Методы, модели и алгоритмы прогнозирования и управления состоянием агроэкосистем

• Автор: Тезик, Константин Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 252 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Структурнофункциональное описание системы земледелия, ее основные свойства и особенности
1.2. Почварастение как единая экосистема и необходимость управления ее внутренним состоянием содержанием гумуса с целью достижения запланированной урожайности культур
1.3. Анализ методов математического моделирования агроэкосистем в целях рационального управления их
состоянием

1.4. Постановка задач исследования.

Выводы
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО И ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ АГРОЭКОСИСТЕМЫ.
2.1. Разработка методики математического моделирования агроэкосистем для рационального управления их со
стоянием
2.2. Основные характеристики полевых опытов для исследуемой агроэкосистемы
2.3. Разработка баз данных мониторинга агроэкосистемы .
2.4. Структурнофункциональный анализ агроэкосистемы и определение критериев оптимизации для управления ее
состоянием
Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АГРОЭКО
ЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
3.1. Обработка данных погодных условий, влияющих на урожайность культур.
3.2. Планирование эксперимента при разработке математических моделей урожайности культур и плодородия
3.3. Разработка математических моделей урожайности культур и плодородия почвы
3.4. Оценка адекватности математических моделей урожайности культур и плодородия почвы
3.5. Разработка математических моделей рентабельности производства сельскохозяйственных культур
3.6. Разработка имитационной модели агроэкологической системы
3.7. Структура системы поддержки принятия решений
для управления состоянием агроэкосистемы.
Выводы
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
СИСТЕМЫ И УСЛОВИЙ СОХРАНЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ
4.1. Управление состоянием агроэкосистемы с целыо достижения стабилизации гумуса в почве
4.2 Конкретизация постановок оптимизационных задач
управления состоянием агроэкосистемы.
4.3. Исследование урожайности и рентабельности сельскохозяйственных культур в условиях стабилизации
гумуса
4.4 Анализ результатов исследования биопродуктивности и
экономической эффективности системы
Выводы.
5. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ АГРОЭКОСИСТЕМЫ
5.1 Управление состоянием агроэкосистемы, обеспечивающее ее максимальную экономическую эффективность.
5.2 Управление состоянием агроэкосистемы, обеспечиваю
щее экологическую чистоту сельскохозяйственной продукции и охрану окружающей среды.
5.3 Повышение качества управления состоянием агроэкосистемы на основании использования математического аппарата теории игр.
5.4 Оперативное управление состоянием агроэкосистемы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Выше приведенные рассуждения доказывают необходимость управления содержанием гу муса в почве с помощью внесения удобрений в целях достижения запланированной урожайности культур. Отмеченные в данном параграфе взаимосвязи между элементами единой экосистемы почварастение представлены на рис. Рис. Почва и растение, как единая экосистема. В данной диссертационной работе проводятся исследования проблемы рационального управления состоянием агроэкосистем с целью сохранения гумуса, достижения устойчивой урожайности культур и достаточно высокой экономической эффективности использования ресурса удобрений. Используемые при этом традиционные методы принятия решений, основанные на практическом опыте, интуиции и несложных расчетах обнаруживают свою ограниченность. Они недостаточно полно учитывают взаимодействие факторов сельскохозяйственного производства, что приводит к недобору запланированного урожая, повышению себестоимости продукции, снижению плодородия почвы и загрязнению окружающей среды. Поэтому для принятия правильных решений, обеспечивающих качественное управление состоянием агроэкосистем, необходимо опираться на научно обоснованную методологию, базирующеюся на использовании достаточно адекватных математических моделей. Они должны полно и объективно учитывать взаимодействия между элементами системы и внешней среды. Балансовый метод основан на учете использования растениями питательных веществ из почвы и удобрений. В настоящее время он имеет много вариантов. Наиболее распространенной является методика, предложенная И. С. Шатиловым и М. К. Каюмовым, представлена в монографии 6. И, 1Л
где Д доза минерального удобрения, кгга д. В вынос элемента питания программируемым урожаем, кгга д. Ку коэффициент использования питательного элемента из удобрения,. ВПКпДо. Ко коэффициент использования питательного элемента из органического удобрения. В выражениях 1. В ПрУ ДС а 1 Сп, 1. С помощью данной методики показано, что для получения урожая ячменя 3,9 тга на среднеобеспеченных питательными веществами почвах необходимо внести кг д. Балансовый метод также находит применение в задачах прогнозирования плодородия почвы. В работе 1 представлено уравнение для расчета баланса гумуса по углероду Сгум. ГУМ 1,4 Срум, 1. КИЫост коэффициент использования азота корневых и пожнивных остатков. По данной математической модели в работах , проведены расчеты баланса гумуса в конкретных севооборотах. По результатам прогнозов приняты рациональные решения по управлению внесением органических удобрений. Теоретические основы балансового метода и его применение для расчета удобрений в целях достижения запланированной урожайности культур и сохранения плодородия почвы представлены в работах ,,,,4,5,7. Балансовый метод может быть использован для сопоставления территорий по благоприятности плодородия почвы. Однако его точность недостаточна для принятия решений в условиях конкретного производства. Это объясняется тем, что входящие в балансовые уравнения коэффициенты усвоения питательных веществ из почвы и удобрений и содержание элементов питания в растениях сильно изменяются в зависимости от тех же факторов, от которых изменяется и величина самого урожая. Вторым направлением математического моделирования агроэкосистем с целью рационального управления их состоянием является разработка регрессионных функций по статистическим данным полевых опытов. Эмпирикостатистические производственные функции отражают зависимости показателей эффективности урожайность, качество продукции, плодородие почвы от удобрений, погодных условий и других факторов земледелия. По этим моделям выполняют прогнозирование или оптимизацию, что позволяет принимать рациональные или оптимальные решения по управлению состоянием агроэкосистем. Как правило, для их формального описания используют параболу или по казательную функцию. Рассмотрим несколько примеров математикостатистических моделей для различных показателей эффективности агрономических, экономических, экологических. В монографии представлена производственная функция зависимости урожайности ячменя от минеральных удобрений.