Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ НА ОСНОВЕ ДОСТИГНУТОГО УРОВНЯ УРОЖАЙНОСТИ И ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ ПО ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ

ВАК РФ 06.01.01, Общее земледелие

Автореферат диссертации по теме "ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ НА ОСНОВЕ ДОСТИГНУТОГО УРОВНЯ УРОЖАЙНОСТИ И ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ ПО ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ"

/ИУ/'/з

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА/

На правах рукописи

ПОЛЕВ Николай Андреевич, > кандидат сельскохозяйственных наук

УДК 631.1 : 631.42: 631.811

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПЛОДОРОДИЯ ПОЧВЫ НА ОСНОВЕ ДОСТИГНУТОГО УРОВНЯ УРОЖАЙНОСТИ И ОЦЕНКИ ЗЕМЕЛЬ ПО ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ

Специальность 06.01.01 — общее земледелие; 06.01.09 — растениеводство

. . . . Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена в Российской академии сельскохозяйственных наук

Научные консультанты доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Рои-ельхолакадечии Шатилов И. С., доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент Россельхозакадечии |Силин А. Д.)

Официальные оппоненты доктор сельскохозяйственных наук, профессор Образцов А. С.; доктор биологических наук, профессор, академик Россельхозакадечии Щербаков А. П.; доктор сельскохозяйственных наук, профессор, член-корреспондент Россельхозакадемии Котлярова О. Г.

Ведущее предприятие — Ставропольский научно исследовательский институт сельского хозяйства л

Д-120 35 04 в Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени 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 Московской сельскохозяйственной академии им К А Тими-

■

в

рязева

Ученый секретарь диссертационного совета — кандидат сельскохозяйственных

Автореферат разослан

наук

Р. Р. Усманов

' ' ■ л ' . -

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Почва, как основное средство производства ■ и как природное тело, требует постоянного своего улучшения и воспроизводства, поскольку при возделывании культур происходит отчуждение значительного количества веществ и энергии с той частью рас- ' тений,. каторая идет на продукты питания человека и сырье для промышленности. Такое свойство почвы как ее плодородие имеет непрев-зайденное значение, и поэтому в условиях интенсификации земледелия эффективное управление им должно базироваться на такой научной основе, в которой нуждается качественно новый этап методологии раз. работки научно обоснованных систем земледелия: комплексный учет и изучение закономерностей процессов, определяющих прогнозные параметры производства "и система управления технологиями с применением математических методов и электронно-вычислительных машин.

В настоящее время, с-одной стороны, нужны метода, позволяющие увязать большое количество информации о состоянии всего почвенного , комплекса в единую упорядоченную функциональную систему, с помощью которой можно определять поведение не только отдельных ее элементов, но и системы в целом. В связи с этим,разработка и совершенствование моделей плодородия почв различных типов и разновидностей становится одшм из главных элементов научно обоснованного управления расширенным воспроизводством плодордия пахотных земель.

- С другой стороны, плодородие'почвы всегда было главным критерием,по которому оценивается сама почва. В условиях перехода к рыночной- экономике земля как средство производства имеет соответствующую ценность,определяемую,в первую очередь,ее способностью обеспечивать растения основными факторами жизни для получения необходимой человеку продукции. Однако методы оценки земель до сих пор нуждаются в дальнейшем их совершенствовании и разработке.(Каштанов А.Н.,1986; Моисеев H.H.,1984; Шатилов И.G.,1983; Бондаренко Н.Ф.. Нерпин C.B..Усков И.Б.и др.,1982;Дмитриев Е.А.,Пачепский Я.А.,Рож-, ков В.А.,1986,0бразцов A.C.,1990;Johoson C.,1990;Due M.,1992;Carle Р.,Hey В.,1992; Chldley N.R.E., Elgy J., Antoine J.,1993; и др.).

Цель и задачи исследований. Основной целью диссертационной работы является теоретическое обоснование подходов моделирования плодородия почвы и разработка методов оценки земель на основе дос' тигнутого уровня урожайности и потенциальной их продуктивности.

В.задачу .наших исследований входило разрабс <: ЦЕНТРАЛЬНАЯ

' НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. coibi::cxoj а<адемии

&

-методы количественного определения составных частей эффективного плодородия почвы на основе анализа динамики урожайности сельскохозяйственных культур;

-модели определения достигнутого уровня эффективного и потенциального плодородии шчш,а также некоторые подхода к моделированию ее агрофизического,агрохимического и биологического состояния;

-метод группировки уровня эффективного плодородия почвы с ис- <

пользованием динамических рядов урожайности по исследуемым региональным и вариантным единицам изучаемой совокупности;

-методы оценки почвы по ее уровню эффективного плодородия и ^

потенциальной продуктивности земель; .

-метод обработки статистических массивов и экспериментальных данных с использованием динамических моделей.

Объектами исследований являлись многолетние статистические показатели производственной деятельности областей, краев и республик Российской Федерации, экспериментальные данные длительных опытов Московской сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева, а также опубликованные данные длительных опытов научных учреждений.

Научная новизна результатов исследований. В работе с учетом полученных результатов исследований скорректирован») понятие эффективного и потенциального плодородия почвы. Показана органическая связь плодородия почвы и урожайности растений в системе земледелия, главным звеном которой является "почва-растение".

С использованием динамических моделей, разработанных на основе метода интегральных кривых(Горячкин В.П. ,1968;Силин А.Д.,1990), урожайность сельскохозяйственных культур, как комплексный показатель эффективного плодородия на конкретный момент, разложена на три составляющих, которые характеризуют начальные условия, антропогенную деятельность, влияние погодных и прочих условий.

Представлен графический метод анализа динамических рядов определения достигнутого уровня и ускорения процесса без применения сложных математических моделей, а также метод группировки достигнутого уровня исследуемого показателя отдельными региональными и вариантными единицами в их совокупности.

Разработана модель комплексной относительной оценки эффективного плодородия по свойствам почвы и урожайности культур.Представлены математические модели потенциального плодородия, опирающиеся на закономерности почвообразовательного процесса, которые поло-

жены в основу оценки земель с учетом антроногенного «юивтельствь.

В работе впервые представлена методика обработки данных мсс-периментов, а также статистических показателей и других совокупностей с использованием динамических математических моделей. Описана динамика потребления элементов питания растениями из почвы.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. Исходя из понятия эффективного и потенциального плодородия почвы, оценка земель должна проводиться комплексно с использованием данных о ее свойствах - как основы потенциальной возможности проявления эффективного плодородия, и урожайности культур на этой почве -как результата реализации эффективного плодородия почвы.

В практической деятельности человека и в исследованиях важное значение имеют количественные значения показателей,которые связаны с начальными условиями, уровнем воздействия самого человека или изучаемого варианта и внешних условий. Эти количественные значения могут быть определены с использованием простейшего графического метода анализа динамики процессов, применением динамических моделей, разработанных на основе метода интегральных-кривых и метода группировки отдельных региональных и других единиц на базе закономерностей вероятностного распределения.

Математическая. модель комплексной оценки эффективного плодородия почвы, основанная на использовании показателей свойств почвы и внешних условий, характеризующих саму почву.в виде эффективного потенциала, и урожайности культур на ней, как результата реализации эффёктивного плодородия почвы,позволяет дать объективную оценку использования эффективного плодородия почвы человеком и скорректировать его действия на будущее. ■

Метод оценки земель на основе моделей потенциального плодородия почвы дает возможность объективно определять стоимость земли и использовать ее в экономических взаимоотношениях земельных собственников, землепользователей и государства. В этих же целях,( по результатам анализа динамических рядов, могут быть использованы показатели, которые характеризуют диференциальные ренты I и 2 и уровень санкций за. плохое использование земель."

Динамические модели потребления элементов питания из почвы сельскохозяйственными культурами обеспечивают разработку обоснованной системы применения удобрений в период вегетации растений.

Новый метод обработки экспериментальных и других данных на"

- б -

основе динамических моделей позволяет оценить исследуемые массивы И варианты опытов без использования критериев значимости и доверительных интервалов, применяемых в современной статистике.

Метода определения достигнутого уровня и оценки земель нашли практическое применение в обосновании производственных показателей деятельности агропромышленного комплекса Челябинской, Воронежской, Волгоградской, Оренбургской областей. Ставропольского края.Варнен-ском районе Челябинской области, совхозе Кореневский Жиздринского района Калужской области,расположенного в зоне воздействия последствий Чернобыльской аварии. Эффективность применения в ^сельском хозяйстве Челябинской области рекомендуемых методов и предложений составит около 700 млн. рублей в ценах 1991 года, а в Варненском районе этой же области - 23 млн.рублей.

Апробация работы. Основные положения диссертации излагались в докладах, сообщениях и выступлениях на:

Президиуме ВАСХНИЛ (г.Москва, 1986 г.). Президиуме Всероссийского отделения ВАСХНИЛ (г.Москва, 1986, 1988 гг., г.Краснодар, 1989 г.),зональных совещаниях и конференциях (г.Волгоград,1966 г., г.Калинин, 1989 г.,г.Бежецк Калининской области,1988 г..г.Саратов, 1988 г..г.Челябинск, 1989 г.), секциях Всероссийского отделения ВАСХЩЛ (г.Москва, 1987,1988 гг., г.Калинин, 1987'г., г.Краснодар, 1988 г.) и Россельхозакадемии (г.Тверь,1991 г.),Бюро Отделения земледелия Россельхозакадемии (г.Москва,1991,1994 гг.), сессии Россельхозакадемии(Каменная Степь Воронежской области,1992 г.).

В 1987 году анализ динамики изменения урожайности зерновых культур по 67 регионам Российской Федерации за 41 год (19461986 гг.) и прогноз до 1995 года, а также группировка областей, краев и республик России по уровню достигнутой урожайности зерновых культур были представлены в Президиум ВАСХНИЛ, Госагропром и Совет Министров Российской Федерации.

Автор участник и победитель конкурса 1989 года Государственной программы исследований "Высокоэффективные процессы производства продовольствия" на период до 2005 года, проведенной ГКНТ СССР.

Материалы исследований изложены в 30 печатных работах, в трех рукописных научных отчетах. Получено одно авторское свидетельство на изобретение.

Объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, рекомендаций производству и приложений, изложенных на 342

страницах машинописного . текста с таблицами. и_ рисунками. Список использованной литературы влючает 269 наименования, в том числе 24 иностранных.' Приложения включают 4 таблицы и 79-рисунков.

г II. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ. Объекты и метода исследований. Для исследования и разработки тео-" ретических основ плодородия почвы и оценки земель использованы многолетние данные производственной деятельности областей, краев и республик Российской Федерации, экспериментальные данные длительных опытов Московской сельскохозяйственной академии им.. К.А.Тими-' ' рязева, а также данные длительных опытов научно-исследовательских учреждений." '

При обобщении данных применяются'следующие методы системного анализа и математического моделирования:

1. Систематизация и обобщение данных, а также научных подходов в виде схематических моделей.

2. Метод интегральных кривых (Горячкин В.П.,1968; Силин А.Д., 1990).

3. Вероятностные статистические методы исследования количественной изменчивости (Немчинов В.С.,1945; Перегудов В.Н.',1948; Фишер P.A.,1958; Снедекор Д.У., 1961; Доспехов Б.А., 1973).,

Для подтверждения теоретических предпосылок в процессе исследований использованы многолетние данные опыта 7, заложенного про^ фессором Доспеховым Б.А. в 1969 году. в учкоэе'Михайловское ТСХА, расположенного в Подольском районе Московской облаете. Методика проведения опыта 7 подробно описана в работах Б.А.Доспехова, В.П.

. Васильева, Р.Р.Усманова, Н.А.Полева и других исследователей.

Обобщение данных об урожайности сельскохозяйственных культур проводилось в девяти вариантах обработки почвы и на фонах: I) без удобрений. 2) навоз 14 т/га ^юо^Кб^Сг

Разрабока математических моделей потребления элементов питания растениями из почвы и анализ данных урожайности проводились с использованием экспериментальных данных многолетнего балансового' полевого опыта, заложенного академиком Россельхозакадемии Шатиловым И.С. в учхозе Михайловское ТСХА в 1967 году. Методика проведения этого опыта подробно описана в работах Шатилова И.С., Замара-- ева А.Г.► Шарова А.Ф. и других исследователей. Исследования проводились на трех уровнях плодородия почвы: низкого, среднего и повышенного; в четырех вариантах удобрений на среднем уровне плодо-

родия: Г) без удоорений; 2) нормы удобрений,рассчитанные на усвоение растениями 2% фотосинтетически активной солнечной радиации (ФАР); 3) нормы удоорений,рассчитанные на 3% ФАР; 4) нормы удобрений по рекомендациям научных учреждений (ВИУА). На повышенном фоне плодородия почвы заложено 3 варианта удобрений, те же что и на среднем, кроме 3 варианта. На низком плодородии опыт проводится без удобрений.

Лабораторные и полевые исследования проводили по методикам, принятым в научно-исследовательских учреждениях. Урожай учитывали сплошным методом. Данные об урожаях обработаны методами интегральных кривых и вариационной статистики.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

1 .ПЛОДОРОДИЕ ПОЧВЫ И СИСТЭИ ЗШЛЕДШШЯ

1.1.Система земледелия как комплекс антропогенного воздействия ва плодородие почвы.

Важнейшей частью в каждой системе земледелия является звено "почва-растение". обладающее с одной стороны "плодородием" и о другой - способностью давать "урожай".

Как видно из схемы-модели (Рис.1),в системе земледелия почва, растение, человек(антропогеннные воздействия) и внешние условия выступают как взаимосвязанная и взаимодействупцая совокупность. Плодордие почвы представляет в ней категорию динамичных почвенных процессов трансформации вещества и энергии, в результате которых растение получает необходимое минеральное питание для своего роста и развития. Вместе с тем, звено "почва - растение" многосторонне взаимодействующая система. Растение не просто получает из почвы элементы питания, но активно действует на нее.

Урожайность культур, в любых случаях, выступает как итоговый показатель, как результат воздействия всего комплекса факторов и может характеризовать, быть обобщенной оценкой плодородия почвы для конкретных условий.

Поэтому, пейятие плодородия почвы можно изложить в следующем виде. Плодородие почвы - это ее способность на основе процессов накопления, расходования и превращения веществ и анерпш, происходящих при сложившихся условиях в почве во взаимодействии с растениями, и обмена этими веществами и энергией в звене "почва-расте-

нив", в определенной степени контролируемых и направляемых антропогенными воздействиями.обеспечивать почвенными факторами жизни возделываете растения, урожай которых используется человеком для удовлетворения своих потребностей.

СИСТЫ1А ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

гС

Внешние условия

плодородие

ПОЧВА

РАСТЕНИЕ

урожай

Системы:

севооборотов,

обработки

почвы,

удобрения,

защиты почв

от эрозии,

защиты

растений,

мелиоративных

мероприятий,

другие

системы и

мероприятия

Антропогенные факторы

Рис Л Схема элементов систем земледелия и их взаимодействия.

: В настоящее время плодородие разделяется на эффективное и потенциальное. С нашей точки зрения есть одно понятие плодородия -плодородия как процесса. И в этом понятии оно всегда эффективное, так как результатом является сельскохозяйственный продукт. А поскольку это процесс, то его можно обобщить во времени, и тогда за длительный промежуток времени плодородие будет выступать в виде потенциала. ' • ' ,

Таким образом, потенциальное плодородие, по- нашему мнению, -это ее способность(выраженная интегральным показателем, характеризующим потенциальные возможности данных земель«обеспечивать возделываемые растения элементами питания для получения максимального, желательно экономически выгодного в каждый год, количества урожая за возможный промежуток времени, рассчитываемого исходя из уровня хозяйствования человека на земле и, в связи с этим, закономерностями расходования плодородия на урожай..При этом имеется в виду,

что остальные внешние факторы: вода, свет и тепло - характерный их уровень и закономерности поступления на конкретных территориях сохраняются. В таком понимании плодородие почвы можно именовать потенциальным (К.Марко,1962) или как "богатство" почвы (Богданов С.П., 1897). Именно в этом понимании почвоведы выражают плодородие почвы как низкое и высокое, рассматривая почвенные разрезы, имея в виду высокое и низкое потенциальное плодородие, ее "богатство", определенное по внешним признакам.

И эффективное и потенциальное плодородие почвы в зависимости от способа приобретения может быть разделено на естественное и ан-тропогеное (искусственное).Схема классификации плодородия почвы может быть представлена в следующем виде (рис.2):

Рис.2 Схема агротехнической классификации плодородия почвы.

Вырахениение плодородия почвы через урожайность культур обобщенно имеет следующий вид:

- + Уп + Уа . где ( I )

~ Урожайность и-й культуры в конкретный год,ц/га;

^У - прибавка (потери) урожайности за счет погодных условий и других факторов ,ц/га;

Уд - урожайность, полученная за счет естественного плодородия почвы,ц/га;

Уа - урожайность,полученная за счет антропогенной деятельности, ц/га.

Таким образом, плодородие почвы, как способность этой почвы в конкретных условиях обеспечивать растения необходимыми факторами для создания определенного урожая, многогранное свойство ее, зависящее от сложившейся метеорологической обстановки, выращиваемых растений,системы воздействия человека на звено "почва - растение".

Поэтому уровень плодородия почвы может быть адекватно и равноценно определен и оценен урожаем культуры, если иметь в виду,что создавшаяся метеорологическая обстановка, действие человека и сама почва имеют некоторое долевое участие в процессе формирования урожая через воздействие на плодородие, то есть на ее способность обеспечивать растения условиями и факторами жизни.

1.2.Объективная необходимость и реализация в системах земледелия возможности количественного определения воздействия метеорологических условия на плодородие почвы

1

Факторный анализ и долевая оценка позволяют определить приоритетность оцениваемых показателей и факторов с целью концентрации усилий на изучении менее известных и слабо разработанных процессов.

Наиболее обобщенно при изучении факторов формирования урожая мокю выделить три главных группы воздействия на него:

- внешние (климатические, космические и др.) условия,

- естественное эффективное плодородие,

эффективное плодородие почвы, проявляющееся в результате деятельности человека (антропогенное воздействие).

По нашему мнению, есть возможности точной оценки этих главных > факторов с использованием математических методов на базе обработки данных статистических и экспериментальных массивов производственной деятельности и исследовательской работы.

В настоящее время, разработаны методы определения и расчета общей тенденции развития процесса в изучаемый промежуток времени или в завигамости от рассматриваемого фактора. Отклонения от этой об*ей зависимости будут относиться к факторным влияниям,, которые определяются конкретными условиями и другими не изученными воздей-ствиями.Для расчета общей тенденции того или иного процесса можно использовать метод интегральных кривых, который в свое время был разработан академиком В.П.Горячкиным (1968) и получил дальнейшее развитие в работах Силина А.Д.(1990).

Анализ с использованием магистральной прямой может быть проведен без применения уравнений - графическим способом.

Сравнение графического способа и анализа с применением уравнения на примере урожайности в России показывает,что - при расчет-но-графическом методе уровень урожайности в начальный период 19461949 гг составляет 5,7 ц/га, ускорение 26 кг/га, а-к'-1995 году

уровень урожайности может достичь 18,4 ц/га, по уравнению прямой начальное значение урожайности равно 5,86 ц/га, ускорение 26,3 кг на га и к 1995 году урожайность достигнет 19 ц/га. Если сравнить последнюю урожайность с прогнозной,полученной расчетно-графичес-ким методом, то можно отметить, что это довольно точный метод и может оыть использован Оез применения сложных вычислений как для анализа так и для прогноза на разумную перспективу.

В отличие от традиционного регрессионного анализа,где отдельные данные ,"выходящие" за пределы средней совокупности (экстремальные условия - так называемые "выскочки").могут Оыть исключены, а при наличии большого количества сильно отклоняющихся данных, проводится их преобразование, то в предлагаемой методике учитываются и используются в расчетах все фактические данные. Это важно потому, что сильнооткланяющиеся точки, как показали исследования, часто являются экстремумами циклов, которые тесно связаны с природными явлениями.

По нашему мнению,полученные значения тенденции изменения урожайности отражают функциональную связь с уровнем деятельности человека (или изучаемого фактора, признака), а отклонения от них -влияние внешних условий (и других случайных факторов).Используя Фактические данные урожайности и теоретическую кривую (тенденцию изменения урожайности), определяется достигнутый уровень эффективного плодородия почвы через эту урожайность. Поэтому, анализ динамики урожайности, как результата эффективного плодородия, при достаточно длительном периоде ее изучения с использованием математических моделей,позволяет выделить составные части в соответствии с моделью I:

- Y0 - начальная урожайность изучаемой культуры, уровень ее дает оценку естественному эффективному плодородию при экстенсивном использовании пашни, или суммарно естественному и антропогенному эффективному плодородию в период до начала изучаемого промежутка времени, то есть Y0 по уравнению прямой равно Yn из модели I;

- Yt - достигнутый уровень урожайности культуры в динамике дает оценку эффективному плодородию почвы, которое складывается из естественного эффективного плодородия почвы (У0) и эффективного плодородия (q-t),созданного человеком (q-t равно Ya из модели I);

ежегодные отклонения урожайности от общей тенденции (Yt) дают оценку действия погодных и других условий на эффективное

плодородие почвы в конкретные годы.Эти отклонения могут являться характеристикой ^у по модели I. ч

Таким образом,исходя из результатов анализа данных урожайности за длительный период, можно определить основные составные части ее получения в конкретный год в соответствии моделью I и вести, оценку воздействия этих частей в будущем, использовать показатели (Уп и Уа ) для объективного планирования урожайности по каждому полю. Для того, чтобы учесть значение ^У необходимо иметь разработанные модели точного прогнозирования цикличных процессов формирования погода. Это очень сложная задача науки будущего.

2.ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ПЛОДОРОДИЯ

ПОЧВЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

2.1. Математические модели ж определение достигнутого уровня эффективного плодородия почвы.

Обработка большого количества фактических массивов статистических и экспериментальных данных показывает, что если изучаемый процесс характеризуется большой,длительностью, а это имеет место при исследовании биологических объектов и особенно* динамических процессов с. временным годовым лагом, то для определения общей тен-дации можно использовать любого типа математические модели. Вместе с тем биологические и сельскохозяйственные процессы имеют определенные закономерности в своем развитии,которые хорошо отображаются с возможнотью представления прогноза трансцендентной функцией следующего типа: ■■■■■'. V

уг > У0 - \ь ♦ е.гр[Ь(А,-1)] (2)

где, . ' 5 .

У0 - начальное значение изучаемого признака , •

X = -- относительная временная характеристика; г - текущее

Т ; ' ' ' время,годы,сутки,часы и т.д.; Т - период развития процесса от его

начала до того как признак достигнет своего максимума.

Следует отметить, что все биологические объекты в своем развитии проходят несколько стадий, которые характеризуются ускорением изучаемого процесса. При этом любой биологический объект, в данных условиях, имеет свой максимум развития, после чего происходит постепенное в определенной закономерности затухание (завершение) процесса в направлении создания наследственной формы продол-

жания существования этого объекта.

Ь = с • Т - итегральная относительная характеристика развития процесса; с - относительное ускорение интенсивности торможения скорости развития процесса.

Для описания некоторых закономерностей можно пользоваться экспоненциальной фунцией, которая часто дает оптимистичный прогноз и имеет вид:

= У0 • ехр (Ч/У0 -<:); (3)

где,

Я - ускорение изучаемого процесса, ц/г-г ,кг/ч«ч ,г/мин»мин и т.д..или используются другие единицы, в которых измеряетя процесс. Так же может быть использовано уравнение прямой:

Уг=У0 + Ч*г; (4)

где,

q - среднее ускорение развития процесса.

Ошибка описания фактических данных указанными моделями в зависимости от анализируемого показателя и величины динамического ряда составляла 2,95-11,91%.

Анализ по модели 3 показывает,что все области,края и автономные республики России отличаются между собой по начальному уровню урожайности зерновых культур,тенденции ее роста в изучаемый период и достигнутому уровню к концу периода анализа, что указывает на необходимость дифференцированного подхода в планировании производства этой группы культур.

Тенденция изменения урожайности практически во всех областях, краях и республиках России за период с 1946 по 1988 годы положительная (за исключением Тувинской республики). В целом по России ускорение в 1946 году сосаавило 15,5 кг/га-г*г,в 1988 - 36,4; а в Краснодарском крае соответсвенно 36,4 и 94,5 кг/га• г• г, в тоже время в Тувинской республике ускорение было отрицательным и равнялось -2,9 кг в год. Это указывает на то,что здесь необходимо пересмотреть удельный вес зерновых культур в структуре посевов Тувинской АССР и технологию их возделывания.

Достигнутый уровень урожайности, определенный предлагаемыми методами,является характеристикой эффективного плодородия почвы, а динамика его изменения указывает на направленность деятельности

человека, то есть, если урожайность увеличивается, значит и плодородие возрастает и наоборот, если тенденция отрицательная - плодородие уменьшается. Таким образом, анализ урожайности или изучаемого признака, процесса за большой прбмежуток времени с нахождением общей тенденции их изменения в динамике позволяет выявить направленность деятельности человека на земле или изменения изучаемого признака, процесса. Достигнутый уровень урожайности на конкретный год может _ служить обобщенной характеристикой достигнутого' уровня эффективного плодородия почвы, выраженного в единицах, измерения урожайности возделываемой культуры.

Изучение на основе данных длительных опытов и статистических показателей деятельности сельскохозяйственных предприятий,районов, областей, краев, автономных республик и в целом России показало, что для определения общей тенденции, характерезующей тот или иной изучаемый процесс, вариант Или в общем деятельность' человека, не имеет значения какой функцией описывать данную динамическую совокупность, если она достаточно представительна, а сам процесс имеет большую длительность. Различия в достигнутом уровне изучаемого показателя будут не существенными, однако прогноз будет значительно отличаться на длительную перспективу, превышающую некоторые пределы.: И чем меньше по количеству значений изучаемые динамические ряда, тем больше различия в прогнозе. Поэтому от специалистов,исследователей всегда требуется высокая компетентность в изучаемом вопросе, чтобы определить на основании каких функций строить прогнозы, какое количество значений показателя брать для исследований, анализа и определения прогнозной перспективы.

. . Таким образом, на основе расчетов по данным динамических рядов прогноз на разумную перспективу развития•изучаемых процессов, показателей,вариантов может быть определен с достаточной конгруэнтной точностью различными функциями на разумную перспективу.

При анализе динамических рядов, которые являются составной частью какого-либо другого динамического ряда, нет необходимости проводить анализ этого суммарного ряда. Теоретические показатели или значения начальных условий уравнения могут быть определены суммированием найденных уже теоретических' значений составнных проанализированных частей итогового динамического ряда.

2.2. Обработка статистических и экспериментальных данных с использованием динамических моделей

Обработка (анализ) данных динамических рядов и факторных зависимостей с использованием различных функций позволяет найти общую закономерность развития изучаемого процесса, вычленив в нем случайные воздействия. 4

Отделив "случайные" воздействия от закономерности (тенденции) найденной, мы можем сравнивать различные показатели, варианты опыта, изучаемые процессы без применения так называемых критериев, доверительных интервалов и других оценочных показателей математической статистики. При этом, различия между изучаемыми вариантами, найденные по линиям (поверхностям) закономерностей даже самые незначительные, являются существенными. Несущественность различий будет наблюдаться только в точках соприкосновения или пересечениния линий (поверхностей) закономерностей.

В связи с этим,при оценке действия вариантов важнейшей характеристикой изучаемых процессов является не только его скорость, но и ускорение, а оно может быть определено при изучении динамики исследуемого признака, варианта, процесса. При ежегодной обработке данных с использованием дисперсионного анализа такой характеристики как ускорение нет возможности просчитать, а существенность различий в вариантах определяется по сопоставлению отклонений от среднего значения изучаемого варианта с отклонениями, которые являются результатом "случайных" воздействий, что не совсем правильно и может привести к неверным выводам и это часто выявляется при широком применении рекомендаций в производстве по данным научных учреждений, получившим положительную оценку в оштах на основе математической обработки традиционными методами.

При значительной вариабельности плодородия почвы "уравнительные" посевы, обычно применяемые в течение одного года, не позволяют часто достичь необходимого эффекте в выравнивании плодородия по территории, особенно если на этих участках раннее использовались сильно действупцие факторы - вносились удобрения, применялись мелиоративные приемы и другое. Поэтому перед закладкой опыта нужно либо изучить историю участка за большой промежуток времени или закладывать новые варианты на опытах с известной историей за длительное время,либо проводить многолетние рекогносцировочные посевы с дробным учетом урожая, причем дробный учет необходимо вести в

соответствии с предполагаемой схемой закладки опыта, а длительность их должна быть не менее 22 лет. Как показали исследования многолетних рядов урожайности различных культур в разных регионах, такой период , позволяет элиминировать циклические воздействия погодных условий. .

Такой подготовительный процесс очень труден и с материальной и физической точек зрения, хотя методически это подготовка нужна и правильна. Поэтому, если учесть, что закономерность развития процесса определяется не только достигнутым уровенем, а и ускорением, то территориальная контрастность в плодородии почвы, влияющая на урожайность культур, не будет иметь существенного влияния на закономерность, если эта контрастность не превышает некоторые уровни когда происходит существенное изменение прохождения закономерности процесса изучаемых признаков,показателей и свойств. Исходя из этого, можно отметить, что в анализируемых нами опытах понятие "среднее"и "повышенное".плодородие условны, поскольку начальный уровень продуктивности и ускорения на одинаковых вариантах удобрения отличаются незначительно.

Так, на почве со средним и повышенным плодородием ускорение на варианте с удобрением на ,3% ФАР равняется соответственно 90,3 и. 91,7 кг к.е./га-г*г. Однако повышенное плодородие почвы может быть создано, если существенно увеличить ускорение развития процесса, что можно сделать в наших условиях изменением технологии через по- . вышение уровня знаний о почве. Поэтому, чтобы сохранить принцип единственного различия, необходимо расчет норм удобрений в опытах проводить конкретно на каждую делянку' в соответствии с вариантом исследований и с учетом агрохимической характеристики почвы, а не в среднем по всему опыту.

Исследования динамических рядов с использованием различных функций показали: I. Каждый изучаемый вариант можно анализировать как независимую совокупность,в результате мы получаем значения показателя и закономерности процесса,которые можно использовать для-сравнительного изучения не только в данном опыте, но и в других опытах, и даже заложенных в.других регионах и временных участках.

2. Деятельность человека способствует повышению эффективного плодородия почвы, о чем свидетельствует положительное значение ускорения изменнения урожайности по всем анализируемым регионам и составляет от 5,7 до 11,7 кг/га-г-г. Наблюдается циклическая

изменчивость урожайности. В самом обобщенном виде найдены циклы, которые имеют длительность от 63 до 220,5 лет с максимальным отклонением урожайности от общей тенденции (рассчитаной по уравнению прямой) в ту или другую сторону от 1,1 до 3,2 ц/га.г. Объективность наличия периодической изменчивости урожайности доказывается тем.что ошибки описания динамических совокупностей с использованием циклических функций уменьшаются по сравнению с ошибками описания уравнением прямой.

3. Изучение динамики изменения урожайности на всех вариантах многолетнего опыта с использованием математических моделей позволяет исследователю определиться в необходимости дальнейшего изучения вариантов в неизменном виде и дает возможность корректировать технологию с учетом конкретных свойств почв и условий участка. При этом дальнейшее исследование вариантов в преобразованном виде возможно в однократной повторности.Полученные на основе изучения ретроспективы закономерности и фактическое изменение динамики урожайности в будущем позволит судить о действии и эффективности нового варианта.

4. Необходимо все длительные опыты исследовать с точки зрения дальнейшего изучения всех вариантов в неизменном виде и сделать соответствующую корректировку с учетом новых направлений в сельскохозяйственной науке. Следует также отметить,что по длительным опытам нужно провести паспортизацию, нельзя допускать закрытия опытов,проводимых более 10 лет,как бы они"методически неправильно" в современном понимании заложены не были. Значимость результатов исследований в многолетних опытах постоянно возрастает. Поэтому многолетние и длительные опыты должны стать надежной базой развития балансовых исследований агроэкосистем, источником для создания моделей современных систем земледелия, важнейшим инструментом фундаментальных теоретических разработок.

2.3. Математические модели потенциального плодородия почвы.

Формирование почвы и ее плодородия в естественных условиях происходило и происходит по определенной закономерности, зависящей от складывающихся природно-климатических условий, материнской по-' роды, рельефа, растительности и других факторов (Докучаев В.В., 1950). Почва как природное тело и, в первую очередь, как биологи-, ческкий объект имеет определение параметры развития, которые могут быть отображены закономерностями представлеными на рис.3.

- По нашему мнению, в естественных условиях почвообразовательный процесс и формирование плодородия почвы с учетом всех условий происходит под действием факторов почвообразования в последовательности постепенного накопления до определенного периода способности этой почвы обеспечивать растения факторами жизни. И как любой биологический объект имеет несколько стадий (рис.3):

1. Стадия развития, когда происходит относительно (поскольку сам.процесс почвообразования очень длительный) быстрое накопление всех свойств плодородия, при этом увеличивается количество органического вещества, под действием развивающегося микробиологического сообщества возрастает содержание доступных элементов питания. Наблюдается положительно увеличивающееся ускорение процесса.

2. Стадия замедления процесса,'когда при продолжающемся положительном накоплении всех свойств идет уменьшение ускорения этого процесса. Этой стадии характерно то, что при достижении ускорения

равному нулю скорость процесса достигает максимального значения и этим обычно заканчивается эта стадия.

3. Стадия затухания (старения). Наблюдается отрицательное ускорение процесса.

•Закономерность, представленная на рисунке 3 описывается математической моделью 2. Сложность отображения представлений о почвообразовательном процессе и формировании плодородия почвы на основе данных статистических и экспериментальных массивов заключается в I

том, что трудно определить все коэффициенты и параметры моделей, поскольку неизвестно на какой стадии мы вмешались в этот естественный процесс, а он является настолько длительным, что возможное- < ти прогнозирования его на основе динамичеких рядов с недостаточным количеством данных является сомнительным. Поэтому для более объективного описания процессов необходимо подвергать обработке массивы размером не мененее 22 лет.

Анализ большого количества экспериментальных и статистических данных позвеляет нам выделить несколько возможных вариантов формирования плодородия почвы:

1. Когда идет расходование естественного плодородия при экстенсивном использовании, характерен для примитивных систем земледелия (подсечно-огневая, лесопольная, залежная, переложная), а также паровой и пропашной без применения удобрений.

2. Процесс простого воспроизводства достигнутого уровня плодородия почвы- это возможно при многопольно-травяной,травопольной, плодосменной и современных системах земледелия. Более интенсивное использование земли обеспечивается полодосменом, а воспроизводство органического вещества и питательных веществ за счет высокго удельного веса многолетних трав, микробиологических процессов и подтягивания питательных веществ из нижних слоев почвы, а также применения удобрений.

3. Процесс расширенного с разным уровнем воспроизводства плодородия почвы - характерен для современных интенсивных систем земледелия с широким применением средств химизации, обоснованного чередования культур, органических удобрений, сидератов и др.Вместе с тем, в настоящее время при недостатке органических и минеральных удобрений, интенсификация использования более глубокого слоя почвы приводит к повышению эффективного плодородия почвы, но несбаланси-

-

рованному потреблению элементов питания, что являтеся причиной деградации почв и снижения потенциального его плодородия, исключая другие негативные воздействия человека на почву и растения. Поэтому рост урожайности не всегда может быть оценкой и характеризовать расширенное воспроизводство потенциального плодородия почвы. В связи с этим, предлагается несколько методов оценки потенциального плодородия почвы:по наличию и тенденции изменения в ней потенциала элементов и условий плодородия почвы: по уровню и тенденции изменения урожайности за длительный период времени.

Исходя из понятия потенциального плодородия количественное его измерение можно произвести с использованием математических моделей, если теоретически предположить,что потенциальное плодородие почвы на данный момент есть сумма продуктивности севооборота или "урожаев культур в будущий промежуток времени, в течение которого они будут давать экономически выгодную урожайность, при возделывании их в этот период экстенсивно. То есть, через сумму урожайности опосредованно можем судить о той сумме элементов и условий плодородия, которые идут на создание этого урожая.

На основе изучения динамики урожайности в многолетних опытах статистических показателей за длительный период в регионах Российской Федерации с применением закономерностей развития почвенных процессов, описанных, выше, были просчитаны потенциальные возможности почв, которые представлены в таблицах I и 2. ,

Без применения удобрений современные технологии• возделывания культур ведут к постепенному истощению потенциального плодородия почвы, поскольку на всех вариантах опыта наблюдается отрицательное ускорение урожайности и составляет -7,6 кг/га из года в год на варианте с низким плодородием, -62,3 кг/га - со средним плодородием и -33,2 кг/га - повышенным плодородием.-Через 293 года на варианте с низком плодородием, 308 лет - со средним плодородием и 336 лет -с повышенным плодородием уровень урожайности будет таков,когда его экономически невыгодно будет получать.-

За весь расчетный период времени получения экономически выгодной урожайности общая продуктивность севооборота достигнет 2,969 ц к.е./га на почве с низким плодородием, 3372 - на почве со средним плодородием и 4178 ц к.е./га на почве с повышенным плодородием. Этот показатель может служить оценкой потенциального плодоро-

дал в натуральных единицах продуктивности (без побочной продукции) возделываемых культур. Достигнутый же уровень урожайности является

Таблица I

Потенциальные возможности почв с разным уровнем плодородия, рассчитанные с использованием трансцендентной функции (модель 2)

Вариант е Уровень урожайности в севообороте , ц к.е./га-год Среднее ускорение, ц к.е./ га*г-г Максимальная урожайность, ц к.в./га Потенциальная продуктивность ц/га Количество лет получения экономически выгодной урожайности

1973 г 1988 г

Почва низкого плодородия, без удобрений 20,87 19,73 -0,076 37,40 2969 293

Почва среднего плодородия, без удобрений 39,67 30,28 -0,623 68,23 3372 308

Почва повышен ного плодоро дия, без удоб рений 39,75 34,74 -0,332 59,57 4178 336

оценкой эффективного плодородия на настоящий момент, а максимальная урожайность - возможного эффективного плодородия при условии простого его воспроизводства.

Аналогичный анализ различных вариантов систем обработки почвы в многолетнем опыте 7 представлен в таблице 2. Данные свидетельствуют о том, что на уровень эффективного плодородия системы обработки почвы оказывают свое действие в меньшей степени, чем удобрения. Так,в зависимости от применяемых систем обработки почвы, уровень продуктивности севооборота в 1988 году колебался от 15,23 ц к.а./га-год до 18,63 ц к.е./га-год, а при внесении навоза он достиг 23,79 ц к.е./га»год.

На потенциальное плодородие глубокие обработки почвы оказывают существенное положительное влияние. Уровень его характеризуется общей продуктивностью от 12100 ц к.е./га до 21590 ц к.е./га и общим периодом возможного использования почвы от 735 до 1264 лет.

Таблица 2

Потенциальные возможности почвы при разных системах ее .обработки без применения удобрений, рассчитанные по трансцендентной функции (модель 2)

Варианты обработки почвы Уровень продуктивности севооборота, . ц к.е./га-год Среднее ускорение, ц к.е./ га-г-г Максимальная урожайность , ц к.е./га Потенциальная продуктивность севооборота, ц к.е/га Количество лет получения экономически выгодной урожайности

1969 г 1988 Г

Обычная 13,45 16,45 0,159 .27,10 7649 449

Сочетание глубокой с фрезерной 13,64 15,23 ' 0,084 25,61 I2I00 735-

Фрезерная минимальная 13,05 17,63 0,244 38,96 6307 356 .

Сочетание обычной с фрезерной 16,28 17,98 0,090 32,72 21590 ч 1097

Обычная -минимальная 14,23 18,08 0,204 28,15 5938 333

Сочетание глубокой с плоскорезной и фрезерной .. .14,31 18,63 0,230 39,43 17737 818 '

Сочетание слойных,глубокой, плоскорезной с фрезерной на фоне навоза 14,14 , 23,79 0,521 38,13 27364 1725

Сочетание слойной,глубокой, плоскорезной с' фрезерной 15,76 17,06 0,065 27,79 , 21349 1264

Потенциальное плодородие при системах обработки почвы на 20 см и мелких оказалось значительно ниже и составило 5938-7649 ц/га,а период возможного использования почвы изменяется от 333 до 44Э лет.

Как показывают данные, внесение навоза в дозе 14 тонн на гектар в год способствует значительному повышению потенциального плодородия почвы» Органические удобрения увеличивают содержание элементов питания и энергетического материала, усиливают микробиологическую деятельность, улучшают агрофизические условия, повышают эффективное плодородие почвы и потенциальные ее возможности.

Данные аналогичных расчетов в целом по Роосийской Федерации на основе урожайности зерновых культур за 43 года показывают, что при существующей системе возделывания этих культур потенциальная продуктивность почвы составляет 4060 ц/га зерна и изменяется от 653 ц/га в Тувинской республике до 12462 ц/га в Краснодарском крае.

Практически,в настоящее время, мы подошли к максимальной возможности использования существующей технологии возделывания зерновых культур, урожайность при которой составляет 16,8 ц/га-год и к 2010 году может достигнуть 18,1 ц/га-год. В отдельные годы урожайность зерновых культур в целом по России может возрастать до 22-23 ц/га. Через 295 лет, то есть к 2283 году при сложившейся тенденции развития сельского хозяйства Российской Федерации истощение почвы может достигнуть пределов, при которых наступит экономическая невыгодность возделывания зерновых культур.Поэтому уже сейчас нужно задуматься над вопросом по дальнейшему совершенствованию технологии возделывания сельскохозяйственных культур и в первую очередь зерновых с тем, чтобы изменить энергетический и питательный дисбаланс почвы,а также направить усилия на интенсификацию использования более глубоких слоев почвы, где как показывают исследования имеются большие резервы. Следует обратить внимание на разработку ресурсов материалов с низким содержанием макроэлементов и других питательных веществ, а также с большими запасами элементов питания, находящихся в них в труднодоступном состоянии.

2.4. Моделирование агрофизического, агрохимического к биологического состояния плодородия почвы

Процессы формирования плодородия почвы и динамика использования его человеком могут быть выражены через возможности почвы обеспечивать возделываемые культуры элементами питания.Перед началом хозяйственной деятельности человека на земле потенциальное плодородие почвы может быть описано следующими уравнениями:

' V«) - ^м^) . ( 5 )

=М<1* Мк*Мсв- < 6 >

где,

сумма того или иного элемента питания растения, которая обеспечивает получение потенциального урожая (Уд ). кг/га;

Мд- количество элемента питания, находящегося в доступной для растений форме,кг/га;

М^- сумма элемента питания, находящегося в минеральной части почвы в недоступном для растений состоянии,кг/га;

Мсв- общее количество элемента питания,находящегося в связанном виде в органическом веществе почвы, кг/га,

В процессе хозяйственной деятельности человека происходят процессы как минерализации органического вещества (Мсв) и перехода в доступное состояние элементов питания из минеральной части почвы (Мк>. так и миграция их из нижележащих слоев и материнской породы, поступление с атмосферными осадками, из воздуха и от деятельности человека. Одновременно происходит отчуждение элементов питания с хозяйственно-полезной для человека органической массой, потери от микробиологических процессов и другое. Тогда балансовое уравнение потенциального плодородия почвы будет иметь следующий вид:

' У<2> - ф (м«>) . < 7 )

- * Мм* МВ ♦ Мч * м0 - Му - Мщ - мэ - Мост ( 8 )

где,(2)

М^ ' - общая сумма элемента питания с учетом всех составляющих баланса, которая обеспечит получение потенциального урожая (у'2'), кг/га;

Мм;мв - поступление элемента питания в почву из материнской

породы и воздуха, соответственно, кг/га; '

. мч:мо ~ поступление питательных веществ с удобрениями, вносимыми человеком и с осадками, соответственно,кг/га; . •

му:ммк ~ в™00 питательных веществ с урожаем и потери от микробиологической деятельности,-соответственно, кг/га; 1

мэ;мост ~ потеРи элементов, питания от действия эрозионных и прочих процессов, кг/га.

. Исходя из уравнения 8 можно отметить следующее:

-при Мч=0; Мэ=0; М0=0; Мост=0, процесс расходования питательных элементов на получение урожая будет происходить в соответствии с уравнениями 5 и 6. , . .

-при Мч»0; Мэ-0; Мост«*0; м0-о возможны следующие варианты изменения плодородия почвы: .'.--.■'.

а) плодородие почвы не изменяется при

Мм + мв + мч * мо " му + Ммк + мэ + мост •

б) плодородие почвы снижается при

, „ ■ мм . ♦ нв + мч + м0 < му + Мцк + мэ + мост; ■

"в) плодородие почвы повышается при

( \

Мм + мв «- мч ♦ м0 > Му + Ммк + мэ + Мост.

Учитывая все случаи (а,б,в) уравнение эффективного плодородия почвы можно записать как производную от потенциального плодородия почвы: . ,

<1 С У<2)] . а {ф [м^2)]} ' уэф(г) = =.— ¡¡г , ( 9 >

Эффективное плодородтие почвы Удф^^ в значительной степени определяется не только наличием элементов питания, находящихся в доступной форме, но и способностью той или иной культуры взять их из почвы, что зависит от агрофизических и агрохимических свойств почвы, микробиологической деятельности; наличия влаги,, тепла, и других внешних условий. • _

Поэтому для составления математической модели плодородия почвы, необходимо количественное изучение всех процессов происходящих в почве, особенно это важно для изучения лимитирущего фактора.

Рассматривается моделирование таких' процессов на примере динамики потребления элементов питания растением.

В настоящее время расчет потребности растений в элементах питания проводится на основе выноса их из почвы урожаем. Однако результаты многолетних исследований (Шатилов И.С., Замараев А.Г., Силин А.Д., Полев H.A., Чаповская Г.В., Шаров А.Ф.,1987) показывают, что вынос не отражает динамики питания растений в процессе их роста. Данные опытов свидетельствуют, что динамика потребления элементов питания находится в определенной зависимости от хода накопления сухой массы.В обобщенном виде уравнение выглядит следующим образом:

где

п п

Р=ЕР. +ЕР-, + Рсп . ( Ю )

1=1 Л1 1 = 1 СТ1 СЦ

Р - потребление питательного вещества растением,кг/га• сут;

РЛ,РСТ,РСЦ - соответственно потребление питательного вещества листовой пластинкой, междоузлием с влагалищем листа,соцветитем, кг/га-сут; 1=1,2,...,п порядковый номер вегетативного органа.

Обобщение экспериментальных данных показывает, что потребление минеральных питательных веществ листьями, стеблями и соцветием (колосом) зерновых культур было специфичным для каждого органа и изменялось по периодам онтогенеза и фазам развития. В процессе потребления органами растения минеральных веществ можно выделить три периода: накопление, реутилизация, и "истекание"(рис.4).

Например, в начале вегетвцрт элемнты питания интенсивно накапливаются в листьях и при достижении определенного количества на чинается отток (реутилизация) питательных веществ в стебли. После достижения максимального содержания минеральных веществ в стеблях происходит отток их и накопление в репродуктивных органах.

Анализ закономерностей динамики минерального питания культур позволяет отметить,что максимальное содержание того или иного элемента питания в растениях не соответствует его содержанию в период полного созревания. Соотношение этих величин часто достигает значительных величин. Так, например, в листьях озимой пшеницы соотношение калия в период максимального его содержания по сравнеию с периодом полного созревания равнялась 32. Это означает, что потребности растения в калии в отдельные периоды времени значительно больше,чем его остается в конечном продукте, тем не менее в настоящее время расчеты потребности в удобрениях проводятся на основе данных содержания питательных веществ в конечном продукте(табл 3).

Рн,кг/га

гн,сутки

Рис.4. Типичные теоретические кривые динамики накопления,реутилизации и "истекания" элементов питания в органах ячменя: I -листья, 2 - стебли, 3 - колос: п - коэффициент корректировки по, внешним условиям.

Таблице 3

Соотношение максимального содержания элементов питания в растениях озимой пшеницы в период вегетации и их содержания в период полного созревания (рШах р ^

Элемент Листья Стебли 1 Колос Растение

питания * в целом

' 1.3 : I 1,2 : I 2:1 : I 1,1 : I ' 1.1 : I

Поэтому разработанные динамические математические модели минерального питания растений позеоляют обоснованно регулировать путем использования технологических приемов сроки и дозы внесения каждого элемента минерального питания, что обеспечивает растения в необходимых количествах питательными веществами по фазам их роста

р2°5 К20

сао

10,3 : I 3,0 : I I : I

10,7 : I 2,5 : I I : I

32,0 : I . 2,0 : I 1:1 : I

ч 5,2 : I 1,3 : I 1.2 : I

6,8 : I 1,6 : I I : I

и развития.

Таким образом, моделирование прцессов агрхимического, биологического и агрофизического состояния плодородия почвы относится к очень сложным системам динамического моделирования и включает в себя с одной стороны разработку балансов, описывающих общее состояние той или иной отдельной части всего процесса формирования и воспроизводства плодородия почвы, а с другой - разработку системы динамических математических моделей, описывающих закономерности развития, накопления, трансформации и расходования каждого из факторов, необходимых для создания урожая возделываемых культур.

2.5.Группировка уровня эффективного плодородия пахотных почв

Результаты анализа урожайности зерновых культур с использованием интегральных кривых показывают,что во всех областях, краях и автономных республиках России (кроме Тувинской республики) урожайность зерновых культур с 1946 по 1988 годы изменяется с положительным ускорением, то есть в целом возрастает.Однако по уровню урожайности и ускорению трудно ответить на вопрос: лучше или хуке работатет в определенные временные промежутки область, край, республика относительно других. При этом необходимо учитывать и особенности каждого региона.

С этой целью может быть использован метод анализа, который учитывает различия в природно-климатических условиях, уровне деятельности человека и другие особенности изучаемых процессов, вариантов, показателей относительно среднего уровня в целом по совокупности или опыту и основывается на применении среднего квадрати-ческого отклонения (стандартного отклонения - о - сигмы), что является основной оценкой отдельного значнеия изучаемого признака в совокупности. Для их ранжирования и группировки в качестве группы используется интервал в 0,5о (половину стандартного отклонения). В этом случае будет 12 групп, входящих в интервал у Зо и 2 группы за пределами интервала. Если какие-то значения попадут в эти две группы, то с вероятностью на 0,99 можно сказать, что эти значения относятся к другой совокупности. Кроме того, каждая группа существенно отличается друг от друга, поскольку 0,5о всегда больше ЗБу -ошибки среднего значения изучаемой совокупности.

Используя этот метод, проанализирована урожайность зерновых кльтур в регионах Российской Федерации за период с 1946 по

1988 года и ее изменение за это время. Данные свидетельствуют, что в 1946 году 17 регионов имели урожайность выше средней и 47 -ниже, а в 1988 году соответственно 16 регионов достигли урожайности выше средней, и 42-ниже,то есть практически закономерности распределения в целом сохранились, с некоторым ухудшением,несмотря на существен. ный рост урожайности по России с 6,12 в•1946 году до 17,12 ц/га в 1988 году. Однако внутри изучаемой совокупности произошли существенные изменения:

-только 18 регионов из 67 к 1988 году по сравнению с 1946 годом остались в той же группе, то есть они работали по производству зерна относительно одинаковыми темпами ;

-улучшили темпы производства зерна (в сравнении со средними значениями) 30 региональных единиц (областей, краев и автономных республик) - ".

■-ухудшили работу по производству зерна семнадцать региональных единиц,

На эти 17 регионов.следует обратить особое внимание,поскольку почти все они относятся к районам Сибири и Урала, а если судить по уровню урожайности в 1946 году, то по своему естественному потенциальному плодородию почвы здесь богаче, чем в Нечерноземной зоне.'

■ Уровень урожайности в Краснодарском крае, Кабардино-Балкарской и Северо-Осетинской автономных республиках- превышает среднюю • урожайность по Российской Федерации на величину превосходящую За (три сигма)- это означает,что данные регионы относятся по всем условиям' к качественно другой совокупности, это необходимо учитывать при распределении материально-технических и финансовых средств.

• Аналогичный анализ исходных данных в многолетнем опыте академика Шатилова И.С. доказывает, что уровень продуктивности севооборота без применения удобрений в начале опыта (в 1974 году) на почве с низким плодородием был значительно меньше(на 4 группы), чем на почве со средним и повышенным плодородием, а на почве с повышенным и средним плодородием он практически одинаков, так как эти два варианта находятся в однойм и той же (восьмой) группе. .

По своему воздействию на Эффективное плодородие почвы система-программированного применения удобрений по сравнению с системой удобрений, рекомендуемой научными учреждениями, имеет существенное положительное влияние. На почве с низким плодородием уровень продуктивности культур за 15 лет снизился на 1,06 ц к,е./га, а на

вариантах с программированием он значительно увеличился, однако эти варианты по своему воздействию на плодородие почвы оказались одинаковыми, так как произошло изменение в сторону улучшения на одну группу на всех этих вариантах. Это свидетельствует о том, что на почве с высоким плодородием для его поддержания необходимо интенсивное вмешательство человека, а на почве с низким плодородием достаточно применения севооборота для достижения относительно одинаковых результатов.

Группировка вариантов систем обработки почвы на разных повторениях, на удобренном и неудобренном фонах в опыте 7 указывает на их значительнее различия в уровне эффективного плодородия и воздействия на него.

Применение удобрений существенно повысило уровень урожайности культур, однако различия в вариантах и повторениях по урожайности и по темпам его изменения сохранились.

По уровню воздействия на эффективное плодородие на неудобренном фоне выгодно отличается вариант фрезерной интенсивной обработки почвы,однако он способствует более интенсивному расходованию потенциального плодородия, что приводит к изменению группы в худшую сторону. Применение удобрений снимает эти отрицательные воздействия и вариант интенсивной фрезерной обработки становится самым лучшим и по уровню урожайности культур и по темпам ее роста. К 1988 году на фоне удобрений по урожайности все варианты обработки почвы (кроме фрезерной интенсивной) выравнялись, а по темпвм ее прироста положительное действие оказала обычная система обработки почвы и фрезерная интенсивная, отрицательное - сочетание глубокой отвальной с фрезерной, ферезерная минимальная и сочетание обычной с фрезерной предпосевной. Остальные обработки находятся на среднем уровне.

Таким образом,становится очивидным, что в составе оценок деятельности коллективов, действия вариантов в опытах должны быть не только уровень показателя изучаемого признака, но и темпы его прироста.

Учитывая то, что урожайность культур является важнейшим показателем храктеризуювшм эффективное плодородие почвы, можно данный анализ рекомендовать как новый элемент нетрадиционной относительной оценки земель по эффективному плодородию во всей система оценочных подходов, которые в настоящее время уже применяются.

Причем для оценки используются тенденции, которые являются абсолютной характеристикой вариантов, регионов и других изучаемых показателей, и получены на базе исследования длительных динамических рядов, что обеспечивет объективность результатов расчетов и их прогнозной силы! .

3. ОЦЕНКА ЗЕМЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИИ* МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЕЕ ЭФФЕКТИВНОГО И ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ПЛОДОРОДИЯ

3.1. Комплексная оценка плодородия почв с использованием уровня аффективного плодородия почвы.

Баллы по свойствам почвы,урожайности и другим показателям могут служить относительной ¿ценкой плодородия почвы, по ним можно определить, какая почва лучше или хуже другой, однако дать оценку, насколько хорошо или плохо мы ее используем невозможно. Для такой оценки могут быть использованы баллы по свойствам почв, как основы в количественной характеристике плодородия почвы, и баллы по урожайности, как результата реализации плодородия почвы. Сопоставление этих- групп баллов на основе математических моделей соответствующего типа позволит дать оценку эффективному плодородию почвы и уровню его реализации. Именно в таком понимании должна вестись оценка эффективного плодородия почвы,так как сама почва со своими свойствами без растения, дающего-человеку продукт для его жизни,не отвечает назначению. Свойства почвы являются лишь потенциальной возможностью проявления и реализации ее плодородия через урожайность культур. ' - • .

Состав характеристик (свойств) почвы для проведения оценки •уровня ее .эффективного плодородия должен определяться учеными-почвоведами, исходя из понимания воздействия этих свойств на формирование урожая возделываемых культур. Для определения баллов по урожайности необходимо использовать длительные динамические фактические ее ряды. Рассчитывается тенденция изменения урожайности культур на основе динамических уравнений, составленных с использованием метода интегральных кривых или других альтернативных методов, ив оценке используется уровень ее на конкретное время (год).

Сопоставление балльных оценок по свойствам почвы и урожайности проводится по разработанной' нами логически-эмпирической математической модели, расчетами по которой определяется доля суммарного (синергического) действия всего комплекса изучаемых факторов,

свойств и их взаимодействия (как основы, характеризующей возможное эфективное плодородие) в отношении к доле по урожайности возделываемых культур (как основы, характеризующей фактическое эффективное плодородие). Эта модель имеет следующий вид:

«кв.

ш

£ С ¿=1

п

зе:

п

(II)

где: акв - обобщенный

(комплексный) показатель (долевая оценка) эффективного плодородия почвы, баллы;

1,2,3,...! - колхозы,совхозы,фермерские и крестьянские хозяйства, поля севооборота,контуры и т.д., участвующие в оценке; а - оценка в баллах по отдельным свойствам почвы; 1,2,3,...3 - свойства почвы;

ш - количество свойств почвы.участвующих в оценке; 0 - оценка в баллах по урожайности отдельных культур; 1,2,3,...к - культуры, участвующие в оценке; п - количество культур, участвующих в оценке.

С использованием приведенной модели на основе фактических данных проведена оценка земель в хозяйствах Жиздренского района Калужской области.

Данные показывают, что в колхозе Тельмана и в совхозе Полю-довский эффективное плодородие реализуется на 89 и более процентов. В совхозе Кореневский и колхозе Авангард реализуемая часть эффективного плодородия составляет менее 50 процентов, то есть в этих хозяйствах еще имеются большие возможности для роста урожая.

Характерной особенностью модели II является то,что в нее можно вводить любое количество оценочных показателей, а также различные коэффициенты корректировки, например, по площади возделывания культур, затратам и другим показателям.

Сопоставление оценок по урожайности и по свойствам почв позволяет определить степень использования эффективного плодородия при условии правильности методических подходов определения баллов свойств почвы, в противном случае требуется их совершенствование.

Как ранее указывалось, что результирующим показателем эффек-

тивного плодородия является'достигнутый уровень урожайности культуры, который может и должен использоваться для расчетов экономических показателей арендных взаимоотношений. Так, количественной " оценкой дифференциальной ренты I может служить превышение уровня урожайности на данный год в каком-либо отдельно взятом регионе, фермерском хозяйстве или другой какой-то хозяйственной единице от среднего уровня в. целом по оцениваемому району или области, а количественной оценкой диференциальной ренты 2 может быть среднее ускорение роста урожайности. Если же происходит падение урожайности, то отрицательное среднее ускорение должно явиться величиной санкций за неудовлетворительное использование земель. Так, например, анализ урожайности зерновых культур по областям, краям, рес-* публикам и в целом по России за 43 года: показывает, что уровень урожайности в Российской Федерации к 1988 году достиг 17,2 ц/га, а в Московской области и Ставропольском крае, соответственно 28,4 и 22,7 ц/га, то есть разница в урожайности ро сравнению со средним республиканским уровнем составляет соответственно 11,2 и 5,5 ц/га, ' что может служить критерием для определения арендной платы за использование земли и это будет количественной оценкой дифференциальной ' ренты I. Кроме того, среднее ускорение/которое составля- , ет в Московской области 56,9 кг/га-год-год и Ставропольском крае 37,4 кг/га «год-год будет количественной оценкой ежегодной дифференциальной ренты 2. Если ускорение .отрицательное(как например, в Тувинской республике,- -6,1 кг/га), то оно должно быть величиной по которой рассчитываются санкции за плохое использование земель.

Результаты анализа динамических рядов с применением математических моделей дают объективную информацию для оценки эффективного плодородия почвы и позволяют использовать ее в практических целях повышения эффективности пахотных земель, улучшения экономических взаимоотношений землепользователей.

Относительная оценка эффективного плодородия почвы по соотношению результатов деятельности производственных единиц и возможностей по свойствам почвы может явиться важным инструментом кол-личественного подхода.нахождения узких мест в системе ведения земледелия и разработки новых'методов их ликвидации. Определение тенденций хозяйственной'работы по длительным фактическим динамическим рядам позволяет рассчитывать уровни дифференциальных рент I и 2 и применять эти показатели в определении арендной платы за землю и

налогов,а также давать оценку направленности воздействия на плодородие почвы каждым конкретным землепользователе».

3.2. Оцкнка плодородия земель по ее потенциальной продуктивности

Имеется несколько подходов для определения цены земель. По нашему мнению, эти подходы не учитывают потенциальных возможностей как самой почвы,так и динамики научно-технического прогесса в производстве продукции' селькохозяйственных культур на этих землях.

Анализ экспериментальных данных длительных опытов по различным севооборотам и монокультурам позволил подойти к определению цены почвы через потенциальные возможности ее с учетом достигнутого уровня научно-технического прогресса на основе использования математического моделирования и новых методов разработки динамических уравнений.

Сущность математических моделей для оценки почв состоит в том, что на основе достигнутого уровня урожайности определяется возможный потенциальный объем сбора биологического урожая с данной почвы на перспективу без применения факторов интенсификации. Этот сбор выражается в натуральных единицах продуктивности возделываемых культур, или оценивается в денежных знаках через реальные цены единицы основной и побочной продукции.

Зная общий характер изменения урожайности в условиях экстенсивного использования земли в конкретных регионах, математическую модель оценки потенциальной продуктивности пашни можно записать в следующем виде:

суа * Уп>3 СКотг • У„>3

—-- —-2— . ( 12 )

К к

с - цз Е уз - цп Е уп - < 13 >

где: - возможный потенциальный сбор урожая биологической на-

земной массы, ц/га;

У3;УП - достигнутый уровень урожайности основной и побочной продукции, соответственно, ц/га;

киу:коп ~ коэффициенты, учитывающие закономерности изменения урожайности и соотношение основной и побочной продукции;

С - стоимость единицы площади пашни, руб/га;

из;Цп - цена единицы основьой и побочной продукции, руб/ц;

£ У3;г: Уп - потенциальный сбор основной и побочной продукции,, с единицы оцениваемой площади земли, соответственно, руб/га.

в

Для определения потенциальной продуктивности пашни, может быть использована модель 2. В опыте академика И.С.Шатилова* стоимость земли по биологической массе продукции, которую можно получить с этих участков, будет составлять от 90,3 тыс. руб. на низком плодородии и до 127 тыс: рублей, на почве с повышенным плодородием (цены 1991 года). ^

Оценка плодородия почвы в зависимости от системы обработки почвы показывает, что на потенциальное плодородие и поэтому ее стоимость существенное влияние оказывают глубокие обработки почвы, что видимо связано с вовлечением в оборот более глубокого пахотно- . го слоя. Так, глубокие обработки почвы по сравнению с минимальными и обычной интенсивной системами по потенциальным возможностям за период получения экономически выгодной урожайности превышают"их в 1,5 - 3,6 раза, тогда как уровень урожайности по этим вариантам колеблется в пределах 20 процентов.

Применение органических удобрений способствует повышению эффективного плодородия почвы.Уровень продуктивности севооборота при . внесении навоза, по сравнению с вариантами без него, возрастает на .30-60 процентов. Потенциальное плодородие на варианте с' навозом увеличивается на 28% по сравнению с аналогичным вариантом обработки без удобрений и в 3,6 раза по сравнению с обычной обработкой без удобрений.Таким образом, потенциальные возможности земель можно значительно увеличить путем применения глубоких обработок и удобрений, однако по' этим вопросам требуется проведение крупных исследовательских работ.

Оценка земель в краях, областях и автономных республиках Российской Федерации за период с 1946 по 1988 года по урожайности зерновых культур показывает,что стоимость одного гектара пашни по регионам значительно колеблется - от 1,6 тыс,рублей в Тувинской АССР до 305,4 тыс. рублей в Краснодарском крае и; составляет 23,5 тыс. рублей в среднем по Российской Федерации.-' . -

Представленная методика оценки пашни позволяет проводить ее по любой сельскохозяйственной культуре\и на этой основе определять зоны преимущественного их возделывания. .

рассмотренные : методы оценки земель и плодородия почв по их потенциальным возможностям могут быть использованы при трансформации или передаче земель из сельскохозяйственного использования в-другие отрасли республики, а также в расчетах при передаче и прода-

же земель в частную или коллективную собственность.

Предлагаемая методика, как альтернативный вариант имеющимся уже методам,требует,по нашему мнению,дальнейшего совершенствования и исследования, а также творческого подхода при ее использовании.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Результаты анализа источников литературы по вопросам моделирования плодородия почвы и ее оценки указывают на возможность применения математических методов исследований для описания комплекса основных процессов, протекающих в почве, что обеспечит надежную количественную основу для их управления, формирования программируемой урожайности сельскохозяйственных культур и определения потенциальных возможностей земель.

Существующие методы качественной оценки (бонитировки) и экономической оценки земель не имеют единого подхода их проведения и требуют дальнейшего научного обоснования и разработки.

2. Учитывая необходимость в разработке единых подходов к изучению проблемы почвенного плодородия и методов его оценки.опираясь на имеющийся уровень знаний о почве, отражающий действительность, плодородие почвы можно определить следующими понятиями:

а) эффективное плодородие почвы - это ее способность на основе процессов накоплениярасходования и превращения веществ и анергии, происходящих при сложившихся условиях в почве во взаимодействии с растениями! я обмена этими веществами и энергией в звене "почва-растение", в определенной степени контролируемых и направляемых антропогенными воздействиями, обеспечивать почвенными факторами жизни возделываемые культуры.урожай которых используется человеком для удовлетворения своих потребностей;

б) потенциальное плодородие почвы - это ее способность.характеризующаяся интегральным показателем возможностей земель, обеспечивать возделываемые растения элементами питания для получения максимального количества урожая (желательно ежегодно экономически выгодного) за длительный промежуток времени, рассчитываемого на основе уровня хозяйствования человека на земле и закономерностей расходования плодородия на урожай сельскохозяйственных культур.

3. Урожайность сельскохозяйственных культур является комплексным результирующим показателем, характеризупщш эффективное пло-

дородие почвы ва конкретное время, н в динамике ее ежегодных фактических значения обобщенно может быть выделено три главных составляющих:

а) уровень ее■ который получен к началу анализируемого периода (временного ряда),является характеристикой (оценкой) естественного, при экстенсивном использовании пашни,или суммарно естественного и антропогенного (если уже имеется воздействие человека) плодородия в период до начала изучаемого временного рада фактических данных;

б) достигнутый уровень ее на любое конкретное время дает оценку плодородию почвы, которое складавется из естественного и плодородия, созданного (или потерянного, что зависит от направленности деятельности) воздействиями человека;

в) ежегодные отклонения ее от достигнутого уровня являются оценкой действия внешних и других условий и факторов иа плодородие почвы в конкретное время.

Для расчета и проведения объективной оценки и определения составляющих эффективного плодородия почвы по урожайности культуры необходимо иметь динамический ряд ежегодных данных не менее чем ва 22 года. ^ . ' ' ,

4. В описании и оценке общего действия (определении тенденции) изучаемого признака, фактора, варианта опыта и т.д., при достаточной представительности выборки,возможно применение динамических уравнений (математических моделей) любого типа о использованием метода интегральных кривых для их разработки.

- 5. Анализ урожайности зерновых культур по всем зернопроизво-дяцям областям,краям и автономным республикам Российской Федерации за период с 1946 по 1988 года с использованием динамическое модели магистральной прямой функции показал:

-ускорение изменения урожайности колеблется от -6,1 кг/га-год-год в Тувинской АССР до +68,9 кг/га-год «год в Краснодарском вдае и .+74,4 кг/га.год-год в Кабардино-Балкарской АССР, что указывает на необходимость дифференцированного подхода в планировании урожайности и в целом производства зерна; -уровень плодородия почвы за 43 года по,- Российской Федерации от антропогенной деятельности увеличился на 11,3 ц/га, или с 5,9 ц/га в 1945 году до 17,2 Ц/га в 1988 году; . •

-уровень урожайности зерновых культур,с учетом тенденций развития

процесса за анализируемые годы, к 1995 году может достигнуть 19,0 ц/га с вероятными (на 7ОХ) колебаниями от 16,8 до 21,2 ц/га. В отдельные годы этого периода возыхны колебания урожайности от 13,2 до 23,7 ц/га.

6. При анализе экспериментальных данных урожайности и другах показателей длительных опытов и исследований, в достаточной мере характеризующих динамику процесса, для расчета начальных условий и основных параметров различных функций (математических моделей) рекомендуется применять метод интегральных кривых. Использование динамических функций в анализе экспериментальных данных позволяет найти общие закономерности действия изучаемых вариантов,определить начальные условия а на их основе рассчитывать прогноз дальнейшего развития процесса,а также исключить в период подготовки к закладке того или иного опыта уравнительные посевы, при наличии достаточно длительной истории экспериментальных участков проводить в однократной повторности исследования, что существенно уменьшает их трудоемкость.

7. Длительные опыты -основная надежная база развития балансовых исследований а1роэкосистем, источник дальнейшего совершенствования и разработки моделей современных научно обоснованных систем земледелия. Поэтому является необходимым проведение обязательной паспортизации всех длительных опытов, исследования в которых проводятся 10 и более лет, с тем чтобы предотвратить их необоснованное закрытие. Опыты, с длительностью более 22 лет ведения в них исследований, требуют обязательной государственной регистрации и бюджетного финансирования для поддержания высокого уровня исследовательского процесса.

8. Динамику формирования эффективного плодородия почвы в условиях естественного почвообразовательного процесса можно подразделить на три стадии:

1) развития, когда происходит относительно быстрое накопление всех факторов плодородия с увеличением количества органического вещества,доступных элементов питания в почве и ускорения процессов почвообразования;

2) замедления, когда при продолжаицемся положительном накоплении всех свойств,идет уменьшение ускорения этого процесса.Характерным признаком этой стадии является то, что при достижении ускорения равному нулю скорость процесса достигает максимального сво-

его значения;

3) затухания (старения) происходит, когда процессы накопления органического вещества преобладает над процессами его разложения и трансформации в гумус.

9. При антропогенном вмешательстве в- естественный процесс почвообразования использование плодородия может происходить тремя самостоятельными путями:

-экстенсивно - с расходованием элементов, сдергай и условия плодородия; *

-простым воспоизводствои - с воспроизводством элементов, энергии и условий плодородия, потребляемых на создание урожая;

-расширенным воспроизводством - с увеличивающимся возобновлением элементов, энергии и условий плодородия, превыпапцим потребление их на создание урожая.

10. Разработку и создание моделей потенциального плодородия почв необходимо проводить одновременно в направлении:

а) исследования процессов формирования различных величин урожая сельскохозяйственных культур;

б) исследования и разработки моделей процессов формирования и накопления энергии, факторов и условий плодородия самой почвы.

Моделирование процессов, происходящих в почве с нахождением закономерностей их развития, сопоставление с ними процессов роста и развития растений и формирования урожая,позволяет объективно подойти к оценке потенциала почв и системе производственной деятельности человека. '

11.Исследования и результаты расчетов по потреблению элементов питания растениями с использованием математических моделей показывают, что динамика поступления питательных веществ находится в тесной зависимости от хода накопления сухой массы и значительно отличается от выноса элементов питания конечным продуктом сельскохозяйственных культур - урожаем. Потребление минеральных веществ специфично для каждого органа растения, изменяется в онтогенезе, по фазам развития и выделено три его периода: накопления, реутилизации и "истекания". Все это требует программированного обеспечения растений доступными формами элементов питания.

. 12. Разработан и предложен метод группировки отдельных единиц изучаемой совокупности на •основе достигнутого уровня изучаемого показателя и темпов его прироста с использованием закономерностей

вероятностного распределения, который позволяет дать относительную оценку каждой отдельной единице в совокупности и обобщенно проследить изменение ее в динамической процессе.

Анализ урожайности зерновых культур областей, краев и автономных республик РСФСР за 1946-1988 гг.с использованием этой группировки показал, что при сохранении общей закономерности распределения регионов по эффективности работы произошла дифференциация их внутри совокупности. Только 18 региональных единиц сохранили относительно одинаковые темпы по производству зерна, 32 области, края, автономных республик улучшили работу и 17 регионов снизили относительные темпы по росту урожайности. На последние следует обратить особое внимание, поскольку все они относятся к районам Сибири и Урала, где почвы по уровню потенциального плодородия богаче, чем в Нечерноземной зоне.

13. В оценке эффективного плодородия необходимо использовать как баллы бонитета почв, характеризующие их качество как основу,

( способную обеспечивать растение необходимыми факторами жизни, так и баллы по урожайности, являющиеся характеристикой результативности реализации эффективного плодородия. Предложенная математическая модель для оценки эффективного плодородия почвы позволяет использовать практически любые характеристики свойств почвы и баллы урожайности, его качества различных культур, дать объективную оценку эффективности деятельности человека на оцениваемых землях.

14. В арендных взаимоотношениях количественной оценкой дифференциальной ренты I предлагается, использовать превышение уровня урожайности на конкретный год в отдельно взятой региональной единице в районе над средним уровнем урожайности в целом по исследуемому району, а количественной оценкой дифференциальной ренты 2 -среднее ускорение роста урожайности. Отрицательное ускорение -должно служить показателем для определния санкций за неудовлетворительное использование земли.

15. Землю как основное средство в агропромышленном производстве следует оценивать по ее потенциальному плодородию, ее "богатству". Сущность такой оценки состоит в определении возможного потенциального объема сбора биологического урожая с конкретной почвы, рассчитываемого на основе закономерностей изменения урожайности во времени при условии экстенсивного использования земель.

16. Применение удобрений оказывает существенное положительное

- 42 -

! ■ ■ ' влияние на уровень эффективного плодородия почвы и потенциальные возможности земель. Глубокие обработки, вовлекая в оборот жизнедеятельности растений нижележащие слои, существенно увеличивают Потенциальные возможности почв.° Так, , в условиях опыта 7 глубокие обработки почвы по сравнению с обычной системой и минимальными обработками способствовали увеличению ее потенциальных возможностей в 1,5-3,6 раза.

17. Данные потенциальной продуктивности и оценки земель в областях, краях и автономных республиках Российской Федерации, полученные с применением расчета на основе динамических математических моделей, указывают на значительные колебания потенциальных Возможностей почв в различных регионах. Это требует дифференцированного подхода к распределению капитальных вложения в сельское хозяйство и отчуждению земель в другие отрасли/

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ

1. Для объективного анализа, планирования и прогноэжровашм производственных показателей работа и развития агропромышленного производства в областях, краях, автономных республиках, аренд»« коллективах,фермерских .коллективных и других хозяйствах необходимо использовать метод обработки данных динамических рядов и факторна зависимостей с использованием различных функций, построении иа основе интегральных кривых. Корректность обработки данных зависит от анализируемого динамического ряда, величина которого должна быть не менее 22 лет даюшж.

Рекомендуется использовать метод интегральных кривых для анализа и обработки дашамиЧескйх рядсв, факторных зависимостей экспериментальных данных по вариантам длительных полевых опытов в научно-исследовательских учреждениях.

Объективность оценки изучаемых показателей, вариантов, факторов и т.д. возрастает при определении. места каждого отдельного значения показателя во всей совокупности, что позволяет сделать метод группировки, основанный на закономерностях вероятностного -распределения достигнутого уровня показателя, варианта, значения фактора во всей совокупности с учетом ускорения развития процесса.

2. Оценку эффективного плодородия почвы следует проводить по • соотношению баллов, рассчитанных по ее свойствам, климатическим и

другим показателям, и баллов,рассчитанных по урожайности и его качественным показателям сельскохозяйственных культур. Это позволяет определить уровень и направленность использования плодородия почвы.

3. При трансформации земель из отрасли сельского хозяйства в другие, а также при передаче и продаже в частное или коллективное владение, оценку земель необходимо проводить по потенциальному плодородию, учитывающему закономерности почвообразовательного процесса,формирования плодородия почвы и использования его человеком.

4. Актуальность и обоснованность предложенных положений подтверждаются практическими результатами, полученными при использовании рассмотренных методов в Челябинской, Воронежской, Волгоградской, Оренбургской областях. Ставропольском крае, Варненсхом районе Челябинской области, в совхозе Кореневский Кнздренского района Калужской области. Так,анализ данных производственной деятельности в Челябинской области позволил рассчитать несколько альтернативных вариантов дальнейшего развития сельского хозяйства области с учетом повышения плодородия почвы и улучшения социальной сферы в деревне. Результаты использованы при разработке систем ведения сельского хозяйства и систем земледелия в Челябинской области на период до 1995 года. Общая эффективность от применения в сельском хо-зяйсве области, рекомендуемых диссертантом методов и предложений, составит около семисот миллионов рублей в ценах 1991 года. Аналогичная работа проведена в Варненском районе Челябинской области.

Проработка показателей производственной деятельности совхоза Кореневский Хиздренского района Калужской области позволила объективно подойти к планированию развития совхоза до 1995 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Васильев И.П., Верещак М.В., Полев H.A.Распределение удоений в обрабатываемом слое почеы и их эффективность при вспашке и езвровании.//Сб.научн.тр. "Биология, земледелие и растениеводство". - М..ТСХА,1977,вып. 34. - С. 70-74.

2. Доспехов Б.А.. Васильев И.П., Полев H.A. Изменение агрофизических свойств дерново-подзолистой почвы под действием различных по интенсивности систем ее обработки.//Известия ТСХА, 197В,вып.2.-С. 51-59.

3. Васильев И.П., Чаймусов В.Н., Полев H.A. Двйствие фразирования на качество обработки почвы,посава и продуктивность растений. //Сб. научн. тр. "Биологические основы повышения урожайности сельскохозяйственных к>„"ьтур". - М..ТСХА, 1978. - С. 44-47.

4. Васильев И.П.,Потев Н.А.Сбр>Сотка почвы под черновые культуры в Нечерноземной зоне. - М. Pi соальхозиздат, Г-'вГ). - 47 с.

5. Васильев И.П., Полев H.A. О некоторых показателях качества обработки почвы.//Земледелие, 1984, * 8. - С. 19-21.

6. Корчагин В.А., Петров Н.Г., Чуданов И.А., Пблев H.A. Системы обработки почвы в условиях интенсивного земледелия. //Сб. научн. тр.. М...1984. - 175 с. >

7. Васильев И.П. Полев H.A. Крошение почвы при ^обработке и урожайность зерновых культур. //Сб. научн. тр. "Системы обработки почвы в условиях интенсивного земледелия" - М., 1984.- С. 48-57.

8. Шатилов И.С.. Седых Ю.В., Мартынов Б.П., Полев H.A. и др. Методические рекомендации по интенсивной технологии возделывания озимых культур. - М., 1985. - 28 с.

9. Шатилов И.С., Седых Ю.В., Мартынов Б.П. Полев H.A. и др. Интенсивная технология возделывания озимых культур (рекомендации). - М., Россельхозиздат, 1985. - 18 с.

10. Шатилов И.С., Мартынов Б.П., Демин Ю.И. Полев H.A. и др. Методические рекомендации по интенсивной технологии возделывания яровой пшеницы. - М.. 1985. - 31 с.

11. Шатилов И.С., Столяров И.И., Гитник А.П., Полев Н.А.И др. Методические указания по расчету климатически обеспеченного действительно возможного урожая с конкретного поля при разработке систем земледелия колхозов и совхозов. - М., 1985. - 33 с.

12. Василенко И.И..Шкурпела И.Д., Веденеева М.Л. Полев H.A. и др.Интенсивные технологии возделывания озимых культур в Поволжье (методические указания). - Саратов, 1986. - 32 с. * . ■.

13. Шатилов и.С., Замараев А.Г., Силин А.Д., Полев H.A. .и др. Математические модели видимого фотосинтеза и дыхания озимой пшеницы в полевых условиях.//Известия ТСХА, 1987 вып.1.- С. 14-22.

14. Силин А.Д., Полев H.A. Математические методы определения приоритетности научно-исследовательских работ. ВНИИГЭИагро, РЖ Экономика и организация сеьскохозяйственного производства, 1987,

* 2, с.54, * 468 ВС-86 дел. - 29 с.

15. Силин А.Д. .Полев H.A. Оценка деятельности научно-исследо-'" вательских учреждений с использованием математического аппарата. ВНИИГЭИагро. РЖ Экономика и организация сельскохозяйственного производства. * 2. с.54, * 467 ВС-86 доп.- 28 с.

16. Мартынов Б.П., Шатилов И.О.. Семин A.C.. Полев H.A. и др. Агрономическая тетрадь для механизаторов. Возделывание зерновых культур и рапса по интенсивным технологиям. М.. Россельхозиздат. 1987.- 232 с.

17. Шатилов И.С., Силин А.Д., Замараев А.Г.. Полев H.A. и Др. Математические модели процессов фотосинтетической деятельности и минерального питания ярового ячменя. //Вестник с.-х. науки, 1987,

* 4.- С. 42-49. « •

18. Шатилов И.С..Замараев А.Г..Чаповская Г.В..Полев H.A.и др. Модель влагооборота в севооборотах интенсивного типа при программировании урожая на дерново-подзолистой почве Центрального Нечерноземья, //итоги научных исследований и внедрения методов программирования урожайности. - М.. 1987. - С. 44-48.

19. Силин А.Д., Полев H.A. Оценка деятельности научно-исследовательских учреждений.//Вестник с.-х. науки;1987,* 5.- С.. 42-49.

20. Шатилов И.С., Замараев А.Г., Силин А.Д., Полев H.A. и др. Математическая модель фотосинтетической деятельности посева озимой пшеницы. //Известия ТСХА, 1987, в.2..- С. 31-39. .

21. Шатилов И.С., Замараев А.Г., Силин А.Д. Полев H.A. и др. Математические модели минерального питания озимой пшеницы.//Известия ТСХА. 1987, b.3. - С. 3-10. • ■

22. Шатилов И.С., Замараев А.Г., Силин А.Д.: Полев H.A., и др.

Математические модели фотосинтетической деятельности и минерального питания клевера лугового.//Известия ТСХА, 1987, в.5,- С. 10-15.

23. Силин А,Д., Полев H.A. Математические методы определения приоритетности научно-исследовательских работ. //Вестник с.-х. науки, 1987, * 9. - C.I04-II6.

24. Гребенкин А.К.,Григорьев HUИ..Седельников Г.А.,Полев H.A. и др. Методические рекомендации по оценке состояния плодородия полей. - М.,1987. - 57 с.

25. Силин А.Д.. Кононов В.М., Михайлов И.С., Полев H.A. и др. Способ приготовления корма.-Авторское свидетельство на изобретение » I554176 от I декабря 1989 г.

26. Семыкина Г.В., Гребенкин А.К., Григорьев Е.И.. Полев H.A.и др. Методические рекомендации по оценке состояния плодородия полей. - М.,1988, в.2. - 95 с.

27. Мартинов Б.П., Шатилов И.С., Семин A.C., Полев H.A. и др. Агрономическая тетрадь для механизаторов. Возделывание зерновых культур и рапса по интенсивным технологиям. М., Росагропромиздат, 1988, - 256 с.

28. Шатилов И.С., Замараев А.Г., Чаповская Г.В., Полев H.A. и др. Программируем и получаем 70-80 ц/га зерна. М., Росагропромиздат, 1989. - (Плакат).

29. Шатилов U.C., Силин А.Д., Шаров А.Ф., Полев H.A. Значение фотосинтетической продуктивности и оттока пластических веществ из разных органов для формирования урожая озимой пшэницы. //Известия ТСХА 1989 в.2. - С. 17-27.

*30. Шатилов И.С..Силин" А.Д., Полев H.A. Состояние,и перспективы повышения плодородия почв в Центрально-Черноземном экономическом районе РСФСР. //Повышение эффективности земледелия и агропромышленного производства Белгородской области.- М., росагропромиздат, 1990. - С. 33-44.

31. Каштанов А.Н., Шатилов И.С., Кирюшин В.И., Полев H.A. и др. Системы земледелия в засушливых районах.//Обеспечение устойчивого сельскохозяйственного производства и борьба с засухой.- М., Агропромиздат. 1988. - с. 71-115.

32. Разработать модели прогнозирования динамики продуктивности и валового производства сельскохозяйственной продукции регионе. //Отчет Центра научного приборостроения ВРО ВАСХНИЛ. - M.. 1990. -35 с.

33. Шатилов И.С., Силин А.Д.. Замараев А.Г., Полев H.A. Динамическая модель процессов воспроизводства гумуса почвы для Центральных районов Нечерноземной зоны РСФСР.//Отчет о научно-исследовательской работе Центра научного приборостроения Россельхозакаде-мии. - M., 1990. - 158 с.

34. Нечаев В.Н., Полев H.A. Разработка концептуальных имитационных моделей плодородия почвы и адаптация моделей по гумусо-образованию в районах Нечерноземья РСФСР.//Отчет Аграрного института ВАСХНИЛ.- М..1991,разделы 5-7.- 103 с.

Объем 23Л п л

Заказ 226

Тираж 100

Типография Московской с х академии им К А Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул, 44