Эта группа
вопросов является важнейшей в агроэкологии, поскольку от нее зависит
экологическая нагрузка на окружающую среду и окупаемость экологического риска
урожаем.
Основная
задача исследования формирования урожая в агроэкосистемах
состоит в исследовании механизмов формирования товарной продукции (сахара у
сахарной свеклы; зерна у зерновых; ароматическипх
масел у эфиромасличных и т.д.) и сопоставления результатов с нагрузкой на общую
экосистему региона.
Отдельные виды
культур имеют определенную специфичность, которая связана как с морфологией,
ростом и развитием растений, так и с характеристикой соответствующего
экономического (хозяйственного) урожая. В будущем можно закономерно ожидать,
что предметом исследований станет физиология непосредственно отдельных сортов и
генотипов, с учетом «экологической стоимости» урожая. Свидетельством этому
являются результаты не только теоретических исследований, но и практического
возделывания культур. Например, в настоящее время основы агротехники и питания
ячменя разрабатывают не для культуры вообще, а непосредственно для групп сортов
(пивоваренные, продовольственные, кормовые) и областей выращивания. Динамика
роста сортов, формирования урожая и отзывчивости на отдельные факторы настолько
специфична, что ее необходимо учитывать и при разработке технологии
возделывания – сортовой агротехники. Известно, что данная специфичность
обусловлена особенностями морфологического строения и протекания жизненных
процессов, сформировавшимися в «тех, конкретных»
экологических условиях. Очевидно, что полностью генотип интенсивных сортов
(следовательно, и окупаемость добавочной энергии) может быть реализован лишь с
учетом выполнения требований таких сортов к агроэкосистемам.
Без учета этого эффективность хозяйствования неизбежно уменьшится, а добавочная
энергия не окупится соответствующей прибавкой урожая.
Ниже
приводятся общие вопросы формирования урожая (или основы фотосинтетической
продуктивности) в условиях аграрных экосистем, с учетом влияния экологических
условий на количество и качество урожая.
Механизм
формирования урожая можно рассматривать с разных точек зрения. Это, например,
зависимость урожая от динамики развития целого растения и отдельных его органов
или влияние экологических факторов внешней среды на отдельные компоненты
урожая. Все эти направления в определенных условиях играют свою роль. При этом
ассимиляция растениями углекислого газа из воздуха представляет собой основной
процесс, который при формировании урожая играет ведущую роль. Все остальные
факторы – прямые и косвенные, внешние и внутренние, незначительные и определяющие
– должны оказывать воздействие через изменения в интенсивности формирования
урожая, транспорта, распределения и использования ассимилятов.
Формирование
нового органического вещества в агроэкосистемах в
принципе определяется сочетанием трех процессов, которые в приведенной
последовательности соответствуют и прохождению во времени:
1 – поглощение
(абсорбция) энергии солнечных лучей посевами;
2 – эффективное
использование поглощенной энергии для формирования сухого вещества;
3 –
передвижение, распределение и накопление продуктов ассимиляции.
Нетрудно
видеть, что задача специалистов обеспечить такую агротехнологию, чтобы динамика экологических факторов в
посевах максимально сответствовала указанным
процессам с учетом развития во времени.
Энергия
солнечных лучей поглощается всеми органами растений, причем в большей степени
пластинками листьев и в меньшей влагалищами листьев, стеблем, колосом и т.д.
Для определения способности посевов поглощать солнечную радиацию обычно
используют показатель покрытия листьями поверхности почвы, т.е. индекс листовой
поверхности (ИЛП), который выражается отношением площади ассимилирующих органов
к единице поверхности почвы (обычно
Конкретные технологические действия человека в агроэкосистемах существенно влияют на приведенные основные параметры, определяющие к.п.д. продукционного процесса. Очевидно, например, значение пространственного распределения продуцирующих растений с учетом динамики ярусов по фазам развития.
Морфологическая
структура продуцирующих растений в существенной мере определяет распределение
света в агроэкосистемах и скорости диффузии газов,
особенно углекислого газа и кислорода. С ними тесно связаны и другие основные
элементы микроклимата в посеве. Для фотосинтетической продуктивности большое
значение имеют физиологические свойства отдельных органов. В посеве с
определенным микроклиматом скорость фотосинтеза отдельных листьев зависит от их
фотосинтетической характеристики и положения в пространстве.
В агроэкосистемах важно поддерживать определенные оптимальные
величины ИЛП с учетом не только культур, но и сортов и геометрии поля, так как
с возрастанием ИПЛ усиливается и дыхание. Важную роль играет адаптация листьев
нижних ярусов к слабой интенсивности освещения, а листьев верхних ярусов к
освещению высокой интенсивности. Именно это обеспечивает продуктивность
загущенных посевов – важнейшее принципиальное направление общего повышения
продуктивности в агроэкосистемах.
Очевидно, что загущение культур резко повышает ответственность за
всесезонное обеспечение оптимальных интервалов всех факторов роста в течение
всего вегетационного периода. Таким образом, рост потенциальной продуктивности
за счет загущения культур в агроэкосистемах
увеличивает риск потерь за счет неблагоприятной погоды и требует добавочной
энергии на обеспечение страхования.
Повышение
скорости фотосинтеза представляет собой большой резерв для растениеводства. По
современным представлениям коэффициент использования солнечных лучей при
фотосинтезе можно повысить примерно в 10 раз. Регулирование и повышение
скорости фотосинтеза осуществляется или селекцией, или созданием оптимальных
условий питания растений.
К настоящему
времени точные величины скорости фотосинтеза, необходимые для максимальных
урожаев, еще не определены. Дело в том, что скорость фотосинтеза – это решающий
фактор формирования урожаев только в тех случаях, когда устранено лимитирующее
действие остальных факторов, например недостаточного минерального питания,
дефицита воды, неблагоприятной структуры посева. Без устранения (преодоления)
лимитирующих факторов увеличение скорости фотосинтеза бесполезно.
Все-таки сортовые
различия в скорости фотосинтеза показывают, что в некоторых случаях этот
признак используется в селекции новых высокопродуктивных сортов, т.е. сортовые
параметры позволяют с большим эффектом использовать факторы, находящиеся в
минимуме.
Общее накопление
сухого вещества посевом определяется скоростью фотосинтеза, зависящей от
влияния внешних и внутренних условий. Оптимизация этих условий способствует
росту фотосинтетической продуктивности. В хозяйственном отношении такая
оптимизация представляет собой наиболее выгодный и рациональный способ
повышения урожая. Без оптимизации лимитирующих факторов форсирование урожая
интенсивными способами экономически нерациональна, а
экологически опасна. Примером могут служить многочисленные факты вредного
влияния удобрений.
Конечный
производственный урожай – это результат выработки и распределения ассимилятов, накапливающихся в
период развития растения. Распределение сухого вещества по разным органам
растений имеет существенное значение не только по отношению к конечному
продукту, но также для степени роста и величины урожая. Различия между
отдельными видами полевых культур (рис. 18, 19) и между сортами чаще всего обусловлены разницей в скоростях, с
которой образовавшееся сухое вещество транспортируется из ассимилирующих
тканей. Поэтому распределение сухого вещества по отдельным частям растения не
менее важно, чем общий урожай. Повышение урожая, происходящее при введении
новых сортов, часто происходит в результате изменений в распределении сухого
вещества, которое в значительной степени сосредоточено в органах, создающих
хозяйственный урожай. Наглядным примером этого служит резкое повышение урожая
зерна короткостебельных сортов зерновых, при уменьшении доли соломы.
У большинства
культур распределение ассимилятов в надземных и
подземных частях растений соответствует изменениям в их соотношении.
В фазе
проростков корни развиваются наиболее активно, в результате отношение надземной
части к подземной становится относительно узким. В
фазе всходов преобладает рост надземной массы, и распределение ассимилятов к концу этого периода приобретает постоянный
характер на весь последующий рост.
При переходе к
генеративной фазе соотношение надземной и подземной масс резко меняется. Это
показатель нового распределения ассимилятов, более
благоприятного для надземной части, например у зерновых, или для подземной у
картофеля.
Передвижение ассимилятов зависит не только от фазы онтогенеза, но и от
внешних условий. При изучении влияния температур на распределение сухого
вещества установлено, что в условиях нормального теплового режима отношение
надземной части к корням у зерновых становится решающим фактором, регулирующим
скорость роста. Результаты некоторых исследований показывают, что сортоспецифические различия в росте могут быть объяснены
именно разной активностью формирования надземных и подземных органов растений.
Распределение
сухого вещества в зависимости от минерального питания тесно связано со
скоростью передвижения ассимилятов. Питательные
вещества представляют собой лишь один из факторов, влияющих на распределение
сухого вещества, однако они имеют большое практическое значение, так как при
помощи удобрений можно эффективно управлять интенсивностью углеводного обмена и
использованием конечных его продуктов – ассимилятов.
Между минеральным и углеводным питанием существует тесная и гармоническая
взаимосвязь.
Основные
материалы для роста любой ткани – это углеводы, минеральные вещества и вода.
Изменения в их соотношениях могут вызвать различия в интенсивности роста
тканей, однако лишь в том случае, когда один из основных материалов
становится лимитирующим фактором.
Зависимость
корней от надземной части растений, помимо прочего, выражается в том, что
углеводы поступают к ним из листьев, от которых корни находятся на относительно
большом расстоянии, и, по-видимому, недостаток этих веществ ограничивает рост
корней в большей степени, чем рост надземной массы. Это значит, что любой
фактор, способствующий образованию углеводов или подавляющий их использование
надземной частью, благоприятно отражается на росте корней.
Такова же
зависимость надземной части от корней, служащих поставщиками минеральных
веществ и воды. Надземная часть растений отдалена от зоны поступления
питательных веществ и воды и ее рост тормозится чаще, чем рост корней, т.е.
любой фактор, усиливающий поступление питательных веществ и воды, активизирует
рост надземной части зерновых относительно в большей мере, чем рост корней.
Следовательно, если исключить все другие факторы, ограничивающие развитие
растений, то рост надземной части будет продолжаться с интенсивностью, которая
зависит от подачи минеральных веществ и воды к корням, а рост корней – с
интенсивностью, зависящей от поступления углеводов из надземной части. В
большинстве случаев между двумя этими процессами существует взаимодействие.
Если снабжение
минеральными питательными веществами является достаточным, нормально растут и
подземные органы. Растение расходует бǒльшую
часть углеводов на формирование надземной массы, их передвижение к корням
ослабевает, и в результате задерживается рост корней. Количество минеральных
веществ и воды, поступающих из почвы, в этом случае не будет возрастать, так
как их поглощение зависит от размеров системы и от количества органических
веществ, транспортируемых из надземных частей к корням. Обеспечение растущих
тканей надземной части минеральными веществами и водой будет постоянно
снижаться. Это значит, что для формирования надземной части будет использована
лишь часть углеводов, и постепенно большее их количество станет доступным для
корней. В результате рост корней усилится и одновременно возрастает поступление
питательных веществ и воды, затем весь цикл повторяется.
В агроэкосистемах между надземной частью и корнями всегда
существует определенное функциональное равновесие. Это сказывается на постоянстве
их соотношения, которое в определенной мере соответствует каждому типу внешних
условий. Если они изменятся (в результате природных явлений или агротехнологии), возникает новое равновесие и оно также
будет соответствовать новым условиям. Такая же взаимосвязь обнаруживается в тех
случаях, когда внешние условия не изменяются, но под действием искусственных
факторов (например срезания части надземных органов) нарушается соотношение
между надземной частью и корнями.
Ассимиляты – продукты фотосинтеза, образующиеся в результате фотохимических и
биохимических процессов в хлоропластах. Проблему зависимости накопления сухого
вещества от источников ассимиляции часто формулируют для ясности таким вопросом: что лимитирует рост
зерновки – метаболизм накапливающегося сухого вещества или отток ассимилятов из ассимилирующих органов?
Многочисленные примеры указывают на возможность различного толкования опытных
данных. Существенно значение видовых и сортовых различий для этого процесса и
специфическое влияние конкретных условий агротехнологии.
Следовательно, вопрос механизма регулирования и распределения продуктов
ассимиляции еще исследуется, но уже имеющиеся по этому вопросу данные
представляют ценный материал для изучения факторов, ограничивающих рост
урожайности (лимитирующих факторов).
Для
формирования зерна у зерновых культур это означает следующее: необходимо
различать снижение урожая в результате несовпадения потенциала продуктивности и
емкости накопления при преобладании продуктов ассимиляции или неполного
использования емкости накопления при равномерном уменьшении обеих составляющих
этого комплекса.
Для получения
высоких урожаев необходимы также условия, при которых ассимилирующие органы
могут с максимальной эффективностью использовать энергию солнечных лучей для
формирования продуктов ассимиляции. В то же время запасающие органы должны
обладать способностью усваивать возможно большее количество ассимилята
с минимальными потерями при дыхании
Количественное
определение зависимости продуктивности от накопления очень важно для
правильного понимания лимитирующих урожайность факторов. Для выявления
потенциала продуктивности можно использовать многие показатели, довольно полно
исследованные (например, фотосинтетический потенциал, скорость фотосинтеза,
размер ассимилирующей поверхности и др.).
В качестве
простого, но целесообразного показателя величины емкости накопления у зерновых
предложено использовать число зерновок на единицу площади. Этот показатель,
дополненный данными о динамике роста зерновки и особенно о максимальной
скорости прироста сухого вещества, можно применить при изучении лимитирующих
факторов в конкретных условиях. Число зерновок на
Образование
сухого вещества в процессе фотосинтеза можно рассматривать как основу
растениеводства, важнейшим производственным процессом в котором является
возделывание растений в агроэкосистемах, созданных
человеком. Следовательно, все агротехнические мероприятия должны быть
направлены на формирование условий для максимальной интенсивности
фотосинтетического процесса.
Земледелец в
числе важнейших вопросов определяет густоту стояния растений на единице
площади, которая оказывает существенное влияние на морфологическую структуру
каждого отдельного растения и всей агроэкосистемы.
(табл. )
Таблица
Наиболее
благоприятная густота посевов
|
Культура |
Растений на |
Примечание * |
|
Озимая пшеница |
3000-5000 |
а |
|
Яровая пшеница |
4000-5000 |
а |
|
Озимая рожь |
2000-3000 |
|
|
Яровой ячмень |
3000-4000 |
а |
|
Овес |
3000-4000 |
|
|
Кормовые бобы |
350-450 |
|
|
Горох посевной |
500-800 |
а |
|
Сахарная свекла |
80-100 |
б |
|
Кормовая свекла |
90-120 |
б |
|
Картофель семенной |
53-55 |
в |
|
Картофель столовый |
48-53 |
в |
|
Картофель технический |
48-50 |
в |
|
Кукуруза на силос |
80-100 |
а |
|
Озимый рапс |
500-800 |
|
* а –
существенно различные требования в зависимости от сорта; б – густота после
прореживания; в – число кустов после появления всходов.
Рост отдельных
растений в посевах в большей или меньшей степени ограничен конкуренцией за
солнечный свет. Посевы полевых культур никогда не образуют полностью гомогенное
сообщество, а всегда предстиавляют собой сочетание
морфологически различных единиц.
Оптимальная
морфологическая структура каждого растения и особенно каждого посева – основное
условие максимального использования факторов вегетации в агроэкосистемах.
Особенно это относится к свету и воде, их приближение к оптимальности решает
вопрос о росте и продуктивности всей агроэкосистемы.
Морфологическая структура посева в определенной степени влияет на распределение
света и скорость обмена газов, в первую очередь СО2. Этим определены
основные элементы микроклимата в посевах. Посев должен иметь такую густоту и
морфологическую структуру, при которой процессы продуктивности лимитировались
бы лишь внешним поступлением энергии, а не внутренними факторами растений.
Для полевых
культур устанавливают, как правило, загущенные посевы, т.е. такое число
растений на единицу площади, при котором размеры каждого растения в течение
большей части вегетационного периода оказываются существенно меньше тех, какими
они были бы при возделывании отдельных растений на неограниченной площади.
Продуктивность посевов ограничивается не ростовыми процессами. В первую очередь
продуктивность ограничивает поступление питательных веществ, воды, солнечных
лучей или другие внешние условия. Указанные факторы, особенно вода и удобрения,
существенно влияют не только на число растений на единице площади, но и на создание
морфологической структуры посева.
В условиях орошения
и при интенсивном применении удобрений главным фактором, ограничивающим
(лимитирующим) рост и накопление биомассы, может быть солнечная радиация*.
* Это
положение может быть отнесено только к периоду роста и накопления биомассы
конкретного посева. Вместе с тем существуют и другие факторы, ограничивающие
рост и накопление биомассы на единицу площади, например, возделывание повторных
культур, частота отчуждения биомассы у многолетних трав и др. – Прим.пер.
Конкуренция за
свет происходит при формировании морфологической структуры посева в процессе
вегетации. Фотосинтетическая деятельность растений в течение вегетации
усиливается до того периода, когда возникает конкуренция за свет и некоторые
нижние листья начинают отмирать. Различия, обусловленные факторами внешней
среды и агротехникой, сказываются на продуктивности в большей степени, чем на
силе конкуренции между отдельными растениями. Можно даже предположить, что
конкуренция за солнечный свет относительно одинакова в разных географических
широтах или в районах с различной облачностью.
Продуктивность
сорта может быть довольно высокой, однако она определяется не отдельными
растениями, а всем посевом. Из практики селекции известны случаи, когда
многообещающие генотипы, полученные при индивидуальном посеве в селекционных
посевах, давали отрицательные результаты при возделывании их в условиях
производства и загущенных посевов.
Морфологический
вид, распределение и размещение листьев, форма корня, длина колоса и другие
показатели существенно меняются в зависимости от густоты стояния. Так,
морфологические формы корнеплодов сахарной свеклы или колоса яровой пшеницы
резко различны при разном числе растений на гектаре.
Результаты
многих исследований показывают, что основным условием достижения высокой
урожайности при благоприятной структуре посева является быстрое формирование
фотосинтетического аппарата, который эффективно поглощает и трансформирует
солнечные лучи. Быстрое развитие ассимилирующей поверхности в начале вегетации
– одна из эффективных возможностей улучшения продуктивности посева. Очень
важно, чтобы биомасса, формирующаяся на первых этапах развития посева, была
использована для дальнейшего увеличения фотосинтетического аппарата. К определенному
периоду его поверхность и структура достигают оптимума, причем у разных культур
в разное время. Как правило, этот период очень короток, он длится до тех пор,
пока не начнется массовое отмирание старых листьев.
На
морфологическую структуру каждого отдельного растения и особенно
высокопродуктивного посева оказывает влияние не только площадь поверхности
листьев, но и вертикальная структура посева. При ее оценке учитывают массу
листьев, их площадь, число, форму, расположение в отдельных ярусах, окраску
(зеленую или желтую - у отмирающих растений), рост и ветвление стеблей, а также
число растений различной высоты в посевах и степень проникания солнечных лучей
в отдельные ярусы посева.
Листья в
сомкнутых посевах никогда не расположены в равных горизонтальных плоскостях и
никогда не занимают строго горизонтального положения.
Фотосинтез зависит не только от интенсивного света, длительности и
фотосинтетической деятельности отдельных листьев, но также от их числа и
площади, угла наклона к поверхности почвы, поглощающей и отражающей
способности, от соотношения между рассеянным и прямым светом, от высоты солнца
над горизонтом и угла падения солнечных лучей, от ориентации листьев по
отношению к солнцу и т.д.
В зависимости
от угла наклона листьев к поверхности почвы различают несколько типов их
положения в посевах:
1 - планофильное (преобладают листья в горизонтальном
положении);
2 – эректофильное (преобладают вертикально направленные
листья);
3 – плагиофильное (преобладают вертикально направленные листья,
в горизонтальном положении их относительно мало);
4 – экстремофильное (преобладают листья в горизонтальном положении
при наличии небольшого числа вертикально направленных листьев).
Культуры
различаются по типу расположения листьев. Посевы современных сортов зерновых,
по данным многих авторов, характеризуются эректофильным
расположением листьев; посевы кукурузы и сахарной свеклы – плагиофильным;
посадки картофеля и травостои многолетних бобовых - планофильным.
Расположение листьев в одном и том же посеве в течение вегетации меняется,
особенно у трав. Для всходов зерновых культур наиболее благоприятно
горизонтальное листорасположение.
От
равномерности распределения листьев зависит степень проникания солнечных лучей
в посев. Следует отметить, что в посевы, где листья расположены равномерно и горизонтально
в закрытых ярусах, лучи солнца проникают слабее, чем в посевы с листьями малого
размера, расположенными в случайном порядке.
Продуктивность
всего посева определяется его оптимальной структурой. Изреженные посевы
поглощают солнечные лучи в недостаточной степени, в результате коэффициенты
эффективности фотосинтеза очень малы. С другой стороны, сильно загущенные
посевы с обильным покрытием листьями могут активно поглощать падающие солнечные
лучи, однако отдельные листья настолько затенены, что фотосинтез в них
протекает очень слабо. При высоких значениях ИЛП более целесообразно эректофильное положение листьев, в этом случае они
могут принимать активное участие в
формировании сухого вещества биомассы в достаточно загущенном посеве.
Основным
требованием, с которым подходят к оценке структуры посева, является создание
условий для полного поглощения энергии солнечных лучей в период максимального
роста растений. Многочисленные исследования показывают, что недостаточные
размеры л истовой поверхности в течение вегетации –
одна из основных причин, тормозящих формирование оптимальной структуры посева и
вызывающих слабое использование солнечной энергии.
В настоящее
время большое внимание уделяется вопросам разработки идеотипов
высокопродуктивных посевов полевых культур. Стабильное развитие получает
селекция, направленная на создание определенной структуры посевов, т.е.
селекция на высоту растений, толщину стебля, расположение и форму листьев и др.
При улучшенной морфологической структуре посевов это способствует повышению
степени использования солнечных лучей.
Таким образом,
оптимизация динамики образования и пространственного распределения
ассимилирующих органов – эффективный способ целенаправленного улучшения
структуры и продуктивности агроэкосистем.
В течение ряда
лет высказывается обоснованное мнение о том, что в период, когда интенсификация
земледелия обеспечивается в первую очередь за счет механизации и химизации,
дальнейшее развитие производства продовольствия будет сопровождаться его биологизацией. Без сомнения, современная техника и техника
будущего в возрастающей степени станут средством для применения результатов
биологических исследований. Главное внимание будет сосредоточено на основных
производителях биологически утилизируемой энергии – на растениях.
В связи с этим
необходимо обратить внимание на перспективность расширения разработки некоторых
новых направлений в изучении процессов формирования урожая, которые могут представить
собой качественно новые системы управления продукционным процессом в агроэкосистемах.
Управление
растениеводством с точки зрения формирования урожая
При
совершенствовании комплекса процессов управления растениеводством необходимо
учитывать специфические черты, которые определяют также необходимую
классификацию задач управления. В основе этой классификации лежит временной
интервал между решением (принятое решение) и полученным результатом (действие).
Согласно выводам, сделанным на основе изучения мировой практики ФАО, принятие
решений в аграрном секторе может осуществляться на трех уровнях:
а) принятие проектных (перспективных) решений, которые имеют отношение
к долговременным мероприятиям, как, например, строительство мелиоративных
систем, осуществление постоянных противоэрозионных мероприятий (террасирование,
полезащитные полосы и др.), повышение плодородия почв и т.д. Период от принятия решения
по данному вопросу до получения результата может длиться 10, 15 лет и больше.
По отношению к использованию агроэкосистем сюда
входят медленно протекающие процессы, например накапливание гумуса и др.;
б)
планирование комплекса агротехнологических,
мелиоративных и защитных мероприятий для следующего вегетационного периода или
севооборота. Период от принятия решения до получения результатов длится несколько
месяцев, а иногда и годы. Сюда относятся вопросы программирования урожаев.
Величину урожая и вероятность ее получения необходимо знать по возможности
точнее, потому что именно это определяет расходы на дорогостоящую
инфраструктуру по уборке, переработке, хранению и сбыту. При недостаточном матобеспечении теряется урожай. При избыточном –
омертвляются инвестиции и растут бесполезные расходы по амортизации средств
обеспечения обработки урожая;
в) оперативное
управление процессом формирования урожая непосредственно в течение
вегетационного периода. Это касается подбора соответствующих агротехнических
мероприятий и соблюдения сроков их выполнения. При этом учитываются фактическое
состояние посевов и метеорологические условия. Промежуток времени от принятия
решения до проявления результатов составляет от нескольких дней до нескольких
месяцев. Научной основой для применяемых мероприятий служит теория о динамике
формирования урожаев.
Решения второй
группы (б) в будущем должны реализовываться на основе математических моделей
продуктивности агроэкосистем. Задача моделирования
заключается в определении параметров формирования урожая с помощью обобщенных
показателей, характеризующих средние условия вегетационного периода и его
отдельных этапов (например, сумма эффективных температур, запасы почвенной
влаги, количество осадков, снежный покров, обеспеченность питательными
веществами и др.). При этом модель можно использовать и в другом направлении,
решая вопрос о проведении необходимых мероприятий для повышения урожая на
основе анализа его формирования. В отличие от моделей первой группы (а) в
данном случае необходимо учитывать биологические свойства той или иной культуры
и влияние почвенных и климатических факторов.
Наиболее
сложны модели третьей группы (в), предназначенные для оперативного управления.
Они должны включать целый ряд детальных информаций. Самыми целесообразными
считаются динамические модели формирования урожая, но можно использовать и
более простые формы, которые решают лишь отдельные проблемы (например
режим орошенияя).
При решении
всех задач необходимо учитывать, что продуктивность агроэкосистем
существенно зависит от метеорологических факторов, которые пока не поддаются ни
управлению (искусственное осаждение облаков носит локальный и частный
характер), ни достаточно точному прогнозированию.
Комплексное
моделирование агроэкосистем позволяет решать не только
вопросы растениеводства и животноводства, но весь комплекс производственных
проблем, включая взаимозависимости между растениеводством и животноводством и
между более мелкими подсистемами.
Общая
эффективность использования агроэкосистем возрастает,
если освоить технологию программирования урожаев. Целью программирования
является повышение и стабилизация урожаев. Простые рекомендации, например по
сортовой структуре посевов или по технологии возделывания – только предваряющее
условие этой сложной комплексной проблемы.
Программирование
урожаев характеризуют следующие положения:
а) предварительное
(опережающее во времени) определение величины урожая на основе ранее принятой
программы с учетом физико-географических, почвенно-климатических и
экономических условий данной области и биологических особенностей возделывания
культур;
б)
оптимизация, т.е. получение максимального урожая высокого качества при
минимальных затратах труда, материально-технических, энергетических и др.
ресурсов;
в)
использование методов математического моделирования многофакторных полевых
опытов для получения объективных данных и установления закономерностей во
взаимодействии отдельных факторов и их влиянии на формирование урожаев;
г)
математическое моделирование и разработка программ для автоматических систем
управления;
д)
использование АСУ;
е) разработка
программированных агрокомплексов и схем чередования культур в севооборотах;
ж)
практическое использование разработанной программы на аграрных комплексах и
уточнение исходных данных модели программирования урожаев.
Основные
задачи возделывания культур в условиях агроэкосистем
с регулированием водного режима (на осушительно-увлажнительных системах) и при
достаточном количестве удобрений, полной механизации, внедрения результатов
науки и техники в аграрную сферу заключаются в том, чтобы на базе разработанной
программы, т.е. исходя из ранее определенного коэффициента использования солнечной радиации и возможности управления
фотосинтетической деятельностью посевов, получать максимальные урожаи. Для
практического решения этой задачи необходимо использованить
данные о фотосинтетической продуктивности растений в посевах и особенностях
формирования урожая данной кульутры в конкретных
условиях.
С учетом
коэффициента использования энергии солнечных лучей для получения планируемой
продукции определяются основные показатели фотосинтетической характеристики агроэкосистемы: рост площади листьев и формирование
определенного фотосинтетического потенциала с заданным уровнем продуктивности
фотосинтеза, коэффициенты использования падающих и поглощенных лучей при
фотосинтезе и коэффициенты транспирации.
Требуется
специально отметить, что краткое изложение основных проблем программирования
урожаев неизбежно приводит к упрощению многих вопросов. Специалисты отдельных
отраслей могут возражать против многочисленных неточностей в определении и
применении многих терминов (например коэффициента
транспирации, эффективности удобрений и
др.), однако это детализирующие вопросы, которые будут решаться по мере практического
использования всей модели программирования урожаев. Основной чертой
программирования урожаев является общий кибернетический подход к управлению агроэкосистемами на базе научных данных и компьютеризированной
обработки информации.
Реализация программирования урожаев связана с
целенаправленным учетом огромного количества данных. В своей основе это
комплексная инвентаризация всех важнейших элементов, принимающих участие в
формировании урожая, и использование полученных обобщенных выводов для разработки
обоснованного и практически реализуемого комплекса мероприятий по достижению
максимального урожая с учетом свойств каждого генотипа, почвенно-климатических
условий и агротехнологии. В любом конкретном случае
это синтез большого числа отдельных данных. В аграрной сфере, как и в других
отраслях, оправдали себя методы
математического моделирования, техническое решение которых
осуществляется с помощью вычислительной техники.