vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"vestiag-215Research ArticleЗЕМЛЯРОБСТВА І РАСЛІНАВОДСТВAAGRICULTURE AND PLANT CULTIVATIONМОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ ФАКТОРОВ СРЕДЫ НА УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУРMODELING THE EFFECT OF CONTROLLED ENVIRONMENTAL FACTORS ON CROP YIELDЛихацевичА. П.LikhatsevichA. P.

член-корреспондент, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

Corresponding Member, Doctor of Engineering Science, Professor

niimel@mail.ruИнститут мелиорацииThe institute of Melioration201611012017046578Copyright © Лихацевич А.П., 20172017Лихацевич А.П.Likhatsevich A.P.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/215

Предложена математическая модель влияния регулируемых факторов внешней среды на урожайность сельскохозяйственных культур, которая в отличие от эмпирических формул, не имеющих физической основы, базируется на реальных, установленных опытным путем физических закономерностях, что приближает ее к классу балансо-вых. Для практического применения предложенной модели необходимо знать максимальную урожайность, формирующуюся при оптимальных уровнях питания и увлажнения растений. Значения всех опорных показателей модели (оптимальных влагозапасов почвы, при которых формируется максимальный урожай, и биологического минимума почвенных влагозапасов, при которых формирование урожая прекращается) устанавливаются по результатам полевого эксперимента. Оптимальные и минимально возможные уровни питания и увлажнения, которые обеспечивают формирование урожая, задают границы определения (диапазон применения) расчетных зависимостей. Опорные показатели зафиксированы на уровне средних за вегетацию, что позволило исключить их зависимость от факторавремени. Кроме того, в модели учтена пропорциональность связи между  транспирацией и урожайностью и установлено, что в отличие от биологического минимума содержания почвенной влаги, имеющего вполне реальное значе-ние, отличное от нуля, биологический минимум пищевого режима, при котором формирование урожая прекращается, в частных решениях можно приравнивать нулю. Показано, что значение максимальной урожайности культуры можно задавать только с некоторой долей вероятности, поскольку на нее влияют не учтенные расчетной формулой нерегулируемые факторы внешней среды. Уровень максимальной урожайности колеблется по годам в зависимости от степени благоприятности этих условий, среди которых наиболее значимым является фактор, лимитирующий урожай (находящийся в минимуме). Проверка адекватности модели выполнена путем сравнения результатов вычислений по ней и аналогичных результатов, полученных по эмпирическим зависимостям, предложенных разнымиавторами. Результаты сравнения подтвердили, что предложенная модель влияния пищевого и водного режимов на урожайность объединяет разнотипные эмпирические формулы (с коэффициентами детерминации 0,86–0,96).

A mathematical model of effect of the controlled environmental factors on crop yield is proposed, which in contrast to empirical formulas that have no physical basis, is based on real, experimentally determined physical laws, which makes it closer to the balance class. It is necessary to know the maximum yield that is formed under perfect levels of nutrition and moistening of plants for the practical application of the proposed model. The values of all the reference model parameters (optimal soil moisture content, when maximum yield and biological minimum of soil moisture content is ensured, resultingin stop of the crop training) are set according to the results of field experiment. The perfect and as low as practicable levels of nutrition and moistening, that ensure crop training, determine the limits for calculating (application range) dependences. The supporting values are determined at the average level during the vegetation period, which allowed to eliminate the time factor dependence. In addition, the model considers proportionality of correlation between transpiration and productivity, and it is determined that in contrast to the biological minimum for the soil moisture content, that has quite a real value, other than zero, the biological minimum of the food regime when the crop training is stopped, in particular can be equated to zero. It is shown that the maximum yield value of crop can only be set with a certain degree of probability, since it is affected by unregulated environmental factors unrecorded by calculation formula. The level of maximum yield varies from year to year depending on degree of favorability of such conditions, with the most significant factor limiting the crop (at the minimumpoint). The model adequacy test is carried out by comparing the results of calculations and similar results obtained by empirical dependencies, proposed by different authors. Comparison results confirmed that the proposed model of effect of nutrition and water regimes on crop yield combines different empirical formulae (with determination ratio of 0.86–0.96).

математическое моделированиерегулируемые факторы среды обитания растенийпищевой режимуровень увлажнения почвыурожайностьmathematical modelingcontrolled plant environment factorsnutrition regimesoil moisture contentcrop yieldReferencesОбразцов, А. С. Системный подход: применение в земледелии / А. С. Образцов. – М.: ВО Агропромиздат,1990. – 303 с.Obraztsov, A. S. (1990) Sistemnyi podkhod: primenenie v zemledelii [System approach: the use in agriculture], VO Agropromizdat, Moscow, RUВахонин, Н. К. Методологические принципы формирования задач оптимизации растениеводства / Н. К. Вахонин // Мелиорация переувлажненных земель. – 2007. – № 2 (58). – С. 73–79.Vakhonin, N. K. (2007) “Methodological principles of crop optimization problems”, Melioratsiya pereuvlazhnennykh zemel’ [Melioration of wetlands], no. 2 (58), pp. 73–79.Вахонин, Н. К. Концептуальные основы моделирования урожайности в системе принятия решений по регулированию водного режима / Н. К. Вахонин // Мелиорация. – 2014. – № 2 (72). – С. 7–15.Vakhonin, N. K. (2014) “Conceptual bases yield modeling in the decision-making on water regime Regulation”, Melioratsiya [Melioration], no. 2 (72), pp. 7–15.Вахонин, Н. К. Моделирование урожаев в системе точного земледелия / Н. К. Вахонин // Мелиорация. – 2015. – № 1 (73). – С. 131–136.Vakhonin, N. K. (2015) “Simulation yields in the system of precision agriculture”, Melioratsiya [Melioration], no. 1 (73), pp. 131–136.Овчинников, А. С. Урожайность сладкого перца при капельном орошении / А. С. Овчинников, О. В. Бочарникова, Т. В. Пантюшина // Мелиорация и водное хозяйство. – 2007. – № 2. – С. 45–47.Ovchinnikov, A. S., Bocharnikova, O. V. and Pantyushina, T. V. (2007) “The yield of sweet pepper under drip irrigation”, Melioratsiya i vodnoe khozyaistvo [Melioration and water Industry], no. 2, pp. 45–47.Акулинина, М. А. Капельное орошение огурца в сухостепной зоне светло-каштановых почв Нижнего Поволжья: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.02 / М. А. Акулинина, Волгоград. гос. с.-х. акад., – Волгоград, 2010. – 23 с.Akulinina, M. A. (2010) “Drip irrigation of a cucumber in the dry steppe zone of light-brown soils of the Bottom Volga region”, Abstract of Ph.D. dissertation, Land improvement, restoration and protection of land, Volgograd State Agricultural Academy, Volgograd, RUШенцева, Е. В. Совершенствование агротехники выращивания баклажан при капельном орошении с использованием тоннельных укрытий для получения ранней продукции: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.02 /Е. В. Шенцева; Саратов. гос. аграр. ун-т. – Саратов, 2012. – 23 с.Shentseva, E. V. (2012) “Improving farming techniques of cultivation Eggplant under drip irrigation using the tunnel shelters for early production”, Abstract of Ph.D. dissertation, Land improvement, restoration and protection of land, Saratov State Agrarian University, Saratov, RUБогданенко, М. П. Технология возделывания рассадного лука при капельном орошении в Нижнем Поволжье: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.02 / М. П. Богданенко; Саратов. гос. аграр. ун-т. – Саратов, 2012. – 24 с.Bogdanenko, M. P. (2012) “The technology of growing seedlings of onion under drip irrigation in the Lower Volga”, Abstract of Ph.D. dissertation, Land improvement, restoration and protection of land, Saratov State Agrarian University, Saratov, RUАверьянов, С. Ф. Некоторые математические модели системы «растение – среда» / С. Ф. Аверьянов, В. В. Шабанов// Физическое и математическое моделирование в мелиорации. – М., 1973. – С. 293–295.Aver’yanov, S. F. and Shabanov, V. V. ( 1973) “A m athematical m odel o f “ plant-environment” s ystem”, i n A ver’yanov, S. F. (ed.) Fizicheskoe i matematicheskoe modelirovanie v melioratsii [Physical and mathematical modeling in land reclamation], Kolos, Moscow, RU, pp. 293–295/Дмитренко, В. П. Оценка влияния температуры воздуха и осадков на формирование урожая основных зерновых культур: метод. пособие. – Л.: Гидрометеоиздат, 1976. – 49 с.Dmitrenko, V. P. (1976) Otsenka vliyaniya temperatury vozdukha i osadkov na formirovanie urozhaya osnovnykh zernovykh kul’tur: metodicheskoe posobie [Evaluation of the effect of air temperature and precipitation in the formation of the harvest of basic grains: method. Benefit], Gidrometeoizdat, Leningrad, RUАфанасик, Г. И. Моделирование процесса формирования урожая сельскохозяйственных культур / Г. И. Афанасик // Мелиорация торфяников и их сельскохозяйственное использование. – Вып. 3. – Минск: БелНИИМиВХ,1977. – С. 122–127.Afanasik, G. I. (1977) “Simulation of the formation of crop”, Melioratsiya torfyanikov i ikh sel’skokhozyaistvennoe ispol’zovanie: sbornik. Vyp.3 [Melioration of peatlands and agricultural use, Vol. 3], BelNIIMiVKh, Minsk, BY, pp. 122–127.Закржевский, П. И. Модель урожая и динамика факторов внешней среды / П. И. Закржевский // Мелиорация переувлажненных земель. – 1977. – Т. XXV. – С. 95–105.Zakrzhevskii, P. I. (1977) “Model harvest and dynamics of environmental factors”, Melioratsiya pereuvlazhnennykh zemel’ [Melioration of wetlands], no. 25, pp. 95–105.Механизация полива: справ. пособие / Б. Г. Штепа [и др.]. – М.: Агропромиздат, 1990. – 336 с.Shtepa, B. G., Nosenko, V. F., Vinnikova, N. V., Danil’chenko, N. V., Ostapov, I. S., Fomin, G. E. and Afanas’ev, V. A. (1990) Mekhanizatsiya poliva: spravochnik [Mechanization of irrigation: a guide], Agropromizdat, Moscow, RUЛихацевич, А. П. Модель влияния регулируемых факторов окружающей среды на урожай сельскохозяйственных культур / А. П. Лихацевич // Мелиорация переувлажненных земель. – 2004. – № 2 (52). – С. 123–143.Likhatsevich, A. P. (2004) “The impact of environmental factors controlled model environment on crop yields”, Melioratsiya pereuvlazhnennykh zemel’ [Melioration of wetlands], no. 2 (52), pp. 123–143.Лихацевич, А. П. Модель динамики урожайности сельскохозяйственных культур в зависимости от изменчивости природно-климатическх факторов / А. П. Лихацевич,В. Н. Карнаухов // Мелиорация переувлажненных земель. – 2005. – № 2 (54). – С. 108–117.Likhatsevich, A. P. and Karnaukhov, V. N. (2005) “Model dynamics of crop yields, depending on the variability ofnatural factors climate”, Melioratsiya pereuvlazhnennykh zemel’ [Melioration of wetlands], no. 2 (54), pp. 108–117.Лихацевич, А. П. Влияние влаготеплообеспеченности на урожайность сельскохозяйственных культур (на примере многолетних трав и ярового тритикале) / А. П. Лихацевич, Е. И. Волкова // Мелиорация. – 2011. – № 2 (66). – С. 75–81.Likhatsevich, A. P. and Volkova, E. I. (2011) “Moisture heat supply Impact on crop yields (on an example of perennial grasses and spring triticale)”, Melioratsiya [Melioration], no. 2 (66), pp. 75–81.Попов, В. А. Математическое выражение закона лимитирующего фактора и его приложение к задачам мелиоративного земледелия / В. А. Попов // Мелиорация и водное хозяйство. – 1997. – № 2. – С. 30–34.Popov, V. A. (1997) “The mathematical expression of the law limiting factor and its application to problems of reclamation of agriculture”, Melioratsiya i vodnoe khozyaistvo [Melioration and Water Industry], no. 2, pp. 30–34.Ромко, А. В. Обоснование водного и питательного режима мелиорируемых земель гумидной зоны с использованием интегрированной модели агрогеосистемы: автореф. дис. … канд. техн. наук / А. В. Ромко; ГНУ ВНИИГиМ. – М., 2007. – 27 с.Romko, A. V. (2007) “Justification of the water and nutrient regime of reclaimed land humid zone using the integrated model agrogeosystems”, Abstract of Ph.D. dissertation, Land improvement, restoration and protection of land, All-Russian Research Institute of Hydraulic Engineering and Land Reclamation. AN Kostyakov, Moscow, RUПэнтл, Р. Г. Методы системного анализа окружающей среды / Р. Г. Пэнтл. – М.: Мир. – 1979. – 214 с.Pentl, R. G. (1979) Metody sistemnogo analiza okruzhayushchei sredy [System analysis methods for the environment], Mir, Moscow, RU

The authors declare that there are no conflicts of interest present.