Программирование урожая - составление научно обоснованных технол. рекомендаций, обеспечивающих макс, выход с.-х. продукции высокого качества. П. у. - направление в агрономич. науке, объединяющее достижения раст-ва, земледелия, агрохимии, почвоведения, физиологии р-ний, защиты р-ний, с.-х. машиностроения, физики, кибернетики, экономики с. эс-ва и др. П. у. предполагает развитие интегрир. системного подхода к оценке роли и значимости разл. факторов среды и их взаимодействия в процессе формирования урожая. Работу по П. у. проводят на спец. полигонах, экологич. площадках, с использованием фитотронов, лизиметров, средств вычислит, техники и др. Первый этап П. у. - установление для определ. почвенно-климатич. зоны лимитирующего комплекса факторов и обоснование возможного урожая на основе его моделирования. Второй этап - разработка комплекса соотв. агротехнич, мероприятий. При этом выбирается конкретный количеств, критерий эффективности произ-ва (макс, возможная урожайность, макс. доход или миним. затраты для получения заданной урожайности). Третий этап -обеспечение оперативных наблюдений за ходом формирования урожая и внесение необходимых уточнений в систему за планированных агротехнич. мероприятий в соответствии со складывающейся агрометеорол, обстановкой. В связи с началом серийных поставок быстродействующих ЭВМ появилась возможность П. у. в производств, условиях (исходя из действительно возможной урожайности, рассчитанной на полигонах, и конкретных производств, условий - бонитета почвы, осн. среднемноголетних климатич. показателей и др.). Разрабатываются модели множественной линейной регрессии зависимости урожайности от условий произ-ва. П. у. по моделям осуществляется с помощью ЭВМ.

Методы прогнозирования и программирования урожая

Прогнозирование и программирование урожая на основе балансовых моделей

Прогнозирование и программирование урожайности зерновых культур по структурной формуле урожая. Основные элементы структуры урожая, из которых складывается его величина, - количество растений на 1 м 2 при уборке, продуктивная кустистость, число колосков в колосе, число зерен в колоске, число зерен в колосе, масса 1000 зерен. Они составляют биологическую основу урожайности.

Исходя из указанных биологических элементов М.С. Савицким (1973) предложено определять величину урожая по структурной формуле (5.1)

где У - урожай зерна, ц/га; P - среднее количество растений на 1 м 2 при уборке; К - продуктивная кустистость; 3 - среднее число зерен в колосе; А - масса 1000 зерен в граммах. В более сокращенном виде указанную формулу можно записать соотношением (5.2)

где С - густота продуктивных растений (стеблей), на 1 м 2 ; В - средняя продуктивность одного растения (стебля).

Еще в довоенные годы М.С. Савицкий получал на опытном поле бывш. Всесоюзной сельскохозяйственной выставки 97,1- 99,8 ц/га озимой пшеницы при плане 100 ц/га.

Структурная формула урожайности как в полном, так и в упрощенном виде наглядно показывает, как складывается любая величина урожая, позволяет определять виды на урожай в поле на корню и оценивать эффективность различных агротехнических приемов. Эта формула дает возможность установить оптимальную густоту стояния растений и продуктивных стеблей, а также оптимальную массу зерна с одного растения (колоса или метелки), обеспечивающих максимальный урожай, возможный в определённых конкретных условиях среды. Так, по структурной формуле на основании многолетних данных было установлено, что в Белоруссии оптимальная густота продуктивного стеблестоя зерновых при уборке урожая составляет 500-600 колосьев на 1 м 2 в зависимости от культуры, сорта, плодородия и типа почвы. При средней массе 0,5 г зерна в колосе это может обеспечить 25-30 ц/га.

Элементы структуры урожая являются в известной степени отображением комплекса условий внешней среды, который может быть учтен количественно через элементы структурной формулы урожайности и урожай в целом. Знание закономерностей формирования урожая зерновых культур в поле на корню позволяет прогнозировать его величину. Однако этот метод не обеспечивает точный расчет необходимых элементов питания, влаги и других факторов среды для получения запланированных урожаев.

Проведенный анализ структуры урожая за ряд лет позволил установить, что наиболее устойчивыми показателями его структуры являются полевая всхожесть, продуктивная кустистость, масса 1000 зерен и выход зерна из общей массы урожая. Средними по устойчивости показателями урожая являются число колосков в колосе, число зерен в колосе, процент перезимовавших растений (для озимых культур). Наименее устойчивыми показателями являются урожай зерна, количество растений и продуктивных стеблей на 1 м 2 при уборке урожая и процент сохранившихся к уборке растений.

Балансовый метод программирования урожайности позволяет учитывать комплексное влияние на растение основных факторов жизни. Характеристика этих факторов, их роль в формировании урожая сформулированы И.С. Шатиловым (1973) в виде 10 научных принципов программирования урожайности.

Первый принцип состоит в определении величины урожая по приходу фотосинтетической активной радиации и определении коэффициента использования ФАР посевами. В практической работе необходимо стремиться к увеличению этого коэффициента за счет подбора культур, повышения уровня агротехники, внедрения новых высокопродуктивных сортов и постоянного совершенствования технологии возделывания сельскохозяйственных культур.

Второй принцип основан на определении величины урожая по тепловым ресурсам. Для этих целей проводится определение гидротермического или биоклиматического показателей продуктивности. Определение возможного урожая биомассы по величине этих показателей имеет практическое значение при подборе культур и сортов в севооборотах в целях наиболее полного использования вегетационного периода, максимальной аккумуляции солнечной энергии и получения максимальных сборов продукции, особенно в южных зонах страны. При этом часто в каждом конкретном случае приходится решать: возделывать два скороспелых сорта или один позднеспелый, более продуктивный, с целью наиболее полного использования вегетационного периода. В зонах с коротким вегетационным периодом преимущество имеют скороспелые высокопродуктивные сорта.

Третий принцип программирования урожайности заключается в необходимости учета водного баланса растений и определении возможной величины урожая по влагообеспеченности посевов. Сведения о запасе влаги в метровом слое почвы и сумме осадков за вегетационный период можно получить на ближайшей метеорологической станции или из справочных материалов. Следует учитывать, что величина урожая определяется не только общей суммой выпавших осадков, но и характером их распределения в течение вегетационного периода. Необходимо добиваться увеличения эффективности использования растениями запасов почвенной влаги и атмосферных осадков путем повышения влагоемкости почвы, улучшения ее физических свойств, уменьшения поверхностного стока, правильного применения органических и минеральных удобрений.

Четвертый принцип заключается в определении величины урожая по фотосинтетическому потенциалу. Величина биологического урожая зависит от размера фотосинтезирующей поверхности и степени преобладания интенсивности фотосинтеза над дыханием. Чем больше эта разница, тем продуктивнее работает фотосинтезирующий листовой аппарат, тем выше будет показатель чистой продуктивности фотосинтеза.

Сумма ежедневных показателей площади листьев в посеве за весь вегетационный период (или определенную его часть) называется фотосинтетическим потенциалом растений (ФП) и измеряется в м 2 · сут/га. Фотосинтетический потенциал - обобщающий показатель, включающий в себя биологические особенности культуры и сорта, действие агротехнических приемов (срок и способ посева, норма высева, удобрение и т.д.), а также влияние почвенных и погодных условий.

Установлено, что каждая тысяча единиц фотосинтетического потенциала обеспечивает получение 2,5-3 кг зерна. Следовательно, задача заключается в том, чтобы сформировать посевы, фотосинтетический потенциал которых обеспечил бы запланированный уровень урожайности. Для этого необходимо прежде всего выдержать заданную густоту стояния растений, обеспечивающую оптимальную структуру посева.

Пятый принцип состоит в выявлении потенциальных возможностей культуры и сорта. Необходимо учитывать, что различные сорта по-разному реагируют на нормы высева, дозы и соотношения основных элементов питания, вносимых с удобрениями и т.д. Данные о потенциальных возможностях сортов и их реакции на условия выращивания можно получить в научно-исследовательских учреждениях и Государственной комиссии по сортоиспытанию или, если в этом имеется необходимость, провести специальные опыты для уточнения этого показателя.

Шестой принцип заключается в определении возможного урожая по эффективному плодородию почвы и разработке системы удобрений на основе учета запаса питательных веществ почвы, других ее агрохимических показателей, коэффициентов использования питательных веществ из почвы и удобрений и потребности растений в питательных веществах, обеспечивающие получение запрограммированного урожая и его качества. Уровень урожайности, достигаемый за счет эффективного плодородия, устанавливается в полевых опытах.

Балансовый способ расчета норм удобрений наиболее широко применяется в практике программирования урожаев. Однако в связи с тем, что коэффициенты использования питательных веществ из почвы и удобрений значительно изменяются, их необходимо уточнять для каждой культуры с учетом почвенно-климатических условий выращивания.

Седьмой принцип программирования урожайности заключается в разработке комплекса агротехнических мероприятий и сортовой агротехники исходя из требований культуры, сорта. Комплекс агротехнических мероприятий должен обеспечить наилучшие условия для роста, развития растений и формирования урожая. Технологические приемы и операции должны быть взаимосвязаны, проводиться своевременно и высококачественно. В связи с тем что новые сорта могут иметь иной ход поступления питательных веществ, более экономно расходовать влагу и т.д., необходимо разрабатывать сортовую агротехнику.

Восьмой принцип состоит в том, чтобы обеспечить выращивание здоровых растений, исключить отрицательное влияние вредителей и болезней на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур. Этот принцип тесно связан с предыдущим и предполагает, что в каждой зоне для каждой культуры и поля должны быть разработаны конкретные мероприятия по борьбе с болезнями и вредителями полевых культур. Только на фоне применения повышенных норм удобрений реализуется потенциальная продуктивность большинства современных сортов растений, а эффективность удобрений, их оплата урожаем намного возрастают при надежной защите посевов от вредителей и болезней.

Девятый принцип программирования урожайности состоит в необходимости правильного применения основных законов научного земледелия и растениеводства: 1) равнозначности и незаменимости факторов жизни растений, т.е. нельзя каждый необходимый для растений фактор (тепло, вода, свет, пища и др.) заменить другим; 2) лимитирующего фактора - уровень урожайности определяется фактором, находящимся в минимуме; 3) оптимума - только оптимальное соотношение между влагой, питательными веществами и т.д. обеспечивает наилучшее развитие растений; 4) возврата - необходимости внесения в почву элементов почвенного питания в количестве, отчужденном с урожаем; 5) плодосмена - правильного чередования культур в пространстве и во времени, обеспечивающего при прочих равных условиях более высокие урожаи, чем при монокультуре; 6) физиологических часов - реакция растений на продолжительность и интенсивность освещения, что позволяет правильно подойти к подбору культур для пожнивных и поукосных посевов; 7) регуляторной системы - растения непрерывно получают информацию из внешней среды, перерабатывают ее и на основе этого усиливают или замедляют процессы, происходящие в организме. Правильное использование этого закона помогает экспериментатору подбирать культуры и разрабатывать технологии их выращивания, обеспечивающие получение заданной урожайности в конкретных условиях.

Десятый принцип требует наличия соответствующих экспериментальных данных, широкого использования математического аппарата и ЭВМ, что позволяет наиболее точно определить оптимальный вариант комплекса мероприятий, обеспечивающего получение запрограммированного урожая.

Балансовый метод программирования урожая основывается на применении более простых физико-статистических моделей продукционного процесса. При этом процедура программирования сводится к определению уровня урожая, расчету доз удобрений, разработке технологических карт и т.д. В основных расчетных формулах используются обобщенные во времени и пространстве почвенно-климатические показатели. Этот метод получил наибольшее развитие в работах MCXA, ЛСХИ, АФИ, Башкирского СХИ, Татарского НИИСХ, УкрНИИОЗа и ряда других учебных и научно-исследовательских отраслевых и зональных учреждений и находит пока наиболее широкое применение в практике программирования урожаев.

Основные балансовые уравнения, применяемые в этих расчетах, приведены выше при рассмотрении типов моделей (см. главу 4).

Метод, разработанный в Белорусском НИИ почвоведения и агрохимии (БелНИИ ПА), позволяет прогнозировать возможную величину урожая (У) с учетом эффективного плодородия почвы по комплексным показателям - баллу бонитета почвы (Б п) и цены балла пашни (Ц б) по уравнению (5.3)

где П уд - прибавка урожая от удобрений, %.

Цена балла пашни для зерновых культур равна в среднем 37 кг зерна, для картофеля - 281 кг, для льна: волокно - 11,4 кг, семена - 9,1 кг. Этот показатель - величина непостоянная и меняется в зависимости от почвенной разности, агрохимических свойств почвы (табл. 5.1).

Для учета агрохимических свойств почвы применяются поправочные коэффициенты к цене балла пашни. Произведение показателя балла пашни на цену балла дает уровень урожая, который может быть получен за счет эффективного плодородия почвы без применения удобрений на фоне высокого уровня агротехники.

5.1. Цена балла пашни для зерновых культур в зависимости от типа почвы, кг (по Кулаковской, 1978)

Определение прибавки урожая за счет удобрений в производственных условиях ведется исходя из того, что оплата 1 кг NPK урожаем зерна в среднем равна 5,1 кг; картофеля - 31 кг; льна-долгунца: волокно -1,5 кг, семена -1,2 кг; 1 т органики окупается 33 кг зерна, 90 кг картофеля. В таблице 5.2 приведены показатели окупаемости 1 кг NPK прибавкой урожая для основных зерновых культур на различных почвах.

5.2. Оплата 1 кг NPK минеральных удобрений прибавкой урожая зерна на различных почвах, кг (по Кулаковской, 1978)

Между показателем балла пашни и долей урожая, получаемого за счет удобрений, существует определенная зависимость: чем выше эффективное плодородие почвы, тем ниже доля урожая, получаемая за счет удобрений. Так, при балле 30 доля урожая, получаемая за счет удобрений, составляет 70-75%, а при 45 и более 60 - соответственно 55% и 35- 40%.

В качестве примера приводится расчет возможного урожая ячменя по эффективному плодородию почвы. Исходные данные:

почва суглинистая, рН=5,7; содержание подвижного фосфора- 15,5 мг/100 г почвы; обменного калия - 14,5 мг/100г почвы; гумуса - 1,7%; балл пашни равен 45. По данным БелНИИПА для этой почвы цена балла равна 39 кг зерна, поправочный к ней коэффициент - 0,94. Следовательно, уровень урожайности, обеспечиваемый эффективным плодородием почвы, равен: 45 (39 · 0,94) =1649,7 кг.

Балл пашни 45 позволяет получить эа счет удобрений долю урожая, равную 55%. Прогнозируемый урожай, определяемый по уравнению (5.4), составит:

На этот уровень урожая (36-37 ц/га) следует вести расчет удобрений и разрабатывать агротехнику.

Метод нашел широкое применение при программировании урожаев в Белоруссии. Средние отклонения фактической урожайности культур от расчетной величины составляют 10- 20%. При неблагоприятных условиях погоды они, естественно, возрастают.

В БелНИИПА под руководством Т.Н. Кулаковской (1984, 1990) разработана интегральная модель оптимальных свойств дерново-подзолистых средне- и легкосуглинистых почв, эффективное плодородие которых дает возможность получать 45- 60 ц/га зерна, или 65-75 ц/га корм. ед. Модель позволяет прогнозировать изменение во времени исходного состояния свойств почв под воздействием факторов интенсификации. На ее основе возможно плановое управление процессами расширенного воспроизводства плодородия почв.

Оптимальные значения основных ее параметров характеризуются следующими показателями: мощность пахотного горизонта - 25-30 см; содержание доступных форм макроэлементов (в мг/100 г почвы) - азота (NO 3 + NH 4) - 3- 4,5; фосфатов -25 - 30 (по Кирсанову); обменного калия - 20- 25; магния - 10- 12; содержание микроэлементов (в мг/кг почвы): меди - 3-4, кобальта - 0,8-1,2, молибдена -0,1- 0,4, бора - 0,5-0,6, цинка - 6-7; реакция почвенного раствора - рН КС1 -6,0-6,5, рН н20 -6,5-7,0, подвижный алюминий отсутствует, гидролитическая кислотность - 1,5-2 мэкв/ 100 г почвы, сумма поглощенных оснований - 8-12 мэкв/100 г почвы, степень насыщенности основаниями почвенного поглощающего комплекса - 80- 90%; объемная масса - 1,1- 1,2 г/см 3 ; порозность общая - 50- 55%, воздухоемкость - 25-30%; высокая активность почвенных ферментов - инвертазы (более 1 мг глюкозы), полифенолокси-дизы (свыше 3 мг пурпургалина), каталазы (более 1,3 мл кислорода); низкая активность пероксидазы и высокая нитрофикаци-онная способность. Для этих почв характерно отсутствие или незначительное проявление эродированности и завалуненности; запас продуктивной влаги в слое О-50 см к началу вегетации 130- 150 мм, коэффициент использования годовых осадков - 0,6-0,7.

Установлены нормативы затрат на изменение свойств дерново-подзолистых суглинистых почв. Для повышения содержания гумуса в почве на 0,1% требуется внесение на гектар 30- 40 т навоза; для увеличения на 1 мг/100 почвы P 2 O и K 2 O - соответственно 40-45 кг/га фосфорных и 60-70 кг/га калийных удобрении; для смещения рН в первый год на 0,15-0,2 на суглинистых почвах и на 0,2-0,35 на супесчаных - внесение 1 т/га качественных известковых материалов.

В Латвийском НИИ земледелия и экономики сельского хозяйства разработана информационно-вычислительная система "почва-урожай". Она состоит из банков данных, постоянно пополняющихся детальной информацией о плодородии почв, истории полей, урожайности всех основных культур, выносе с урожаем питательных веществ из почвы, содержании в органических удобрениях элементов питания и т.д. С целью уменьшения количества хранящихся данных многие нормативы заданы в виде функциональных зависимостей. Для составления банка данных и нормативов использованы все доступные источники информации: данные агрохимического обследования почв, полевых опытов, рекомендаций, опыта лучших хозяйств и др. Рекомендации составляются с помощью ЭВМ. По данной методике составлены рекомендации по применению удобрений практически для всех хозяйств Латвии (Веверс, 1985).

Коллективом авторов ЮжНИИГиМа и научно-исследовательских учреждений Северного Кавказа (Кан, Бурдюгов, Бала-кай и др., 1985) создана региональная система программирования урожаев, содержащая в основе алгоритмы планирования агро-комплекса (ΑΠΑ). С помощью этих алгоритмов специалист хозяйства на основе доступных данных о состоянии поля может спланировать агрокомплекс, учитывающий индивидуальные особенности поля, технические возможности хозяйства, прогноз метеоусловий. ΑΠΑ содержит правила в разных формах: в виде выраженного словами логического условия, формулы, таблицы. Если в зоне действует служба программирования урожаев, располагающая математическими моделями культур, расчеты выполняются вычислительным центром. При этом качество планирования повышается. Опыт широкого применения этого метода в хозяйствах Северного Кавказа показал, что своевременное и качественное выполнение всего комплекса агротехнических мероприятий обеспечивает получение 60 ц/га озимой пшеницы, свыше ПО - зерна кукурузы, 600 ц/га - зеленой массы многолетних трав и кукурузы на силос.

Шатилов Иван Семёнович - выдающийся советский российский естествоиспытатель, видный ученый в области биологии и технологии возделывания сельскохозяйственных культур, заведующий кафедрой растениеводства Тимирязевской сельскохозяйственной академии (ТСХА) (сегодня - Российский государственный аграрный университет - МСХА имени М.К.Тимерязева).

Родился 19 января 1917 года в селе Махровка ныне Борисоглебского района Воронежской области в крестьянской семье. Русский.

В детском возрасте был усыновлен дедом, который дал ему свою фамилию и отчество. Рано познал тяжёлый крестьянский труд. В 1929 году окончил начальную школу, в 1934 году - Махровскую школу крестьянской молодежи. В дальнейшем поступил и в 1938 году окончил Урюпинский сельскохозяйственный техникум. Работал в должности участкового агронома МТС, затем в должности агронома Урюпинского сортоиспытательного участка. В том же, 1938 году, поступил на агрономический факультет Тимирязевской сельскохозяйственной академии (ТСХА).

Окончить академию не успел из-за начала Великой Отечественной войны. С 30 июня 1941 года участвовал в строительстве оборонительных сооружений под Ельней. С октября 1941 года в действующей армии. Воевал в составе противотанкового истребительного батальона, затем был миномётчиком. Сражался под Смоленском, на Калининском фронте, участвовал в обороне Москвы. Проявил бесстрашие и героизм. Одним из первых бросился на знамя фашистского полка, первым ворвался в штаб немецкой дивизии, захватил ценные документы. В ходе боёв дослужился до воинского звания старшего сержанта.

В январе 1943 года И.С.Шатилов был отозван с фронта для продолжения учёбы в академии. В 1944 году с отличием окончив академию, был зачислен в аспирантуру при кафедре растениеводства. В 1947 году успешно защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук по теме «Сравнение полевых травосмесей». С этого времени на педагогической и научной работе. В период с 1947 по 1951 год - ассистент кафедры растениеводства ТСХА. С 1951 по 1956 год - старший научный сотрудник опытной станции полеводства ТСХА. С 1956 по 1960 год - доцент кафедры растениеводства ТСХА. С 1960 по 1963 год - проректор ТСХА по научной работе. С 1963 по 1971 год - ректор ТСХА. Возглавляя академию, добился открытия в ближнем Подмосковье учебно-опытного хозяйства «Михайловское» и экспериментальной научной базы.

В 1968 году успешно защитил диссертацию на соискание учёной степени доктора сельскохозяйственных наук. Также написал монографию «Биологические основы полевого травосеяния в Центральном районе Нечерноземной зоны», которая была признана одной из лучших.

В период с 1971 по 1972 год исполнял обязанности академика-секретаря Отделения земледелия и химизации сельского хозяйства ВАСХНИЛ (Всесоюзная академия сельскохозяйственных наук имени В.И.Ленина) (сегодня - Российская академия сельскохозяйственных наук (РАСХН)). В 1972 году был избран действительным членом (академиком) ВАСХНИЛ. Стал вице-президентом ВАСХНИЛ.

В 1973 году в журнале «Вестник сельскохозяйственной науки» опубликовал статью «Принципы программирования урожайности», в которой отразил сочетание новых научных тенденций с традициями научной школы ТСХА, показав на практике применение новых технологических принципов при выращивании зерновых, кормовых, картофеля и других культур.

С 1979 по 1985 год - председатель Президиума Всероссийского отделения ВАСХНИЛ. С 1985 года - заместитель Председателя Госагропрома РСФСР. С 1985 по 1991 год - заведующий кафедрой растениеводства ТСХА.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 16 января 1987 года за большие заслуги в развитие сельскохозяйственной науки и в связи с семидесятилетием со дня рождения Шатилову Ивану Семёновичу присвоено звание Героя Социалистического Труда с вручением ордена Ленина и золотой медали «Серп и Молот».

Также с 1989 по 1990 год - советник президиума ВАСХНИЛ, с 1990 года - почётный президент РАСХН. С 1991 по 1998 год - профессор кафедры растениеводства МСХА. С 1998 по 2006 год - консультант кафедры растениеводства МСХА.

Официально на пенсии с 1993 года, но до 2001 года продолжал читать лекции, заниматься научной работой, проводить консультации.

И.С.Шатилов - основоположник целого научного направления - теории программирования урожаев сельскохозяйственных культур. Был руководителем исследований, в которых изучалось потребление элементов минерального питания и фотосинтетическая деятельность растений в процессе вегетации у различных полевых культур. В ходе этих исследований были установлены основные физиологические параметры развития растений в посевах в динамике и их роль в формировании высокого урожая. Последовательно, проверяя и развивая идею программирования урожайности полевых культур, И.С.Шатилов выработал принципы программирования урожайности и создал формулу программирования урожайности.

Также И.С. Шатилову принадлежит большая заслуга в создании мемориала воинам Великой Отечественной войны - сотрудникам ТСХА.

Член-корреспондент ВАСХНИЛ, действительный член (академик) ВАСХНИЛ (1972), кандидат сельскохозяйственных наук (1947), доктор сельскохозяйственных наук (1968), профессор по кафедре «Растениеводство» ТСХА, почётный академик Академии наук Республики Башкортостан, почётный доктор Берлинского университета имени Вильгельма Гумбольда, иностранный член Польской академии наук и Академии сельскохозяйственных наук ГДР.

Член комитета по Ленинским и Государственным премиям, член Государственной экспертной комиссии Госплана СССР, член Президиума Высшей Аттестационной Комиссии при Совете Министров СССР, член редколлегий ряда научных журналов («Известия ТСХА», «Вестник сельскохозяйственной науки», «Доклады ВАСХНИЛ»).

В 1999 году Международным биографическим центром в Кембридже И.С.Шатилов был включён в число 130 выдающихся исследователей мира. Автор более 400 научных трудов. Под его редакцией или в соавторстве написано более 30 научных работ. О самом И.С.Шатилове написано 9 книг. Под его научным руководством были написаны более 50 кандидатских и 9 докторских диссертаций.

Награждён 3 орденами Ленина (02.12.1965, 18.01.1977, 16.01.1987), орденами Октябрьской Революции (11.12.1973), Отечественной войны 2-й степени (11.03.1985), 2 орденами Трудового Красного Знамени (15.09.1961, 08.04.1971), российским орденом «За заслуги перед Отечеством» III степени (1997), медалями, знаком «Отличник социалистического сельского хозяйства» (1965), иностранными орденами «За заслуги перед Отечеством» (ГДР), Кирилла и Мефодия 1-й степени (Болгария), медалями Монгольской Народной Республики, медалью имени С.И. Вавилова («За выдающийся вклад в пропаганду знаний»).

Программирование – это разработка комплекса взаимосвязанных мероприятий, своевременное и высококаче­ственное выполнение которых обеспечивает получение заплани­рованной урожайности. Это направление в агрономии отражает достижения большого числа смежных наук – физиологии растений, земледелия, растениеводства, почвоведения, агрохимии, метеоро­логии, агрофизики, а также математики, кибернетики и экономи­ки. Основная цель программирования состоит в том, чтобы перей­ти к широкому использованию в агрономии количественных моделей и электронно-вычислительной техники, позволяющей быстро обработать информацию о факторах, влияющих на рост растений, и выбрать оптимальный вариант агротехнических ме­роприятий, направленных на получение запрограммированной урожайности.

Один из главных принципов современного сельско­хозяйственного производства – применение интенсивных мето­дов ведения хозяйства для повышения урожайности культур и качества продукции. Получение высоких урожаев сельскохозяй­ственных культур возможно лишь при создании оптимальных ус­ловий для превращения и обмена веществ в растительном орга­низме, начиная от фотосинтеза и кончая образованием конечных продуктов жизнедеятельности растений.

Для непрерывной работы зеленых листьев растений необходим постоянный приток энергетических средств: света, различных элементов минерального питания, воды, тепла, диоксида углерода и кислорода. Необходимо также оптимальное сочетание внешних факторов: плодородия почвы, приемов возделывания, влажности и температуры почвы, позволяющих растениям реализовать свои потенциальные возможности.

Уровень питания растений, используемые сорта, технология возделывания и погодные условия находятся в тесной взаимосвя­зи, определяющей величину урожайности. Резкое отклонение лю­бого фактора от нормы может оказаться решающим и ограничить получение высокой урожайности.

Получение максимально возможной урожайности чаще всего зависит от нерегулируемых, частично или труднорегулируемых факторов (свет, тепло, влагообеспеченность), которые могут ограничивать рост и развитие растений .

Недостающее количество того или иного фактора может быть ком­пенсировано соответствующими приемами агротехники. Агротехниче­скими приемами можно ослабить или усилить влияние факторов жиз­ни на рост, развитие растений и формирование урожая .

Проблема увеличения производства зерна и другой сельскохозяйственной продукции решается главным об­разом за счет повышения продуктивности пашни. Этому способ­ствует новое направление в агрономической науке – программи­рование урожайности. В основе его лежат удовлетворение потреб­ностей растений в жизненно важных факторах внешней среды, целенаправленное формирование посевов для получения задан­ной урожайности .

Таким образом, основу метода программирования урожаев сель­скохозяйственных культур составляют прогноз возможной урожайно­сти, а также разработка и реализация на практике технологии возделывания культуры, в наибольшей степени отвечающей ее биологиче­ским особенностям.

Существуют следующие принципы программирования урожаев (по И.С. Шатилову):

1-ый принцип предусматривает при определении уровня уро­жайности использование гидротермических показателей среды.

2-ой принцип учитывается при определении потенциальной урожайности сельскохозяйственных растений и основывается на зави­симости урожайности от прихода ФАР и коэффициента использования растениями фотосинтетически активной радиации.

3-ий принцип предусматривает определение потенциальных возможностей культуры и отбор для возделывания в конкретных при­родных условиях сортов по их потенциальным возможностям.

4-ый принцип заключается во взаимосвязи урожайности со сформированным в агрофитоценозе фотосинтетическим потенциалом и предполагает формирование такого фотосинтетического потен­циала, который обеспечивает получение высокого урожая.

5-ый принцип предполагает обязательное и правильное приме­нение основных законов научного земледелия и растениеводства.

6-ой принцип состоит в разработке системы удобрения, учиты­вающей эффективное плодородие почвы, а также потребность расте­ний в питательных веществах, необходимых для выращивания про­граммированного урожая высокого качества.

7-ой принцип состоит в разработке и применении комплекса агротехнических мероприятий, учитывающего требования культуры (сорта) к условиям произрастания, а также условия агрометеорологи­ческой обстановки. Четкая реализация разработанного комплекса агро­технических мероприятий должна обеспечить получение программи­рованного урожая.

8-ой принцип предусматривает обеспечение растений влагой в оптимальных количествах, в неорошаемых условиях - определение и поддержание уровня урожайности, исходя из климатических условий и особенностей зоны.

9-ый принцип - принцип обязательной защиты растений от вредителей, болезней, сорняков, обеспечивающей выращивание здоро­вых растений.

10-ый принцип предусматривает создание банка данных о био­логических особенностях полевых культур, условиях их произраста­ния, экспериментальных материалах, оценивающих различные агро­технические приемы и операции, использование современной вычис­лительной техники.

В методе программирования урожайности расчеты ведут на следующие ее уровни:

Потенциальная урожайность (ПУ) – предельно возможный уровень урожайности; лимитируется приходом ФАР, ее КПД и биологическими особенностями культуры, сорта.

Климатически обеспеченная урожайность (КОУ) - урожайность, которая может быть получена в конкретных климатических условиях при оптимизации всех остальных факторов жизни растений. Лимитируется КОУ элементами климата, погодой.

Действительно возможная урожайность (ДВУ) - максимальная урожайность, которая может быть получена на конкретном поле, с его реальным плодородием в складывающихся метеорологических условиях. Лимитируется ДВУ плодородием почвы.

Программируемая (ресурсо- и технически обеспеченная) урожайность (ПрУ) - это урожайность, которую планируют получить на конкретном поле в соответствии с комплексом разработанных агротехнических мероприятий. Уровень ПрУ определяется через величину КОУ и ДВУ путем оптимизации питательного режима почвы.

Урожайность в производстве (УП) – фактически достигнутый уровень урожайности в конкретном хозяйстве .

Определение потенциальной урожайности (ПУ)

Уровень потенциальной урожайности зависит от биологических свойств культуры или сорта; количества энергии проходящей фотосинтетически активной радиации иколичеством энергии, аккумулированной в биомассе урожая; элементов питания в почве; уровня агротехники и метеорологических условий .

Методика расчетаПУ по приходу ФАР и коэффициенту ее использования предложена проф. А. А.Ничипоровичем:

Расчет ПУ по использованию ФАР среднего уровня:

ПУ – потенциальная биологическая урожайность абсолютно сухой биомассы, ц;

∑QФАР – приход суммарной ФАР за период вегетации культуры в зоне, млрд. ккал/га (кДж/га);

К – планируемый КПД ФАР;

q - калорийность 1 кг сухой биомассы урожая, ккал/кг (кДж/кг).

Чтобы получить ПУ хозяйственно ценной части урожая необходимо применить следующую формулу:

С – сумма составляющих урожая (зерно + солома);

В ст – стандартная влажность.

Определение климатически обеспеченной урожайности (КОУ)

Методика расчетов по ресурсам влаги (КОУw) базируется на определениисоотношения количества влаги, поступающей в распоряжение растений в течение вегетационного периода, и суммарного расходования влаги на созданиеединицы урожая:

т/га или 51,5 ц/га,

КОУw – климатически обеспеченная урожайность основной продукции при стандартной влажности, т/га;

Wмс– влажность метрового слоя почвы при возобновлении весенней вегетации или перед весенним посевом, мм;

Ов.п. – сумма осадков за вегетационный период, мм;

Ко – коэффициент полезности осадков;

Кв – коэффициент водопотребления, мм × га/ц или м³/т;

С – сумма частей основной и побочной продукции;

Вст – стандартная влажность.

Определение климатически обеспеченной урожайности по ресурсам тепла (КОУ t°)

Методика расчетов базируется на предварительном определении биоклиматического потенциала продуктивности (БКП) и вычисляется по следующей формуле:

∑t°›10° – сумма активных температур в регионе;

1000° – сумма температур на северной границе земледелия.

Из этого следует:

52,9 × 1,15 = 60,8 ц/га.

- β – коэффициент, отражающий уровень культуры земледелия и соответствующий коэффициенту использования ФАР, %: 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 - соответственно 10; 20; 30; 40.

КОУ t° – урожайность абсолютно сухой биомассы, т. корм. ед./га.

Для определения климатически обеспеченной урожайности по ресурсам тепла мне понадобились следующие расчетные данные:

Коэффициент перевода к.ед./га в ц/га = 1,15;

Сумма активных температур в регионе более 10°С = 2299°С

Определение действительно возможной урожайности (ДВУ)

ДВУ - уровень урожайности, который может быть достигнут на конкретномполе с учетом реального почвенного плодородия. Методика определенияпредложена Белорусским НИИ почвоведения и агрохимии:

Бп – бонитет почвы, балл;

ЦБ – цена балла пашни;

К – поправочный коэффициент к цене балла на агрохимические свойства почвы.

Действительно возможная урожайность при интенсивной технологии возделывания:

ДВУ = 37 * 52 * 0,89 = 1712 т/га или 17,1 ц/га.

Определение программируемой урожайности (ПрУ)

Программируемая урожайность определяется с учетом разницы между КОУ и ДВУ, которая компенсируется за счет внесения расчетных доз минеральных и органических удобрений. Таким образом, ПрУ рассчитывается как ДВУ с приростом урожайности, которая должна быть получена за счет удобрений. Уровень ПрУ мы определяем исходя из прибавки от удобрений по формуле:

ПрУ- программируемая урожайность;

ДNPK – доза минеральных удобрений;

ONPK – окупаемость 1 кг NPK, кг продукции;

До.у. – доза органических удобрений, т/га;

Оо.у. – окупаемость 1 т органических удобрений, кг/т продукции;

100 – коэффициент перевода кг в ц.;

Пуд – прибавка урожайности от удобрений.

Эту формулу можно записать в следующем виде:

Пуд = 100 – Бп

Пуд = 100 – 37 = 63

Программируемая урожайность при интенсивной технологии возделывания:

Прибавка урожайности от удобрений Таблица 3

В данном разделе мы познакомились с основными методами программирования урожайности и убедились что:

Потенциальная урожайность (ПУ) – предельно возможный уровень урожайности (он лимитируется приходом ФАР, КПД, биологическими особенностями культуры), который составляет 172 ц/га, ПУ хозяйственно ценной части урожая находится в пределах 80 ц/га;

Климатически обеспеченная урожайность (КОУ) – урожайность, которая может быть получена в конкретных климатических условиях (лимитируется КОУ элементами климата и погодой), которая составляет 62,3 ц/га;

Действительно возможная урожайность (ДВУ) – максимальная урожайность, которая может быть получена на конкретном поле, с его реальным плодородием в складывающихся метеорологических условиях (лимитируется ДВУ плодородием почвы), и составляет: при обычной технологии возделывания 17,8 ц/га, а при интенсивной – 23,1 ц/га;

Программируемая (ресурсо- и технически обеспеченная) урожайность (ПрУ) – это урожайность, которую планируют получить на конкретном поле в соответствии с комплексом разработанных агротехнических мероприятий (уровень ПрУ определяется через величину КОУ и ДВУ путем оптимизации питательного режима почвы); этот показатель в нашем случае будет равным при возделывании по обычной технологии 40,0 ц/га, а при интенсивной – 51,3 ц/га.

Программирование – процесс создания программы. Программа – последовательность указаний (команд или описаний и операторов), задающая алгоритм вычислительной машине. Программа указывает, в каком порядке, над какими данными и какие операции должны быть выполнены и в какой форме должен быть выдан результат.

Программное обеспечение различается по назначению, выполняемым функциям, формам реализации. В этом смысле программное обеспечение – сложная, достаточно уникальная программная система.

Общие принципы, которые следует использовать при разработке программного обеспечения:

· частотный принцип – основан на выделении в алгоритмах и в обрабатываемых структурах действий и данных по частоте использования. Для действий, которые часто встречаются при работе программного обеспечения, обеспечиваются условия их быстрого выполнения. К данным, к которым происходит частое обращение, обеспечивается наиболее быстрый доступ. «Частые» операции стараются делать более короткими;

· принцип модульности. Под модулем в общем случае понимают функциональный элемент рассматриваемой системы, имеющий оформление, законченное и выполненное в пределах требований системы, и средства сопряжения с подобными элементами или элементами более высокого уровня данной или другой системы. Способы обособления составных частей программного обеспечения в отдельные модули могут быть различными. Чаще всего разделение происходит по функциональному признаку. В значительной степени разделение системы на модули определяется используемым методом проектирования программного обеспечения;

· принцип функциональной избирательности является логическим продолжением частотного и модульного принципов и используется при проектировании программного обеспечения, объем которого существенно превосходит имеющийся объем оперативной памяти. В программном обеспечении выделяется некоторая часть важных модулей, которые постоянно должны быть в состоянии готовности для эффективной организации вычислительного процесса. Эту часть программного обеспечения называют ядром или монитором. При формировании состава монитора требуется удовлетворить двум противоречивым требованиям. В состав монитора, помимо чисто управляющих модулей, должны войти наиболее часто используемые модули. Программы, входящие в состав монитора, постоянно хранятся в оперативной памяти. Остальные части программного обеспечения постоянно хранятся во внешних запоминающих устройствах и загружаются в оперативную память только по вызову, перекрывая друг друга при необходимости;

· принцип генерируемости определяет такой способ исходного представления программного обеспечения, который бы позволял осуществлять настройку на конкретную конфигурацию технических средств, круг решаемых проблем, условия работы пользователя;

· принцип функциональной избыточности учитывает возможность проведения одной и той же работы (функции) различными средствами. Особенно важен учет этого принципа при разработке пользовательского интерфейса для выдачи данных из-за психологических различий в восприятии информации;

· принцип «умолчания» применяется для облегчения организации связей с системой как на стадии генерации, так и при работе с уже готовым программным обеспечением. Принцип основан на хранении в системе некоторых базовых описаний структур, модулей, конфигураций оборудования и данных, определяющих условия работы с программным обеспечением. Эту информацию программное обеспечение использует в качестве заданной, если пользователь забудет или сознательно не конкретизирует ее.

· принцип включения предусматривает, что требования к созданию, функционированию и развитию программного обеспечения определяются со стороны более сложной, включающей его в себя системы;

· принцип системного единства состоит в том, что на всех стадиях создания, функционирования и развития программного обеспечения его целостность будет обеспечиваться связями между подсистемами, а также функционированием подсистемы управления;

· принцип развития предусматривает в программном обеспечении возможность его наращивания и совершенствования компонентов и связей между ними;

· принцип комплексности заключается в том, что программное обеспечение обеспечивает связность обработки информации, как отдельных элементов, так и для всего объема данных в целом на всех стадиях обработки;

· принцип информационного единства, т.е. во всех подсистемах, средствах обеспечения и компонентах программного обеспечения используются единые термины, символы, условные обо­значения и способы представления;

· принцип совместимости – язык, символы, коды и средства обеспечения программного обеспечения согласованы, обеспечивают совместное функционирование всех его подсистем и сохраняют открытой структуру системы в целом;

· принцип инвариантности предопределяет, что подсистемы и компоненты программного обеспечения инвариантны к обрабатываемой информации, т.е. являются универсальными или типовыми.

Программирование включает в себя анализ требований к программе и все стадии ее разработки и реализации: выбор алгоритма, структуры данных и системы программирования; написание (кодирование) программы и подготовка данных; отладка и тестирование программы; разработка документации.

Каждый из этапов программирования включает достаточно конкретные элементы. Акад И. С. Шатилов выделил 10 рядов элементов программирования, которые назвал принципами. Основная суть их такова: 1) рассчитать потенциальную урожайность (ПУ) использования ФАР посевами;

3) спланировать реальную хозяйственную урожайность (РПУ) за ресурсами, которые есть в хозяйстве; 4) рассчитать для спрогнозированной урожайности площадь листовой поверхности, фотосинтетический потенциал (ФП)
и другие фітометричні показатели; 5) всесторонне проанализировать законы земледелия и растениеводства и правильно использовать их в конкретных условиях программирования; 6) рассчитать нормы удобрений и разработать систему эффективного их использования; 7) составить баланс воды и для условий орошения разработать систему полного обеспечения посевов водой по периодам вегетации; 8) разработать систему агротехнических мероприятий исходя из требований выращиваемого сорта; 9) разработать систему защиты посевов от вредителей, болезней и сорняков; 10) составить карточку исходных данных и использовать ЭВМ для определения оптимального варианта агротехнического комплекса по достижении запрограммированной урожайности по величине и качеству.

Для правильного обоснования запрограммированной урожайности нужно учесть хозяйственные возможности и всесторонне проанализировать ресурсы природных факторов урожайности, которые в полевых условиях существенно почти не меняются. Это прежде всего солнечная радиация, тепло, влага, минеральные соединения почвы и удобрений, углекислота воздуха. Поэтому в процессе программирования рассчитывают потенциальную урожайность за использованием ФАР на уровне хорошего посева (А. А. Ничи-поровичем 1,5 - 3 %), полного использования естественных ресурсов влаги и тепла - действительно возможной, или климатически обеспеченную урожайность (ДГУ, КУ) и эффективного использования хозяйственных ресурсов урожайности - реальную программируемую хозяйственную урожайность (РПУ).

Определение потенциальной урожайности. Потенциальная урожайность в программировании - это максимальная урожайность, которую теоретически можно получить при заданном поступлении и коэффициенте усвоения ФАР посевом (КфаР, КПД фар, %) и оптимальном обеспечении другими факторами (Х. Г. Тоомінг). Ее рассчитывают по формуле А. А. Ничипоровича

где ПУ - потенциальная урожайность сухой биомассы, ц/га; поступление ФАР на посев за период активной вегетации культуры, кДж/га;к- запланированный коэффициент усвоения ФАР, %; Q -

удельная энергетическая емкость сухой биомассы выращиваемой культуры, кДж/кг.

ФАР - это часть интегральной радиации с длиной волны от 380 до 720 нм, которая вызывает фотохимические реакции в зеленых частях растений. Ее рассчитывают по уравнению

где Cse - эффективный коэффициент перехода от интегральной прямой радиации к ФАР (зависит от географической широты и времени года, но меняется мало и в среднем составляет 0,42); Cd - коэффициент перехода от интегральной рассеянной радиации к рассеянной ФАР (в среднем 0,60); - сумма прямой интегральной радиации,

кДж/см2; 2 D - сумма рассеянной интегральной радиации, кДж/см2.

Коэффициент усвоения ФАР посевами (ККДФАР посевов) колеблется в значительных пределах, но обычно не превышает 5 %. Лишь при исключительно благоприятных условиях окружающей среды он достигает 8 - 10 %, а теоретически возможный коэффициент составляет 15 - 18 % (Х. Г. Тоомінг, 1977).

Пересчет от ПУ биомассы к ПУ хозяйственно ценной части урожая проводят по формуле

где с- стандартная влажность хозяйственно ценной части урожая, %; а - сумма частей основной и побочной продукции в урожае.

Определение действительно возможной урожайности (ДГУ). Нерегулируемые или малорегульовані факторы местности почти всегда находятся не в оптимальных для растений количествах и соотношениях и ограничивают КПД ФАР посевов. Поэтому урожайность, как правило, ниже той, которая соответствует максимально возможному для культуры КПД ФАР. Урожайность, рассчитанную по малорегульованими и нерегульовани-мы факторами влагообеспечения и тепловыми ресурсами, называют действительно возможной, или климатически обеспеченной (ДГУ, КУ). ДУЮ за влагообеспеченностью определяют на основании данных о ресурсах влаги (W, мм) и удельный расход воды на образование единицы сухого вещества биомассы или единицы хозяйственно ценной части урожая, то есть коэффициента транспирации (ТК), или коэффициента водо-расходование (КВ, мм/ц, т/ц, т/м3). Определяют ДГУ по формуле

где ДМУ- в первой формуле урожайность сухой биомассы, ц/га, во второй - урожайность хозяйственно ценной части урожая или общей массы урожая, ц/га, что зависит от взятой величины КВ; W - ресурсы влаги, доступной для растений, мм.

Ресурсы доступной для растений влаги можно определить несколькими способами. Наиболее простым является определение по формуле

где Wp.o - среднегодовоеколичество осадков, мм; Кр.о - коэффициент

использование осадков; П- поток воды из подпочвенных вод, мм.

Около 30 % годового количества осадков стекает с талыми водами с поверхности почвы, оттекает по поверхностным и грунтовым стоком во время вегетации, испаряется с поверхности почвы и становится недоступной для растений.

Конкретнее ресурсы доступной для растений влаги можно определить, используя данные о запасах доступной для растений влаги в период возобновления вегетации озимых культур и багаторічнихтрав, а для яровых культур - на период их сева (Wв, мм) по многолетним данным метеостанции, на период уборки культуры (Wз.о, мм) - количество осадков, которая выпадает за вегетационный период культуры (WB 0), и коэффициента полезности осадков, выпавших за вегетацию (Кв.о). Для этого используют следующие формулы:

Расчет ДГУ по біогідротермічним потенциалом продуктивности (БГПП). На основе многолетних исследований профессор А. М. Рябчиков сделал вывод, что способность территории формировать определенное количество фитомассы зависит от сочетания таких факторов, как свет, тепло, влага, продолжительность вегетационного периода. Производительность местности с сочетанием этих факторов можно определить в баллах біогідротермічного потенциала (БГПП) по формуле

где Кр - біогідротермічний потенциал продуктивности, баллов; W -

ресурсы продуктивной влаги, мм; Тв - период активной вегетации культуры, декады; R- радиационный баланс за этот период, кДж/см2. Аналогичные показатели производительности территории имеют при расчете ее по гидротехническим показателю продуктивности (ГТП):

где ГТП- гидротермический показатель продуктивности, баллов; Кзв - коэффициент увлажнения; Тв - продолжительность вегетации, декад.

Кзв определяют как соотношение между энергией, которую надо затратить на испарение ресурсов влаги (W, мм), и фактическим поступлением энергии за вегетационный период (R, кДж/см2) по формуле

Урожайность сухой биомассы определяют по формуле

Действительно возможная урожайность, рассчитанная за климатическими факторами, зависит от сортовых особенностей культуры, управления процессами формирования определенных частей урожая (например, хозяй-дарськи полезной части) и тому подобное.

Определение производственной урожайности. При определении реальной урожайности, которую можно получить в производственных условиях конкретного хозяйства, анализируют урожайность районированных сортов на сортоучастках, в лучших хозяйствах, научных учреждениях. Например, для зерновых культур используют формулу, предложенную М. С. Савицким:

В = РКЗА: 1000,

где У- урожайность зерна, ц/га; Р- количество растений на 1 м2 на период уборки; К- продуктивная кустистость растений; С- количество зерен в колосе (соцветии); А - масса 1000 зерен, г.

Реальная производственная урожайность (РВУ) зависит от реализации почвенного плодородия и от климатических факторов местности. Если коэффициент реализации близок к 1 (100 %), то РВУ соответствует ДГУ. Если он ниже, то и РВУ меньше ДГУ. Реализация климатических условий зависит от удовлетворения культуры регулируемыми в производственных условиях материальными (ресурсными) факторами урожайности.

Факторы жизни частично можно регулировать агротехническими мероприятиями. На фоне правильно примененных агротехнических приемов решающее влияние на полноту использования природных факторов урожайности имеет режим питания, а на орошаемых полях орошения. Поэтому РВУ определяют с учетом этих факторов. Реальную производственную урожайность рассчитывают по формуле

где РВУ - урожайность культуры, ц/га; Б - балл бонитета почвы; Ц - цена балла почвы, ц/балл; Ко - количество органических удобрений, запланированных под культуру, т/га; Км - количество минеральных удобрений, запланированных под культуру, ц/га; Oo и Ом - соответственно окупаемость приростом урожая 1 т органических и 1 ц минеральных удобрений, ц; Кп, Оп - другие выделенные культуры средства и их окупаемость урожаем.

Если удобрений в хозяйстве достаточно, то РВУ планируют по ДМУ и под нее рассчитывают дозы удобрений.

В условиях орошения РВУрозраховують за ресурсами поливной воды на основе окупаемости 1 м3воды урожаем культуры по формуле

где М- ресурсы поливной воды, м3/га; Кв - окупаемость 1 м3 воды приростом урожая, ц.

Под запланированную за ресурсами влаги урожайность рассчитывают нормы удобрений и других средств. Если поливная вода не является лимитирующим фактором, то РВУ планируют за ПУпри КПД ФАР не ниже 2,5 — 3 %. Под эту урожайность рассчитывают необходимое количество поливной воды, удобрений и других средств.

Можно также определить урожайность культуры за эффективным плодородием почвы. Это целесообразно делать в первую очередь на плодородных почвах, после перепашки пласта трав.

Урожайность можно рассчитывать и по уравнениям линейной и множественной регрессии (Всероссийский научно-исследовательский институт кормов, А. С. Образцов). Рассчитать общую урожайность биомассы сорта можно по уравнениям множественной регрессии

где Уо - общая урожайность биомассы, ц/га сухого вещества при скашивании на высоте 5 - 6 см; Уп - генетический потенциал урожайности сорта (зависит от его скороспелости и продолжительности дня в период всходов), ц/га; Ксп -нормированная функция оптимального срока сева (сп - количество дней после оптимального срока сева зерновых культур, учитывается только снижение урожайности вследствие поражения растений вредителями, болезнями или опоздание с севом); К1, Ке - функции оптимальности условий температуры и увлажнения в

период от посева до цветения)(К,Ке1 и от цветения до созревания (К2,Ке2); Кт - возраст травостоя (для многолетних трав); КNPK - содержание NPK в почве и удобрениях; КрН - кислотность почвы; Кок.ґ - окультуреність почвы; Кг - густота стояния растений; К3 п - засоренность посева; Квил - степень полегания растений; К- фаза

развития растений на момент уборки; В- показатель выхода готового корма (зависит от технологии сбора, консервирования и хранения продукции); Кэ - обеспеченность техникой и трудовыми ресурсами.

Расчеты урожая зерна и кормов за такими уравнениями проводят на ЭВМ.

После расчета действительно возможного урожая и урожая потенциального следует сравнить их и проработать технологии перехода с одного уровня урожая до другого, более высокого (Вф — Вдм — Впв).

Для программирования урожайности в условиях естественного неустойчивого и недостаточного увлажнения принимают среднегодовые показатели (И. С. Ша-тілов).

Программирование имеет целью лишь оптимизировать все процессы технологии выращивания. Нужно оптимизировать энергетические затраты и решить организационные вопросы: формирование агрегатов, обучение исполнителей, создание отрядов и звеньев по выращиванию запрограммированных урожаев, обеспечения соответствующими приборами для наблюдения за условиями вегетации, условия оплаты труда и др.

И. С. Шатилов считает, что могут быть 3 этапа программирования: получение высокого запрограммированного урожая за счет использования плодородия почвы и удобрений, когда баланс питательных веществ может быть частично отрицательным; получение высоких урожаев с сохранением плодородия почвы и получения высоких и сверхвысоких урожаев с повышением плодородия почвы. Третий этап возможен только в хозяйствах с высокой интенсификацией растениеводства и животноводства (чтобы обеспечить положительный баланс питательных веществ в почве).

Перед составлением прогностической программы минимального агрокомплекса выращивания культуры детализирующие вопросы дебита влаги за вегетационный период культуры в условиях поля, ее количестве, может быть использована посевом. На пойме определяют также фактический уровень грунтовых вод. Если он регулируется, определяют оптимальный его уровень относительно данной культуры. В случае необходимости планируют частичное орошение в периоды снижения относительной влажности воздуха.

Следует заблаговременно определить фітометричні параметры посева заданной продуктивности, то есть определить оптимальную площадь листьев по периодам вегетации, фотосинтетический потенциал посева, чистую продуктивность фотосинтеза и на этой основе обосновать норму высева под запрограммированный урожай (Г. К. Каюмов, 1989). Эти работы являются теоретической разработкой процесса программирования, но, к сожалению, на практике они еще используются недостаточно и заменяются более простым: определение (в опытах) в отношении каждого почвенно-климатического региона количественного и пространственного размещения растений, густоты стеблестоя и способом посева. На их основе устанавливают норму высева культуры.

Расчеты доз внесения удобрений. Важным аспектом в системе программирования является оптимизация режима минерального питания культуры. Для этого уточняют динамику подвижных соединений питательных веществ в почве - азота, фосфора, калия, а также других макро-и микроэлементов, вынос их прогнозируемой урожайностью культуры. На этой основе рассчитывают потребность в питательных веществах на запрограммированную урожайность.

Норму удобрений под запрограммированную урожайность рассчитывают по формуле

где Д- доза удобрения, кг/га; В- программируемый урожай, ц/га; П- содержание питательных веществ в почве, мг на 100 г; B1 - вынос питательных веществ на 1 ц основной продукции с соответствующим количеством побочной, кг; Км - коэффициент перевода, мг на 100 г в кг/га; Ку - коэффициент использования питательного вещества из удобрения, доля от единицы; Кп - коэффициент использования питательного вещества из почвы, доля от единицы.

При расчете норм удобрений на запрограммированную урожайность учитывают назначение посева на зерно, для получения корнеплодов, клубнеплодов, вегетативной кормовой зеленой массы. В посевах на корм, когда используется все растение (листья, стебли, соцветия), нужно обеспечить как можно больший содержимое письме в урожае (например, одно — и многолетние травы, кукуруза на зеленый корм и другие культуры зеленого конвейера). Для этого большое значение имеет достаточное азотное питание растений, которое обеспечивает формирования высокого урожая вегетативной массы и достаточное содержание в ней протеина. Однако, чтобы в корме не было избытка нитратов, дозу азота следует сбалансировать с внесением (или наличием в почве) фосфора и калия. Учитывают также размещение культуры в севообороте, уровень подготовки сотрудников, наличие техники, организуют регулярный контроль за своевременностью и качеством проведения всех работ, наблюдения за ходом формирования урожая. Полученные данные обрабатывают и принимают соответствующие решения в отношении ухода за посевом и уборки урожая.

Прогностическая программа формирования урожая культуры (модель продукционного процесса). Предусматривают и намечают ход формирования урожая сорта или гибрида определенной культуры в условиях конкретного поля.

На основе детального изучения биологии и экологии сорта (гибрида) с учетом абиотических и биотических факторов вегетации предполагают (прогнозируют) календарные сроки наступления фенологических фаз (желательно и этапов органогенеза), динамику влажности почвы и содержания питательных веществ в нем, динамику нарастания листовой поверхности и вегетативной массы растений, оптимальную густоту стеблестоя, структуру урожая. На основе предыдущих исследований и с учетом метеорологического прогноза предполагают засоренность, виды сорняков, повреждения вредителями и болезнями, вероятность полегания посева, способы сбора урожая и др.

Полученные данные используют для составления технологической схемы выращивания и программы корректировки условий вегетации культуры - разработки дополнительных мероприятий по улучшению этих условий (если они будут значительно отклоняться от оптимальных) за счет дополнительных орошений, освежающих поливов, дополнительных мер борьбы с сорняками, вредителями, болезнями на случай эпизоотии или эпифитотии и др.

Информация о состоянии посева должна поступать регулярно. В более сложных системах, например, при выращивании запрограммированных урожаев на орошаемых участках информация может поступать на ЭВМ в результате применения специальных приборов с чувствительными датчиками непосредственно от растений. Это уже является высшим этапом программирования и обеспечения оптимальных условий вегетации растений. В основном это имеет место в овощеводстве при выращивании культур закрытого грунта, где от растений и из почвы (субстрата) постоянно поступает на ЭВМ информация и выдаются соответствующие команды, наставления по поддержанию заданных параметров вегетации растений.

Минимальный агрокомплекс. Следующий этап программирования - технологический, который включает составление агрокомплекса, технологической схемы и технологической карты (технологического проекта) выращивания культуры. Кроме того, минимизация технологии имеет протиерозійне значение, способствует сохранению плодородия почвы.

Современная технология выращивания (минимальный агрокомплекс), например для зерновых, предусматривает поверхностное возделывание, выполнение нескольких приемов за один проход далее. Учитывается конкретная ситуация, которая складывается на поле с учетом агрометеорологических факторов. Очень большое значение при этом имеет общий уровень агротехники в севообороте, экологическая чистота поля, подбор сортов, устойчивых против сорняков, болезней, вредителей и тому подобное.

Агрокомплекс можно изобразить в виде таблицы или сетевого графика, на котором по вертикали отображают сверху вниз все основные агротехнические приемы, начиная с внесения удобрений, лущение стерни, вспашки (в случае необходимости) и заканчивая уборкой урожая. Приемы ухода и уборки урожая связывают с фазами роста и развития растений культуры. Это общее построение системы выращивания культуры, предпосылка дальнейшей детализации технологического процесса.

Технологическая схема выращивания культуры. Разработка технологической схемы (технологии выращивания программируемого урожая как основы технологической карты, или технологического проекта выращивания культуры предполагает определение технологических операций (приемов) выращивания, состава агрегата, сроков проведения работ, агротехнические требования и примечания:

Прием выращивания

Состав агрегата

Срок выполнения

Агротехнические требования

Примечания

машины, орудия, сцепки

При выращивании культуры по экологически чистой энергосберегающей технологии важно максимально использовать агротехнические и биологические мероприятия по уходу за посевом. Нужно, в частности, хорошо очистить поля от сорняков осенью и весной, применить (где можно) до — и послевсходовые боронования, междурядные обработки с присипанням защитных полос и окучиванием растений. Технологическая схема предусматривает также подбор сорта (гибрида), который слабо поражается вредителями и болезнями, не полегает и тому подобное, а потому не требует дополнительных энергетических затрат на пестициды, ретарданты и др.

Может быть несколько вариантов технологических схем. Следует сравнить их по энергоемкостью, определив затраты совокупной энергии на отдельные технологические операции и в целом по агрокомплекса выращивания. Приведем расчеты затрат совокупной энергии на выращивание гречихи по двум технологиям - традиционной с применением и без применения пестицидов (табл. 15).

15. Затраты совокупной энергии на выращивание гречихи по традиционной и альтернативной (предлагаемой) технологиями (по А. С. Алексеевой)

Приемы выращивания

Затраты совокупной энергии по технологии, МДж/га

традиционной

альтернативной

Лущение стерни в два следа

Повторное шелушение (в случае необходимости)

Внесения минеральных удобрений и известковых материалов (подготовка, погрузка, транспортировка, внесение, энергоемкость удобрений)

Внесение бактериальных удобрений (на торфе)

Зяблевая вспашка

Ранневесеннее боронование

Первая и вторая культивации

Подготовка семян

Протравливание

Воздушно-тепловой обогрев

Внесение гербицидов (с учетом их энергоемкости)

Предпосевное прикатывание

Посев (транспортировки и погрузки семян, посев, энергоемкость семян)

Прикатывание посева

Довсходовое (одно) и послевсходовое (два) боронование

Междурядную обработку (дважды)

Окучивание

Вывоз пчелосемей на посев

Скашивание в валки

Подбора и обмолачивания валков Транспортировка зерна

Очистка зерна

Скирдование соломы

376 991 1041 383 401 487 23 024

4300 680 729 102 814

4516 94 285 714 437 376 991 1041 383 401 487 18 072

Программирование и охрана окружающей среды. В растениеводстве программирование должно быть тесно связано с охраной окружающей среды. Например, выращивания сверхвысоких урожаев за счет систематического внесения большого количества минеральных азотных удобрений может привести к образованию нітрозоа-минив, которые очень вредны для животных и человека. Оптимальные дозы удобрений для конкретных условий могут увеличивать в ризосфере корневой системы количество почвенной ассоциативной микрофлоры, повысить эффективность удобрений. Так, оптимальными нормами азота, особенно при розничном внесении, можно увеличить количество азотфиксирующих бактерий. При этом улучшается разложение клетчатки, усиливается биологическая активность почвы, повышается урожайность культуры.

При программировании большое значение имеет сортовая (гибридная) технология. Надо иметь в виду технологию сортотипов и совершенствовать ее в отношении конкретного сорта (гибрида).

(Visited 309 times, 1 visits today)