Математическое моделирование управления продукционным процессом на посевах сахарной свеклы

Выводы. Результаты изучения степени подмерзания гибридов 39 семей 10 различных групп скрещивания в зимы 2010-2012 гг. свидетельствуют о наличии среди них значительного количества зимостойких форм (со степенью подмерзания 0 и 1 балл) и о возможности их отбора во всех 39 семьях.

Для дальнейшего использования в селекции перспективны 9 наиболее зимостойких семей 6 групп скре-

щивания, в которых от 50 до 100 % гибридов не подмерзали: Нежное забайкальское х Теллисааре (50 %), 4-37-197 х Свежесть (56 %), Нежное забайкальское х Скарлет (57 %), 18-9 х Алтайское пурпуровое (64 %), Неженка х Ароматное (67 %), Алтайское румяное х Бельфлер-китайка (71 %), 32-26 х смесь пыльцы алтайских сортов (93 %), 18-9 х 32-26 (100 %), Жебровское х Красное раннее (100 %).

Литература.

1. Калинина И.П., Ящемская З.С., Макаренко С.А. Селекция яблони на зимостойкость, высокую урожайность, устойчивость к парше и повышенное качество плодов на юге Западной Сибири. - Новосибирск, 2010. - 310 с.

2. Калинина И.П. Селекция яблони на Алтае. /Россельхозакадемия. Сиб. отд-ние. НИИСС им. М.А. Лисавенко. - Барнаул: Изд-во «АзБука», 2008. - 244 с.

3. Программа и методика селекции плодовых, ягодных и орехоплодных культур. - Орел: ВНИИСПК, 1995.

4. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М.: Колос, 1973. - 336 с.

APPLE HYBRIDS FROST DAMAGE RATE DEPENDING ON THEIR PARENTAGE I.P. Kalinina, M.A. Kushnarev, M.S. Kushnareva

Summary. Apple is main fruit culture in Russia including Siberia. Breeding winter hardy varieties adapted to local ecological conditions is the main method of increasing apple winter-hardiness. Winter-hardiness is considered in selecting parental forms. The best results in winter-hardiness apple breeding received using winter hardy and high winter hardy varieties as parental forms.

The paper presents 3-years results on frost damage of 1481 apple hybrids 2002-2004 years of cross-breeding in the Lisavenko research institute of horticulture in winters 2009/10, 2010/11, 2011/12. 9 stocks with the most non-frostdamaged (0 numbers) hybrids are selected. The possibility of selecting winter hardy hybrids (0-1 numbers of frost damage) in all investigated stocks is shown.

Key words: apple, breeding, hybrid, stock, frost damage rate, winter-hardiness.

УДК 631.11

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОДУКЦИОННЫМ ПРОЦЕССОМ НА ПОСЕВАХ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ

Н.К. ШАПОВАЛОВ, доктор сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник,

И.Е. СОЛДАТ, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник

Белгородский НИИСХ Россельхозакадемии zemledel2006@yandex.ru

Резюме. В стационарных полевых опытах Белгородского НИИСХ Россельхозакадемии (1985-2011 гг.), на примере сахарной свеклы, основываясь на полученных экспериментальных данных, проведён анализ поведения системы «растение - удобрение - погодные условия» с позиций системного подхода. Авторы ставили перед собой задачу получения точного математического выражения, характеризующего связь доз вносимых удобрений, степени защиты растений, влияния погодных условий на урожайность и качество корнеплодов сахарной свеклы. Урожайность сахарной свеклы в контроле колебалась в зависимости от условий года от 15,8 до 21,0 т/га и повышалась до 46,0...52,0 т/га при использовании (ЫРК)Ю0 с применением гербицидов на фоне 40 т/га навоза, внесённого под озимую пшеницу. Зависимость изучаемых факторов принята в виде уравнения регрессии: Урожайность, сахаристость = а0 + а1 * ЫРК/ГТК + а2 * ЗР/ГТК + а3 * (ЫРК/ГТК)05 + а4 * (ЗР/ ГТК)0 5, где а0-а4 - коэффициенты регрессии; ЫРК - количество вносимых удобрений (на фоне навоза); ЗР - степень защиты растений пестицидами, ГТК - гидротермический коэффициент. Накопление сахара в корнеплодах понижается с увеличением количества осадков и увеличивается с повышением температуры. В результате анализа влияния отдельных факторов (степени удобренности, защиты растений пестицидами, ГТК, осадков, температуры воздуха) на величину урожая

и накопление сахара в корнеплодах выявлена существенная роль удобрений (52,6 %) и величины ГТК(14,48 %). При учёте взаимодействия удобрений, степени защиты растений с погодными условиями наибольшую долю влияния факторов на урожайность сахарной свеклы оказывает соотношение удобрений с осадками, а на накопление сахаров - соотношение удобрений и температуры воздуха при оптимальном выпадении осадков.

Ключевые слова: сахарная свекла, урожайность, содержание сахара, коэффициенты регрессии, корреляционный анализ.

Агрохимическая наука на современном этапе своего развития часто вынуждена анализировать комплексы неупорядоченных массивов информации. Поэтому взаимосвязь и воздействие внешних факторов на растения с трудом поддаются статистической обработке. Однако их необходимо учитывать при разработке адаптивноландшафтных систем земледелия [1, 2].

Системный поход базируется на концепции полезного результата, когда проведён поиск значений «практически управляемых» факторов, при которых достигается эффективный урожай хорошего качества. Точного математического выражения, характеризующего связь доз вносимых удобрений, степени защиты растений, влияния погодных условий и продуктивности сельскохозяйственных растений пока нет, хотя в литературе приводится множество примеров,

демонстрирующих зависимость между отдельными факторами [3...6].

Цель наших исследований - разработка математической модели управления продукционным процессом в системе «почва - растение - удобрение - средства защиты» для определения доли влияния изучаемых факторов на урожайность и качество сахарной свеклы.

Условия, материалы и методы. При подборе математического выражения, отражающего взаимосвязь изучаемых факторов в агроэкосистеме мы исходили из следующего выражения:

МВ/МП х f(внешние факторы) = Const, где МВ, МП - соответственно массы химических веществ, вынесенных биомассой растений и поступивших в агрономическую среду (почву), с учетом баланса питательных веществ, f - функция внешних воздействий (погодные условия, фотосинтетическая активная радиация и др.); Const - величина постоянная для конкретной культуры (по нашим многочисленным исследованиям на большом статистическом материале коэффициент ее варьирования не превышает 5.. .15 %), которая определяется как зависимость баланса питательных веществ от биогенных условий.

Анализ осуществляли на основе экспериментальных данных полученных в стационарных опытах Белгородский НИИСХ Россельхозакадемии (1985-2011 гг.) на примере сахарной свеклы. Схема опыта предусматривала три уровня защиты растений: ЗР1 - протравливание семян (фон), ЗР2 - фон + почвенный гербицид, ЗРЗ - фон + почвенный гербицид +гербициды по вегетации (исходя из порога вредоносности).

Урожайность сахарной свеклы в зависимости от условий года колебалась от 15,8 до 21,0 т/га в контроле и повышалась до 46,0.52,0 т/га при использовании (NPK)180 с применением гербицидов на фоне 40 т/га навоза, внесённого под озимую пшеницу. Зависимость изучаемых факторов принята в виде уравнения регрессии:

Урожайность, сахаристость = а0 + а1 х NPK/ГТК + а2 х ЗР/ГТК + а3 х (NPK/ГТК)05 + а4 х (ЗР/ГТК)0,5.

где а0-а4 - коэффициенты регрессии; NPK - количество вносимых удобрений (на фоне навоза); ЗР - уровень защиты растений пестицидами, ГТК - величина гидротермического коэффициента.

Кроме общего показателя, характеризующего погодные условия (ГТК), мы дополнительно проанализировали влияние количества осадков и суммы температур на продуктивность сахарной свеклы по уравнению:

Урожайность, сахаристость = а0 + а1 х NPK/ОС + а2 х NPK/Т + а3 х ЗР/ОС + а4 х ЗР/Т + а5 х (NPK/ОС)05 + а6 х (NPK/Т)05 + а7 х (ЗР/ОС)05 + а8 х (ЗР/Т)05,

где а0-а8 - коэффициенты регрессии, ОС - количество осадков, мм, Т - сумма температур (средняя температура воздуха), град.

В качестве граничных значений ГТК, осадков и суммы температур взяты их пределы, наблюдаемые в течение времени проведения стационарных опытов за период вегетации сахарной свеклы (ГТК - 0,67.1,63, сумма осадков - 188.424 мм, средняя температура -14,1...16,5°С).

Результаты и обсуждение. Коэффициенты регрессии моделей были получены по экспериментальным данным в стационарных опытах (табл. 1).

Корреляционный анализ экспериментальных данных показал, что величина урожайности с увеличением применения удобрений с (NPK)120 до (NPK)180

Таблица 1. Коэффициенты регрессии математических моделей урожайности и содержания сахара в корнеплодах сахарной свеклы в зависимости от средств химизации и погодных условий, 1985- 2011 гг.

Коэффициент регрессии

Фактор урожайность, и/га содержание сахара, %

Константа* По величине ГТК 229, 0 18,9

NPK/3P/rTK -1, 153 0,01

ЗР/ГТК -75 , 80 1,28

(NPK/ГТК)05 27,18 -0,13

(ЗР/ГТК)05 113,48 -1,56

По количеству осадков и температуре воздуха

Константа 243,9 18,9

NPK/ОС — -15,79

NPK/Т — 148,79

ЗР/ОС -1,16 -429,50

ЗР/Т 1,46 5269,70

(NPK/ОС)05 -212,39 28,55

(NPK/Т)05 1254,15 87,78

(ЗР/ОС)05 - 101,39

(ЗР/Т)05 - -337,18

*величины констант определяются средними (за годы исследований) показателями ГТК, осадков и температуры воздуха

значительно возрастает: парный коэффициент корреляции гп - 0,80, частный (коэффициент корреляции - «чистая связь» факторов при исключении других факторов) гч - 0,91. Влияние химической защиты растений, в сравнении с ручной прополкой, выражено слабо: г - 0,15, частный г - 0,42. Это связано с от-

пч

носительно низкой засорённостью, так как сахарная свекла была второй культурой после чистого пара, в котором проводили комплекс агротехнических мероприятий по уничтожению сорняков. Согласно полученным данным наибольшая зависимость урожайности сахарной свеклы от величины ГТК наблюдается в апреле (гч - 0,56), когда появляются всходы. В целом за период вегетации величина урожайности также формируется складывающимися погодными условиями (гп - 0,34, гч - 0,59). Прямая зависимость от количества осадков наиболее выражена в июле и августе.

Отрицательная взаимосвязь между повышенной температурой воздуха и урожайностью сахарной свеклы наблюдается в августе (гп - 0,34, гч - 0,38), сахаристостью - в июне (гп - 0,46).

В целом за период вегетации повышенное количество осадков и высокие температуры воздуха неблагоприятно влияют на накопление сахара (рис. 1) в корнеплодах (по осадкам гч - 0,76, по сумме температур гч - 0,50).

Наибольшая урожайность сахарной свеклы в зависимости от доз внесённых удобрений достигается в интервале ГТК - 0,9...1,2 (рис. 2). При более высоких величинах этого показателя она незначительно снижается. Зависимость накопления сахара от ГТК в апреле и мае слабо выражена, а в августе оно происходит более интенсивно при оптимальной (0,9...1,2) величине ГТК

(гч - 0,86).

Выводы. Системный анализ результатов опытов показывает, что накопление сахара в корнеплодах понижается с увеличением количества осадков и увеличивается с повышением температуры. В целом за период вегетации накопление сахара в корнеплодах снижается при ГТК, отличающемся от средемноголетнего (1,15), -гп - гч - 0,57. В результате анализа влияния отдельных факторов (степени удобренности, защиты растений

20,9

Гидротермический коэффициент

Рис. 1. Зависимость накопления сахара в корнеплодах от величины ГТК, 1МРК и средств защиты: —- ЗР=1 (1\1РК)120;

- ЗР=1 (МРК)180; - ЗР=2 (МРК)120; - ЗР=2 (МРК)180;

НК- - ЗР=3 (МРК)120; - ЗР=3 (МРК)180.

пестицидами, ГТК, осадков, температуры воздуха) на размеры урожая и накопление сахара в корнеплодах выявлена существенная роль удобрений (52,6 %) и величины ГТК (14,48%).

При учёте взаимодействия удобрений, степени защиты растений с погодными условиями наибольшую долю вклада факторов во влияние на урожайность сахарной свеклы оказывает соотношение удобрений с осадками, а на накопление сахаров - удобрений и температуры воздуха при оптимальном выпадении

' I ‘ Г і

0.6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8

Гидротермический коэффициент

Рис. 2. Зависимость урожайности сахарной свеклы от ЫРК, ГТК и средств химической защиты: —-ЗР=1 (ЫРК)120;

— -ЗР=1 (1\1РК)180; —а--ЗР=2(1\1РК)120; -ЗР=2 (МРК)180;

НК— - 3р=3 (1ЧРК)120; - 3р=3 (1ЧРК)180.

осадков. Это подтверждают коэффициенты регрессии математических моделей урожайности и содержания сахара в корнеплодах в зависимости от средств химизации, гидротермического коэффициента, осадков и температуры за годы исследований.

Использование разработанных математических моделей позволяет с учётом данных краткосрочного прогноза погоды на начальных этапах вегетации растений проводить корректировку внесения удобрений для более эффективного их применения.

Литература.

1. Коновалов Н.Д., Коновалов С.Н. Перспективы Развития свекловодства и биологизации земледелия в ЦЧР// Сахарная свекла.- 2008.- №5.- С. 21-24.

2. Минакова О.А., Александрова Л.В. Модификация расчёта доз минеральных удобрений методом баланса на планируемую урожайность//Сахарная свекла.- 2008.- №5.- С. 25-27.

3. Муха В.Д., Кочетов И.С., Муха Д.В., Пелипец В.А. Основы программирования урожайности сельскохозяйственных культур //Учебное пособие. М.: МСХА, 1994.- 251 с.

4. Юнусов Р.А., Хайруллин А.И., Хайруллина Л.Ф. Влияние приемов основной обработки почвы и удобрений на продуктивность сахарной свеклы в условиях республики Татарстан//Вестник Казанского ГАУ. - 2012. - № 4 (26). - С. 137-139

5. Котов С.Е., Хайруллин А.И. Фитосанитарное состояние посевов и продуктивность сахарной свеклы в зависимости от различных фонов удобрений//Вестник Казанского ГАУ. - 2011. - № 1 (19). - С. 131-133

6. Хайруллин А.И., Котов С.Е., Шайхутдинов Ф.Ф. Продуктивность сахарной свеклы в зависимости от применения биологических факторов и минеральных удобрений//Вестник Казанского ГАУ. - 2011. - № 1 (19). - С. 157-159.

MATHEMATICAL MODELING OF THE PROCESS ON PRODUTSIONNYM SUGAR BEET N.K. Shapovalov, I.E. Soldat

Summary. In steady-state field trials of the GNU Belgorod Agricultural Research Institute (1985-2011 gg.) For example sugar beet, based on the experimental data, the analysis of the behavior of “soil-plant-weather condition” with the system approach. The authors set out to get an accurate mathematical expression that describes the relationship of doses of fertilizers, plant protection, the impact of weather conditions on the yield and quality of sugar beet. Yield of sugar beet depending on the year ranged from 15.8 to 21.0 t / ha in the control and increased to 46.0 - 52.0 t / ha for making (NPK) of 180 kg / ha with the use of herbicides in the background 40 t / ha of manure, introduced for winter wheat. The dependence of the studied factors adopted in the form of the regression equation: Yield, sugar = a0 + a1 х NPK / SCC + a2 х LA / SCC + a3 х (NPK / SCC) 0.5 + a4 х (HG / SCC) 0.5 where a0-a4 - regression coefficients; NPK - amount of fertilizers (in the face of manure), LA - protection of plant pesticides - variants respectively - 1,2,3, SCC - values of hydrothermal coefficient. It was found that the accumulation of sugars in the roots decreased with increasing rainfall and increases with increasing temperature. An analysis of the influence of individual factors (the degree of fertilizers, plant protection pesticides, SCC, precipitation, air temperature) on the yield and accumulation of sugar in the roots revealed significant role of fertilizers (52.6%) and the value of SCC (14.48%). When taking into account the interaction of fertilizers, plant protection to weather the maximum share of the contributions of factors on the yield of sugar beet has a ratio fertilizer with precipitation, and the accumulation of sugars - the ratio of fertilizer and the air temperature at the optimum rainfall.

Key words: sugar beet yield, sugar content, the regression coefficients, correlation analysis.