Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Теоретические основы и методология управления агротехнологиями в системах земледелия

ВАК РФ 06.01.09, Растениеводство

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы и методология управления агротехнологиями в системах земледелия"

/•л Г' О

О

На правах рукописи

Магафуров Кадир Бариевич кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ АГРОТЕХНОЛОГИЯМИ В СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Специальность: 06.01.09 - Растениеводство 06.01.01 - Общее земледелие

Автореферат диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва - 1998

Работа выполнена в Башкирском научно-исследовательском институте сель-

Научный консультант: герой социалистического труда, академик РАСХН И.С.Шатилов

Официальные оппоненты:

Доктор сельскохозяйственных наук, профессор В.Г. Лошаков Доктор сельскохозяйственных наук H.A. Полев Доктор сельскохозяйственных наук, профессор, Академик РАСХН В.Ф. Ладонин

Ведущая организация: Ордена трудового красного знамени Башкирский го ственный аграрный университет

Защита состоится Ц.ЮН Л 1998 г. в "/V' часов на заседани

диссертационного совета Д120.35.04 Московской сельскохозяйственно академии им. К. А. Тимирязева

Адрес: 127550, Москва, Тимирязевская ул., 49, отдел защиты диссертаций Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

ского хозяйства

Автореферат разослан сCLCL.S. 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат сельскохозяйственных нау:

Р)Р. Усман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

актуальность проблемы обусловлена современным состоянием аграрного секто-кономики, характеризующейся ускоренным углублением диалектического про-речия между производительньши силами и производственными отношениями, овая аграрная наука усиленно ищет пути разрешения этого противоречия, в регате меняются общепринятые нормы и критерии оценки эффективности произ-тва, а так же приоритеты, определяющие направленность материально-ического потока в отрасль. Однако, как показала практика, регулирование од-я лишь финансово-экономическими рьгчагами в такой сложной отрасли, как аг-[ая, не дает должного эффекта. Более того, несистемное решение по направлен-и энергетического потока наносит огромный вред экологии, экономике и угро-• безопасности существования природы и человечества. Определяющее значение >бретает проблема не столько куда, сколько как вложить материальные сред. Решение этой задачи требует новой методологии, методики организации хо-тва и нового мышления.

{ель исследований состоит в разработке теоретических основ и методологии .вления агротехнологиями в современных системах земледелия. 8 задачу исследований входит: 1) Анализ современного состояния системологии, ;рнетики и информатики с точки зрения использования их достижений в земле-и. 2) Разработка теоретических основ агрокибернетики. 3) Системный анализ еменного состояния проблем управления агротехнологиями. 4) Системный ана-проблем информационного обеспечения управляющих систем. 5) Разработка (ептуалыгой модели проектирования систем управления агротехнологиями. 1аучная новизна. Впервые разработана методология целостного проекта управ-[я агротехнологиями в системах земледелия с теоретическим обоснованием 1вных положений проблемы. Итеративно-циклическая схема кибернетического вления агротехнологиями дает реальные перспективы на разработку проектов емного ведения земледельческого производства. Предметно-функциональная ггрукция информационного блока модели позволяет проектировать системы вления для любых уровней производства в отрасли растениеводства. фактическая значимость. Внедрение результатов исследований в научных уч-тениях страны даст большую пользу в повышении эффективности результатов сладных исследований. Реализация разработанной методологии в виде проектов [вляющих агротехнологией систем по приводимым в работе концепциям позво-предоставлять производству удобные для пользования информационно-тующие системы, основанные на достижениях фундаментальных наук гемологии, кибернетики, информатики) и всей совокупности агрономических и кных с ними наук.

Апробация исследований: Всесоюзная конференция по программировании: жаев, г.Казань 1982. Всесоюзная школа молодых ученых "Актуальные проб программирования урожаев с.-х. культур", Минск, 1983. Всероссийская на производственная конференция по программированию урожаев, Йошкар-ола, год. Всероссийский семинар по программированию урожаев, Новочеркасск, Заседания Совета по программированию урожаев с.-х- культур, Чебоксары, Безенчук, 1984. Всесоюзное координационное совещание участников геосети с рениями, Уфа, 1985. Выездное заседание Президиума ВРО В АС> "Моделирование плодородия почвы -...", г. Волгоград, 1986. Всесоюзный сел "Основы агрофизики и методы управления продуктивностью посевов и плодор< почв", Ленинград, 1987. Заседания секции математического моделирования С по программированию урожаев ВРО ВАСХНИЛ, !986... 1991. Региональные 1 публиканские научно-производственные конференции, г. Уфа, 1977,1980, 1986...1989, 1994, 1996, 1997.

Публикации по теме диссертации составляют 42 наименования, в том числе монография и две брошюры, 12 работ опубликованы в центральной печати.

Внедрение результатов исследований осуществлено в хозяйствах ряда ра республики, методика принята производственно-инновационным предпри " Агротехно логия".

Диссертация состоит из трех частей, 12 глав, 241 стр. машинописного т включает 42 таблицы, 31 рисунок, список литературы из 362 наименований, 1' ложений. Отдельно прилагаются 10 программных продуктов на магнитной дис

Сообразно с поставленной целью и задачами, работа выполняется на трех нях научных исследований: 1) Общеметодологические исследования. 2) Прикл аналитические работы и их системный анализ. 3) Методика проектирования с земледелия.

В качестве отправной точки в методике теоретических исследований поел ется то, что система земледелия принимается как проект системного ведения ] водсгва. При этом системы земледелия рассматриваются с двух позиций: классификация форм агрохозяйства, отражающих исторически сложившиеся у производительных сил и производственных отношений и 2) как проект улраг агротехнологиями в земледелии.

Прикладные полевые и лабораторные исследования проводились по обще! той, а в некоторых случаях по оригинальной методике. Экспериментальные р главным образом были нацелены на восполнение пробела в информационны ках систем земледелия.

Анализ агрометеорологического блока информаций проводился по данны ций гидрометеослужбы и территориально-хронологически соответствующим . урожайностей статуправлений.

Статистическая обработка цифровых материалов проводилась на персональном пьютере по оригинальным программам, составленным автором (копии про-мм прилагаются на дискетах). При составлении программ в качестве алгоритмов ользованы методики, приводимые в общепринятых в агрономических и биоло-sckhx исследованиях руководствах (В.Н. Перегудов, Б. А. Доспехов, Г.Н. Зайцев). Полевые опыты проводились в стационарных условиях. В 1973...1982 годах в рлитамакском ОПХ Башкирского НИИ сельского хозяйства в пятипольном экс-имснтальном севообороте, имеющем схему: горох (занятый пар), озимая рожь, вая пшеница, кукуруза на зеленую массу, ячмень. В 1983... 1997 годах в Чиш-[ском ОПХ, схема севооборота: черный пар, озимое тритикале, яровая пшеница, )х, гречиха (с 1991 года ячмень). С 1996 года вместо озимого тритикале высева-[ озимая пшеница.

1роектные исследования проводились согласно разрабатываемой методологии, нологические и статистические программы написаны автором для персонального пьютера IBM, на языке Qbasic в интерпретаторе.

Область применения результатов исследований в методологическом плане науч-учреждения, проектирующие системы земледелия, в практическом - все уровни шизации земледельческого производства, начиная от областного до хозяйства, :ления (бригады) и фермерского хозяйства.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

ЧАСТЬ I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АГРОТЕХНОЛОГИЯМИ

I первой части диссертации приводятся результаты теоретических исследова-, входящих в эту часть четырех главах обсуждаются проблемы системологии, кибернетики, информатики применительно к системам земледелия. Подробно шзируются вопросы взаимоотношений современных тенденций, методов и спо-® в земледелии, делаются выводы о том, что при отдельном их применении .зя добиться успеха ни в экономическом, ни в экологическом аспектах. Согласно общепринятому мнению (С. А. Воробьев и др.), земледелие охватывает ель знаний, связывающую естественнонаучные дисциплины с прикладными, этническими. Граничное положение агроэкосистемы на стыке социально-юмических и биологических систем предопределяет комплексный характер за-сельскохозяйственной науки и требует системного подхода к исследованиям Шатилов, А.Ф. Чудновский; О. Д. Сиротенко; Н.Ф. Бондаренко и др.; А.Н. Пой; А.И. Брежнев; P.A. Феддес; Г. Кант; В.А. Платонов; О.Д. Сиротенко, Е.В. шина, III. А. Шаахмедов; И. М. Михайленко; В. А, Семенов; А. И. Брежнев, . Полуэктов; А.И. Пупонин, А.М. Лыков, A.C. Образцов;С.Н. Baker, R.B. Curry;

C. Belmans, I.J. Wesseling, R.A. Feddes; Peter Kundler, Karl-Otto Wenkel, : Gräfe; S.L. Oberle, D.R. Keeney).

Тем предметом, который призван объединять достижения различных дисциплин и областей знаний в одно единое целое, является система земле, (СЗ), которая прежде всего должна отвечать требованиям системности. Этс главное в определении сущности системы земледелия как проекта. Соврем определение зональных систем земледелия звучит как "...комплекс взаимоа ных агротехнических, мелиоративных и организационных мероприятий, напр? ных на эффективное использование земли и других ресурсов, сохранение и noi ime плодородия почвы, получение высоких и устойчивых урожаев сельско? ственных культур" (С. А. Воробьев, А.Н. Каштанов, А.М. Лыков, И.П. Макаро; мнению некоторых ученых определение систем земледелия требует более koi ных понятий (A.M. Лыков, В.В. Гриценко и И.С. Кауричев, A.A. Зиганшин,).

По мнению А.П. Щербакова и В.М. Володина определение зональных с земледелия как комплекс взаимосвязанных мероприятий, направленных на э< тивное использование земли, сохранение и повышение плодородия, полученв соких урожаев и т.д. не что иное, как формулировка задач. Отсутствие четкого гориально-понягийного и функционального определения СЗ, утверждают автор дает возможности для создания ни физической ни математической модели с земледелия.

Страшное отставание России от развитых стран в производстве продукц душу населения и на единицу площади при неимоверных энергозатратах (в де раз) в первую очередь объясняется бессистемностью. (A.A. Никонов).

С самых общих позиций отметим, что какие бы специфические особенное имела, СЗ не может принципиально отличаться от общих понятий системы утверждение справедливо в отношении определения системы земледелия как i та (зональные системы), так и в отношении исторически сложившихся форм ai зяйства.

Управленческие и организационно-хозяйственные формы систем земледелия

В общем виде система определяется как множество, элементы которого зг мерно связаны между собой (Э.Б. Алаев; Б.С. Флейшман,). Непременным свой систем любой природы считается целостность (Н. Винер; Ст. Бир,; Б.В. Гнед< др; Г.В. Афанасьев,). Системы земледелия как форма управ-

Табл

Формы хозяйствования

1) Устное общение

2) Печатное несистемное изложение

3) Печатное системное изложение

4) Аетоматшированные. системы

1) Первобытная

2) Технологическая

3) Интенсивная

ш производством и как историческая форма хозяйствования имеют следующую сификацшо (табл. 1.).

впервые попытка разработки проектов управления агротехнологиями была сде-I в зональных системах земледелия в связи с переходом на интенсивные формы йствования (3-й уровень). Современная адаптивно-ландшафтная система земле-ш требует принятия управляющих решений на основе автоматизированных си-[ (4-й уровень). Управляющая система неразрывна с понятием кибернетика. По-[ьку кибернетикой основоположник этой науки Норберт Винер назвал именно горию управления в машинах и живых организмах", определяя последние как кные целенаправленные системы с обратной связью, мы будем придерживаться шленческого толкования понятия кибернетика.

^грокибернетика - наука, изучающая общие закономерности строения и функ-гирования систем управления формированием урожая. Она является частью скохозяйственной (аграрной) кибернетики, иерархически подчиняющейся эко-ической (соответственно социальной) и имеющей определенную связь с техни-;ой и биологической кибернетикой.

Рис.1. Иерархическая таблица разновидностей получения информации о будущем в целях управления

Тервоначалыю проблема управления формированием урожая разрабатывалась в хелах метода программированного выращивания урожаев. Несмотря на то, что >рия проблемы имеет не менее 25 лет, до сих пор остается разночтение в опре-:нии основополагающих понятий.

1о нашему мнению система программированного выращивания урожаев пред-ляет собой модель управления формированием урожая и входит в систему зем-;лия как составная часть, подсистема или один из важных блоков. Необходимо гтить, что применение терминов "программирование урожая", )граммирование урожайности", прогнозирование урожайности" или

"планирование урожая", вкладывая в них один и тот же смысл, не способ' лучшему пониманию сущности проблемы.

Прмраммирование является одной из форм научного предвидения, а прог определяется как решение относительно совокупности и последовательности приятии, необходимых для реализации соответствующей системы (И.В. Бест Лада).

Управление оперирует приведенными в рис. 1 понятиями: целеполагание, I рование, программирование и проектирование, интегрирующим элементом ко выступает решение - идеально предположенное действие для достижения цел трудно видеть, что программирование может считаться лишь одним из элем или этапов системы программированного выращивания урожаев.

Банк базовой информации

Рис. 2. Структура проекта системы земледелия

На практике имеется большое множество проектов информационного блок этом в большинстве из них принята территориальная структура базы данньп разработали предметно-функциональную структуру, при котором на конечно? ле информационных источников возможно формирование неограниченного чества решений (рис. 2.).

/Гного споров в научной литературе по определению соотношения кибернетики [форматики. Предпринятый нами системный анализ показал, что не существует с тленной иерархии этих понятий. В прагматических целях разработки проектов ем земледелия нами принята следующая классификация: система земледелия -:кт изучения и проектирования, кибернетика - наука, изучающая процессы шления в системе, информатика - наука, обеспечивающая управляющие си-1ы информацией.

ЧАСТЬ II. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

&торая часть диссертации посвящена информационному обеспечению систем [еделия, где обсуждаются проблемы источников информации, их преобразова-и использования в управляющей системе.

Согласно методологии управления агротехнологиями в системах земледелия, абатываемой нами в этой работе, информационные блоки должны содержать по южности устойчивые и простые данные. Стабильной работы управляющей сипы можно добиться, как нам представляется, таким образом, чтобы всякая ин-«ация в системе несла некоторые прогнозные функции. В агрометеорологи-ом блоке это климатические данные, сведения о текущем состоянии метеороло-ских факторов и прогноз погоды. При этом управляющей системе безразлично, м прогнозом (ретроспективным - климат, перспективным - прогноз погоды) она »ирует. В блоке содержатся климатические данные, которые в каждом конкрет-случае акта управления или воспринимаются в фактическом состоянии или няются по текущим и прогнозным данным погоды. Такая система в состоянии 1тать независимо от регулярности поступления от объекта управления осведоми-ной информации, представляющей пока серьезную техническую проблему, (ышеприведенные рассуждения справедливы и в отношении других блоков ин-1'ации. В агрохимический блок, например, помещаются данные картограмм, на 1ве которых система уже может работать. Разумеется, эффективность управле-повышается при поступлении результатов "свежих" анализов, а так же перспек-!ого прогноза состояния аналитических параметров.

"ак и большинство сложных проектов, система земледелия не может иметь в ка-ве источника информации некоторую единую экспериментальную базу. Источ-1ми информации служат для СЗ данные различных наук, дисциплин, областей ий, а так же производства.

( агрономических науках в настоящее время накоплен колоссальный экспери-гальный материал, который при соответствующей дополнительной обработке, |бразовании и уточнении исходя из задач управления, может вполне быть мелован в системах земледелия.

ОСНОЙОПОЛАГАЮЩИЕ БЛОКИ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Система земледелия состоит из ряда подсистем, которые находятся на рг уровнях организации процесса производства. Наиболее тяжеловесными, осно: лагающими из них являются те, которые определяют инфраструктуру всей сис - землеустройство, структура, система севооборотов и размещения, система ботки почвы.

Реформа сельского хозяйства страны на фоне меняющихся взглядов на эко! ческие, энергетические и экологические аспекты аграрного производства тр кардинального пересмотра всей структуры сельскохозяйственного сектора эко! ки. Эти факторы заставляют, помимо всего прочего, заново провести организ территории - главного из составляющих инфраструктуры сельскохозяйстве] предприятия.

Принципиально новые направления исследований по системам земледелия вивагащие адаптивно-ландшафтные основы, представлены в работах А.А. Жуч А.Н. Каштанова, В.И. Кирюшина, А.П. Щербакова, А.И. Пупонина и др. При ходе на эту перспективную систему придется менять конфигурации полей, пе дить часть из них из одной группы в другую, залужать, остепнять и т.д. Разум« проведение этих мероприятий дело не скорое. На период реконструкции потре ся особая методика определения структуры и размещения культур.

Ландшафтное земледелие на основе контурно-мелиоративной конструкции ставляет собой идеальный вариант решения проблемы. Однако, практически ществлять такой вариант в зерновом хозяйстве весьма затруднительно. Исхо существующих реалий нами разработан компромиссный вариант, предусматр! щий сохранение прямоугольное™ полей пашни за счет залужаемых, остепняе?, других элементов агроландшафта. При этом способе, в зависимости от pacnoj ния природных элементов ландшафта, возможно принять прямоугольные или бовидные конфигурации полей, позволяющих вести обработку их с наимены энергетическими затратами.

При переходе на ландшафтную систему землеустройства возникает одна < ственная проблема - перегон техники и агрегатов с одного поля на другое, при ром механическому воздействию подвергаются участки, на которых это не усмотрено. Учитывая это, нами проводились полевые опыты, в которых изуч вопросы влияния агрегатов на залуженные в пределах поля, на разворотной noi на краевой полосе участки.

Было установлено, что залужение стоковой ложбины в пределах полей сп ствует резкому сокращению смыва верхнего слоя почвы весенними талыми вс (табл. 2). Залуженная ложбина высыхает на 3-4 дня быстрее, чем незалужеш практически не задерживает начало весенне-полевых работ. Продукция с эта стков (зеленая масса, сено) убирается заблаговременно и не мешает уборке осн го урожая поля.

Таблица 2.

Влияние залужения на объем смываемой почвы по стоковой ложбине, 1995-1998

„. . .1 /. _______í__________1П.ЛС-1СП ,.2\

Состояние Стоковые площадки, по склону вниз

участка I 2 3 4

До залужения [осле залужения 0,85 1,67 3,2 0 0,13 0,27 4,6 0,16

Совремешшй подход к организации систем севооборотов предложен А.Ф. Са-новым. В предлагаемой автором методике рекомендуется с учетом малого коли-:тва полей в фермерских хозяйствах разворачивать "...севообороты только во :мени или с небольшим размещением в пространстве". Переустройство и разра-:ка новых конструкций севооборотов в связи с происходящей реформой сельско-хозяйства потребуют широкого использования принципов моделирования на базе |ремешшх ЭВМ (В.Г. Лошаков). Основой для такого моделирования автор счита-накопленный за последние два десятилетия в зональных научных учреждениях цирный экспериментальный материал.

В диссертации приводятся правила принятия решений при долгосрочных и си-ционных изменениях схем севооборотов. Для этого разработаны алгоритмы при-ггета выбора заменяющей культуры по следующим факторам: I. Идентичность [ыуры по биологическим и экологическим свойствам. 2. Рыночная коныоктура. Предшественник. 4. Период возврата на одно поле. 5. Энергетическая оценка и июмическая эффективность замены культуры.

Система обработки, позволяющая добиться сохранения устойчивости почвы, со-одения экологической благополучности и экономической эффективности расте-;водческого производства, предусматривает ее разработку исходя го зональных Ценностей (И.П. Макаров, А.И. Пупонин, А.Я. Рассадин, С.А. Клычникова, М.Г. раев и др.). Подсистема обработки почвы систем земледелия проектируется в се-»бороте и находится с ней в тесной взаимосвязи.

Разработанный на всю ротацию севооборота проект систем обработки почвы по-ляет применять комбинированные схемы основной обработки, значительно об-чающей проблему совмещения в известной мере противоположно направленные дологические приемы. Так, одним из кардинальных приемов повышения плодо-щя почвы является углубление пахотного слоя, позволяющая создавать более щный пахотный горизонт там, где его естественная мощность была недостаточ-Однако, применение этого приема в отрыве от севооборота не имело бы поло-гельного результата. В системе же предусматривается глубокая вспашка на паро-I поле с внесением органических и минеральных удобрений, разноглубинная об-¡отка на последующих культурах севооборота и один или две обработки с почво-ублением без оборота.

Система обработки почвы в наших опытах в интенсивном зернопаропропа] и зернопропашном севооборотах состояла в сочетании разноглубинной, отваль: безотвальной, культурной и с оставлением стерни обработок.

При составлении системы обработки учитываются биологические и техно ческие особенности культур. Так, проблемы с засоренностью предопределяют ходимость применения под горох классической культурной вспашки. В севооб! без чистого пара глубокая обработка почвы проводится под пропашную куль После занятого пара поле не может подвергаться глубокой обработке, так как ] нее может произойти оседание почвы с вегетирующей озимой культурой с п дующей ее гибелью. Здесь уместно поверхностное рыхление.

В севообороте с чистым паром, проводимая на нем глубокая обработка л быть еще и безотвальной с сохранением стерни. Проводимая на паровом пол< ноглубинная культивация с заделкой органических удобрений и чистота поля 1 озимой ржи дают возможность для проведения безотвальной основной обрабо оставлением стерни под следующую культуру севооборота - яровую пшеницу горох проводится классическая культурная вспашка, создающая лучшие услови чистоты посевов от сорняков.

Замыкающие севооборот культуры высевались по вспашке на небольшую г. ну (ячмень) или по безотвальному рыхлению на ту же глубину. Проведение С вальной обработки под гречиху обусловлено тем, что под эту поздновысева культуру можно провести дополнительную культивацию, уничтожив тем с всходы сорняков.

Комбинированные системы разноглубинной обработки почвы в сочетании вальной будут иметь значительное распространение на современном этапе пер к ландшафтному земледелию.

БЛОК АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Неоднозначность зависимости урожайности сельскохозяйственных культ метеорологических факторов в различных природных зонах определяет необ мость дифференцированного подхода к оценке метеопараметров. Пока такое т вание частично учитывается тем, что системы земледелия разрабатываются I нам. Единая методика проектирования СЗ предусматривает учет особенности гионов посредством оценки и отбора информационных параметров управляв системы.

Значимость метеопараметров определялась нами по сопряженности про* ственных данных урожайности сельскохозяйственных культур и территория хронологически соответствующих данных метеонаблюдений за ряд лет. Этот ] применялся рядом исследователей для решения различных задач

кладного и исследовательского характера (В. М. Обухов; А.И. Манелля и др.,; 4. Юзбашев, О.В. Попова, А.И. Манелля; А.Н. Полевой; В.М. Пасов; Е.С. Ула-а; А.Г. Дегтярева; Richard Modey и др.).

\налго случайных отклонений по причинно-следственным связям позволяет еделить перечень наиболее ответственных факторов в образовании колебаний жайности сельскохозяйственных культур.

В работе доказывается, что агрометеорологический блок информационной базы гем земледелия Республики Башкортостан должен содержать в качестве посто-ой информации суммы продуктивной влаги и тепла. При этом, в зависимости от родных зон может иметь преимущественное значение один из показателей. В эторых регионах оба параметра имеют существенное значение (Горно- лесная и сходная лесостепная зоны).

Эдним из наиболее употребляемых нормативных величин является коэффициент □потребления (Кв). Во многих опытах установлена существенная зависимость

0 параметра от применения удобрений. В наших опытах Кв яровой пшеницы так статистически достоверно уменьшался на фоне удобрений. Однако независи-ть коэффициента от количества влаги может рассматриваться только как част-

1 случай, где интервал наблюдений попадает в область относительно прямоли-ной связи.

В опытах, проведенных с использованием засушников и орошения получены ные, свидетельствующие о значительных изменениях коэффициента водопо-зления в зависимости от водообеспеченности (табл 3).

Таблица 3

Урожайность и параметры водопотребления яровой пшеницы Московская 35 в зависимости от влагообеспеченности, 1983...1985 годы

Варианты по влагообеспеченности

Параметры 1 2 3 4 5 6 7

Предпосевная продуктивная влага в 1 м слое почвы, мм 150 162 145 150 145 162 150

Сумма осадков и поливной воды за вегетацию, мм - 20 102 120 190 176 170

Продуктивная влага метрового слоя после уборки, мм 15 22 31 36 44 40 16

Использованная посевом влага, мм 135 160 216 235 291 298 305

Урожайность зерна, ц/га 25,1 21,5 31,0 34,8 48,9 34,9 39,8

Кв относительно урожая зерна, куб. м/т 539 742 700 675 595 854 766

По таблице трудно проследить какую либо закономерность в изменениях Кв. Бо-наглядную картину можно получить с помощью регрессионных уравнений. За-нмость урожайности от влагообеспеченности аппроксимируется в данном случае знениями 1 и 2. Теснота связи урожайности и влаги оценивается коэффициентом ной корреляции г = 0,85; t = 3,60; t0s = 2,57.

Y, = 7,1 + 0,11 х;( 1)

Y2 = 0,59х- 0,001 х2-44,9; (2) где, Y- урожайность в ц/га, х - сумма использованной влаги в мм.

Коэффициент водопотребления, вычисленный по общепринятой формуле: Кс = W/Y; (3) где W- использованная посевом влага, в м3/га, Y- урожай зерна в оказывается не постоянной не только в случае параболической, но и прямолине зависимости (рис. 3, кривые 1-1 и 2-1).

Влагообеспеченность, мм

Рис. 3. Зависимость урожайности яровой пшеницы (1,2 по авнениям 1 и 2) и коэффициента водопотребления (1-1,1-от влагообеспеченности

В полевых экспериментах практически невозможно варьировать влагооб ченность от нуля до некоторого максимума. Это можно сделать аналитически, уравнение 2 имеет корни Х]~90 и х2=500. Здесь ху соответствует минимуму, х2 -симуму продуктивной влаги, при которых урожай зерна сводится к нулю.

Кроме минимума и максимума интерес представляет область оптимума, леж вокруг максимального значения У. Для нахождения его из уравнения 2 берем п] водную:

¿УЖ =0,59 - 0,002 х; (4)

Выражение (4) позволяет определить точку, при которой урожайность пере расти от повышения влагообеспеченности и начинает падать:

0,002 х - 0,59 = 0; х = 295 ;

Следовательно, при влагообеспеченности равной 295 мм продуктивной вл данном опыте произошла смена знака прироста урожая.

При х = 0, теоретическое повышение урожайности на 1 мм влаги составляет ц/га. Однако минимальное количество продуктивной влаги составляет 90 мм котором на 1 мм влаги формируется:

сК = 0,59 - 0,002*90 = 0,41 ц/га;

При наличии 100 мм продуктивной влага согласно (2) формируется:

У = 0,59*100 - 0,001 *10000 - 44,5 - 4,5 ц/га; коэффициент при этом составляет: (1У = 0,59 - 0,002*100 = 0,39 ц/га на мм влаги;

Анализ приведенных уравнений показывает, что коэффициент водопотребления, зависимости от обеспеченности влагой меняется в пределах 600...2500 м3/т. В [ытах В.М. Ковалева с многолетними травами Кв составляла «а разных уровнях шерального питания 250...2600.

БЛОК АГРОХИМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

В целях определения значимости отдельных агрохимических параметров плодо-ция в 1986... 1995 годах мы проводили полевые опыты с использованием микро-лроты почвы. Методика, основанная на вариабельности почвенных параметров, эме отечественных разработок, имеет прецедент и за рубежом (Wulf Xylander). Опыты показали, что изменения урожайности сельскохозяйственных культур по хянкам в основном определяются изменениями доступного фосфора, гумуса, гид-шзуемого азота и в меньшей степени нитратного азота. Изменения по делянкам ч намного азота, минерального (сумма N-NOj + N-NH4) и обменного калия не 2ют достоверной связи с колебаниями урожайности (табл. 4).

Таблица 4.

шяние агрохимических параметров плодородия на изменения урожайности сель_скохозяйственных культур, среднее за 1986... 1995 годы_

зультирующий Факториальный Коэффициент Уравнение

признак признак корреляции регрессии

•сть яр.пшен. N минеральный мгЛООг 0,12 Недостоверно

м N-NH) -0,01 Недостоверно

_ (1 N-N03,Mr/100r 0,50 У = 5,1 + 9,5 N

гороха 0,47 У = 2,2 + 14,1 N

ячменя И 0,55 У = 11,0+ 16,6 N

пшеницы Р205, мг/ЮОг 0,63 У = 3,0 + 0,89 Р

гороха м 0,76 У = 2,6 + 0,90 Р

ячменя 0,81 У = -2,4+ 1,47 Р

пшеницы К20, мг/ЮОг 0,30 Недостоверно

гороха И -0,01 Недостоверно

ячменя и -0,06 Недостоверно

ггь пшеницы Гумус % 0,70 У = -5,2+ 5,1 х

н N гадролизуемый 0,52 У = -4,0 + 1,76 z

дролгоуемый Гумус 0,93 Z = 2,7 +2,34 х

Проблема целенаправленного воздействия на плодородие почвы требует нал] данных о нормативах влияния удобрений на содержание в почве питательны) ществ. В наших опытах, проведенных в 1983... 1995 годах, азотные удобрения ш заметное влияние на содержание нитратного азота почвы не более 2-х лет, калш в течение 2-3 лет, фосфорные - 3...4 лет и больше. Для повышения содержани ЫОз почвы на 1 мг/100 г в год внесения требуется 43...56 кг/га азотных удобре Р205- 27 и К20 - 35...73 кг/га (табл. 5, 6).

Таблица 5.

Расход удобрений на повышение доступных форм минеральных веществ почвы на 1 мг/100 г, 1984... 1989 годы

Время анализа

N-N03 Р205 К20

1. В год внесения, весной

2. В год внесения, осенью

3. На третий год, весной

4. На четвертый год, весной

56 153

27 35

45 59

62 88

114 289

Таблица 6.

Расход удобрений на повышение доступных форм минеральных веществ _почвы на 1 мг/100 г, 1991... 1995 годы_

Время анализа N-N03 Р205 К20

1. В первый год 43 27 73

2. Во второй год 240 30 89

3. В третий год - 47 -

Учитывая преимущественное значение фосфора в дифференциации урожай по делянкам микропестроты, установленным в опытах 1986...1990 годов, мы п] ли полевые опыты с возрастающими от 0 до 360 кг/га дозами фосфорных удобр в 1991...1995 годах (табл. 7).

Коэффициент корреляции между дозами удобрений и содержанием в почве включая и последействие удобрений, составил 0,80... 0,98. Каждый кг/г удобрений повышает Р2Об почвы на 0,028...0,058 мг/100 г в первый год, на 0,1 0,030 мг/100 г в последующие годы или в среднем на 0,043 и 0,017 мг/100.

На бедном фоне смытой почвы повышение Р2О5 от удобрений происходит бее, чем на более богатом минеральными веществами фоне несмытой почт среднем этот показатель равняется на смытой почве 0,023; на слабосмытой - С на несмытой - 0,028 мг/100 г на каждые кг/га фосфорных удобрений в год внеа Как и следовало ожидать по результатам опытов с микропестротой почвы, ныс удобрения оказывают заметное влияние на урожайность сельскохозяйстве культур не во все годы, а в последействии не имеют значимого вли Калийные удобрения не оказывают достоверного влияния на урожайност! в прямом, ни в последействии. Полные нормы минеральных удобре

¡ывают достоверное положительное влияние как в прямом, так и в последыш второго и третьего годов, повышая урожайность яровой пшеницы, гороха меня на 9,7-11,8; 4,8-5,9 и 3,1-3,8 ц/га (табл. 8).

-1а обедненном питательными веществами фоне смытой почвы повышение уро-ности от возрастающих доз удобрений происходит медленнее, чем на более бота фонах. Так, зависимость урожайности яровой пшеницы от Р удобрений в щем за 1994 и 1995 годы описывается на смытой почве уравнением: Г= 15,0 + 0,008 х-,(«) т слабосмытой почве: Г = 20,7+ 0,011 х; (9) «а несмытой почве: ¥ = 21,1 + 0,022 х ; (10)

Таблица 7

Регрессионная связь Р205 почвы с возрастающими нормами _фосфорных удобрений _

та Культура, почва Год УД-я Коэфф. корр. Уравнение регрес сии

'1 Озимое тритикале 1991 0,89 + 0,18 У = 22,9 + 0,044 х

»2 Озимое тритикале 1992 0,85 + 0,23 У = 15,2 +0,054 х

>2 Яровая пшеница 1991 0,88 + 0,25 У = 14,6 + 0,030 х

»3 Озимое трит., емьггая почва 1993 0,95 + 0,14 У = 16,1 +0,044 х

>3 Оз. трит., слабосм-я почва 1993 0,80+ 0,27 У = 17,5 + 0,028 х

>3 Оз. трит., несмытая почва 1993 0,90 + 0,19 У = 17,8 + 0,058 х

>3 Яр. пшеница, смытая почва 1992 0,94 + 0,15 У = 16.4 + 0,026 х

)3 Горох, смытая почва 1991 0,94 + 0,15 У = 20,1 + 0,014 х

Н Оз.трттлсале, смытая почва 1994 0,90 + 0,20 У = 21,4 +0,035 х

Н Оз.трит.,слабосмытая почва 1994 0,90 + 0,19 У = 20,7 + 0,048 х

м Оз.тритик., несмытая почвы 1994 0,90+0,19 У = 20,2 + 0,041 х

?4 Яр. пшеница, смытая почва 1993 0,94 + 0,15 У = 16,9 + 0,013 х

?4 Яр. пшен., слабосм-я почва 1993 0,97+0,11 У = 18,0 +0,015 х

94 Яр. пшен., несмытая почва 1993 0,79 + 0,27 У = 19,8 +0,017 х

95 Яр. пшеница, смытая почва 1994 0,98 + 0,08 У = 16,9 + 0,011 х

95 Яр. пшен., слабосм-я почва 1994 0,86 + 0,23 У = 17,7 + 0,013 х

95 Яр. пшен, неемьггая почва 1994 0,91+0,18 У = 19,9 +0,009 х

95 Горох, смытая почва 1993 0,84 + 0,24 У = 15,3 +0,012 х

95 Горох, слабосмытая почва 1993 0,96 + 0,13 У = 13,0 + 0,022 х

95 Горох, несмытая почва 1993 0,93 + 0,16 У = 17,3+0,014 х

95 Ячмень, смытая почва 1992 0,92 + 0,18 У = 16,4 + 0,022 х

95 Пар, смытая почва 1991 0,90 + 0,19 У = 19,7 +0,013 х

Аналогичные данные получены в опытах третьего года действия удобрений на рохе. Несколько иная закономерность получена в опытах 1993 года на

действии удобрений в первый год на озимом тритикале: на смытой почве: У = 29,3 +0,031 х - (11) на слабосмытой: У = 41,5 + 0,018 х -(12) на несмытой: У =46,7+ Ох -, (13)

Таблиг

Действие и последействия минеральных удобрений на урожайность ссльсг

хозяйственных культур, 1991... 1995 годы, ц/га

Действие на Последействие Второе последей-

Варианты яровую пшеницу на горох ствие на ячмень

удобрения Ур-сть Прибавка Ур-сть Прибавка Ур-сть Прибавка

Без удобрен. 26,3 - 13,5 - 26,3 -

N60 28,4 2,1 14,6 1,1 26,6 0,3

N120 29,5 3,2 14,8 1,3 25,9 -0,4

К60 28,0 1,7 14,8 1,3 27,3 1,0

К120 28,5 2,2 15,1 1,6 27,8 1,5

№>К(60) 36,0 9,7 18,3 4,8 29,4 3,1

№"К(120) 38,7 11,8 19,4 5,9 ЗОЛ 3,8

100 200 300

Нормы фосфорных удобрений, кг/га

Рис. 4. Зависимость урожайности озимого тритикале от норм фосфорных

удобрений: 1 и 2 на смытой, 3 и 4 на слабосмытой, 5 на несмытой почве

Сазалось бы отмеченная для других культур закономерность меняется в обрат-однако здесь имеет место уравнение второй степени, которое для других слу-(было несущественно: утя смытой почвы:

= 27,9 + 0,059 х - 0,00008 х2; (14) тля слабосмьггой почвы: Г = 39,0+ 0,067 х - 0,00014 х1; (15)

<ак ввдно из 14 и 15, на более богатом фоне коэффициент перед аргументом зой степени, определяющем начальную крутизну кривой, больше (0,067 вместо ¡9). На несмытой почве уравнение принимает вид параллельной оси абсцисс «ой вследствие ограничения урожайности другими факторами: У = 46,7 Л16)

Тривсденныс закономерности проиллюстрированы в рисунке 4.

БЛОК ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ

Система защиты сельскохозяйственных культур от вредных организмов шяков, вредителей и возбудителей болезней), в качестве блока систем земледе-предусматривает интегрирование относительно разобщенных дисциплин топатологии, энтомологии, гербологии, земледелия и др.), а также основных гьев систем земледелия (севооборотов, обработки почвы, удобрения и т.д.) на голнение единой задачи - регулированию численности вредных организмов до емлемого уровня.

Защитные мероприятия выполняют роль сохранения урожаев от потерь под янием вредных организмов, достигающих в среднем по разным культурам от 24 46 % (А.И. Пупонин и др.). Применение защитных мероприятий должно быть сновано с учетом экономических, экологических параметров. В настоящее время ктически во всех зональных системах земледелия определены пороги экономикой вредоносности (А.Ф. Сафонов и др.). Определены также предельно допусти-2 нормы применения химических препаратов регулирования численности вред-с организмов. Взаимоотношение этих двух параметров в значительной мере оделяет программу защитных мероприятий. Численные закономерности влияния эоборотов, приемов обработки почвы, удобрения, химзащиты и мелиорации вы-сены в индексах изменчивости. Эти данные могут быть использованы в системах явления агротехнологиями в качестве управляющей информации. Многие агротехнические приемы, направленные на защиту растений, кроме [яния на фитосанитарное состояние, оказывают значительное действие и на тие факторы состояния агрофигоценозов. В качестве таких приемов мы

изучали боронование посевов яровых зерновых культур и применения гербициде сочетании с удобрениями.

Эффективность боронования посевов по некоторым культурам (озимые, гор гречиха, пропашные) не вызывает сомнений. Применение же этого приема на я вых зерновых культурах оценивается неоднозначно. Наряду с утверждениями о I можности боронования для уменьшения засоренности (С.Р. Ьа("опс1, К.Н. КаИ1 имеются сообщения об отрицательном влиянии этого приема на урожайность * вых зерновых культур.

В своих исследованиях мы установили, что яровые зерновые можно бороног по всходам на тяжелых уплотненных почвах, лучшие же результаты дает довсхс вое боронование, в том числе и на легких почвах. Особенно эффективно довсхс вое боронование яровых зерновых в годы с затяжным развитием весны, когда пс посева устанавливается холодная погода, яровые культуры долго не всходят, а < няки начинают рост.

Между засоренностью и урожайностью наблюдается прямая противоположно В наших опытах масса сорного компонента посева повышалась без применения бицидов с 5,1...46,4 до 15,6... 120,4 ц/га, урожайность зерна яровой пшеницы сю лась при этом с 22,7...36,5 до 15,9...23,5 ц/га.

Одним из немаловажных параметров, который надо учитывать в систе управления агротехнологиями, является вынос питательных веществ сорным ] понентом ценоза. На сильно засоренных участках нашего многофакторного ог без применения гербицидов вынос сорняками доходит до 280 кг/га азота, до фосфора и до 340 кг/га калия. Применение гербицидов уменьшает вынос №К няками в 2...5 раз. По данным Г.И. Баздырева наиболее распространенный со] щирица выносит до 490 кг/га элементов питания почвы, бодяк - до 285, хвощ 650 кг/га ЫРК.

В других наших многофакторных опытах был вскрьгг механизм положитель влияния препарата Тур на урожайность яровой пшеницы. Так, прибавка урожая на от посева обработанными Туром семенами составила в среднем за три год; обычном фоне -0,1; на фоне удобрений №К 1,8; на фоне орошения 1,8 и на > удобрений и орошения 3,9 ц/га.

Замедленное развитие растений в начале вегетации способствует более по реализации потенциала растений в закладке стеблей и генеративных органов. ] чение вегетации происходит саморегуляция семенной продуктивности сообра: условиями окружающей среды. На фоне повышенных ресурсов (применения ; рений и орошения) увеличенные под влиянием Тура параметры семенной пр< тивности реализуются в повышенном урожае. В случае же обычного фона N рального питания и влагообеспеченности посев вскоре приводит в соответст] условиями любые изменения в его параметрах продуктивности, искусственнс званные специальным воздействием.

11АРАМЕТРИЧЕСКИЕ ЗНАЧЕНИЯ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

Большой интерес для оценки условий роста и развития и прогноза урожайности ьскохозяйственных культур представляют данные по биометрическим измерени-В литературе часто в качестве нормативных показателей пользуются площадью товой поверхности. При бесспорном прямом значении этого параметра, он не гда имеет прямую корреляцию с урожайностью. Так, в 1983 году площадь тьев достигала 35,6...48,3 тыс. м2/га, урожайность при этом составила 22,7...36,5 г, в 1984 же году при площади листьев почти в два раза ниже (19,9...23,6), полу-га урожайность несколько выше, чем в предыдущем году - 21,5...39,5 ц/га (табл.

Таблица 9

Соотношение площади листовой поверхности (1, тыс. м2/га) и урожайности

эианты 1983 1984 1985 Среднее

1 2 1 2 1 2 1 2

1 удобрений 35,6 22,7 19,9 21,5 38,6 32,4 31,4 25,5

РбоКзо 39,8 27,9 23,6 33,4 43,8 44,9 35,7 35,4

>Р]45К-135 48,3 36,5 21,8 39,5 58,5 48,6 42,9 41,5

Очевидно, это связано с тем, что при увеличении фотосинтетического потенциа-(ФП) может происходить снижение чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ). к, в наших опытах при увеличении ФП под влиянием удобрений за период веге-(ии яровой пшеницы с 671 м2/дней до 1010 произошло снижение ЧПФ с 8,8 г сутки до 7,4. Следовательно, при расчетах возможной урожайности биомассы не-содимо ориентироваться на взаимодействие этих двух показателей. Аналогичная юномерность наблюдается по составляющим зерновой продуктивности колосовых 1ыур. Проведенный нами регрессионный анализ по не усредненным по годам шым показал, что колебания урожайности яровой пшеницы под влиянием влаго-;спеченносги и уровня минерального питания имеют высокую корреляционную ¡зь с параметрами, определяющими количество зерен на единицу площади посева 1с. 5).

В рисунке 6 проиллюстрировано уравнение 17, где х2 - количесво продуктивных блей на м2, Х4 - озерненность колоса яровой пшеницы. Y =0,0б7х2 + 2,058 х4 - 42,4 ; Ryx2x4 = 0,94 ; (17)

Зависимость от других параметров структуры урожая приводятся в уравнениях -24. Так, связь урожайности с числом растений на 1 м2 оценивается коэффициен-и парной корреляции:

гух! = 0,65 ; S, = 0,15 ; tr = 4,33 ; t0, = 2,88 ; (18) С количеством продуктивных стеблей на единицу площади: к}гх2 = 0,80; Sr = 0,115 ; tr = 6,96 ; î0, = 2,88 ; (19) С числом зерен на растение:

гух3 = 0,88 ; & = 0,09; 1Г = 9,78; (0! = 2,88; (20)

С числом зерен на колос:

/у, = 0,79 ; Б, = 0, Ш; 1Г = 6,57; = 2,55; (21)

С массой 1000 зерен:

г^ = 6»,-/9 ,• 8Г = 0,16; Гг = 3,06; /0, = 2,88; (22)

С числом зерен на единицу площади:

Гухб = 0,94 ; Б, = 0,07; I, = ; /0, = 2,55 ; (23)

Количество растений на единицу площади и зерен на растение имеют с кс ниями урожайности такую же связь, как и в (17):

Яу,из = 0,94 ; (24)

Таким образом, колебания урожайности яровой пшеницы связаны, в основ* изменениями количества зерен и в значительно меньшей мере с изменениями л 1000 зерен.

Уравнение (17) в области определения х2 = (250...550), Х4 = (12...30) имеет димость с фактическими значениями около 92 % и может быть применено для косрочного прогноза урожайности. Подобная регресионная модель может быт пользована при расчете густоты стеблестоя при различных размерах колоса.

Рис. 5. Зависимость урожайности яровой пшеницы от густоты продуктивного стеблестоя -1, шт/м2 и озерненносги колоса - 2 Как следует из рисунка 5, одна и та же урожайность может быть сформиро! при различных сочетаниях густоты продуктивного стеблестоя и озерненносги ш са. Так, урожайность 30 ц/га может быть получена при 15 зернах в каждом из шг/м2 колосьев или около 27 зерен при 250 продуктивных стеблей на м2.

Густота продуктивного стеблестоя не более 250 шт/м2 не позволяет при да» почвенно-климатических условиях рассчитывать на урожайность

©ой пшеницы выше 37 ц/га. Урожайность 50 ц/га не формируется при густоте юсьев ниже 450 шт/м2 и при озерненности колоса меньше 25 шт на колос.

ЧАСТЬ III. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ УРОЖАЯ

Накопленные к настоящему времени достаточно глубокие знания о механизме эмирования урожая позволяют применять эффективные приемы воздействия на тигельное сообщество в целях управления процессом. Однако здесь также трется провести системные исследования, иначе невозможно избежать тех ситуа-1, когда время от времени появляются модные приемы, якобы повышающие уро-люсть в 1,5...2 и более раза.

Приемы воздействия на формирование урожая можно подразделять в следующие ппы: создающие, ресурсные, активизирующие и защищающие. Сразу надо отме-ь, что между группами нет взаимоисключения, одни и те же приемы могут иметь пнаки той или иной группы (рис. 6).

Создающие приемы заменяют отсутствующее у агроценозов свойство самовос-новления. Кроме посева и посадки сюда относятся многие приемы ухода, оказы-эщие регулирующее состав ценоза влияние. Ресурсорегулирующие приемы почают все, что направлено на улучшение уровней минерального питания, водо-гребления, газообмена и потребления солнечной энергии. Ресурсные приемы со-вляют основу производства, но с точки зрения активного вмешательства в про-;с пассивны, то есть этими приемами создается фон экологических ресурсов, ко-1ый должен реализовать ценоз сообразно со своей программой. Сюда относятся приемы обработки почвы, удобрения, влагонакопления, орошения и, в отноше-1 газообмена и солнечной энергии - посева. Здесь следует отметить то, что и ре-юные факторы часто применяются как активный прием воздействия на формиро-ме урожая, когда в отдельные периоды развития сельскохозяйственных культур [ается попытка целенаправленно изменить метаболизм растений путем некорне-< подкормок раствором элементов минерального питания (В.Ф. Лысенко, М.П. эгучева; В.В. Церлинг; G. Haumann; T.W. Miller, и др.).

Активизирующие приемы это такие мероприятия, которые оказывают на жизне-¡телыгость растений определенное влияние, не касаясь уровня экологических рейсов. Это, прежде всего, физиологически активные вещества: ретарданты, стиму-оры (гиббереллин, гетероауксин и др.), физические факторы (электромагнитные ш, радиационные лучи и др.), гербициды, дефолианты и десиканты).

Рис. 6. Классификация технологических приемов управления формированием урожая

К защищающим приемам относятся применение гербицидов, фунгицидов, сектицидов и др. мероприятий, направленных на устранение заболеваний, пов] дений насекомыми, засорения посевов. Широко применяющиеся защитные м приятия не являются ресурсными, хотя применение гербицидов можно считан сурсосберегающими. В отличие от активизирующих приемов, защищающие нал лены не на культурные растения, а на те компоненты агробиоценоза, которые пятствуют эффективной утилизации агроценозом имеющихся экологических ре сов.

Наименее изученной и применяемой является группа активизирующих факте между тем именно приемы этой группы имеют прямое назначение воздействи формирование урожая. На сегодня на долю активизирующих приемов может с ситься лишь небольшая доля актов управления формированием урожая.

КОНЦЕПЦИИ И АЛГОРИТМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Проект системы земледелия, согласно требованию универсальности, до: быть способен решать многоуровневые задачи. В первом приближении мы вы/ ем следующие уровни задач:

1. Прогноз урожайности по ресурсным (климатическим, материально- техи ским и др.) показателям. Определение лимитирующих факторов и мероприяти повышению уровня лимитирования.

-252. Планирование урожайности по конкретным полям и культурам и определение роприятий по сбалансированию ресурсов.

3. Одежа плодородия поля и определите мероприятий по ее повышению гравниванию).

4. Определение технологической схемы возделывания сельскохозяйственной штуры.

5. Ситуационное управление агротехнологией и формированием урожая. Блочно-модульная структура и кибернетическая схема систем земледелия дают (можность решать задачи любого из вышеперечисленных уровней (рис. 7).

Основываясь на приведенной блок-схеме можно приступить к разработке мате-гической модели систем управления. Рассмотрим функциональную схему работы дели при решении задач различных уровней. Для краткости изложения восполь-:мся порядковыми номерами блоков. Прогнозный уровень: 1-2-ОР-[0-2-ОР]-Результат. В данном случае результат представляет собой про-)стическую информацию, которая, кроме самостоятельного использования, мог быть заложена в блок базовой информации. Уровень планирования:

1-2-ОР-[0-2-ОР]-3-ОР-[0-2-ОР-3-ОР]-Результат. Продукция этого уровня т; может быть закреплена в блоке информаций и служить для решения различив дач.

Уровень плодородия почвы:

1-2-ОР-[0-2-ОР]-3-ОР-[0-2-ОР-3-ОР]-4-ОР-[0-2-ОР-3-ОР-4-ОР]-Результат. грамма плодородия почвы, разработанная данным уровнем модели, может быт дана как документ, а так же заложена в блок информаций в качестве базы для р тов по краткосрочным мероприятиям.

Уровень технологической схемы:

1-2-ОР-[0-2-ОР]-3-ОР-[0-2-ОР-3-ОР]-4-ОР-[0-2-ОР-3-ОР-4-ОР]-5-ОР-[0-2-0] ОР-4-ОР-5-ОР]-Результат. Проект технологической схемы может быть использ< как документ для годового цикла производства.

Уровень управления агротехнологией:

1-2-ОР-[0-2-ОР]-3-ОР-[0-2-ОР-3-ОР]-4-ОР-[0-2-ОР-3-ОР-4-ОР]-5-ОР-[0-2-01 ОР-4-ОР-5-ОР]-6-ОР-[0-2-ОР-3-ОР-4-ОР-5-ОР-6-ОР]-7-Результат.

ВЫБОР УРОВНЯ

Прогноз урожайности

Планирование урожайности

Плодородие почвы

Управление агротехнологией

Технологическая схема

ВЫБОР ПЕРИОДА

Осень, обработка почвы

Зимние полевые работы

Весна, подготовка и посев

Лето, уход за посевами

Уборка урожая

Рис. 8. Первый каталог системы управления Рис. 9.Каталог выбора периода

Работа любого уровня начинается с блока базовой информации и заканчивас этом блоке записью результатов как новой информации. Заключенные в квадрг скобки циклы выполняются при необходимости (в случае неоднозначности ил выполнимости проектов, решений) и требуемое для получения удовлетворител) результата число раз.

Рассмотрим пример алгоритма. Допустим, необходимо принять решение го нологии предпосевного внесения удобрений. В каталоге 1 (рис. 8) выбираем ур< задачи - управление технологией. Поскольку речь идет об управлении, следук ступень выбора удобнее всего настроить на выбор технологического периода п водственного цикла и сельскохозяйственной культуры.

Выбор уровня работы (Рис. 8), периода технологической схемы (Рис. 9) и туры (Рис. 10) достаточно для разработки системой обобщенной технологи выбранного периода. Однако этого явно недостаточно для управления техноло необходимо оговорить конкретное поле. Подкаталог выбора культуры должен кретизироваться еще в одном подкаталоге, где уточняются характеристики ку ры по ее назначению (на семена, продовольствие, корм и его формы и

гашем примере мы ограничимся выбором культуры, считая, что яровая пшеница эащивается на продовольственное зерно.

Поскольку мы здесь ведем речь о конкретном агроприеме - предпосевном внесе-\ удобрений, нам понадобится сделать выбор еще в одном подкаталоге (Рис. 11). бор агроприемов для работы над одним из них может быть сделан из каталога, данного самой системой при разработке технологической схемы или же перво-[алыю находящегося в блоке базовой информации.

ВЫБОР КУЛЬТУРЫ

Озимая рожь Кукуруза

зимая пшеница Картофель

[ровая пшеница Люцерна

Ячмень Кострец

Овес Суданская трава

Горох Сахарная свекла

Гречиха

ВЕСЕННЕ-ПОЛЕВЫЕ РАБОТЫ

Закрытие влаги

Боронование многолетних трав

Боронование озимых культур

Внесение удобрений

Предпосевная подготовка почвы

Посев, посадка

1 ........

10. Каталог выбора культуры Рис. 11. Выбора агротехнических приемов

Выбранные по каталогам параметры позволяют перейти к разработке техноло-[еских решений. Прежде всего надо решить уровень планируемой урожайности, [ чего система может использовать несколько вариантов. 1. Директивный: при от-ствии других возможностей обоснования может применяться ручной ввод плано-1 урожайности. 2. По тренду развития урожайности во времени. 3. По данным ^обеспеченности или другого лимитирующего фактора. Перечисленные пункты [ут составить последовательные этапы планирования.

1-1 1 -2

2-1 2-2

3-1 3-2

На семена

На продовольствие

На зеленую массу

Рис 12. Каталог выбора поля

Рис. 13. Выбор назначения урожая

Система сопоставляет величины, вычисленные по всем пунктам и определяет ту йавку, на обеспечение которой нужно вносить удобрения. Допустим,

директивный план составляет 35 ц/га, урожайность по тренду 29, влагообеспе ность позволяет уровень 33, питательные вещества почвы 30 ц/га. Следовател дозы удобрений нужно рассчитать на обеспечение прибавки 3 ц/га (по влагообе ченности) или 5 ц/га по директивному уровню.

Прежде необходимо рассчитать по директивному уровню, т.к. коэффициент допотребления, как было показано, меняется в зависимости от уровня минералы питания. Рассчитав дозы удобрений на прибавку 5 ц/га, можно уточнить прогно влагообеспеченности (допустим, он стал равным 34,5 ц/га). Теперь цикл повтор ся с прибавкой 4,5 ц/га и так дальше до получения удовлетворительного совпаде Последнее может ограничиваться в данном случае точностью 0,1 ц/га. Допус-уровень планируемой урожайности составил 34 ц/га, а дозы удобрений N30 Р45 После этого следует уточнить, не вносилось ли удобрений под зябь, а анализ по проведен до него. В этом случае плановые дозы удобрений корректируются щ вычета уже внесенных доз, а если они окажутся больше, чем требуется на вы ленную прибавку, заново повторяется весь цикл по вышеописанной схеме, пустим, окончательный план удобрений соответствует вычисленным величи Однозначность плана позволяет перейти к следующему этапу. Имея плановые у] ни урожайности и доз удобрений, можно приступить к программированию.

В данном случае программа удобрения может предусматривать деление тре мых норм на предпосевные, припосевные и подкормочные дозы. Прежде всеп общих норм отделяется то количество, которое в обязательном порядке отвод] для црипосевного удобрения, допустим это 20 кг/га Р205. Затем резервируется , на подкормку, допустим это 30 кг/га N. Следовательно, для предпосевного внесс остается Р25К20. Однозначность (выполнимость) программы определяется по н что фондов удобрений. В случае невыполнимости программы весь цикл расч( повторяется сначала, где все плановые ориентиры будут определяться исход фондов.

На основе программы разрабатывается проект, который предусматривает те: ческую сторону приема. Вначале составляется лучшая из известных технологи случае невыполнимости ее (отсутствие машин и агрегатов и т.д.) цикл повторяе где с учетом уже менее эффективных способов внесения удобрений составля новый план, программа, проект.

Удовлетворительный проект формируется в решение, которое, в отличи! предыдущих этапов работы системы, выдает рекомендации на определенное м приятие.

Принятие решения обосновывается учетом наряду с организацио: хозяйственными факторами и таких ограничителей, как экономические показа' и охрана окружающей среды. В случае невыполнимости решения весь цикл по ряется, где в зависимости от типа ограничения корректируется любой из пот телей из предыдущих блоков системы. Удовлетворительное решение выполняете

)ультаты (шформация о данных реалгоации) решения закладываются в блок базой информации.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

Одним из важнейших тенденций развития аграрного сектора экономики является ¡укрупнение существующих коллективных форм хозяйствования, а также возник-зение новых форм - фермерских хозяйств. Это означает, помимо всего прочего, шикновение дефицита в специалистах, через которых и происходила основная вь с наукой. Следовательно, современная система связи сельскохозяйственной >тси с практикой должна предусматривать уровень неподготовленного пользовате-научной продукции.

Таблица 10

Технологический проект с правилами принятия ситуационных решений

1ероприятия, х параметры Правила принятия решений Технические средства

тцение стер-предшест- нника 1. Полтавская почвозащитная система обработки почвы (+) 1.1. При отсутствии стерни (-) 1.1.1. При невозможности проведения немедленной основной обработки (+) ЛДГ-10 ЛДГ-15

2. Казахстанская система безотвальной обработки почвы (-) 2.1. При отсутствии стерни и невозможности проведения немедленной основной обработки почвы (+)

3. Традиционная система обработки почвы (+) 3.1. При возможности проведения немедленной вспашки почвы и хорошем, чистом от сорняков ее состоянии (-)

...

Примечание: (+) применение, (-) отмена

В 80-х годах нами были разработаны технологические проекты в виде последо-"ельных операций с правилами принятия решений по основным культурам (табл.

Однако здесь остается проблема поиска информации путем перелистывания пе-гных источников. С другой стороны, изложить на бумаге правила принятия реше-й по всевозможным ситуациям не представляется возможным. Выполненные в 1е компактных таблиц проекты могут составить основу информационно-»етующих систем, реализованных на компьютерной технике. За последние 5-7 лет произошел крупный скачок в технологии изготовления лпъготерной техники, она стала доступной для каждого сельскохозяйственного ;дприятия и фермерского хозяйства. Если в начале этого периода за один персо-шшй компьютер (ПК) с минимальным комплектом надо было

платить стоимость 500 тонн зерна, то сейчас за несравненно более мощные П более 10 т.

В земледелии невозможно работать по некоторой типовой технологии. Но не также, физически невозможно разработать в научных учреждениях технологиче проект для каждого предприятия, его подразделения, отдельной культуры и I Но можно и уже настоятельно необходимо написать соответствующую прогрг для персональных компьютеров, реализующую идею автоматизированного щ тирования агротехнологий.

Разрабатываемая нами модель проекта в качестве основного выходного л мента содержит технологическую карту, как в общепринятой полной форме со ми экономическими выкладками, так и в сокращенной форме перечня агротехт ских приемов.

Базовая программа автоматизированного расчета технологической карты, стоящая из ряда блоков, последовательно дополняется рядом подпрограмм, ш щих задачу прогноза урожайности сельскохозяйственных культур, размещения зависимости от складывающихся конкретных условий, расчета оптимальных I удобрений и др.

Заложенная в компьютер в виде программы технологическая карта может считываться, перерассчитываться, корректироваться практически бесчисленно« личество раз. В зависимости от конкретных производственных, погодных, экон ческих или экологических условий может легко перепроектироваться вся техн гическая последовательность.

Внедрение первой очереди систем управления, основанных на автоматизирс ных технологических картах, было предпринято нами в 1992-1993 годах. В вид дельных блоков предоставлялись пользователю программы расчета норм мине{ ных удобрений, прогноза урожайности, размещения культур. Программа рас технологических карт занимает объем 62 килобайта. Кроме этого базы данных дельных 88 файлах в совокупности составляют 181,1 килобайт.

Программа предусматривает составление технологической карты на любой < зок времени или на любую отдельно взятую работу. В первом приближении в] технических средств производится оператором из имеющегося набора сельхс шин, данные о которых извлекаются программой из соответствующих информ онных баз. Дальнейшие версии планируется совершенствовать путем после; тельной автоматизации по возможности большего количества технологических четов, где подходящие параметры агроприемов предлагала, а некоторые из ню бирала бы ЭВМ.

выводы

1. В условиях перехода к адаптивно-ландшафтным системам земледелия мето-огической основой их конструирования и технологического управления являются егории и понятия целостности, синтеза и системности звеньев и блоков совре-шых проектов систем земледелия.

2. Управление агротехнологиями в растениеводстве основывается на комплекс-1 использовании достижений как традиционных агрономических наук, так и со-менных методов системологии, кибернетики, информатики и математического 1елирования.

3. Управляющая агротехнологиями кибернетическая система эффективно рабо-г на основе итеративно-циклической схемы, предусматривающей доведение лю-о технологического расчета до конца производственного цикла. Блочно-1ульная структура систем земледелия позволяет вырабатывать практически не-аниченное количество решений по различным аспектам агротехнологий, опись на конечное число информационных данных, блоков и модулей систем управ-ия.

4. Информация основополагающих блоков систем земледелия (организации тер-ории, севооборотов, обработки почвы) разработана нами в виде правил принятия пений. Ландшафтная организация территории осуществляется как через разме-ние полей в среду ландшафта, так и через выделение элементов ландшафта в делах полей и пашни. Это позволяет сохранить прямоугольность контуров, издать увеличения энергетических затрат и резко сократить эрозию почвы.

5. Информационную базу конструкции, реконструкции севооборотов, а также ¡ративного сшуациониого управления размещением культур составляет предающая нами классификация факторов, причин и приоритетов выбора культуры, равление обработкой почвы проводится по алгоритмам принятия решений, раз-ютанным по данным многолетних исследований в севооборотах.

6. Минимально необходимый перечень оперативной информации определяется »авляющей системой для каждой почвенно-климатической зоны. В Северной летели Башкирии урожайность полевых культур ограничивается плодородием поч-. в Предуральской степи - влагообеспеченностью (коэффициент корреляции г= 7), в Горно-лесной зоне - и влагой ( г = 0,70) и теплом ( г = 0,75...0,90). Коэффи-:нт водопотребления меняется в зависимости не только от уровня других факто-!, но и от объема потребляемой воды, оптимальная величина которой для яровой еницы в условиях Предуралья составляет около 300 мм.

7. Наиболее значимыми агрохимическими факторами формирования урожайно-[ полевых культур в условиях Предуралья являются 1умус, легкогидролизуемый т, нитратный азот и доступный фосфор. Повышение содержания гумуса пахотно-слоя почвы на 1 % увеличивает урожайность яровой пшеницы на 5,1 ц/га, нит--ного азота - на 9,5; легкогидролизуемого азота - на 1,76 и Р205 - на 0,89 ц/га.

-328. Для сдвига содержания в пахотном слое почвы нитратного азота на 1 мгУ требуется 43-56, Р205 - 27, К20 - 37-73 кг/га соответствующих удобрений. Вне фосфорных удобрений около 100 кг/га способствует устойчивому изменению почвы, которое лучше происходит на относительно богатых, несмытых почвах.

9. В блоке защиты растений, наряду с общепринятыми данными, необхс учитывать потери вещественно-энергетических ресурсов под влиянием вредны ганизмов. На фоне высокой засоренности, снижающей урожайность яровой пш цы на 25-33 %, происходит вынос Р205, К20 сорняками до 280, 107 и 340 кг/

Эффективность физиологически активных веществ зависит от комплексно применения, на фоне повышенного минерального питания и влагообеспечеш обработка семян препаратом Тур повышает урожайность яровой пшеницы на 1, ц/га независимо от полегания растений.

10. В информационных блоках необходимо учитывать сопряженность и взг действие факторов. Легкогидролизуемый азот (У) имеет тесную корреляцио: связь (г = 0,93) с гумусом (х) и выражается уравнением У = 2,7 + 2,34 х. Инфс идя по фотосинтетическому потенциалу посева дополняется данными по 41 продуктивности фотосинтеза, продуктивный стеблестой зерновых культур взе связан с озерненностью колоса.

11. Проведенная нами классификация факторов и приемов управления фор.\ ванием урожая упорядочивает эти понятия для системного их применения. Раз] тайная модель управления агротехнологиями на практике реализует требовани стемного подхода в растениеводстве.

12. Принятие технологического решения необходимо осуществлять по да! системного анализа последствий этого решения в модельном эксперименте по ме: цель - прогноз - план - программа - проект - решение - реализация - резул При неудовлетворительной оценке решения процесс повторяется на любом и 1 численных уровней.

13. Разработанная методология управления агротехнологиями составляет п тическую базу для дальнейшего развития зональных систем земледелия с дове; ем их до уровня информационно-советующих систем с автоматизированной с; мой принятия решений, реализованных на компьютерах как программный прод

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Важнейшим условием эффективности разработки современных адаптг ландшафтных систем земледелия необходимо считать системный метод. Прог мы научно-исследовательских работ агрономического профиля привести в соо ствие с задачами разработки систем управления агротехнологиями и проекта] ния систем земледелия на основе разработанной методологии.

2. Проекты современных систем земледелия выполнять в виде информацис советующих систем и автоматизированных систем принятия решений, реализов;

i на персональных компьютерах по разработанной методологии. За алгоритми-кую основу принять концептуальную модель итеративно-циклической киберне-еской системы.

3. Тематику прикладных научных исследований ориентировать с учетом попол-[ия информационных блоков систем управления агротехнологиями и пригодности ультатов для использования в качестве информации управляющей системы.

4. Создать при Российской академии сельскохозяйственных наук координацион-¡i совет по системным методам исследований в области земледелия, пресле-эщую задачу методического обеспечения. Организовать постоянно действующие сы подготовки научных кадров по системным методам в одном из ведущих на-гых учреждений страны. В научно-исследовательских учреждениях Российской дерации организовать проблемные группы по разработке проектов управления отехнологиями в системах земледелия.

5. Внедрение системных проектов в производство начинать немедленно в виде >грамм для персональных компьютеров с последующим постоянным совершен-ованием их и пополнением информационных блоков. Разработанную модель ав-итизированного выполнения технологических карт с блоками расчета норм удоб-[ий и алгоритмами принятия решений внедрить в производство в качестве первого >вня систем управления агротехнологиями в системах земледелия.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ РАБОТ

1. Магафуров К.Б. Предпосевная обработка семян яровой пшеницы хлорхолинхлоридом р).- Инф. Листок Башкирского ЦНТИ, N 169-76.- Уфа, 1976,- 4 с.

2. Магафуров К.Б. Зависимость урожайностьи яровой пшеницы от метеорологических ггоров и некоторые возможности прогнозирования ее урожаев в лредуральской степи шсирии// Сб. Роль молодежи в ускорении н.-нех. прогресса в свете реш. ХХУ съезда СС,- Уфа, 1977.

3. Магафуров К.Б. Оптимальные дозы минеральных удобрений под яровую пшеницу в ¡дуральской степи Башкирии. Инф. Листок Башкирского ЦНТИ, N 80-78,- Уфа, 1978,- 4 с

4. Магафуров К.Б. Перспективное планирование урожайности сельскохозяйственных ¡ыур,- Инф. Листок Башкирского ЦНТИ, N 342-78,- Уфа, 1978,- 4 с.

5. Магафуров К.Б. Планирование с учетом нормативных прибавок,- Инф. Листок Баш-хжого ЦНТИ, N 343-78,- Уфа, 1978,- 4 с.

6. Магафуров К.Б. Планирование урожайности и весенняя корректировка планов,- Инф. сток Башкирского ЦНТИ, N 341-78,- Уфа, 1978.- 4 с.

7. Магафуров К.Б. Потребление и вынос питательных веществ яровой пшеницей в едуральской степи в зависимости от орошения и удобрения// Сб. Пути пов-я ур-сти с.-х. [ьтур.-Уфа, 1979.-С. 31...35.

8. Жданов Н.Х., Магафуров К.Б., Оптимизация минерального питания при применении ;четных доз удобрений под яровую пшеницу// Сб. Пути пов-я ур-сти с.-х. культур,- Уфа, 79.-С. 125...127.

9. Жданов Н.Х., Набиуллин P.M., Магафуров К.Б. Обработка туром семян яровой пше-цы// Химия в сель, х-ве,- 1979, N 12.- С. 7...8.

10. Магафуров К.Б. Динамика урожайности яровой пшеницы в предуральской степи чкирии и зависимость ее колебаний от метеоусловий// Деп. в ВНИИТЭИСХ, N 53 - 80. -: 1980//РЖ Земледелие. - 1980,N 10,-С. 1.

-3411. Жданов Н.Х., Зарипова Г.К., Магафуров К.Б. Дозы удобрений в технологии граммированного возделывания сельскохозяйственных культур// Деп. в ВНИИТЭИСХ, - 80. - М.: 1980//РЖ Земледелие. - 1980, N 10,- С. 1.

12. Магафуров К.Б. Эффективность орошения яровой пшеницы в Предуральской ст< зависимости от применения расчетных доз удобрений// Сб. Актуальные проблемы раз! сельского х-ва в свете реш. Июльского Пленума ЦК КПСС. (Тезисы докладов).- Уфа, 1 С. 1...9.

13. Жданов Н.Х., Магафуров К.Б. Некоторые возможности применения хлорхолинх) да для регулирования развития яроовй пшеницы// Регуляторы роста и развития раст< Тезисы 1-й Всесоюзной конференции.-М., 1981.

14. Магафуров К.Б. Эффективность расчетных доз удобрений на планируемые ур яровой пшеницы// Пути эфф-го использования удобрений в Башкирии.- Уфа, 1 С.42...46.

15. Магафуров К.Б. Влияние удобрений и влагообеспеченности на урожай яровой шщы// Земледелие, 1982, N 4,- С. 63.

16. Магафуров К.Б. Прогнозирование урожайности по тренду ее развития во врем« Тез. Докл. Всес. Школы молодых ученых. Актуальные проблемы программировать жаев с.-х. культур.- М,- ВАСХНИЛ,- 1983,- С. 37...38.

17. Магафуров К.Б. К вопросу о расчетах оптимальных норм минеральных удобр для запрограммированных посевов// Тез. Докл. Всес. Школы молодых ученых. Актуал проблемы программирования урожаев с.-х. культур.-М,- ВАСХНИЛ.- 1983.- С. 84...86.

18. Магафуров К.Б. Расчетные дозы минеральных удобрений как один из методов г шения их эффективности// Повышение эф-сти с.-х. производства и качества продукции зисы докладов Респ. Науч.-произв. конф.- Уфа, 1983,- С. 74...75.

19. Бахтизин Н.Р., Корнилов В.И., Шушпанов Г.П.,...Магафуров К.Б. Временные 1 дические указания по внедрению программированного выращивания сельскохозяйстае] культур на орошаемых землях Башкирской АССР,- Уфа, 1984,- 44 е.,

20. Магафуров К.Б. Статистические методы обработки данных анализа структурь интерпретации колебаний урожайности зерновых// Повышение плодородия почв в ра: ных природно-климатических зонах Башкирии,- Уфа, 1985.

21. Бахтизин Н.Р., Магафуров К.Б. Программирование урожаев - важнейшая проб современной агрономической науки// Повышение плодородия почв в различных прир< климатических зонах Башкирии.- Уфа, 1985.

22. Жданов Н.Х., Магафуров К.Б. Коэффициенты использования питательных вей яровой пшеницы из почвы и удобрений в зависимости от уровня минерального пигат влагообеспеченности в условиях Южного Урала// Химизация сельского хозяйства Ба рии.- Уфа, 1985.

23. Бахтизин Н.Р., Корнилов В.И., Шушпанов Г.П.,...Магафуров К.Б. и др. Методич< рекомендации по программированию урожаев на орошаемых землях Башкирской А( Уфа, 1985,- 50 с.

24. Магафуров К.Б. Минеральное питание и водопотребление яровой пшеницы// У ские нивы, 1985, N 9.- С. 22.

25. Магафуров К.Б. Система удобрений при программированном выращивании урс сельскохозяйственных культур// Освоение зональных научно-обоснованных систем зем лия в республике. Тез. Докл. Республиканской конференции.- Уфа, 1986,- С. 56...57.

26. Магафуров К.Б., Магафурова Ф.Ф. Учитывать погодные условия// Освоение за ных научно-обоснованных систем земледелия в республике. Тез. Докл. Республика! конференции.- Уфа, 1986,- С. 57...58.

27. Магафуров К.Б. Расчет оптимальных норм удобрений под интенсивные тех) гш!// Резервы повышения ур-сти с.-х. культур в Башкирской АССР.- Уфа, 1987 101...106.

28. Магафуров К.Б. Системы удобрений в интенсивных технологиях// Воздельп зерновых по интенсивной технологии.- Уфа, 1987.- С. 51...57.

29. Магафуров К.Б. Интенсивные технологии и программированное выращивание уро-:в// Совершенствование внедрения интенсивных технологий возделывания с.-х. культур !исы докл.).-Уфа, 1987,-С. 12...13.

30. Магафуров К.Б., Уливанова Ф.А. Зависимость урожайности яровой пшеницы от некоих агрохимических параметров пахотного слоя типичных черноземов// Совершенствова-

внедрения интенсивных технологий возделывания с.-х. культур (тезисы докл.).- Уфа, 7,-С. 16...18.

31. Магафуров К.Б. Условия формирования высокого урожая качественного зерна яровой :ншш// Рекомендации НТС АПК и ученого совета БНЙИЗиС по внедрению достижений ки в с.-х. производство.- Уфа, 1987,- С.5...6.

32. Магафуров К.Б. Статическая система севооборотов или динамическая модель разметя/1 Пути повышения продуктивности полевых севооборотов. Тезисы докл.- Уфа, 1988.-[ 1...12.

33. Магафуров К.Б., Магафурова Ф.Ф. Удобрение гречихи в полевом севообороте// Пути ышения продуктивности полевых севооборотов. Тезисы докл.- Уфа, 1988,- С. 33.

34. Бахтизин Н.Р., Магафуров К.Б. Внедрение метода программированного выращивания жаев в Башкирской АССР// Программирование урожаев в интенсивных технологиях воз-ывания с.-х. культур.- Волгоград, 1988.- С. 44...50.

35. Бахтизин Н.Р., Магафуров К.Б. Интенсивные технологии и программирование уро-:в// Уральские нивы.- 1988, N 9.

36. Магафуров К.Б. Системность не на словах, а на деле// Земледелие,- 1988, N 4.- С. ..28.

37. Магафуров К.Б. Агроютбернетика и программировашюе выращивашге урожаев// шеделие,- 1988, N 10,- С. 40...42.

38. Магафуров К.Б. Комплексная модель интенсивного земледелия// Интенсификация иеделияв Башкирии,- Уфа, 1989,- С,-16...23.

39. Магафуров К.Б. Экологические и экономические проблемы земледелия решать на си-мной основе// Экологические проблемы агропромышленного комплекса Башкирской СР.- Тез. Докл. Респ. Науч.-пракгической конференции,- Уфа, 1989,- С. 16.

40. Магафуров К.Б. Модуль управления плодородием почвы в системе интенсивного гледелия// Средства химиз. в инт. технол. Возделывания с.-х.культур,- Уфа, 1991,- С. „18.

41. Магафуров К.Б. Моделировашю плодородия почвы на основе микропестроты// Эфф-е гемы воспр-ва плодородия почв, совершенствование техн. возделывания., создание и :дрение новых сортов с.-х. Культур- Уфа, 1995,-С. 55...57.

42. Магафуров К.Б. Системное земледелие,- Уфа, 1996,- 156 е., ил.

Автореферат. Формат 60x84 1/16. Печатных листов 2. Тираж 100 экз. Московская сельскохозяйственная академия им. К. А. Тимирязева

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Магафуров, Кадир Бариевич, Уфа

Российская академия сельскохозяйственных наук Академия наук Республики Башкортостан Башкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства

На правах рукописи

Магафуров Кадир Бариевич кандидат сельскохозяйственных наук старший научный сотрудник

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И МЕТОДОЛОГИЯ УПРАВЛЕНИЯ АГРОТЕХНОЛОГИЯМИ В СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

Специальность 06.01.09 - Растениеводство, 06.01.01 - Общее земледелие

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Уфа-1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................5

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................10

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ...........................................................22

ЧАСТЬ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................28

ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩИХ ПОНЯТИЙ, ТЕРМИНОЛОГИЯ ...28

1.1. Системология, кибернетика и информатика.....................................30

1.2. Системология и земледелие................................................................32

1.3. Определение системы земледелия......................................................35

1.4. Структура проекта систем земледелия...............................................38

1.5. Методология систем управления агротехнологиями......................41

1.6. Методика проектирования систем управления.................................46

ГЛАВА П. АГРОКИБЕРНЕТИКА................................................................49

2.1. Системы земледелия и программированное выращивание урожаев51

2.2. Кибернетическая схема программированного выращивания урожаев.........................................................................................................53

2.3. Агрокибернетика и моделирование....................................................58

ГЛАВА III. ИНФОРМАТИКА СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.........................62

3.1. Информация в системе земледелия....................................................62

3.2. Объем информации в системе.............................................................64

3.3. Оценка информации.............................................................................66

Краткое заключение....................................................................................69

ГЛАВА 1У. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В ЗЕМЛЕДЕЛИИ.............71

4.1. Интенсивные, индустриальные и др. технологии.............................76

4.2. Проблемы конструирования ландшафтного земледелия................79

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И СИСТЕМАТИКА ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ..............85

ЧАСТЬ П. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИЙ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ. 90

ГЛАВА У. ОСНОВОПОЛАГАЮЩИЕ БЛОКИ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ93

5.1 Проблемы ландшафтного переустройства земель.............................93

5.2 Блок севооборотов и размещения культур.......................................106

5.3. Блок обработки почвы........................................................................119

ГЛАВА У1. БЛОК АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ . 125

6.1. Выбор параметров агрометеорологического блока систем земледелия в Башкирии............................................................................131

6.2. Коэффициенты и нормативные отношения водопотребления сельскохозяйственных культур................................................................144

ГЛАВА УП. БЛОК АГРОХИМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.................152

7.1. Параметры агрохимического блока информаций..........................153

7.1.1 .Вынос питательных веществ........................................................153

7.1.2. О методиках расчета норм удобрений на планируемый урожай сельскохозяйственных культур.............................................................156

7.2. Коэффициенты и нормативы в системе удобрение - почва и почва -урожай.........................................................................................................159

7.3. Выбор параметров агрохимического блока информаций по схеме почва - урожай............................................................................................162

7.4. Параметры в технологической схеме удобрение - почва...............164

7.5. Параметрическое значение схемы удобрение - урожай.................167

ГЛАВА УНТ БЛОК ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ.............................................174

ГЛАВА IX. БИОМЕТРИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ КАК ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ПРОЕКТА СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.........................................................182

9.1. Параметры фотосинтетического аппарата фитоценоза и нормативы накопления биомассы................................................................................182

9.2. Элементы структуры урожая как слагаемые, показатели и параметры технологических программ...................................................187

ЧАСТЬ Ш. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ..............193

ГЛАВА X. ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФОРМИРОВАНИЕМ УРОЖАЯ! 5

10.1. Общая схема формирования урожая зерновых культур.............195

10.2. Факторы воздействия на формирование урожая..........................200

10.3. Принятие технологических решений и их исполнение...............203

ГЛАВА XI. КОНЦЕПЦИИ И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ

АГРОТЕХНОЛОГИЯМИ В СИСТЕМАХ ЗЕМЛЕДЕЛИЯ......................207

ГЛАВА XII. РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ........221

12.1 Словесно-описательный уровень проектирования технологических

программ.....................................................................................................223

12.2. Уровень компьютерной технологии проекта систем управления226

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................230

ВЫВОДЫ...........................................................................................236

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ..................................................238

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА.................................................240

ПРИЛОЖЕНИЯ..............................................................................................276

ВВЕДЕНИЕ

На рубеже грядущего тысячелетия человечество переживает период своего развития, который вполне можно характеризовать как ускоренный переход к качественно новому уровню, т.е. революционный. В основе этого глобального явления лежат три главных взаимосвязанных, обусловленных развитием цивилизации фактора.

1) Объективное техногенное развитие цивилизации приводит к все более кардинальным изменениям в природе, ставящим под угрозу само существование цивилизации. Усилившееся в последние годы осознание этой угрозы заставляет мировую общественную мысль искать пути избежания возможной глобальной экологической катастрофы. Так появилось понятие устойчивого, безопасного развития, предполагающее определенные, порой жесткие, ограничения в отношениях человека с природой. В качестве следующей эволюционной ступени цивилизации предполагается экологическое развитие и экохозяйство (B.C. Голубев, 1995). Это в определенной степени возврат к первоначальной ступени хозяйствования человечества, но на более высоком, управляемом уровне.

2) На качественно новый уровень развития переходит в последние годы и наука. Происходит отказ от безраздельного господства аналитического толкования сущности науки; она все больше акцентирует внимание на синтетические, интегральные, методологические принципы в своей деятельности. Усиливается роль системологического принципа целостного рассмотрения объектов и явлений, что также представляется как возврат к истокам науки на более высоком уровне. Как результат, происходит все большее понимание целостности человечества и природы.

3) Велика роль в ускорении цивилизации достижения инженерной технологии. Ускоренное развитие микропроцессорной техники дает возможность ставить задачу о глобальной информатизации, которая, вкупе с непрерывно и ускоренно растущей потребностью человечества в информационной продукции, определяет необходимость создания нового информационного общества.

Таким образом, определяющими понятиями развития человечества в современную эпоху являются экологическое, информационное, целостное общество.

Утвердившееся в последние годы понятие об устойчивом и безопасном развитии прежде всего предполагает согласование имеющей существенное отношение к окружающей среде какой бы то ни было деятельности человека с тем, как на это отреагирует природа. Это означает глобальную постановку задачи выполнения требований системного подхода.

К проблеме безопасного, устойчивого развития человечества самое непосредственное отношение имеет такая важная область его деятельности, как сельское хозяйство. При этом речь идет не только о продуктовой безопасности, но и экологической. К сожалению, именно аграрная наука традиционно находится в числе отстающих как в своем развитии, так и в деле использования достижений других наук. Между тем становится реальностью кризисное состояние агроресурсов на планете.

Производство сельскохозяйственной продукции требует вложения все большей антропогенной энергии. Несбалансированная техногенная нагрузка в агроэкосистему способствует ускоренному ее разрушению. Сегодня состояние агроресурсов России не соответствует требованиям экологической безопасности.

Практика последних 10-15 лет показала неэффективность попыток решения комплексной проблемы, вызванной вышеприведенными положе-

ниями, с помощью традиционных научных подходов. Разработанные и внедрявшиеся в производство отдельные, даже передовые технологии (индустриальные, интенсивные, почвозащитные и др.), методы (программирования урожая, моделирования плодородия почвы и продукционного процесса) не дали ожидаемого эффекта. Появилась необходимость в новой методологии, основанной на новом мировоззрении.

В качестве нового методологического подхода, интегрирующего все прогрессивные методы и технологии под принципом целостного рассмотрения объектов, выступает ландшафтная система земледелия. Технологические аспекты этой системы разрабатываются при этом под принципом адаптивности предпринимаемых человеком мер к существующим природным условиям.

Современное состояние аграрного сектора экономики характеризуется ускоренным углублением диалектического противоречия между производительными силами и производственными отношениями. Мировая аграрная наука усиленно ищет пути разрешения этого противоречия, в результате меняются общепринятые нормы и критерии оценки эффективности производства, а так же приоритеты, определяющие направленность материально-технического потока в отрасль.

В мировой аграрной экономике в последнее время уже практикуется смещение центра инвестиций от экономических к экологическим приоритетам. Однако, как показала практика, регулирование одними лишь финансово-экономическими рычагами в такой сложной отрасли, как аграрная, не дает должного эффекта. Определяющее значение приобретает проблема не столько куда, сколько как вложить материальные средства. Решение этой задачи требует новой методологии, методики организации хозяйства и нового мышления.

На пороге грядущего третьего тысячелетия вполне рельефно про-

сматривается завершение полного цикла диалектического развития по спирали. В науке в целом это смещение центра от аналитического подхода (что и было собственно научной атрибутикой) к синтетическому. В области хозяйствования человека это возврат к экохозяйству, пройдя следующие ступени:

1) Первобытное хозяйство (неосознанное экохозяйство)

2) Экстенсивное

3) Интенсивное

4) Экологическое

Возврат к экохозяйству, разумеется, возможно только на почве строго научного управления, современная действительность не оставляет человеку другого пути.

Вся история земледелия связана одной главной проблемой - попыткой управления формированием урожая сельскохозяйственных культур. С течением времени совершенствовались средства производства, оказывалось все более эффективное воздействие на растения и создаваемые растительные сообщества, но методы, с которыми человек пытался направлять процесс формирования урожая, оставались принципиально неизменными.

Управление процессом формирования урожая, строго говоря, возможно только на основе достижений кибернетики и информатики. Любое другое производство основывается на принципах управления хотя бы с элементами кибернетики, иначе и невозможно осуществлять процесс. В земледелии же специфика объекта производства предопределяет во-первых способность к самостоятельному развитию процесса, а во-вторых слабую эффективность направленных на улучшение процесса мероприятий. Все это определяет особую значимость разработки систем управления агротехнологиями.

В определении понятия системы земледелия необходимо различать двойственность существа предмета. Первое определение отражает исторически сложившуюся форму хозяйствования, являющейся продуктом взаимодействия производительных сил и производственных отношений. Это известные системы земледелия, как подсечно-огневая, переложная, технологическая, интенсивная, адаптивно-ландшафтная.

Второе определение основывается на функциональных началах. Здесь система воспринимается как проект организации и управления производством. Это так называемые научно-обоснованные системы земледелия. Поставив во главу угла системность, зональную систему земледелия можно определить в этом плане как проект системной организации земледельческого производства. Разработка методологических основ управления аг-ротехнологиями в системах земледелия представляет главную цель настоящей работы.

Выполнение этой работы стало возможным благодаря бескорыстной помощи учителя, научного консультанта, героя социалистического труда, академика РАСХН И.С. Шатилова. Автор искренне благодарен также ученым Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева: профессорам В.Г. Лошакову, Г.И. Баздыреву, В.И. Филатову, Ю.Б. Коновалову, H.H. Третьякову, Л.И. Зотову; из других научных учреждений A.M. Лыкову, A.C. Образцову, В.Ф. Ладонину, А.П. Иофинову, И.К. Хаби-рову, М.Б. Амирову, Э.Л. Наппельбауму, чьи бескорыстные советы и замечания оказали автору неоценимую помощь.

Автор признателен сотрудникам отдела земледелия Башкирского НИИСХ за помощь и поддержку при выполнении этой работы.

Обзор литературы

Проблема управления технологическим процессом в растениеводстве разрабатывалась в пределах ряда методов и подходов. Впервые она конкретно была поставлена как метод программирования урожая (И.С. Шатилов, 1970; А.Ф. Иванов, A.A. Климов, Г.Е. Листопад и др., 1975; A.A. Зи-ганшин, JI.P. Шарифуллин, 1974; И.С. Шатилов, А.Ф. Чудновский, 1980; A.C. Образцов, В.М. Ковалев, Ю.П. Добрачев и др., 1980). В 1980-е годы метод программированного выращивания урожаев получил дальнейшее развитие применительно к орошаемому земледелию и интенсивным технологиям (И.С. Шатилов, А.И. Столяров и др., 1986; В.М. Ковалев, 1987; М.К. Каюмов, 1988; Н.Р. Бахтизин, К.Б. Магафуров, 1988 и др.).

Проблемы воздействия на агроценозы в целях управления формированием урожая обсуждались в работах A.A. Жученко, А.Д. Урсул (1983); А.И. Брежнева, 1986; В.Ф. Ладонина (1990), А.И. Брежнева, P.A. Полуэк-това (1990) и др. В последующем разрабатываемая методика становится базой для адаптивных технологий (A.A. Жученко, 1990; 1998; А.Д. Урсул, 1987), которые должны составить технологическую основу перспективных ландшафтных систем земледелия.

Научно-методическая концепция проблем управления агротехноло-гиями связывается с такими понятиями, как система, системные методы, математическое моделирование (Д.Б. Циприс, В.В. Матвеев, И.Н. Юшин, Е.Г. Ильина , Е.В. Шамрова, 1985; И.М. Михайленко, 1987; В.А. Платонов, 1987; П.Т. Ржавский, 1989; A.A. Шевченко, Г.М. Рыжов, В.Г. Лапа, Ю.Н. Кравченко, 1989; А. С. Образцов, 1990; A.M. Лыков, 1993; А.И. Пупонин, Г.И. Баздырев, A.M. Лыков и др., 1995).

Большой интерес к тому, что связано с понятием система, стало проявляться в области аграрных наук в последние 10-15 лет. В общих чертах это явление, несколько ранее охватившее мир науки, инженерии и практики, определено Г.П. Щедровицким (1974) как системное движение. Результат этого движения расценивается как "системная революция" (P.JI. Акофф, 1971).

Беспрецедентные масштабы научно-технической революции во многом обязаны системному подходу, который по мнению И.В. Блауберга и Э.Г. Юдина (1973) характеризует новый стиль и новые методы научного мышления. По утверждению Г.П. Щедровицкого (1981) "системный подход является одним из важнейших моментов современного методологического мышления и современной методологической работы, без него методология сегодня не может ни сложиться, ни существовать".

По мнению Д.М. Гвишиани (1972) и Б.В. Гнеденко и др. (1971) системные представления, понятия и методы анализа имеют важное значение в развитии и совершенствовании существующих частных наук и практики. Это положение, очевидно, полностью относится и к земледелию, как науке и как практике.

Страшное отставание России от развитых стран в производстве продукции на душу населения и на единицу площади при неимоверных энергозатратах (в десятки раз) в первую очередь объясняется бессистемностью (A.A. Никонов, 1991). По его мнению отставание аграрной науки России началось с 20-х годов текущего столетия, до этого шедшей в ногу с мировой и не уступающей другим наукам в применении системных методов. В настоящее время, вследствие несистемности в развитии аграрных наук, когда фундаментальные работы занимают в общем объеме исследований всего 4 %, проектно-технологические - 8 и остальные 88 % - прикладные, результаты исследований имеют крайне низкую эффективность.

Земледелие как наука является связующим звеном на стыке фундаментальных и прикладных дисциплин. Но земледелие не может всецело нести функции научного обеспечения систем земледелия. Объединение ряда наук под задачу системной организации производства растениеводства требует соответствующих теоретических и метод