Оптимизация применения агрохимических средств с использованием информационных технологий и математического моделирования, страница 13

1. При верификации модели использованы данные экспериментов за годы с достаточным увлажнением и обеспеченностью теплом (I группа лет по метеорологическим условиям вегетационного периода).

2. Дозы азота, фосфора и калия в составе минеральных удобрений для использованных вариантов не превышали 150 кг д.в. / га, органических удобрений в пересчете на стандартный подстилочный навоз - 40 т / га.

Таблица 5.10. Результаты верификации моделей продуктивности культур.

Проверка статистической гипотезы о равенстве дисперсий
регрессионных остатков и урожаев культур с помощью F - критерия

Примечания: D_У - дисперсия величины урожая основной продукции культуры; D_e - дисперсия регрессионных остатков; F выч. - вычисленное значение F-статистики, F выч. = D_У/D_e; F крит. - критическая величина F-статистики при числе уровне значимости α = 0,05.

Величины дисперсий реальных значений продуктивности и дисперсий регрессионных остатков достоверно различаются. Это свидетельствует об адекватности разработанных моделей продуктивности (таблица 5.10). Величина дисперсии регрессионных остатков достоверно отличается от дисперсии прогнозируемых значений величин по F ‑ критерию Фишера, при уровне значимости α = 0,05. Точность прогнозирования соответствует требованиям, предъявляемым к моделям продуктивности культур по данным полевых опытов (Полуэктов, 2000; Семёнов, 2000), средние абсолютные значения отклонения расчётных результатов от реальных значений составляют для озимой пшеницы - 4,5 ц зерна / га (13,0 %), ярового ячменя - 2,4 ц зерна / га (9,8 %), картофеля - 22,8 ц клубней / га (12,3 %), вико-овсяной смеси - 7,0 ц зелёной массы / га (12,5 %).

Результаты верификации моделей продуктивности культур в АИС “Геосеть-2000” приведены в приложениях 4 - 7.

5.3. Оценка и оптимизация систем применения агрохимических средств

В настоящей главе демонстрируются возможности применения разработанной информационной технологии - АИС “Геосеть-2000” для оптимизации применения средств химизации земледелия и сертификации агротехнологий.

Пример 1. Рассчитаны варианты изменения эффективности удобрений в годы с различными погодными условиями вегетационного периода (при соотношении N:P:K, равном 1:1:1). Метеорологические условия года оказывают весьма существенное влияние на продуктивность агроценозов (таблица 5.11). Отмечена различная степень снижения продуктивности культур в годы с неоптимальной обеспеченностью осадками и теплом, что объясняется различными агроэкологическими требованиями и критическими периодами роста. Это показывает, что принципиально важным и перспективным направлением совершенствования агротехнологий является поиск путей рационального использования информации о сложившихся и ожидаемых агрометеорологических условиях.

Результаты моделирования свидетельствуют, что в годы, благоприятные по погодным условиям вегетационного периода (группа лет “А”) и в годы с экстремальными погодными условиями (группы “B”, “С” и “D”) отношение прибавки урожая к дозе удобрений снижается в 4-5 раз при увеличении дозы удобрений с N30P30K30 до N120P120K120.

Минимальная эффективность удобрений под озимую пшеницу по имеющимся данным отмечена в группе лет “B” (при оптимальном увлажнении и повышенной обеспеченности теплом), ярового ячменя и картофеля ‑ “С” (при недостаточном увлажнении и избыточной обеспеченности теплом). Эти различия можно объяснить тем, что экстремальные погодные условия вегетационного периода различным образом действуют на продуктивность культур, имеющих различные критические периоды роста (Агроклиматический, 1967; Федосеев, 1985, Хомяков, 1990; Хомяков, 1991).

Таблица 5.11. Расчётное отношение прибавки урожая к дозе удобрений, кг продукции / кг д.в. NPK
на дерново-подзолистых почвах в годы с различными агрометеорологическими условиями

Примечание: Отношение прибавки урожая к дозе удобрений рассчитано при следующих значениях показателей почвенного плодородия: содержание гумуса - 2,00%; реакция солевой вытяжки (рН сол.) - 5,0 ед.; содержание подвижных фосфатов - 10 мг Р₂О₅ / 100 г почвы (100 мг Р₂О₅ / кг почвы); содержание обменного калия - 12 мг К₂О / 100 г почвы (120 мг К₂О / кг почвы).

Пример 2. Проведена сравнительная оценка эффективности доз удобрений, рекомендуемых действующими нормативами, подготовленными ЦИНАО (Нормативы..., 2000) и в полевых опытах, использованных при разработке моделей продуктивности культур в АИС “Геосеть-2000”. Установлено, что расчётное отношение прибавки урожая к дозе удобрений по данным экспериментов Геосети на 2 - 3,5 ц зерн. ед. / кг д.в. NPK превышает нормативные величины Минсельхоза РФ. При разработке современных технологий применения удобрений целесообразно преимущественно использовать результаты длительных стационарных экспериментов, при необходимости дополняя их данными краткосрочных полевых опытов. Это будет способствовать достижению уровня окупаемости удобрений в год внесения не ниже 6-8 кг зерна / кг д.в. NPK под зерновые культуры и 30 - 33 кг клубней / кг д.в. NPK под картофель (таблица 5.12).

Пример 3. Разработанная информационная технология позволяет осуществлять сравнительную характеристику систем применения удобрений под культуры по расчётной величине показателя отношения прибавки урожая к дозе удобрений, кг продукции / кг д.в. NPK. В качестве примера рассмотрим пример расчёта эффективности доз удобрений под озимую пшеницу, яровой ячмень и картофель, рекомендуемых ЦИНАО (Нормативы..., 1990) и Центральной опытной станцией ВИУА им. Д.Н. Прянишникова (Интенсивные..., 1986) с использованием моделей продуктивности культур в АИС “Геосеть-2000” (таблица 5.13).

Из результатов проведённого сравнения видно, что рекомендуемые ЦОС ВИУА им. Д.Н. Прянишникова дозы удобрений под озимую пшеницу и яровой ячмень обеспечивают большую окупаемость удобрений по сравнению с предлагаемыми ЦИНАО на основе обобщения результатов краткосрочных полевых опытов (расчётный уровень продуктивности культур отличается не более чем на 1-2 ц зерна / га для озимой пшеницы и ярового ячменя и 10 ц клубней / га для картофеля).

Таблица 5.12. Сравнение величины отношения прибавок урожая к дозе удобрений, кг продукции / кг д.в. NPK,
по данным АИС “Геосеть-2000” и согласно действующим нормативам Минсельхоза РФ (ЦИНАО, 2000).

Дерново-подзолистые почвы Центрального района Нечернозёмной зоны

Примечание: Средние отношения прибавок урожая к дозам удобрений по данным АИС “Геосеть-2000” рассчитаны для выделенных групп лет по погодным условиям за вегетационный период (A - D), пропорционально их вероятности. Обозначения показателей почвенного плодородия в таблице: Гумус, % - содержание гумуса в почве, рН сол., ед. - реакция солевой вытяжки, Р подв., мг P₂O₅ / кг почвы - содержание в почве подвижных фосфатов по методу Кирсанова, К обм., мг K₂O / кг почвы - содержание в почве обменного калия по методу Масловой. Использованы данные нормативов ЦИНАО для почв супесчаного и суглинистого гранулометрического состава пахотного горизонта.