функцию прибыли. Для практиков необходимо выдавать уже проведенные расчеты и контролировать их выполнение.

Это особенно важно для территорий повышенного увлажнения -северная лесостепь, подтайга и для почв с низкой водоудерживаю-щей способностью - легкие суглинки, супеси. Именно в этих условиях очень высоки эффекты от азотных удобрений, но здесь же и максимальная опасность загрязнения зод в грунтах и гидрологической сети. Поэтому требуется четкая система мер по регламентации технологий, вроде выше описанной, и контроль за их реализацией.

3.9. Оптимизация фосфора

Для характеристики почв по фосфатному фонду и его доступности для растений используются различные вытяжки, отличающиеся уровнем энергетики воздействия на субстрат и соответственно степенью извлечения из почв различных соединений фосфора. Важно лишь одно: ни один из методов не является адекватным поглощению растениями фосфора из поче. Большинство из них способно давать лишь индексную характеристику обеспеченности растений фосфорным питанием на данной почве.

Фосфор удобрения сразу после внесения сильно взаимодействует с почвой, в этом отношении'в-определенных ситуациях почва может выступать в качестве реального конкурента растениям. Степень годового использования вносимого фосфора в любой его форме всегда существенно ниже использования азота и почти никогда не достигает половины внесенного фосфора.

Следующей важной характеристикой агрохимии фосфора является относительно малая его подвижность в профиле, на порядок меньшая, чем для азота.

Учитывая изложенное, система оптимизационных расчетов, направленных на регулирование фосфорного режима почв, должна базироваться на индексах обеспеченности для ежегодной оптимизации и на обеспечение баланса фосфора для севооборота.

Принципиально езжным является установление тех критических уровней обеспеченности почв фосфором, при которых дальнейшее наращивание почвенных запасов фосфора не целесообразно/ В традици-

онной агрохимии для стандартных шкал обеспеченности таковыми считаются средина класса высокой обеспеченности. Из определения категории "высокая обеспеченность" следует, что при этом уровне обеспеченности прибавок от внесения фосфора не ожидается. Для стандартных шкал методов Кирсанова и Чирикова, применяемых в Сибири, этот уровень соответствует 170-130 мг/кг почвы.

По данным агрохимических обследований средняя обеспеченность поче региона составляет 90-120 мг/кг почвы. Если исходить из данных показателей, то выясняется огромная потребность в фосфорных удобрениях - примерно в 25 млн. тонн фосфора при ежегодных масштабах его внесения в 0.5-0.6 млн. тонн, включая фосфор местных удобрений.

Ясно, что такие масштабы применения фосфора не реальны, требуется более фундаментальное обоснование оптимальной обеспеченности поче фосфором. Для этой цели нами предложен следующий подход: применять фосфор следует в таких количествах, которые обеспечивают максимум прибыли с гектара за достаточно долгий срок, как минимум, за ротацию севооборота. При этом должны учитываться вклады фосфора почв и фосфора удобрений. Суммарный их эффект должен обеспечивать максимальную прибыль, а суммы ежегодных внесений удобрений должны обеспечивать бездефицитный баланс фосфора в севообороте. Следовательно, фосфор в почве должен возрасти до такого уровня, при котором ежегодное внесение дополнительных удобрений еще дает эффект, окупающий затраты на его применение.

Для иллюстрации категории эквивалентности фосфора почвы и фосфора удобрений приведем результаты обработки данных исследований Ю.Д.Кушниренко и А.Ф. Федоровой по формированию оптимальных параметров фосфатного режима почвы. Исследования проводились на сильно выщелоченном черноземе восточного склона Урала.

Эта провинция отличается аномально низкой обеспеченностью фосфором как валовым, так и подвижным, по валовому фосфору это в два - два с половиной раз ниже, чем в среднем по почвам мира. По подвижным формам, определяемым агрохимслужбой (метод Чирикова), содержание фосфора в пахотном слое составляет 20 - 30 мг/кг против 180 - 200. мг/кг, считающееся оптимальным содержанием для псче России По нормативам агрохимслужбы.

Опыт состоял в формировании искусственных фонов обеспечения фосфором за счет внесения больших доз удобрений и длительного

компостирования в пару. С помощью этого были сформированы фоны с уровнем обеспеченности 29, 41, 58, 84 мг/кг фосфора. На этих фонах испытывалась эффективность новых порций фосфорных удобрений в дозах от 30 до 120 кг/га (рис. 7).

Данные этого эксперимента явно представляют собой зависимость урожая пшеницы от обеспеченности фосфорным питанием, независимо от источника. Поэтому вполне естественной представлялась гипотеза о существовании некоторого соотношения или коэффициента эквивалентности, в котором повышение фосфора в почве по действию на урожай пшеницы эквивалентно внесению удобрений. Практически это означало отыскать такую величину, при умножении на которую почвенных запасов фосфора градации почвенных фосфатов давали бы такую же закономерность, как и вносимые дозы. В данном случае это означает, что индивидуальные эмпирические кривые по фонам представляют собой различные участки единой кривой действия фосфора. Как показали расчеты в данном случае 1 мг/кг фосфора в почве по Чирикову эквивалентен по действию на урожай 4.4 кг/га удобрений (рис. 8).

Точки 1-5 на рисунке 7 соответствуют обеспеченности 29 мг., 6-10 - 41 мг. 11-15 - 58 мг., а 16-20 - 84 мг на килограмм почвы.

Как выяснилось из построенной кривой, биологический максимум достигается при 74 мг/кг, а экономический оптимум, в зависимости от соотношения цен, колеблется от 35 до 40 мг/кг, что примерно в пять раз ниже общероссийского норматива (180 мг/кг).

3.10. Фосфор в севообороте

Реализацию, этого подхода можно продемонстрировать на основании данных, полученных в длительном полевом опыте на лугово-чер-ноземной почве южной лесостепи Берхиным Ю.И. и Чагиной Е.Г.. Оки в четырехпольном зерновом севообороте испытывали различные нормы и способы ежегодного внесения на разных уровнях искусственно созданной обеспеченности. По непаровым предшественникам фосфор применялся с добавлением азотных удобрений и без них. Фосфор в почве контролировался методом Карпинского. Исходный фон обеспеченности составлял 0.2-0.24 мг/л. С помощью, искусственного "за-"

Влияние почвенных фосфатов

на эффективность удобрений

Фосфор удобрений, кг/га 5в 'ад

Зли?кие ове.-;:-чинности почр поябижним фосфором из ^фективностI фосфорных удооренй.

Обобщенное действие фосфора

Ю. Д. Кушнирвнко, А.Ф. Федорова

Рис 6.

Влияние фосфора на урожай яровой пшеницы.

фосфачивания" и дополнительного внесения фосфорных удобрений в соответствии со схемой опытов достигалась обеспеченность до 0.8-1.2 мг/л.

На этих фонах в течение ротации четырехпольного севооборота испытывались дозы фосфора в 15, 30, 60 и 90 кг при разбросном, локальном и припосевном способах внесения. Статистическим анализом результатов установлено, что способы внесения различались лишь в первые деэ года при работе на природном фоне. В дальнейшем способы становились равнозначными, существенным было лишь обеспечение бездефицитного баланса, которое обеспечивалось внесением 40-50 кг фосфора.

Поэтому -для обобщения результатов были использованы данные по дозам фосфора и почвенным параметрам на всех вариантах опыта. Обобщение производилось по разработанной нами программе совместной идентификации параметров "кинетической" функции, в которой был реализован нелинейный поиск для оценки текущей минерализации азотом по предшественникам и коэффициентов эквивалентности почвенного питания. _ Параметры экспоненциальной функции рассчитывались на каждом шаге как коэффициенты регрессии при логарифмической линеаризации переменных. г> результате получена следующая функция

y=0.093*w6-2*Na-15v^°-325*exp(-2.47*w-0.0032*N-0.0033*P) (10)

Оценки текущей минерализации азота составили 200 кг/га под пшеницей по пару и 97-100 - по другим предшественникам. Коэффициент эквивалентности единицы показателя активности фосфора по Карпинскому равен 150 кг фосфора удобрений. Биологический оптимум насыщения почвы фосфором . достигается при уровне 0.325/0.0033= 98 кг/га или 98/150= 0.66 мг/л. Экономический оптимум в ценах 1989 года достигался при уровне 0.50 мг/л.

Еще раз подчеркнем, что этот уровень оценивается совместно для фосфора почвы и удобрения. Поскольку средний вынос фосфора в этом опыте на удобренных вариантах составил 47 кг или 0.31 мг/л б единицах показателя Карпинского, то для почвы оптимальное насыщение получается как разность 0.50 - 0.31 = 0.19 мг/л. Этот уровень совпадает с уровнем природного фона для почв ОПХ "Коч-ковское",. поэтому результатом этого многолетнего опыта является доказательство того, что существенно "окультуривать" эти почвы повышением содержания подвижного фосфора за счет удобрений нет

никаких оснований.

Подобный подход позволяет связать воедино процесс полевого экспериментирования с разработкой теории управления продуктивностью агроценозов в широком диапазоне почвенных и производственных условий. В ранее разработанных методиках по оптимизации минерального питания расчеты норм удобрений мало зависели от уровня обеспеченности влагой и другими элементами питания, слабо учитывалась или вообще не учитывалась нелинейность действия факторов. жизни.

Определение доз по градациям нуждаемости в принципе-не учитывает уровень обеспеченности другими факторами жизни, а использование формул для расчета норм удобрений, содержащих только произведение и отношение, предполагают линейность взаимосвязи факторов и результатов внутри практически используемого интервала. Это приводило к перерасходу удобрений по азоту на 20-502, а по фосфору от 2 до 5 раз.

В настоящее время есть основания считать разработанную концепцию достаточно перспективной, а для практической реализации требуется идентификация параметров функции продуктивности в зональном и провинциальном аспектах.

3.10. Оптимизация распределения удобрений в хозяйстве

При расчете потребности хозяйства в удобрениях и планов их применения под культуры нами предложено определять по каждому агрохимическому контуру с его агрономическими и агрохимическими характеристиками экономически оптимальные дозы удобрений. Если удобрений достаточно, то совокупность оптимумов дает план распределения удобрений.

При недостатке последних контуры ранжируются по потребностям в удобрениях, и удобрения распределяются на участок с максимальной потребностью. Его доводят до уровня обеспеченности второго по нуждаемости участка, а затем, если хватает ресурса, до третьего, четвертого и так далее до исчерпания ресурса.

Для случая однородных функций продуктивности можно доказать, что изложенная процедура распределения ресурсов близка к оптимальной.

Регулярное использование при расчетах изложенных подходов и принципов направляет удобрения под те культуры и на те поля, где нуждаемость в них максимальна, обеспечивая наибольшую прибыль от средств химизации.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВ В СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Оптимальная стратегия управления плодородием почв должна определяться выбором системы земледелия, использующей природные и хозяйственные ресурсы обеспечивая как стабильность функционирования агроценозов, так и всей природной системы. Следовательно, проблему управления плодородием почв необходимо рассматривать в контексте общей задачи функционирования земледелия и землепользования на данной территорий.

В зональных системах земледелия вопросы оценки состояния и воспроизводства плодородия почв недостаточно увязывались с функционированием земледельческих структур (наборы культур, севообороты, обработки почв). Их пытались решать, в основном, агрохимическими средствами. Недооценивались масштабы изменений свойств почв в той или иной системе земледелия, что обостряло экологические проблемы и не приводило к существенному росту продуктивности земли (так называемые интенсивные технологии).

Оптимальная стратегия управления плодородием почв должна определяться выбором системы земледелия, использующей природные и хозяйственные ресурсы обеспечивая как стабильность функционирования агроценозов, так и всей природной системы [77].

Для того чтобы информативно разработать структуру и параметры модели воспроизводства плодородия почв как блока в общей системе земледелия, необходимо определить и формализовать в описании функционирования земледелия..

Для процесса управления следует определить систему с ее входами и выходами, цели и обратные связи, призванные соизмерять реакцию системы на управляющие воздействия, с целевой установкой.

Под оптимальным управлением будем понимать такое, при котором цель достигается наилучшим образом, при выполнении выбранных

критериев.

Под плодородием почв будем понимать способность почв сохранять и предоставлять агроценозам факторы жизни (влагу, элементы питания и т.д.). С этой точки зрения продуктивность агроценозов является лишь косвенной'характеристикой плодородия, т.к. она зависит от полноценности агроценозов (плотность насаждения, здоровье растений, отсутствие конкурентов и т.д.).

Эффективность систем управления плодородием почв может быть оценена по результатам многолетнего функционирования технологических систем в севообороте. Такие эксперименты длительны, дороги, не всегда возможны, а порой просто недопустимо экспериментирование с ландшафтами.

Встает необходимость ускорения получения оценок, снижения затрат на их получение при условии сохранения ландшафта. Имитационное моделирование функщюнирозак'ия сс-вооборотов в различных технологических системах на ЭВМ становится единственно возможным -научным инструментом в разработке перспективных моделей систем земледелия.

Из-за протяженности во времени возникает задача соизмерения распределенных во времени затрат и результатов. Она разрешима и одним из их способов является дисконтирование. Таким образом, в качестве меры эффективности конкретных технологических систем можно взять суммарную прибыль от дисконтированных во - времени вложений за период моделирования (прогноза).

Экологические параметры функционирования технологических систем могут учитываться в виде жестких ограничений. Например, ежегодные потери от смыва мелкозема не должны превышать тонну на гектар. Это соизмеримо с размером пылевых осадков на гектар пашни.' Другой вариант - в виде гибких компромиссных соотношений, в которых негативное- проявление сохраняется в системе до компенсации приростом продуктивности.

В теории соизмерения затрат и результатов эти соотношения задаются включением категории "штрафов", пропорционально размерам превышения над заданным уровнем граничного параметра. Подобная процедура обеспечивает выбор компромиссных вариантов функционирования земледелия, в которых удовлетворительная эффективность сочетается с допустимыми экологическими"изменениями.

Таким образом, просматривается стратегия выбора управления

плодоролием почв через эффективность функционирования систем земледелия. Выбираются те технологические системы, которые при длительном функционировании должны обеспечивать максимум приведенной прибыли при выполнении экологических ограничений и "штрафов".

Под системой земледелия следует понимать систему использования земли для производства продуктов сельского хозяйства с помощью возделывания культурных растений. На уровне хозяйства -идентификация того, чем будет занята земля, какими культурами и сортами, по каким технологиям они будут возделываться, каких ресурсов технологических, экономических и организационных это потребует.

При разработке зональных систем земледелия в начале 80-х годов предполагали стационарность рядов погоды, стабильность почвенных параметров и, как следствие этого, стационарность.выходов продуктивности С65]. .В большинстве случаев не обеспечивается постоянство состояния этих категорий. В практике не было достигнуто сохранение основных параметров почв пашни. Все это стимулировало формирование концепции ландшафтно-обусловленного земледелия. Стержнем которой является оптимальная организация использования территории в целом.

Под ландззфгно-обусловленными системами земледелия будем понимать системы, максимально использующие природные ресурсы территории для получения сельскохозяйственной продукции и обеспечивающие воспроизводства параметров основных структурообразующих элементов ландшафта [77, 73].

Исходя из определения, основной целью ландшафтных систем земледелия, помимо получения продукции, является предотвращение процессов объективно приводящих к ухудшению состояния пашни и сопряженных угодий. Поэтому, при их построении следует идентифицировать масштабы и направленность основных негативных процессов и выделять ведущие элементы систем земледелия, их регулирующие: (наборы культур, структура использования пашни, севообороты, система обработки почв, системы удобрений и защиты растений).

Нами предлагается формализованная программно-информационная система, позволяющая определить основные характеристики систем земледелия как решение задачи сформулированной на экстремум.

В модели увязывалось функционирование земледельческих струк-

тур (наборы культур, севообороты, обработки почв) с масштабами изменений свойств почв в той или иной системе земледелия (экологические параметры), воспроизводством плодородия почв в зональных системах земледелия, функционированием технологических систем.

Структурообразующим элементом компоновки системы земледелия при данном подходе является технологическая система. Она должна представлять целостную совокупность технологий культур в севообороте, реализованную на конкретной системе обработки почв с соответствующим обеспечением удобрениями и пестицидами.

Предполагается, что технологические системы, обеспечивающие земледельческое производство, могут занимать различную долю пашни. Один севооборот может реализовываться несколькими технологическими системами. При моделировании хозяйственное разнообразие культур задается через набор севооборотов, который заведомо вире, чем предполагается к реализации в хозяйстве.'

4.1. Требования к модели

Модель адаптивной системы земледелия должна соответствовать природным ресурсам. Набор культур и сортов должен их использовать наилучшим образом. Поскольку эти ресурсы оказываются природой данными, то биологический максимум и экономический оптимум должны быть внутри адаптационного интервала культур.

Агроклиматические ресурсы недостаточно учитывать в виде средних значений какой-то территории, необходимо использование фактических многолетних рядов погодных параметров непосредственно включаемых в расчеты. При этом возникает проблема правомерности использования для моделирования будущих, урожаев, данных о рядах погоды в прошлом. Это относится и ко всем сведениям, характеризующим как природу, так и технологии.

Следует различать неустойчивость и нестационарность.. Стационарным считается процесс, статистические параметры которого инвариантны во времени. Для среднесрочного прогнозирования (3-5 лет) это может быть принято без особого риска. Для более длительных прогнозных разработок обосновано более строго.

Сконструированные ряды будущей погоды (10-20 лет) должны ко-

пользоваться для расчета продуктивности полей севооборотов в определенных технологических системах каждый год, а уже полученные оценки - усредняться.

Б модели необходима оценка неустойчивости продуктивности каждой технологической системы. Если технология в севообороте будет чаще приводить агроценозы к границам существования, например, по условиям обеспеченности влагой, то это вызовет увеличение неустойчивости продуктивности. Например, система отвальных обработок в беспароЕом севообороте при высокой обеспеченности питанием в зоне неустойчивого увлажнения. Очевидно, что при прочих равных условиях системы земледелия, обеспечивающие более устойчивый выход продукции, должны иметь предпочтение.

Более строгий выбор систем земледелия с определенными параметрами устойчивости должен обеспечиваться методами стохастического программирования. Однако в настоящее время использование еще не вышло из этапа поисковых разработок и ориентироваться на него при конструировании программного комплекса по выбору оптимальной комбинации технологических систем пока преждевременно.

По нашим прежним разработкам С66], одним из методов учета нестабильности з расчетах является введение на нее "штрафов". Приемлемый размер штрафа за нестабильность, учитывающий лишь расходы на стабилизацию выпуска внутри отрасли, составляет 0.4*з, где з - стандартное отклонение варьирования многолетнего выпуска продукции. Это значение'штрафа может быть взято в качестве нижней оценки ущерба от неустойчивости продуктивности.

Значительный вклад в нестационаркость выходов системы земледелия вносят изменения почвенных параметров. Следовательно, необходимо ввести в задачу Еыбора системы земледелия оценки масштабов потерь мелкозема и биофилов. Задать их нижним уровень,- ли- " бо включить з целевую функцию с обратным знаком (или то и другое одновременно).

При выполнении перечисленных условий, изменение выходных параметров систем земледелия получают надлежащее измерение и цену и появляется возможность реализовать процедуру выбора как осознанный компромисс между затратами и результатами, между негативными и позитивными проявлениями в состоянии почв и агроценозов.

4.2. Структура комплекса "Земледелие"

Программный комплекс состоит из четырех модулей:

- моделирование продуктивности севооборотов;

- комплектация моделей функционирования производства;

- оптимизационный выбор технологических систем (линейное программирование);

- формирование выходных документов, описывающих функционирование сконструированного модельного производства.

4.2.1. Моделирование продуктивности севооборотов

Блок является основой модели. Корректность и качество всех построений, а следовательно и результатов, во многом определяется корректностью введенной информации. Она включает: ■

- агрометеорологические ресурсы в виде фактических многолетних рядов погоды, ближайших к моделируемому объекту метеорологических станций (минимальная длительность (20-25 лет);

- агропочвенные характеристики функционирования агроценозов, в виде агрохимических характеристик обеспеченности почв минеральным азотом, подвижным фосфором и обменным калием и нормативов поступления неиспользованных элементов в почьу и коэффициентов степени изменения соответствующих агрохимических параметров;

- водоудерживающач способность почв (пока используется в виде диапазона доступной влаги), весенние запасы воды и минерального азота в почвах в зависимости от базовой технологической системы в зональном и провинциальном аспектах;

- растительные ресурсы входят в модель в виде ранее идентифицированных функций продуктивности и ее устойчивости для различных культур в з'ависимости от ресурсов жизни (тепле, увлажнение, питание), условия ее достижения (технологическая система);

- трудовые, материальные и технологические ресурсы;

- масштабы потока преобразования органических веществ;

- динамические агрохимические характеристики почв, возможные масштабы поступления их из органического и минерального фонда почв, нормативы, изменения характеристик под влиянием остатков биофилов;

- масштабы текущей минерализации (под посевами) в зависимое-

ги от почвы, зоны и технологической системы, степень их изменения под влиянием условий года

- применяемые севообороты с характеристикой затрат и результатов.

- наборы возможных технологических систем в севооборотах с учетом потребностей в трудовых ресурсах, технике, удобрениях и пестицидах. Технологические системы должны быть оценены по прямым и косвенным потерям мелкозема, биофилэв, удобрений, пестицидов и их остатков за счет эрозионных процессов, биологической трансформации, инфильтрации и газообразных потерь;

- технологические нормативы потерь биофилов и влаги из агро-ценозов за счет развития сорняков и.потерь продуктивности культур за счет болезней;

- характеристики сенокосов и пастбищ по продуктивности и устойчивости, их возможная'трансформация, изменение продуктивности;

- потребность в ресурсах;

- характеристики ресурсной обеспеченности объектов, для которых разрабатывается система земледелия;

- возможные цены ка-продукты и цели хозяйствования.

Информация получается в результате длительных полевых опытов

с севооборотами и технологиями, либо их численной имитации на ЭВМ". Такой набор данных, является основанием для описания задачи выбора систем земледелия, точнее ее основных структурообразующих черт, в виде формализованной экономико-математической задачи, в частности, например, задачи линейного программирования, методы решения которых достаточно отработаны.

Возникает возможность проследить за траекторией изменения фундаментальных почвенных параметров и предусмотреть Еыбор мер. предупреждающих разрушение почв. Это дает основу для создания модели зональной системы земледелия. Детализация определяется уровнем конкретности сведений, включаемых в задачу.

Принципиально важным является, включение в модель параметров неустойчивости и потерь из агроцеиозсв, которое позволяет формировать компромиссные стратегии земледелия в условиях острой потребности в продовольствии и нарастании экологических проблем.■

Следовательно, результатом функционирования первого модуля являются входные и выходные характеристики технологических сис- -

тем, реализованных в различных севооборотах. Сюда входят показатели продуктивности зерна, сена, силоса и фуража в натуральных показателях, а также характеристики устойчивости этих показателей б виде стандартных отклонений. Каждая технологическая система сопровождается характеристикой затрат либо ь стоимостном, ли-бо-Св перспективе; в энергетическом выражении.

4.2.2. Комплектация моделей функционирования производства

Выбор технологическим систем не должен осуществляться только на основании продуктивности. Цель земледельца должна быть - максимум прибыли на имеющиеся ресурсы при выполнении экологических ограничений. Поскольку каждую технологическую систему мы условно рассматриваем как некоторую дискретную переменную, за которой может закрепляться определенная площадь земли, то выбор компромиссного варианта может осуществляться методами линейного программирования .

Модуль комплектации оптимизационной задачи использует подготовленный предшествующим модулем информацию о соотношении затрат и результатов в различных технологических системах. Каждая технологическая система входит в эту задачу в виде самостоятельных переменных. Переход от оптимизации на уровне культур к оптимизации на уровне технологических систем, реализованных в севообороты, позволяет обеспечить необходимую адекватность математического представления нормально функционирующего земледелия.

Фундаментальной предпосылкой задачи линейного программирования является требование независимости технико-экономических коэффициентов от значения данной и других переменных. При оптимизации на уровне культур эти предпосылки нарушаются, например, постулируется, что урожайность зерновых не зависит от их доли в пашне, от доли пропашных, бобовых и многолетних трав. Ясно, что эти предпосылки противоречат основным фактам земледельческой науки и поэтому эксплуатировавшийся подход не мог быть продуктивным. Переход на более адекватное представление позволит добиться прогресса в задачах оптимизации использования земли.

Информация о технологических системах дополняется информаци-

ей с наличии технологических ресурсов (удобрения, пестициды), а такке сведениям:! о структуре заказов ка производимую продукцию, смежных облаете;: ;;:=. производство продуктов земледелия (зерно, корма, семена) ценам и затратам (Рис.О).

I Технологические ' системы

Ресурсы

Заказы

Оа и

! Оптимицация | |

Цены

"1-г

| Экологические ! санкции

,----1--

! Выбор т-ехнологичес-I »ж тем

Ограничения, регламенты

Рис. 9 Блок-схема оптимизационной задачи по конструированию систем земледелия

-4.2.3. Оптимизационный выбор технологических систем (линейное программирование) Сформированная таким образом оптимизационная задача передается модулю линейного программирования. Оптимальное решение, отобранное им, представляет собой площади пашни, занятые той или икон технологической системой. Кроме того, в дополнительных переменных концентрируются наиболее существенные характеристики сконструированной модели производства.

Экологические ограничения в оптимизационной задаче реали-

зуются двумя способами.- в виде жестких ограничений на маситабы экологических воздействий ;

- в виде "штрафов" за экологические нарушения, включаемые в целевую функцию с обратным знаком. .

Реально используются оба эти подхода.

4.2.4. Формирование выходных документов, описывающих функционирование сконструированного модельного производства

Последний модуль конструирует из переменных оптимального плана основные характеристики систем земледелия (структура использования пашни, севооборот, система обработки почв и уровни применения удобрений и пестицидов). Следует отметить, что включенные в решение уровни применения агрохимккатов вовсе не совпадают с их наличностью: оптимизационный ЕЫбор включает в план лишь те нагрузки, которые обеспечивают увеличение целевой функции, например, прибыли.

Учет экологических требований при конструировании технологических систем земледелия в данном программном комплексе обеспечивается тем, что каждой технологической системе предпосылаются некоторые существенные экологические характеристики (потери мелкозема от ветровой и водной эрозии, потери бисфилов с ксрнесби-таемого слоя, потери пестицидов при технологических операциях-и т.д.). Эти параметры технологических систем включаются в качестве самостоятельных ограничений в оптимизационную задачу.

4.3. Анализ результатов моделирования

Рассмотрим результаты наложения предлагаемой системы моделирования на условия Новосибирской области, которая достаточно репрезентативно представляет основные черты земледелия Сибири.'

Обобщением материалов и расчетами было установлено, что в ряде сложных ландшафтов, особенно степных, должна быть существенно уменьшена общая антропогенная нагрузка. Часть земель должна быть выведена кг пашни, а часть - из сельскохозяйственного использования вообще.

Нет необходимости оставлять в пашне склоны свыше 5 градусов, поскольку интенсивность использования благоприятных равнинных территорий совершенно недостаточна. Имеются технологические возможности увеличить продуктивность паини равнинных территорий северной лесостепи и подтайги в 2.5-3 раза и за счет этого снизить давление на сложные ландшафты.

На большей части территории в сложных расчлененных ландшафтах должна реализоваться почвозащитная система земледелия, дополненная в особо уязвимых местах контурно-мелиоративным и . полосным земледелием. Реализация принципов почвозащитности также должна привести к структурной перестройке использования земли и частичному сокращению доли пашни и в этой категории земель. Иначе остановить эрозионные процессы не удастся.

Требования почвозащитности вступают в противоречие с проблемами продовольственных ресурсов региона. Их решение возможно на основе интенсификации земледелия и кормопроизводства на благоприятных территориях равнин. В настоящее время на этих землях получают 10-15 и зерновых с гектара из-за недопустимого уровня засоренности, часто превышающего более половины биомассы посевов, а также дефицита питания.

Интенсификация земледелия на этих землях должна привести, к увеличению продуктивности в два-два с половиной раза и компенсировать возможные потери продукции от вывода земель из сельскохозяйственного использования в сложных ландшафтах. Часть производства фуража и животноводства -следует переместить в более северные районы (северная лесостепь, подтайга).

Так, на землях, наиболее пригодных для производства продовольственного зерна, в том числе сильной и твердой пшеницы, под зерновке занимается лишь около 40Х пашни и доля зерна в степи продолжала сокращаться. Таким образом, налицо комплекс некомпенсированных негативных процессов.

Для стабилизации функционирования территории, что является целью лачдшафтно-обусловленных систем земледелия, необходима разработка такой системы взаимоувязанного землепользования больших территорий, при которой уменьшение антропогенного воздействия на уязвимые ландшафты юга и связанное с этим частичное уменьшение производства было бы компенсировано интенсификацией производства в более благоприятных условиях северной лесостепи и

подтайги.

Таким образом, в данном с.яучае единичным объектом становятся крупные территории. В контурно-мелиоративном земледелии в качестве единичного объекта может выступать отдельный водосбор. Но выделяемая таким образом единица не может быть самостоятельной, на ней невозможно организовать равновесное землепользование. Поэтому, самостоятельной ландшафтной,структурой, в природносель-скохозяйствеином отношении, может быть только система ландшафтов, связанных в единый природно-хозяйственный комплекс согласованного функционирования.

Можно наметить следующую процедуру решения задачи по размещению производства по элементарным ландшафтам: в рамках численной имитационной модели функционирования севооборотов, провести, расчеты по моделированию реализации различных технологических систем в севооборотах различного типа. При моделировании отобразить не только малый круговорот биофилоЕ, но и его разрывы эрозионными и почвообразовательными процессами.

Необходима количественная идентификация масштабов негативных процессов (потери бисфилов и мелкоземов от орсзии, инфильтрация, денитрификация и других). Необходимо количественное соизмерение экономических выгод и экологических нарушений. Это возможно в виде системы либо ограничений (например, потеря азота нитратов от инфильтрации не должна превышать, допустим, 40 кг на га в год),' либо стоимостным соизмерением путем включения "штрафа" за .потери в функционал задачи. Решение задачи на экстремум прибыли с учетом "штрафов" будет означать выбор некоторых компромиссных решений.

Подобного рода информация формируется по каждой единичной территории в виде традиционной блочно-диагональной структуры задачи размещения производства. В связующем блоке обязательно должны найти отражения единые для системы ресурсы, целевые установки и возможности выбора и коррекции размещения производства.

Решение единой задачи размещения производства на нескольких единичных ландшафтах или их элементах дает обоснование выбора распределения по элементам ландшафта тех или иных севооборотов, культур, технологических систем, той или иной нагрузки сельскохозяйственной деятельности , например, масштабов животноводства,

В случае расчлененных ландшафтов "вписывание" равновесного

.землепользования в экономическую конъюнктуру и производственные отношения достигается рассмотрением в рдяной задаче всех землепользователей с их специализацией и ресурсами. В результате формируется решение в виде согласованной программы производства. На практике это означает необходимость кооперации узко-специализированных производителей, зачимаоэих отдельные элементы ландшафта, во взаимосвязанный хозяйственный механизм.

Экологический императив сохранения землепользования от разрушения заставляет формировать единую политику управления негативными процессами в ландшафте в целом. Необходимо поставить в соответствие согласованность землепользовательской политики единству процессов на территории. Реально согласованность производственных программ выражается на различных уровнях.

Первый - простейший вид согласованной деятельности - это согласие производителей подчиняться единой системе регламентов, требований к землепользователям, предъявляемых органами власти.

Второй - это различной тесноты кооперация производителей с формированием некоторого единого фонда ресурсов, необходимых для реатизации согласованной программы природного землепользования.

Третий уровень - это объединение землепользовании единого ландшафта на уровне объединения собственности. В*этом-случае вероятность успешного управления негативными процессами в ландшафте максимально, поскольку территориально объекты управления производством и ландшафтом совпадают.

Особое внимание следует обратить на ресурсную и финансовую обеспеченность производства в сложных ландшафтах. В случае недостатка ресурсов землепользователи вынуждены реализовать экстенсивные технологии, в которых результаты будут достигаться за счет эксплуатации почв, неизбежно увеличение доли паров, отвальных обработок, увеличение их числа. В результате устойчивость поверхности почв к разрушению будет снижена.

4.4. Варианты систем земледелия применительно к условиям ОПХ "Кремлевское"

Была поставлена задача: разработать варианты систем земледелия применительно к условиям ОПХ "Кремлевское" для различного ресурсного обеспечения. Предусматривалось моделирование систем

земледелия, обеспечивающих производство б ц товарного зерна с гектара пашни и максимально возможное экономически обоснованное количество кормов при трех уровнях интенсификации:

нулевой - экстенсивный (без удобрений и пестицидов), * первый - умеренный (70 кг минеральных удобрений при 40% обеспеченности пестицидами),

второй - интенсивный (при полном обеспечении агрохимикатами). При моделировании продуктивности севооборотов использовались по!^затели плодородия почв выщелоченных черноземов Приобья и ресурсы тепла и влаги на основании многолетних данных гидрометеостанции Кочекево с учетом сложившихся трендов. Имитировалась 20-летняя реализация севооборотов с полным набором технологических систем - 4 системы обработки почв, 4 уровня питания и 3 уровня защиты рас-тений. Сгенерированные продуктивности дополнялись экономической и экологической информацией в соответствии с разработанной моделью сочетания отраслей. Некоторые результаты решения приведены в таблице 10.

Решение сформулированных задач на максимум прибыли методом линейного программирования предопределило, структурообразующие характеристики вариантов систем земледелия. Экстенсивное земледелие должно базироваться на севооборотах с паром с отвальной и комбинированной основной обработкой, доля паров может достигать 20, доля зерновых - 56 и кормовых - 24';. При этом продуктивность палгнк составит 18.8 ц к.е. с гектара, а производство зерна -12.8 ц зерна с гектара. В таком варианте неизбежны эрозионные процессы на паровых полях, а производство продукции достигается только за счет мобилизации почвенного плодородия.

В варианте умеренной интенсификации доля паров может быть снижена до 11%. Могут быть сокращены посевы зерновых, поскольку задание но зерну возможно выполнить на меньших площадях. За счет этого возрастает доля кормовых до ЗоХ, позволяя довести производство кормоз до 19.2 ц к.е. с гектара или на 75% больше, чем в экстенсивном варианте. Продуктивность пашни-достигла 26.9 ц к.е. с гектара. При данном уровне интенсификации переход на более почвоохранные технологии пока"нецелесообразен. Основной системой обработки почвы остается комбинированная, при которой поля под вторые культуры после пара и траз обрабатываются без оборота пласта, на остальных полях применяется традиционная вспашка.

Таблица 10

Сводные характеристики системы земледелия . ОГК "Кремлевское":

Уровни интенсификации О - I II

Расход азота, кг. 0 .00 36. .40 71.36

Расход гербицидов. X. 0 .00" 40. .00 100.00

Расход фунгицидов. 0 .00 30. .00 57.00

Доля пара, %. - 20. .00 11. .00 б. 00

Доля зерновых, 55. .00 53. 00 54.00

Доля кормовых, %. 24. .00 36. ,00 41.00

Доля комбинированной, X. 10'!. .00 * Г\П со 57.00

доля безотвальной, %. 0. . ОС о со 40.00

Доля плоскорезной, % о. .ОС о ,00 2'.00

Производство зерна, ц. 12. ,82 15. 86 19.64

Производство сена, ц.к.е. 0. ,74 1. 36 2.13

Производство силоса, ц.к.е. - 4. 54 8. ,43 10.31

Производство з.-сенажа,ц.к.е.- 0. 74 1. ,27 1.65

Смыз мелкозема,т/га. 0. 83 ■0. ,75 0.65

Снос мелкозема, т/гя. 1 73 1. 55 1.34

Потери азота, кг/га. 59.71 25. 07 0.00

Потери пес-тишдов. У, 0. 00 1. 00 2.00

Продуктивность пашни, ц.к.е.- 18. 84 26. 92 33.74

Товаркое зерно, ц. 6. 00 б. 00 6.00

Производство корма,ц.к.е. 10. 97 19. 22 24.93

Прибыль, з относит, ел. 1 1.65 2.01

Интенсивное земледелие на современном уровне знаний'позволяет сократить долю паров до при умеренной доле зерновых (54%). .Посевы кормовых культур могут занимать 40% , при этом продуктивность пашни достигает 33.7 ц к.9. я 24.9 ц производство кормов, т.е. против экстенсивного варианта продуктивность пашни возросла на 80%, н производство корма в 2.5 раза.

4.5. Задача размещения земледелия в Новосибирской с бхас-.тл

Задача размещения производства верна и кормов в Новосибирской области формировалась на основании следующей информации:

- почвенные материалы были использованы из Атласа почв Новосибирской области (-/здание СО АН СССР 1573г.);

- перспекти? распределение агроклиматических ресурсов по области оценивалось на основании трендов фактических многолетних рядов погоды ко метеостанциям - Новосибирск, Огурцово, Коченево, Кыштовка, Чаны. Кочки, Купина [93;

- потребность к продовольственном зерне и зернофуражных фондах для сзинсвс:;сгБа и птицеводства была взята из разработок Института зконокшк СО РАСХН .'1983).

Важным дополнением в оценке баланса кормов были результаты наших обследований территорий 1991-1992гг. По этим материалам были дэнк оценки фактической и потенциальной продуктивности се-нокосов1к пастбищ чо выделенным территориям. Из-за ограниченности информации V. вычислительных ресурсов территория области условно была подразделена лшь на пять территорий (Зональными системами земледелия 1982 . г. было предусмотрено выделение шести территорий, а проектом систем земледелия.на'ландшафтной основе, 1993 г.. предусмотрено выделение уже 28 территорий).

Учитывая экономическую конъюнктуру переходного периода и необходимость проработки перспектив размещения животноводства было решено безусловно обеспечить производство зерна в расчете 1.8 млн.тонн, а остальные площади направить на производство кормов, в т.ч. и фуражного зерна. В этом случае при различных уровнях обеспечения технологическими ресурсами возникало различное размещение производства кормов, и сцепленное с ним размещение удобрений. и пестицидов. Несовпадение возможностей кормопроизводства с потребностями фактически существующего поголовья скота означает обоснование предложения к изменник? размещения животноводства по зонам области.

Конкретно были выделены следующие территории: подтайга и тайга, северная лесостепь предгорий, северная лесостепь низменности, южная лесостепь и степь с, их ресурсами земли и агролан-

дшафтсв.

Структура задачи линейного программирования, описывающей оптимизацию размещения производства зерна и кормов в Новосибирской области, носила традиционный блочно-диагональный характер, где внутри блоков регламентировались масштабы производства товарного зерна а возможная•структура рационов, а в связующих блоках предусматривались переменные, отражающие распределение агрономических ресурсов и производство кормов (рис. 10). ■

Задача размерности 145 х 2017' решалась программой РЬР88 на ЭВМ РО/АТ - 286. Были рассчитаны три варианта размещения производства зерна и кормов в области: - экстенсивный , без применения современных агрохимикатов; - умеренный, в котором предусматриваюсь применение удобрений в дозах 60 кг д.в. на гектар и пестицидов 50" о? потребности; - интенсивный, без ограничений на агрсресурсы (их уровни сдерживались лишь экономической эффективностью) . Последний вариант рассчитывался для двух случаев: без трансформации угодий и с учетом коренного улучшения лугов и пастбищ.

Моделирование размещения производства зерна и кормов при различных уровнях интенсификации показало, что наиболее эффективными в условиях экстенсивного производства остаются севообороты с паром, доля которого колеблется по зонам от 23 до 15%, т.е. существенно выше сложившегося уровня; доля зерновых мало дифференцировала по зонам и колеблется от 53 до 57%, а доля кормовых - от 22 до 3'¿X. При этом продуктивность пашни колеблется от 12 ц к. е. в степи дс 17-18 в северной лесостепи (эти-оценки на 20-25£ выше фактически слсскивсейся продуктивности, которые в значительной степени определяются засоренностью посевов. Если предположить, что сельскохозяйственное производство из-за затянувшегося экономического кризиса будет вынуждено обходиться без современных аг-рохимикатсв, тс возникнет остреиший дефицит кормов. Это вызвано, с одной стороны, расширением паров для борьбы с сорнякам и, с другой стороны, низкой продуктивностью кормовых культур. Следовательно; с зтсм случае неизбежно сокращение поголовья скота и сзертквание производства продуктов животноводства.

Основным средством мобилизации почвенного плодородия в экстенсивном земледелии остаются механические обработки, в т.ч. и многочисленные обработки паров. Учитывая их повышенную долю в

.".лчничэнил

Л ."ОрНл 1

Территория

I Сводная! Сводная I Ресурсы критерия 3 ! эко- ! зко- { Задания

| логия ! нпдака; Регламента $

4-

-—

;] Территория 2

„и..

1'ГрркГОрИЛ о

—и

Елок

:] Свод ограничений:'

5 эффективность " -Затраты 1 ! -Затраты

Н---------

! -Затраты 3

-Санкц.

■ены

Эффект.

Рис 10.

Струг.г/ра задачи размещения производства зернь и кормос-

панно можно утверждать, что эрозионные процессы будут стимулированы человеческой деятельностью.

Умеренный заоиант развития земледелия предусматривает диффе-сенциосванную его интенсификацию на благоприятных территориях (подтайга. северная лесостепь). При этом здесь доля пзроз определяется лишь количеством ржи, а. основное производство ведется либо в вернопропашных, либо травопольных севооборотах. Доля зер-нозых б целом сокращается до 46-527. пашни (задание по верну обеспечивается повышением продуктивности за счет химизации технологий) . Сокращается доля паров, соответственно возрастает до 40-43% доля кормовых культур. При этом оказывается возможным довести производстве' кормов для всех категорий хозяйств до 8.9 млн. тонн (это чэ Ю-15Х выше оценок потребности в кормах, проведенных Институтом экономики).

Отличие настоящих разработок состоит в том, что более тщательный учет природных и технологических возможностей делает целесообразным резкое увеличение производства кормов в северной лесостепи и особенно в подтайге при стабилизации производства кормов в южной лесостепи и сокращения - в степи.

Для оценки возможности увеличения производства кормов в отдаленной перспективе нами были проведены варианты расчетов, предусматривавших коренное улучшение лугов и пастбищ на 30-902 площадей и максимальную интенсификацию земледелия. При этом оказалось возможным ггг.врсти производство кормов до 14 млн. тонн (примернее удвоение производства). В этом случае вклад северных территорий становится еще более весомым.

В степи и южной лесостепи, учитывая неблагоприятные тренды погодных рядов, оказалось невозможным обеспечить существующее поголовье екпта кормами несмотря на интенсификацию кормопроизводства как на пашне, так и на естественных угодьях. Это свидетельствует о том. что попытки сохранить существующее поголовье административными'методами, либо за счет дотаций принесут, с одной стороны, долговременный экономический ущерб и непоправимый экологический, поскольку деградация естественных угодий в степи дошла до крайней степени. Возможно, что повышенное увлажнение осени 1992 и лета 1993 гг. несколько ослабит остроту положения, но оно не в состоянии переломить сложившиеся негативные тенденции (массовое распространение на сбитых территориях полыни не в

'состоянии кк закр<т1:И1Ь почву, ну. создать зоспроигвовздыг ресурсы кормов - первал же засуха приведет к обкому выгоранию степного

Т'СаВОСТОЛ.) !..-1!С. * ■■ .

Таким с-брагом, структур?.-:^ размещения земледелия

и животноводства становятся "с/ьгктиькоу: потребностью.

Сопоставление модельных расчетов с производственной практикой приводит к следующим выводам:

1. Сопоставление результатов моделирования продуктивности севооборотов при различных уровнях, нагрузки агрономическими ресурсами с экспериментальными данными СибНИИЗХима и производственной деятельности передовых хозяйств показало, что созданная структура учитывает основные факторы продуктивности, хотя безусловно требует совершенствования, особенно по более точному учету дочв?.'пН2'.л процессов.

С. Оптимизационные расчеты, ориентированные на условия ОПХ "Кремлевское", показали, что включение агрохимикатов в технологические окст?мь: д?.Лсяет целесообразным изменение структуры использования пашни, ■ сокращение доли пар.~в. переход на обработки Солы№й почвозсдлгнссти, расширение посевов зерка и проиашых.

3. Имитационно-? модеАирсгавиб размещения производства зерна и кормов по золя* « подзонам области для различных уровней обеспеченности прок^вод'тгза агроресурсамк показало:

- охожиззж<?>. < х'З'Э 1 году потребности в зерне' и кормах не могут б.-:т.ь /довач •. зо;ч?:л! при дк-гжемсл б то время ресурсном потенциале лройзеоип-ьа, особенно в южней лесостепи и степи;

- сокращение потребления агрохккикатов и их производства, вызванное экономическим кризисом, возвращает сельскохозяйственное производство ка экстенсивные технологии, в которых ведущую роль играет парк и усиленные механические обработки почв в других ПОЛЯХ;

- сложившаяся --¿ниезктура на энергоносители, машины и сельхозпродукцию толк?,?? производителей ка сокращение поголовья скота, особенно в кчяых- зонах, что соответствует экологической целесообразности;

- доля саров !-■ »кствкеявнаи производстве при снижении потребностей в кормах может возрасти до 20-23Х, если конъюнктура на продукты животноводства не улучшится;

- при оживлении экономической конъюнктуры становится целесо-

Динамика уапажнения Новосибирской обл.

Период V-VII

Купино » ¡;.>ЧпИ

■>- Огурцоес *- (^й-шгоока

Рис Ii. Скользящие средние- ГТК по ГНС- Новосибирской области.

Корма в Новосибирской области

Варианты интенсификации

Степь Юж.песост. бараба Приобье Подтайга

ЕВ Экстенсивный ЕВ Интенсивной 11 Потребность

- 6С -

образней дальнейшая интенсификация производства на основе достижении оогреиенной науки и разумного использования агрохшикатов 3 технологиях;

современные г-аналогические системы позволяют в 2-2,5 раза уВсЛйчктп продукт;;} --ость земледелия, сократить механические воз-действен ца почву, умекьзкть додо паров, снизивши тем самым эро-оионпуя.; ипасйсс-ть включенных ь обработку почв;

- приоритет па интенсификацию северного земледелия с нарас-'jcA(ji»:.s{ ".ормовкм уклоном позволит переместить значительную часть кормоироигволстьа с южных территорий, ослабив тем самым общие ан т р с л о г е г. н ы с; к ai р у з 11 л;

- выход из сбдаго кризиса сельскохозяйственного производства целесообразно согместить с переходом на принципы рационально- равновесного природопользования в условиях складывающихся новых прокгзодствеикь;/; отношений.

СШ^д ВКЬОЛЬ!

:. . ;ггнда«фта яглягкся результатом взаимодейс-

твия пглрсдзУл рсур i с технолог «есьвсзшшостями их ис-гольгованк*, пргдосгьгляемых научно-техническим прогроссом.

;1декти&!кац>:я потенциала атрзла^дгафтсЕ предполагает ис-ползованне всего комплекса методов аграрных и смежных наук, включая сдациглъное :-ладароьакке экспериментов, адекватные методы статистического анализа, жаггацяснлзго и оптимизационного моделирования и ярогv.o.-.ировайия, корректного синтеза частных моделей в модели бол::ысскмх рангов в соответствии с естественной иерархией исследуемых систем, формирующих агроландшафты и их системы.

¿. ¿ормирс^акио производственных и социальных нагрузок на агроландшафты з соответствии с их потенциалом и устойчивостью мсйй?" обеспечить ?оспроизводство структурообразующих компонентов arp:j:.--4/"ia.tTa, pe.-vv-r-.уя, тсааог с&разсы. стратегию равновесного природ-до/,сзоганнк сельскохозяйственном производстве.

- 67 -

Список основных научных трудов Южакова А.И.

1. Оценка неравномерности распределения растений по площади. (В совторстве с Г.Л. Апетенок).- Вест. с.-х. науки, 1969. N 7, с. 3*1"" 35.

2. Задачи оптимального распределения удобрений и стационарный полевой опыт.- Агрохимия, 1969, N11, с.107-112.

3. Применение удобрений и структура использования пашни на черноземах лесостепи Зауралья .(В совторстве с В.И. Овсянниковым, В.И.Волынкиным). - В кн.: Сессия по вопросам дальнейшего развития химизации сельского хозяйства. Тезисы докладов на секционных заседаниях. Вп.1.,М.,1969, с.128-134.

4.Некоторые вопросы планирования опытов в связи с оптимальным распределением удобрений. (В совторстве с Г.А.Калетиным, А.И.Себяниным).- Тез. докл.на Всесоюзн. отчетно-методическом совещании участников Географ, сети опытов с удобрениями. М. 1969. 3 стр.

5. Схемы полезь/ опытов для построения производственных функций. Тез. докл. Всесоюзной конференции учстников географич. сети опытов с удобрениями. М.1970. 5 стр.

6. Изучение севооборотов в полевых опытах в связи с задачами оптимального планирования социалистического сельскохозяйственного производства. (В совторстве с В.И.Овсянниковым). - Сборник науч.работ (Кургансгдя обл. с.-х. опыт, станция). Курган. 1971, вып. 3, с. 59-69.

7. Экономические аспекты применения минеральных удобрений на черноземах Зауралья .(В совторстве с В.И. Овсянниковым). - Сборник науч. работ (Курганская обл. с.-х. опыт, станция). Курган.

1971,вып.3,с.120-133

8. К методике сценки продуктивности почв в пашне.(В совторстве с В.А. Синявским В.А., В.Г. Безвиконным). - Сборник науч.работ (Курганская обл. с.-х. опыт, станция). Курган. .1971, вып. 3, с. 70-81.

9. Схемы опытов для изучения доз и соотношений удобрений. Планирование и анализ результатов.- СО. Вопросы химизации земледелия Зауралья. Вып.1, Челябинск, 1971 8 стр.

10. Некоторые Ебпросы планирования опытов в связи с опти-

мальным распределением удобрений.-Метод, указания по Географической сети опытов с удобрениями. М.1972,вып.20,с.47-57

11. Пространственная структура стационарного полевого опыта по изучению систем удобрений,- Химия в сельском хозяйстве. 1972, N10, с.48-51.

12. Ковариационный анализ в полевом опыте с показателями структуры в качестве сопутствующих переменных. (В совторстве с Г.П. Седовым). - Сибирский вестник с/к науки. 1972. N5. с.27-32

13. Принципы планирования и обработки данных опытов с севооборотами и удобрениями. Сб. Вопросы методологии и методики научи, исследований по сельскому хозяйству. Вып.1. Новосибирск,1972. с. 2

14. Продуктивность почв пашни. (В совторстве с-А.Т.Сотнико-вой). - Сб. Земля и ее использование. Курган, 1972. с.6

15. Опыты с севооборотами: планирование и анализ результатов,- В кн.: Актуальные вопросы семеноводства и агрохимии. Курган, 1972, с.68-72

16. Методика оценки нормативной среднемноголетней эффективности удобрений.(В совторстве с В.И.Волынкиным). - Сб.Вопросы химизации земледелия Зауралья. Вып.2. Челябинск Л976. с.6

17. Планирование длительных опытов с удобрениями и статистический анализ их данных Лисе, на соискание степени канд. с/х наук, 1976

18. Методика оценки среднемноголетней эффективности удобрений Ж. Агрохимия, 1977, N3. 6 стр.

19. Пути увеличения производства и применения органических удобрений в Сибири и на Дальнем Востоке. (В совторстве с А.Е.Ко-чергиным). - Сб. Позышение эффективности производства и использования органических удобрений. М., 1978. 18 стр.

20. Коллектив авторов СО ВАСХНИЛ. Рекомендации по дальнейшему развитию сельского хозяйства Западной Сибири. СО ВАСХНИЛ, 1S78.

21." Опыт использования многомерного и многофакторного дисперсионного анализа системы: Helmlnthosporlum satlvum Р., К. et В.- пшеница - удобрения.(В совторстве с В.А.Рогинским, В.З.Ро-гинской). - В кн. Микробные ассоциации и их функционирование в почвах Западной Сибири. Новосибирск. 1979. 15 стр.

22. Принципы установления оптимума доз удобрений.(В совторс-

- Р,0

тве с В.И.Волынкиным, А.П.Поповым).- Сб.Химизация и защита растений. Тр.СО ВАСХНИЛ, Новосибирск,1979. 8 стр.

23. Перспективы химизации и использования земельных ресурсов Зауралья. (В совторстве с В.И.Овсянниковым, С.М.Овсянниковой). Сб. Химизация и защита растений Тр. СО ВАСХНИЛ, Новосибирск, 1979. 7 стр.

24. Коллектив авторов. Рекомендации по системам ведения сельского хозяйства Западно-Сибирской зоны в условиях перевода его на индустриальную основу углубления специализации и повышения концентрации производства на период до 1985 года. СО ВАСХНИЛ, Западносибирское книжное издательство, Новосибирск,1979.

25. Принципы прогнозирования урожайности (В совторстве с А.Т.Сотниковой).- Сб. Резервы увеличения производства зерна в Курганской области. Уфа,1979. 6 стр.

26. Зональные системы земледелия Новосибмркой области.(В совторстве с В.И.Кирюшиным и др.).- Коллективная монография. СО ВАСХНИЛ.1982 454 с.

27. о совершенствовании рекомендаций по применению удобрений в районах .Урала, Сибири и Дальнего Востока. (В совторстве с Н-.К.Болдыревым, Л.V. Аникст). - Научные основы применения удобрений по зонам стра-' (Материалы совещания Геосети опытов с удобрениями в 1979г.). иЫП.28 М.1981, с.52-58

28. Эффективность использования возрастающих норм минеральных удобрений в условиях Сибири при разном инфекционном потенциале Bipolaris sorokiniana (sacc.) Shoemaker в почве.(В совторстве с Ю.К.ФадееЕым, В.А.Чулкиной, Л.П.Синегуб).- Доклады ВАСХНИЛ, 1931, N2, с. 20-22

29. Совершенствование методов расчета доз удобрений. Тезисы докладов Всесоюзного семинара "Совершенствование систем удобрения е севооборотах в различных зонах страны". Москва,1981. 3 стр.

30. Роль удобрений в совершенствовании зональных систем земледелия. Вестник с.-х. науки, М., 1983, N3, с. 44-48

31. Создание исскуственн'ых популяций возбудителя обыкновенной корневой гнили для оценки устойчивости сортов ячменя.(В сов-торстЕе с В.А.Рогинской, Н.'Н.Наплековой).- Сиб. Еестник с.-х.науки, 1983, N 5, с.32-37

32. Пути создания устойчивых к корневой гнили экологически

пластичных сортов ячменя для условий Сибири. (В совторстве с Н.А.С'урикым, В.З.Рогинским, В.А.Рогинской).- Сиб. вестник с.-х.науки, 1983, N 5, с.28-34

33. Планирование агрохимического эксперимента в мерзлотных агроценозах:(В совторстве Э.Г.Гершевичем). - Вторая Всесо-юз.конф. по применению мат.методов и ЭВМ в почвоведении : Тез. дскл. Пудино. 1983, . 33- 34

34. Оптимизация агрохимических параметров почвы. Вторая Все-союз.конф. по применению мат.методов и ЭВМ в почвоведении : Тез. дскл. Пущино.-1983, с.67-68

35. Рекомендации по диагностике азотного питания полевых культур и применение азотных удобрений в Сибири. (В совторстве с А.Е.Кочергиным, Г.П.Гамзиковым и др.).-Коллективная монография. Новосибирск, 1983, '-'С с.

36. Опыт применения многомерной статистики в оценке исходного материала. (В совторстве с Н.Г.Ведровым).- Селекция и семеноводство, 1984, N 1, с.16-17 -

37. Совершенствование методов расчета доз фосфорных удобрений. Интенсификация степного земледелия в Сибири и Зауралье. Новосибирск, 1984, с.115-125.

38. Роль органических удобрений в повышении плодородия почв Сибири. (Б совторстзс с М.И.Мостовым).- Научн.-техн. бюл. /ВАСХ-НИЛ СО; 1984. Вып. 49, с. 3-8 '

39. Учет погодь: в моделях эффективности удобрений. Тр.ВИУА. Эффективность удобрений при различных погодных и климатических условиях. М. 1985

40. Оптимизация применения минеральных удобрений на основе функций продуктивности. (В совторстве с Г.С.Гросбартом).-Математическое обеспечение с/х исследований на базе "Электроника-60". НТВ.Вып. 48. СО ВАСХНИЛ. СибНЙИЗХим. 1985. с.3-12

41. Потребности сельского хозяйства Сибири в минеральных удобрениях (В совторстве с Г.П.Гамзиковым, Г.А.Жуковым). - Проблемы агрохимического сырья Западной Сибири. Новосибирск, 1985,

с. 16-19

42. Влияние раствора азотной кислоты на развитие и урожай сельскохозяйственных культур.(В совторстве с Г.П.Колмаковым, 3.А.Богдакевым). - Проблемы агрохимического сырья Западной Сибири. Новосибирск, 1985, с.16-19

43. Коллектив авторов. Рекомендации по интенсивным технологиям производства зерна ппеницы в Новосибирской области СО ВАСХ-НИЛ. СибНИИЗХим. Новосибирск. 1985. 86 стр.

44. Коллектив авторов. Интенсивная технология выращивания яровой пшеницы в Новосибирской области. Рекомендации.СО ВАСХНИЛ. СибНИИЗХим. Новосибирск. 1985. 53 стр.

45. Определение категории оптимальности для параметров почвы. Тезисы докл. Y;; делег. съезда Всесоюз. общества почвоведов. Ташкент, 1985. Ч.З. i стр.

46. Создание оптимального уровня азота в почве для питания растений в Сибири.;!?: совторстве с П.И. Крупкиным, Т.А. Лобановой). - Ж.''Агрохим-.v", N5, 1986. . -

47. Оптимизация минерального питания. Ж."Земледелие", N5, 1986.

48. Коллектив авторов. Интенсивные технологии возделывания яровой пшеницы в Новосибирской области. Рекомендации.СО ВАСХНИЛ. СибНИИЗХим. Новосибирск. 1986. 91 с.

49. Режим азота з почвах Сибири и диагностика обеспеченности им растений.(В совтмрстве с В.И.Кпрюшиным, Г.И.Ткаченко,А.В.Овсянниковым). - Плодородие почв и питание растений. Сб.научн. трудов СибНИИЗХим. Новосибирск, 1936. с.4-25

50. Оптимизация параметров почв. Плодородие почв и питание растений. Сб. научн. трудов СибНИИЗХим. Новосибирск, 1986. с. 53-59

51. Коллектив авторов. Рекомендации по использованию минеральных удобрений под пшеницу при интенсивном ее возделывании в Красноярском крае. Красноярский НИИ с/х СО ВАСХНИЛ. Красноярск,

1986. 31 с.

56. Коллектив авторов. Объяснительная записка к "Карте орга-но-минеральных ресурсов сельскохозяйственного назначения Западно-Сибирского экономического района" СНИИГГиМс. Новосибирск.

1987. 112 с.

57. Интенсивные -"ехнологии возделывания яровой пшеницы в Новосибирской области:.В совторстве с В.П.Киршшным, А.Н.Власенко и др). - Рекомендацк;: СибНИИЗХим. Новосибирск. 1988. 57 с.

58. Определение категории эквивалентности фосфора почвы и удобрений. НТБ. Вып.6. СибНИИЗХим. 1988. с. 28-32

59. Агролочвенное районирование сельскохозяйственной зоны

Томской области. (В совторстве с В.К.Каличкиным, М.Н.Мининой).-Сиб. вестник с.-х. науки. 1988, N1. с. 3-9

60. Использование многомерной регрессии в агрохимических исследованиях.(В совторстве с Н.С.Алексеевой). - Бюл.' ВИУА. 1983. N 87. с. 49-52

61. Оптимизация применения удорений на основе функций продуктивности. Бюл. ВИУА. 1988. N 87. с. 53-55

62. Коллектив авторов. Нормативы выноса и коэффициентов использования питательных веществ сельскохозяйственными культурами из минеральных удобрений и почвы. Госагропром СССР, ЦИНАО. М., 1989. 105 с.

63. Экономические принципы оптимизации агрохимических параметров почвы. Почвенно-агрохимические ■ проблемы интенсификации земледелия Сибири. Сб. научн.тр. СибНШЗХим. Новосибирск.

1989.с.19-33

64. Определение оптимальных параметров фосфатного состояния почв Новосибирской области. Специфика фосфатного фонда почв и эффективность удобрений.(В совторстве с Л.П.Антипиной, Л.П.Малыгиной).- НТВ. вып 5. СибНИИЗХим. 1989. с.3-7

65. Агроклиматические ресурсы в моделях зональных систем земледелия. Агроклиматические ресурсы Сибири. Сб. научн. тр. СибНШЗХим. Новосибирск, 1989. с. 13-17

66. Статистический метод учета елияния неоднородности почвенного покрова на продуктивность с/х культур в полевых опытах (на примере солонцовых комплексов): (В совторстве с Н.И.Семендя-евой, В.Т.Усолкиныч,Е.А.Логачевым). - Рекомендации СО ВАСХНИЛ. СибНШЗХим. 1989.-20с. '

67. Почвенный блок в моделях систем земледелия. Тез. докл. к YIII Всесоюзному съезду почвоведов. Новосибирск, Наука. 1989. Кн. 6. - с.130

-68. Моделирование зональных систем земледелия. Тез. докл. к Y111 Всесоюзному съезду почвоведов. Новосибирск. Наука. 1989. Кн. 4. .- с.282

69. Способ оценки пластичности сортов пшеницы Селекция и семеноводство. 1989, N,1. с. 12-15.

70. Система удобрений в севооборотах и оптимизация азотного питания яровой пшеницы при интенсификации земледелия.(В совторстве с В.М.Новиковым!. -Сб.: Интенсификация возделывания зерновых

культур Б Западной Сибири. СО ВАСХНИЛ. 1990. - с. 91-103

71. Статистические параметры и модели плодородия черноземов леслстепи Центральной Сибири.(В соБторстве с П.И.Крупкиным, В.В.Топтыгиным).- Проблемы почвоведения в Сибири. Новосибирск. 1990. С. 170-179

72. Моделирование зональных систем земледелия на основе' по-леЕьк экспериментов. (В совторстве с В.И.Кирщиным, Н.Л.Романовой, А.Н.Власенксо . - Вестник с.-х. науки. М. 1990. N' 3.-с.99-105

73. Структура моделей в описании систем земледелия. Сб. тр. Модели и методы агроинформатики ъ научных исследованиях ¡; рыночных условиях хозяйствования. СибНИИЗСХ СО РАСКН..1992 с. 49-54

74. Оценка интенсивности и устойчивости земледелия.ÍB совторстве с В.М.Новиковым. Ю.П.Филимоновым).- Сб.: Почвенно-климатические ресурсы .¡нтенсификации и их использование в земледелии. СибНЙИЗХим СС РАСХН. 1992 с. 36-52

75. Использование симплекс-планов для определения оптимума питания зерновых, возделываемых на мелиорированных солонцах.',В совторстве с Н.В.Семендяевой, Н.Т.Тимофеевой).- Сб.: Оптимизация условий выращивания с/х культур в интенсивном земледелии. СибНИ-

• ИЗХим СО РАСХН. 1992 с. 122-135,

76. Адаптивно-ландшафтные' системы земледелия Новосибирской области (проект:. Коллективная монография. Новосибирск, 1994, 213 стр.

77. Моделирован;!; управления плодородием почв в системах земледелия (принципы и подходы).(В совторстве с А.В. Кинштом). -Методические рекомендации. Новосибирск 1964, 25 стр.

73. Оценка антропогенной трансформации растительных сообществ методом главных компонент.(В совторстве с Н.Г. Шатохи-ной).-Сибирский экологический журнал. 1334. Вып. 5. Том 1. с. 469-475.

Подписано к печати 18.09.1995 г., формат 60x84/16. Печ. л. 4,6, уч.-изд. л. 2,5. Тираж 100 экз. Зак, 135