Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы планирования и программирования урожаев сельскохозяйственных культур. Учебное пособие
.pdf
• Операции. Это единица технологии строящаяся на основе
шаблона, связывающего атрибутивные и процедурные знания.
• Технологии. Выходная информация, строящаяся на наборе
операций.
На основе представленного разделения знаний не составляет труда
связать воедино базу данных, содержащую количественную
информацию и базу знаний, содержащую операции возделывания и
технологии с помощью базы метаданных, содержащую шаблоны
описания агротехнологических операций.
Использование шаблонов, позволяет отойти от стандартных
методов работы с базами данных (БД), когда структура базы и
алгоритмы принятия решений жестко заложены в программу и при
возникновении необходимости изменения последних, приходится
переписывать саму программу. Так же появляется возможность
манипулирования самой структурой БД, добавлять поля данных, если
их нет в базе, а для генерации технологии они необходимы. Это
достигается за счет того, что шаблон является промежуточным звеном
между технологической операцией и БД. При формировании
технологической операции использование шаблона позволяет в
диалоговом режиме ввести все необходимые данные. Избыточность БД
на конечную операцию не влияет, а недостаточность данных вызывает
необходимость добавления новых полей данных и заполнение их.
Таким образом, кратко рассмотренная методология и новая версия
создаваемого соответствующего программного обеспечения позволяет
конструировать компьютерную систему выработки и поддержки
решений путем использования накопленных в агрономии и смежных с
ней наук декларативных и процедурных знаний. Использование
компьютерного варианта синтезирования научно-обоснованных
агротехнологий позволит также эффективно довести их до конечного
потребителя занятого непосредственно в производстве с учетом
объективно сложившихся природных параметров и экономических
интересов в данном хозяйстве.
131
ГЛАВА VIII. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И
ПРОГРАММИРОВАНИЕ УРОЖАЙНОСТИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В ТОЧНОМ
ЗЕМЛЕДЕЛИИ
Программируемая урожайность – уровень продуктивности
культуры, который планируется получить на конкретном поле в
соответствии с технологическими картами и основными
агротехническими мероприятиями.
Планируемая урожайность характеризует продуктивность
растений, под которую планируются все агротехнические мероприятия.
Следовательно, программируемая урожайность – категория
хозяйственно-экономическая, и методика ее определения должна
строиться с учетом хозяйственной стороны дела.
Задача программирования урожаев состоит в том, чтобы с учетом
складывающихся погодных условий и материально-технических
ресурсов хозяйства сформировать посевы, которые при минимальных
затратах труда и средств обеспечивали бы наивысшую продуктивность.
На рисунке 2 приведены основные принципы программирования
урожая.
Рисунок 2 – Основные принципы программирования урожая
Физиологические принципы программирования урожаев
предусматривают формирование посевов с оптимальными показателями
132
площади листьев, чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ),
фотосинтетического потенциала (ФП) и продуктивности
ассимилирующей поверхности, обеспечивающих получение заданного
урожая. Каждому его уровню присущи свои фитометрические
показатели, которые заблаговременно закладываются в программу. На
их основе составляются графики формирования площади листьев и
фотосинтетического потенциала, в течение периода вегетации
контролируют их нарастание и принимают оптимальные решения по
регулированию с помощью факторов, непосредственно влияющих на
рост и развитие ассимилирующих органов, динамику накопления ФП.
Биологические принципы связаны с оптимизацией водного,
воздушного, теплового и пищевого режимов почв, с созданием
автоматизированных систем регулируемого земледелия, с управлением
факторами среды обитания растений и реализацией потенциальной
продуктивности современных сортов сельскохозяйственных культур.
Агрохимические принципы предусматривают обоснование
экономически оправданных доз удобрений для посевов заданной
продуктивности с учетом агрохимических показателей почв, выноса
питательных веществ урожаем, коэффициентов использования
элементов питания из почвы и удобрений, получения продукции
высокого качества при одновременном повышении плодородия почв, а
также применение листовой и тканевой диагностики для контроля над
питанием растений в агрофитоценозах.
Агрофизические принципы предусматривают оптимизацию
физических и физико-химических свойств почв (плотность, удельное
сопротивление, пористость, влагоемкость, водопроницаемость,
теплоемкость и др.)
Агрометеорологические принципы – это правильное
использование климатических показателей для обоснования
продуктивности посевов, прогнозирования условий вегетационного
периода, полегания растений, а также появления вредителей и болезней.
Агротехнические принципы заключаются в разработке и
внедрении оптимальных технологий (сетевых графиков) возделывания
культуры, обеспечивающих своевременное и высококачественное
проведение всего комплекса работ с учетом биологических
особенностей сорта. При этом необходимо учитывать нормы высева,
133
густоту стояния растений, сроки и способы посева, режимы орошения
или осушения, т. е. факторы, придающие агрофитоценозу характер
регулируемого и управляемого объекта.
К настоящему времени разработано множество математико-
статистических моделей для прогнозирования урожая зерновых,
кормовых и других культур в зависимости от основных факторов –
показателей плодородия почвы, норм удобрений и орошения, приемов
обработки почвы и ухода за посевами, климатических факторов,
характера распределения осадков по периодам вегетации и т. д. Хотя
для этих функций характерны определенные ограничения (нельзя выйти
за пределы той информации, которая заложена в исходной
статистической выборке), они еще имеют широкое применение на
практике.
Программирование урожая – это составление научно
обоснованных технологических рекомендаций, обеспечивающих
максимальный выход сельскохозяйственной продукции высокого
качества. Как направление в агрономической науке оно объединяет
достижения растениеводства, земледелия, агрохимии, почвоведения,
физиологии растений, защиты растений, сельскохозяйственного
машиностроения, физики, кибернетики, экономики сельского хозяйства
и других сфер, предполагает развитие интегрированного системного
подхода к оценке роли и значимости различных факторов среды и их
взаимодействия в процессе формирования урожая.
Закладка полевых опытов по программированию урожая,
позволяет выявить влияние регулируемых факторов на получаемую
продукцию. Работу по программированию урожая проводят на
специальных полигонах, экологических площадках, с использованием
фитотронов, лизиметров, средств вычислительной техники и др.
Первый этап программирования урожая – установление для
определенной почвенно-климатической зоны лимитирующего
комплекса факторов и обоснование величины возможного урожая на
основе его моделирования.
Второй этап – обоснование комплекса агротехнических
мероприятий. При этом выбирается конкретный количественный
критерий эффективности производства (максимально возможная
134
урожайность, максимальный выход или минимальные затраты для
получения заданной урожайности).
Третий этап – обеспечение оперативных наблюдений за ходом
формирования урожая и внесение необходимых уточнений в систему
запланированных агротехнических мероприятий в соответствии со
складывающейся агрометеорологической обстановкой. Благодаря
оборудованию комбайнов бортовыми компьютерами учета урожая с
привязкой к карте появилась возможность программирования урожая в
производственных условиях (исходя из потенциальной урожайности,
рассчитанной на полигонах, и конкретных условий – бонитета почвы,
основных среднемноголетних климатических показателей и др.).
Разрабатываются модели множественной линейной регрессии
зависимости урожайности от условий производства.
В России информатизация и компьютеризация земледелия и
растениеводства на региональном уровне происходили в несколько
этапов.
Информационные технологии для точного земледелия
предусматривают математическое моделирование продукционного
процесса, использование в агромониторинге агрофизических методов,
проведение системного анализа полученных моделей и создание
информационно-справочных систем по оптимизации землепользования,
применению ГИС-технологий при проектировании адаптивноландшафтных систем земледелия, разработке сельскохозяйственных баз
данных.
Развитые информационно-управляющие системы (ИУС, IMS –
Information Management Systems) являются обязательным атрибутом
технологий точного земледелия. ИУС интегрирует все средства
получения информации и управления в единую систему,
обеспечивающую поддержку управленческих решений.
Информационные технологии в земледелии используются:
– для программирования урожаев, основанного на учете обобщенных
почвенно-климатических показателей;
– для разработки динамических имитационных моделей.
В таблице 14 представлены уровни применения информационных
технологий в земледелии.
135
Учесть все факторы, влияющие на формирование урожая в
Уровень
технологии
Точное земледелие
Программирование
урожаев
Первый
Традиционные
технологии
Традиционные
технологии
Второй
Использование
компьютеров и программ
для экономических
расчетов и информации
от внешних источников
Использование
обобщенных почвенно-
климатических
показателей,
дифференцирование
агротехнологий
Третий
Использование моделей
и информации как из
внешних источников, так
и получаемой
непосредственно в
хозяйстве
Использование
динамических моделей
полевых условиях, очень трудно, а порой и невозможно. Выходной
параметр такой функции – урожайность, обобщающая действие всех
факторов; это произведение числа растений на единице площади на
продуктивность одного растения. Максимальная урожайность
достигается при оптимальном сочетании этих показателей. Таким
образом, все сводится к выбору оптимальной величины и конфигурации
площади питания для разных с.-х. культур с учетом зон их
возделывания.
Таблица 14 – Уровни применения информационных технологий в
земледелии
Используя предложенный коэффициент равномерности
распределения (отношение среднего фактического расстояния между
семенами к оптимальному при идеальном размещении), пришли к
выводу, что для рядовых посевов урожайность есть функция
коэффициента равномерности и нормы высева, причем последняя
характеризует абсолютную площадь питания, а коэффициент
равномерности – ее конфигурацию. Очевидно, для конкретных условий
наивысшая урожайность получается при максимальном коэффициенте
равномерности и оптимальной норме высева семян. В этом случае
можно найти разумные пределы коэффициента равномерности (< 1),
136
чтобы, не снижая существенно урожайности, излишне не усложнять
технологию посева и конструкцию сеялки.
При малых междурядьях с увеличением интервала между
семенами на 1 см урожайность сначала растет, потом снижается, а при
ширине междурядий свыше 14 см (20,4 и 23 см) – сразу начинает
уменьшаться, сначала постепенно, а затем – более резко. Такая же
закономерность наблюдается и при малых интервалах (1, 2 и 3 см) с
увеличением ширины междурядий, а при больших интервалах – сразу
снижается, причем при ширине междурядья выше 7,6 см – более резко.
При изменении конфигурации одной и той же площади питания
урожайность снижается при очень большом расхождении длины и
ширины (1,8 × 14 и 1,1 × 23 см). Наибольшее значение урожайности
достигается при коэффициенте равномерности 0,77 и в дальнейшем не
увеличивается. Одного и того же уровня урожайности можно достичь в
достаточно широком диапазоне норм высева и площадей питания
растений.
Система приемов для нахождения оптимального решения с
помощью определения последствий отдельного решения и организации
оптимальной стратегии для дальнейших решений – это вид
математического программирования, которое называется
динамическим.
Процессы принятия решений, которые базируются на таком
принципе, принято называть многошаговыми. Оптимизационная задача
в рамках математического знания строится посредством
последовательно связанных друг с другом соотношений. Так,
определенный результат по отношению к одному году используется в
уравнении для года предыдущего или следующего. Это позволяет
определить с помощью ЭВМ результаты решения задачи для любого
конкретного момента. Динамическое программирование используется
для решения задач, не только связанных со временем, но и статических,
которые также могут быть многошаговыми, например, в области
распределения ресурсов.
Характерной особенностью динамического программирования
является пошаговое исследование переменных. Создается такая
вычислительная схема, когда предпочтительнее большое количество
задач с малым числом переменных, а не одна задача с множеством
137
переменных. В результате процесс вычисления представляется не таким
объемным. Но следует отметить, что для этого необходимо соблюдение
двух условий:
– оптимальные решения отдельных шагов создают общее
оптимальное решение;
– будущие результаты не предполагают использования
предыстории того положения системы, при котором принимается
решение.
Такие условия производны от принципа оптимальности Беллмана.
На этом принципе базируется теория динамического
программирования, а также главный метод определения правил
доминирования, последний, в свою очередь, подразумевает
осуществление сравнения примеров будущего развития на каждом
этапе, при этом бесперспективные варианты сразу же исключаются.
Метод может быть использован для двух видов задач:
– планирование деятельности экономического объекта в
соответствии с изменением во времени потребности в выпускаемой
продукции;
– поиск наиболее приемлемого способа распределения ресурсов
между различными направлениями во времени. Например, задача
оптимального распределения ежегодного урожая зерна на продукцию и
семена с целью получения большего количества товарного хлеба.
В мировой практике давно разработаны различные
многофакторные модели урожая, основанные на математических
формулах. Они позволяют рассчитать нарастание биомассы с учетом
динамики использования воды, тепла и многие другие факторы. Модель
должна быть адекватной, учитывающей только основные регулируемые
и прогнозируемые факторы, влияющие на урожай.
Производство сельхозпродукции на основе законченной модели
системы дистанционного мониторинга (СДМ), обеспечивающей
информацией для принятия оптимальных управленческих решений,
требует практического решения следующих типовых задач:
– мониторинг состояния и планирования использования земель;
– слежение за процессами развития негативных почвенных
процессов;
138
– определение территорий оптимального ведения
сельскохозяйственного производства на основе данных о почвах,
климате, рельефе и др.;
– контроль проведения технологических операций;
– мониторинг фитосанитарной и карантинной обстановки;
– точное определение площадей пашни, пастбищ и сенокосов;
– ведение и контроль севооборотов и др.
Существуют разные подходы к организации производственных
процессов, рассчитанной на программируемую урожайность культур.
8.1. Организация производственных процессов, нацеленная на
получение программируемой урожайности
Организация производственных процессов, имеющая целью
получение программируемой урожайности культур, предусматривает
проведение следующих этапов.
1. Внутрихозяйственное проектирование землеустройства.
2. Проектирование севооборотов и полевой инфраструктуры.
3. Планирование урожайности сельскохозяйственных культур.
4. Проектирование технологий возделывания полевых культур.
5. Проектирование систем обработки почвы в системе
севооборота.
6. Проектирование систем удобрения сельскохозяйственных
культур.
7. Проектирование систем защиты растений.
8. Проектирование адаптивно-ландшафтной системы земледелия
(АЛСЗ) для земель различных агроэкологических групп.
9. Проектирование технологий возделывания полевых культур с
использованием ГИС-технологий.
10. Техническое обеспечение проектируемых технологий.
11. Определение экономической эффективности проектируемого
производства сельскохозяйственных культур.
12. Прогнозирование изменения регулируемых факторов на
экономическую эффективность производства сельскохозяйственных
культур.
Каждый раздел включает собственные элементы инновационных
исследований.
139
1. Внутрихозяйственное проектирование землеустройства:
– анализ производственной деятельности сельскохозяйственного
предприятия;
– обоснование специализации производства, соотношения и
структуры сельскохозяйственных угодий;
– определение организационно-производственной структуры
хозяйства.
2. Проектирование севооборотов и полевой инфраструктуры:
– оптимизация структуры пашни и севооборотов;
– проектирование полей севооборотов и производственных
участков с учетом их длительности;
– паспортизация полевых и производственных участков.
3. Планирование урожайности сельскохозяйственных культур:
– расчет потенциальной урожайности;
– определение КПД фотосинтеза;
– расчет климатически обеспеченной урожайности;
– расчет действительно возможной урожайности;
– выбор уровня планируемой урожайности.
4. Проектирование технологий возделывания полевых культур:
– выбор агротехнологий;
– выбор сорта;
– расчет потребности в элементах питания на планируемую
урожайность;
– формирование оптимальной плотности продуктивного
стеблестоя;
– управление развитием элементов продуктивности полевых
культур;
– сроки и способы уборки урожая.
5. Проектирование систем обработки почвы в севообороте:
– оптимизация плотности почвы и структурного состояния;
– регулирование водного баланса почв;
– предотвращение эрозии и дефляции почвы;
– регулирование режима органического вещества и биогенных
элементов;
– регулирование фитосанитарных условий;
– энергосбережение и экономичность.
140
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]