Автореферат (1151764), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Координатная мелиорация, как и точное земледелие - один из путей устранения неоднородности условий формирования урожаев и оптимизации параметров мелиоративных мероприятий. Современные технические средства позволяют при окультуриваниипочв дифференцированно по однородным участкам поля вносить в почву мелиоранты, органические и минеральные удобрения, выравнивая условия выращивания растений и оптимизируя дозы их внесения.
На примере осушаемыхполей ОПХ «Полково» выполнены основные технологические (информационные) операции координатной мелиорации по внесению азотных удобрений.Азотные удобрения играют ведущую роль в продуктивности дерновоподзолистых почв, поскольку эти почвы бедны органическим веществом и припромывном режиме содержание минерального азота в них довольно низкое.При этом из-за вымочек, неравномерного содержания гумуса и гидролитической кислотности по участкам поля могут наблюдаться значительные вариациисодержания доступного азота.
В этой связи задача реализации информационнойтехнологии их рационального распределения с учетом неоднородности свойствпочвы является актуальной.В процессе исследований и решения задачи дифференцированного внесения заданных объемов азотных удобрений по участкам поля модельного объекта Тинки-II были собраны, обработаны и проанализированы аэрокосмическиефотоматериалы территории, данные агрохимических анализов с картографическим отображением результатов кластерного анализа, сформированы ГИСкарты и апробированы соответствующие алгоритмы расчета.Информационная составляющая координатной мелиорации потребоваласоздания ГИС-проекта: все земли сельскохозяйственного назначения, примыкающих к п. Полково, были разделены в ArcGIS координатной сетью с тем,чтобы обеспечить пространственную привязку любого участка территории путем определения координат с помощью GPS-приемников. Исходная карта аэрофотосъемки получена с помощью программы Google Earth.1616Рис.
5. Расположение точек отбора образцов почвы на полях «Тинки-II»для агрохимических анализовРезультаты агрохимических анализов, выполненных специалистами изФРГ в 1998 г. (по 60 точкам отбора проб), на содержание аммонийного и нитратного азота в двух слоях (0-30 и 30-60 см) почвенного покрова использовались нами для получения количественной оценки содержания доступного минерального азота.Статистическая обработка исходных данных и последующая пространственная интерполяция результатов в среде ГИС с помощью программы кластерного анализа позволила получить в плане контуры, в рамках которых градациясодержания минерального азота укладывается в относительно узкий диапазон10-15 кг/га (рис.
6).aбвгдРис. 6. Результаты кластерного анализа (в среде ГИС) содержания аммонийного (а, б) и нитратного (в, г) азота в почве (0-30 см и 30-60 см). Выделеныоднородные по содержанию минерального азота участки полей (д)В границах однородных по растительному составу и агротехнике возделывания производственных участков (полей) выполнено разбиение на квадраты1717площадью 1 га таким образом, чтобы линии разбиения имели минимальноечисло пересечений с границами поля (рис. 7).
Это упрощает составление маршрута движения сельскохозяйственной техники при выполнении работ по внесению удобрений.Условные обозначенияПоле 1 (23 га)Содерж.Дифф. доза,азота,кг/гакг/га21-3120032-4618047-58170-Поле 2 (31,5 га)Дифф. доСодерж.за,азота, кг/гакг/га58-689066-788079-886589-10060Поле 3 (23 га)Содерж.азота, кг/гаДифф. доза,кг/га39-4344-5152-5960-8590807070Рис. 7. Картосхема однородных по содержанию азота в слое почвы 0-60см трех полей севооборота и дифференцированных доз внесения азотных удобрений (размер элемента 100х100 м)По данным о суммарном содержании различных форм минерального азота в почве на выделенных участках поля были сформированы таблицы (с идентификатором каждого участка) для расчета дифференцированных доз внесенияазотных удобрений под планируемую урожайность.
Учитывая запланированные дозы азотных удобрений, полученные при решении задачи ресурсногообеспечения (см. табл. 2), выполнен расчет урожая со всей площади поля поформуле (5) для условий равномерного внесения удобрений по всему полю идля случая внесения дифференцированных доз.Таблица 3. Прогнозируемая урожайность и дозы удобрений при равномерном / дифференцированном внесении азотных удобрений (данные 2009 г.)№поляКультура(на сено)2МноголетниетравыРожь озимая3Рожь озимая1Расчетная урожайность, т/гаПлановаядоза,кг/гаРасчетнаядоза,кг/гаПланируемаяхозяйствомурожайность,т/гаПри равномерномвнесенииПо техн.коорд.
мелиорации180-2401901010,4111060-907234,85,5560-907234,84,95Фактическаяурожайность,т/гаСравнение плановых и расчетных доз азотных удобрений (табл. 2), а также урожайности однолетних трав по полям севооборота (табл. 3) показало, чтополученные значения укладываются в экспертный диапазон и близки к планируемым. Следовательно, предложенная модель применима для расчета продук1818тивности зерновых культур и многолетних трав и адекватна заявленным хозяйством производственным планам.Сценарные исследования показали, что при использовании малых дозудобрений (30…90 кг/га) только за счет одного вида удобрений (азота) валовойприрост сбора урожая может достигать 5-10%.
При потребности в высоких дозах удобрений (180-240 кг/га) эффект от дифференцированного внесения азотных удобрений составляет 3-5%, рис. 8.1412∆YУрожайность (сено), т/га108Границы содержанияазота в почве при равномерном внесенииазотных удобрений(180 кг/га)6420050100150200250300Содержание азота впочве при дифференцированном внесенииазотных удобрений(160…187 кг/га)Содерж ание азота, кг/гаРис. 8. Средний по полю прогнозируемый прирост урожайности (∆Y) придифференцированном внесении доз азотных удобренийВместе с тем, сглаженный агрохимический фон способствует формированию однородного растительного покрова, для которого более эффективно проведение агротехнических мероприятий, связанных с уходом за посевом и уборкой урожая, поскольку развитие растений по фазам протекает синхронно, иразличные участки поля будут иметь сходную продуктивность.
Повышениеэффективности использования мелиорантов и удобрений при их дифференцированном внесении по участкам поля создает благоприятные экологические условия для агроландшафта, в том числе за счет снижения инфильтрационноговыноса удобрений в грунтовые воды.Информационная технология управления мелиоративными режимамипочв, реализуемая в данной работе, предусматривает элементы оперативногоуправления поливами.
В этом случае выбирается вариант режима орошениясельскохозяйственной культуры, обеспечивающий плановую урожайность вскладывающихся погодных условиях (с учетом заданной оросительной нормы,эрозионно-допустимой поливной нормы и экологических ограничений).Оценка водного режима почвы и прогноз его динамики под влияниемскладывающихся погодных условий и орошения выполняется путем имитационных расчетов на модели агроценоза, разработанной во ВНИИГиМ, с использованием исходных и актуальных данных, включая метеоинформацию, срокисева, фенологические характеристики развития культуры, нормы и сроки поливов. Основная часть информации регистрируется и накапливается с помощью1919инструментальных информационных систем (автоматическая метеостанция,доступные интернет-ресурсы о прогнозе погоды, сведения о проведенных поливах, Web-сайт системы управления поливами и др.) Эти данные анализируются с помощью динамической модели агроценоза, предназначенной для расчета продуктивности агроценоза при реализации некоторого плана полива.
Пошаговое принятие решений в течение всего периода вегетации культуры обочередном поливе (норма и сроки) с использованием критерия максимума урожайности реализует процесс оптимального управления поливами.Для оценки адекватности функционирования комплекса информационных средств на примере опытных данных по орошению многолетних трав (тимофеечно-кострецовой смеси), полученных в Мещерском филиале ГНУВНИИГиМ, нами выполнены имитационные расчеты по данным фактическогографика проведения поливов, рис. 10 и 11.Мм ,осадкиполив3530252015105025НВ20151050%от абсолютносухой почвы- полив,мм- осадки, мм2- влажность почвы% от абсолютнойсухой почвы повесу80% НВ112май312июнь3123июль12август3123сентябрьРис. 10.
Динамика влажности почвы, осадки и поливы (в мм) за периодвегетации многолетних трав (1 - по данным Мещерского филиала ВНИИГиМ,2007 г.; 2 - по расчетным значениям, полученным по модели многолетних трав)Рис. 11. Динамика влажности корнеобитаемого слоя почвы и накоплениябиомассы многолетних трав (численный эксперимент по условиям 2007 г. ОПХ«Полково»). Урожайность по укосам: 3,6 т/га, 2,63 т/га2020Сравнение результатов численных экспериментов и полевых опытов показало, что коэффициент корреляции двух временных рядов по влажности почвы составляет 0,75.
Диапазоны изменения влажности почвы в течение всего периода вегетации близки между собой; расчетная урожайность многолетних травпри орошении близка к фактической (по укосам расчет – 3,6 т/га и 2,63 т/га,факт – 3,65 т/га и 2,42 т/га соответственно).Проведенный анализ показал удовлетворительную адекватность выбранной динамической модели формирования урожая многолетних трав для расчетарежима орошения и, как следствие, применимость предлагаемого инструментария в системе управления мелиоративными режимами.Технологический цикл управления орошением, как элемент информационной технологии, основанной на применении предложенного выше инструментария и Web-сайта, обеспечивающего доступ удаленного пользователя (например, агронома или мелиоратора) к информационному ресурсу системыуправления, представлен на рис.
12.Рис. 12. Блок-схема технологического цикла управления поливами2121Схема расчета оперативного режима орошения с использованием Webсайта включает следующие этапы:1. Авторизация пользователя в системе, заполнение регистрационной анкеты.2. Обработка введенных данных, дополнение недостающей информации,формирование пакета данных модели орошаемого агроценоза, предварительный прогон и проверка валидности расчетов.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
