Оптимизация комплекса технологических факторов выращивания сельскохозяйственных культур при орошении

• Автор: Головатый, Валентин Григорьевич
• Шифр специальности: 06.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 277 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
РАБОТЫ
Глава 1 ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАЩИВАНИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
1.1 Анализ проблемы управления комплексом
факторов жизни растений
1.2 Анализ основных тенденций совершенствования
технологий выращивания сельскохозяйственных культур
1.3 Алгоритмы планирования агрокомплекса
1.4 Имитационные динамические модели роста
и развития сельскохозяйственных растений
Глава 2 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Метод математического планирования
эксперимента
2.2 Метод «ридж-анализа»
2.3 Определение пластических и химических веществ
в растении
2.4 Определение агрохимических и водно-физических
свойств почв
2.5 Постановка вегетационных опытов
2.6 Проведение полевых экспериментов
Глава 3 ОПТИМИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ
(ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ВЕГЕТАЦИОННЫХ ОПЫТОВ)
3.1 Влияние температуры воздуха, влажности почвы и удобрений на линейный рост листьев ежи сборной
и содержание в них пластических веществ
3.2 Влияние влажности почвы на продуктивность
яровой пшеницы
3.3 Влияние засоления, водного и пищевого режимов
на продуктивность и качественный состав галофитов
Глава 4 ОПТИМИЗАЦИЯ ФАКТОРОВ ПРОДУКТИВНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ПРИ ОРОШЕНИИ
(ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛЕВЫХ ОПЫТОВ)
4.1 Влияние влажности почвы, густоты растений и доз
удобрений на урожайность зелёной массы кукурузы
и содержание в ней протеина

4.2 Влияние минеральных элементов и густоты растений
на зерновую продуктивность кукурузы
4.3 Изучение продуктивности и переваримости
ежи сборной
4.4 Оценка эффективности технологических операций
ГЛАВА 5 ИНФОРМАЦИОННО-СОВЕТУЮЩИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЫРАЩИВАНИЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
5.1 Автоматизированная разработка контрольно-технологических карт возделывания сельскохозяйственных культур
5.2 Управление формированием урожая с использованием динамических моделей сельскохозяйственных культур
и контрольно-технологических карт
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Проблема эффективного управления технологиями выращивания сельскохозяйственных культур путем создания оптимальных условий для получения гарантированного урожая при рациональном использовании ресурсов в последние годы становится все более актуальной.
В первую «зеленую революцию» (60...70-е годы XX века) были созданы новые высокопродуктивные сорта сельскохозяйственных культур и разработаны интенсивные технологии их выращивания, включающие орошение, применение высоких доз минеральных удобрений и различных ядохимикатов. Однако, наряду с увеличением объемов продукции растениеводства, интенсивные технологии способствовали развитию негативных процессов в ландшафтах, таких как вторичное засоление почв, загрязнение открытых водных систем и грунтовых вод биогенными веществами и пестицидами, снижение видового разнообразия растений и животных и др., что привело к ухудшению общей экологической ситуации.
В последние годы активно развиваются информационные технологии управления процессами выращивания урожая, базирующиеся на использовании оптимальных параметров факторов, влияющих на продуктивность сельскохозяйственных культур. Исследование таких сложных биологических процессов, в ходе которых участвуют и взаимодействуют многие факторы, весьма трудоемкая задача, поэтому существенное значение приобретает методологическое обеспечение планирования и постановки экспериментов по изучению влияния факторов внешней среды на рост и развитие растений с целью определения их оптимальных значений и сочетаний.
Изучение взаимодействия и взаимного влияния большого числа управляемых технологических и неуправляемых экологических факторов, определяющих как продуктивность, так и качественный состав биомассы растений и хозяйственно полезных органов, возможно лишь при постановке многофакторного эксперимента, адекватной методической основой которого может служить математическая теория планированного эксперимента. Однако методологическая основа постановки и проведения вегетационных и полевых опытов с использованием метода математического планирования эксперимента разработана недостаточно.
В этой связи актуальной является разработка теоретических основ и методологии постановки экспериментов по определению оптимальных значений (и сочетаний) факторов, влияющих продуктивность, и создание интегрированной

Использование метода «ридж-анализа» для поиска максимума линейного роста листьев растения и координат-факторов его определяющих, покажем на примере данных вегетационного опыта, в котором исследовалось влияние температуры воздуха, влажности почвы и доз удобрений на линейный рост ежи сборной.
Модель этой зависимости имеет вид:
У,= 5.36 + 1.36Х, + 1,67Х2 + 0.22Х3 - 0.22Х,2 + 0.63Х22 + 0.38Х32 +
(2.4)
+ 0.39ХгХ2 - 0.19ХГХ3 + 0.26ХГХ3
где У, - линейный рост листа ежи сборной, мм/час (для удобства расчетов показатели ауксанографа увеличены в 4 раза); Хт - температура воздуха, Х2 -влажность почвы, Х3 - уровень удобрений в относительных единицах (кодировку факторов см. в табл. 3.2,
глава 3).
Для более детального исследования поверхности отклика модели представляет интерес не только глобальный (в пределах радиуса опыта) экстремум, но и локальные экстремумы, находящиеся внутри опыта. С этой целью граничный радиус опыта (яг) уменьшается на некоторую величину (3, т.е. новый радиус будет и,, = я, - (3. Затем вся процедура вычислений повторяется для нового радиуса Ит1. Постепенно, уменьшая радиусы опыта, определяем для каждого из радиусов локальные экстремумы и их координаты, приближаясь со стороны максимума экстремума функции к центру опыта. Аналогичные вычисления локальных экстремумов и их координат проводятся для случая минимума экстремума функции. Результаты подобных вычислений для модели
2.4 приведены в таблице 2.3.
Таблица 2
Результаты «ридж-анализа» модели 2
Значение радиусов опыта Рост листьев, мм/час (УО Значение факторов (о.е.)*
Температура воздуха (X,) Влажность почвы (X:) Дозы удобрений (Х3)
мах И = 2.00 12.16 0.71 1.84 0
И = 1.75 11.01 0.65 1.60 0