ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 3, с. 352-360
ФИЗИКА ПОЧВ
УДК 631.43
ОСОБЕННОСТИ АГРОФИЗИЧЕСКОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ
© 2004 г. В. А. Семенов, М. В. Петрова
Агрофизический научно-исследовательский институт 195221, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 14
Поступила в редакцию 09.04.2002 г.
Разработана иерархия почвенно-агрофизических характеристик по степени их важности при принятии агротехнологических решений и для обоснования новых задач при организации опытного дела с учетом современных требований к информационному обеспечению компьютеризации сельского хозяйства. Рассмотрены некоторые аспекты пространственного распределения характеристик водопроницаемости почв и даны рекомендации по расчету повторности их определения с учетом их внутрирядной корреляции.
К настоящему времени создана достаточно развитая система программных средств для непосредственного использования в сельскохозяйственном производстве. Алгоритмы этих программ интерпретируют те или иные научные разработки в четкой целевой форме и тем самым обеспечивают их "вписывание" в производственный процесс. К такому типу программных средств относятся компьютерные экспертные системы поддержки агротехнологических решений (КЭСПАР). Эти системы генерируют и выдают пользователю высококвалифицированные рекомендации по осуществлению технологических операций в широком диапазоне ситуаций, возникающих в процессе производства. Но изначально они предназначены для адаптации технологий к условиям поля и поэтому, в отличие от обычных технологических программ, предполагают опору на конкретные характеристики каждого поля, участка [5, 15].
Для разных природных зон параметризация этих характеристик и их значимость могут различаться, но сам их перечень достаточно стабилен и включает данные о предшествующем использовании поля (участка), его рельефе, почвенном покрове, засоренности и т.п. Важно, однако, подчеркнуть, что для определения особенностей выполнения каждой технологической операции (ТО) используется специфический набор характеристик только тех из них, которые наиболее тесно связаны с данным воздействием на почву и посев.
Общая схема потоков информации в системе КЭСПАР была показана ранее [5]. Практически та же самая информация используется и в динамических моделях продукционного процесса (ДМПП) [11]. Поэтому для расчета параметров тепло- и массообмена в системе почва-растение-атмосфера (ПРА) и для прогноза урожайности
применительно к конкретному участку можно использовать эти модели. Кроме того, ДМПП могут "встраиваться" в КЭСПАР, описывая динамику роста и развития растений на этом участке.
В данной статье сделана попытка детально рассмотреть почвенно-агрофизический аспект информационного обеспечения КЭСПАР и соответствующие характеристики. Что касается использования агрохимической информации, то можно сказать, что к настоящему времени разработана достаточно подробная и научнообосно-ванная система расчета норм и доз внесения органических и минеральных удобрений под планируемый урожай с учетом содержания питательных элементов в почве и растениях, а для агрофизических почвенных свойств такая система отсутствует, хотя эти свойства, несомненно, в очень значительной степени определяют процесс производства растительной продукции.
Теория окультуривания почв предсказывает, что по мере интенсификации земледелия структура свойств почв, определяющих их плодородие, будет меняться в пользу физических свойств. Важность того или иного свойства почвы в технологическом аспекте определяется уровнем его влияния на ход продукционного процесса. Оптимизация свойств почвы должна иметь четкую направленность, конкретную цель. Очевидно, что определение этой цели должно базироваться на представление о функциях почв. Мы будем полагать, что используемые в сельскохозяйственном производстве почвы несут две основные функции: продуктивную и базовую. Это означает, что оптимизация должна быть направлена на совместное решение двух задач:
- создание оптимальных условий для культурных растений;
- повышение уровня гомеостаза почвы как базового элемента агроландшафта для обеспечения устойчивости земледелия.
Этот дуализм задач с позиций реальных воздействий на почву имеет относительный характер. Решение первой задачи - окультуривание почвы - в общем случае ведет к одновременному решению второй, и лишь в отдельных случаях для этого необходимы некоторые специальные, например, противоэрозионные приемы.
Центральной методологической задачей концепции является установление иерархии свойств почв как элементов системы. Эта иерархия определяет стратегию окультуривающих воздействий на почву. Главным моментом стратегии является первоочередное воздействие на ведущие свойства, поскольку без их измерения невозможно радикально изменить ведомые свойства.
Для определения потребности в той или иной информации, необходимой для принятия соответствующих агротехнологических решений (АР), следует провести предварительный анализ технологических программ (ТП) возделывания различных сельскохозяйственных культур и определить те параметры, которые обуславливают принятие этих решений. Перечень параметров дифференциации агротехнологий будет специфичным для данного региона и рассматриваемых культур. Нами проведен такой анализ и осуществлена систематизация ТП возделывания яровых зерновых, картофеля, многолетних трав, разработанных на основе зональных рекомендаций для Северо-западного региона РФ [7]. В качестве примера в табл. 1 представлена та часть ТП возделывания яровых зерновых, в которой АР принимаются главным образом на основе информации о характеристиках корнеобитаемого слоя почвы. Эта систематизация использована при разработке базы знаний (БЗ) соответствующей КЭСПАР.
Все технологические операции (ТО) разделены на 4 группы:
1) механические обработки почвы при подготовке к посеву;
2) посевные и некоторые вспомогательные операции;
3) внесение удобрений и обработки средствами защиты растений;
4) операции, связанные с уборкой урожая.
Дифференциация технологий производится по
следующим почвенно-агрофизическим, агрохимическим, биологическим и хозяйственным характеристикам:
- (5.1) тип почвы (5.1.1 - дерново-подзолистые; 5.1.2 - торфяные и т.д.)
- (5.2) разновидность почвы по гранулометрическому составу (5.2.1 - супесь, 5.2.2-5.2.4 - легкий, средний и тяжелый суглинок)
- (5.3) влажность почвы;
- (5.4) температура почвы на глубине заделки семян;
- (5.5) наличие или отсутствие камней в корне-обитаемом слое;
- (5.6) содержание питательных элементов в почве;
- (5.7) рост и развитие растений, состояние посевов;
- (5.8.1-5.8.3) вид сорняков;
- (5.8.1.1-5.8.3.3) степень засоренности;
- (5.9) наличие болезней и вредителей;
- (5.10) вид предшественника;
- (5.11) вид возделываемой культуры;
- (5.12) метеоусловия на момент проведения ТО (осадки, температура воздуха, скорость ветра и др.);
- (5.13) хозяйственные условия (проведение или непроведение тех или иных ТО).
В колонке 5 перечислены те параметры, которые принимаются во внимание при проведении каждой ТО с комментарием по поводу принятия тех или иных технологических решений. При создании БЗ соответствующей КЭСПАР эти комментарии представлены в развернутом виде, с подробными рекомендациями об условиях проведения всех ТО, включая количественные данные о нормах и дозах внесения удобрений и средств защиты растений и др.
На основе анализа ТП для различных культур нами разработана представленная в табл. 2 иерархия почвенно-агрофизических характеристик по степени их важности при принятии тех или иных агротехнологических решений (АР), а также для обоснования новых задач при организации опытного дела с учетом современных требований к информационному обеспечению компьютеризации сельского хозяйства [14].
Конечно, представление о важности перечисленных в табл. 2 характеристик является относительным, и наш перечень отнюдь не претендует на полноту описания всех физических параметров почв. Мы рассматриваем иерархическую структуру лишь с точки зрения использования почвенно-агро-физической информации при принятии АР как непосредственно в сельскохозяйственном производстве, так и при разработке систем КЭСПАР, создаваемых для обслуживания этого производства. Существуют и другие почвенные характеристики, такие как, например, физико-механические параметры, водопрочность почвенных агрегатов, удельная поверхность и т.д., которым посвящены обширные исследования, однако на сегодняшний день в сельскохозяйственной практике на основании информации об этих характеристиках технологические решения при возделывании различ-
Таблица 1. Систематизация технологической программы возделывания яровых зерновых
№ п/п
Технологическая операция
Сроки проведения
Условия проведения
Параметры дифференциации, комментарии
Лущение (1.1) или дискование (1.2) (в 1-2 следа)
Осенние работы
Внесение органических удобрений (3.1)
Внесение минеральных удобрений (3.2)
Вспашка с боронованием (1.4)
Выравнивание (2.2)
Обработка гербицидами (3.3)
Боронование (1.5) зяби в 2 следа
Культивация с боронованием (1.7) или вспашка (1.3) (при весеннем внесении удобрений)
Культивация с боронованием (1.7) или боронование (1.5) в 2 следа
Шлейфование (2.2) или прикатывание (2.4)
Посев семян (2.3) с одновременным внесением мин. удобрений в рядки (3.2)
сразу после уборки предшественника
после ТО (1.1) или (1.2) (но возможно зимой)
перед вспашкой (возможно весной)
через 15-20 дней после ТО (1.1), (1.2), (3.1), (3.2)
после ТО (1.4) после ТО (1.4)
глубина 8-12 см
дозы рассчитываются по специальной программе
то же
глубина 18-25 см
дозы рассчитываются по специальной программе В есенние работы
по мере поспевания почвы; через 7 дней ТО (1.5) повторить
через 7-8 дней после ТО (1.5)
перед посевом
одновременно или сразу после ТО (1.7), (1.5)
в срок с 10 по 20 мая (при температуре почвы на глубине заделки семян не ниже 4-5°С)
глубина 4-6 см
глубина, см: для ТО (1.7) - 8-12, для ТО (1.3) - на глубину пахотного слоя
глубина, см: для ТО (1.7) - 10-12 для ТО (1.5) - 6-8
глубина заделки с
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.