Имитационная модель формирования урожая картофеля "Potato"
комбинированное орошение режим орошения продуктивность картофеля эвапотранспирация регулирование микроклимата гидротермические режим рациональное использование ресурсов прогнозирование урожайности имитационное моделирование
По результатам натурных исследований 2015 - 2017 гг. была проведена оценка капельного и комбинированного способов полива с целью подтверждения преимуществ комбинированного способа, сочетающего капельное орошение и мелкодисперсное дождевание, для выращивания картофеля в засушливых условиях Волгоградской области. В ходе проведения натурных исследований были осуществлены: сбор и анализ фенологических параметров по фазам развития культуры, почвенно-климатических характеристик, агротехнических параметров и определен наиболее экономически эффективный вариант водного режима и дозы внесения минерального питания при капельном и комбинированном орошении. В 2019 г. был заложен полевой опыт, исследующий оптимальный вариант, зафиксирована урожайность культуры. Далее осуществлялось формирование базы исходных данных 2019 года для имитационного моделирования (метеоэлементы, водно-физические и агрохимические свойства почвы, агротехника) с последующим выполнением численных экспериментов и назначением варианта управления водным режимом агроценоза с применением цифрового имитационного моделирования. Экспериментальными исследованиями доказана высокая эффективность комбинированного способа орошения, дифференцированного варианта водного режима по фазам развития: 70 % НВ от периода посадки до фазы массового цветения картофеля, 80% НВ – с начала фазы цветения до завершения вегетационного периода.
На основе анализа литературных данных отечественных и зарубежных ученых и экспериментальных исследований разработана имитационная модель формирования урожая раннего картофеля «Potato». Реализация модели производилась в среде Excel с применением стандартных операторов и языка программирования Visual Basic for Applications. Разработан оригинальный алгоритм моделирования процесса развития культуры в агроценозе, составлена блок-схема математической модели и предложена схема оперативного управления гидротермическим режимом на базе имитационного моделирования. Математическая обработка и статистический анализ экспериментальных данных в сравнении с результатами расчетов на модели проводился с использованием дисперсионного и регрессионного анализов с использованием прикладных программ Microsoft Office. На основе проведенной статистической обработки сделан вывод об адекватном функционировании модели, ее пригодности для управления гидротермическим режимом картофельного поля и прогноза урожайности.
С целью корректировки количества и дат проведения поливов для эффективного выращивания картофеля в засушливых условиях Волгоградской области был заложен полевой опыт, включающий наиболее результативный вариант орошения, определённый полученными ранее данными. Фактическая урожайность в 2020 году при капельном орошении составила – 31,1 т/га, при комбинированном орошении – 38,7 т/га, что подтверждается актом внедрения.
Для настройки модели на онлайн-режим работы и получения информации об уровне влажности почвы и напряженности метеоусловий при продолжении полевых опытов в 2021 году были установлены две метеостанции, с помощью которых осуществлялся посуточный контроль текущих данных. В режиме реального времени осуществлялись получение и обработка информации об уровне влажности почвы и напряженности метеоусловий.
На основе имитационного моделирования и реализации рекомендованного графика поливов была получена большая биологическая урожайность картофеля.
На контрольном участке за период вегетации общей продолжительностью порядка 87 дней, было израсходовано 2600 м3/га, при этом фактическая урожайность составила 31,7 т/га. На участке, где был реализован график поливов, рекомендованный моделью «Potato», за период вегетации общей продолжительностью порядка 88 дней было израсходовано 4200 м3/га, при этом фактическая урожайность составила 37,1 т/га.
В связи с увеличением затрат на осуществление поливов был предложен альтернативный сценарный вариант проведения поливов. Сценарий проигрывался на имитационной модели «Potato» с применением функции «оптимального управления орошением» с учетом текущей и прогнозной метеоинформации. Согласно сценарному расчету за период вегетации общей продолжительностью порядка 88 дней израсходовано 3650 м3/га, при этом фактическая урожайность составит порядка 36 т/га.
Для определения параметров инвестиционной привлекательности проекта при использовании цифровой технологии регулирования гидротермического режима агроценоза был выполнен расчет экономической эффективности на основе определения индекса доходности. Был выполнен расчет для трех сценариев: С1 – фактический вариант орошения, реализованный фермером, анализируемый в качестве контрольного варианта; С2 – фактически реализованный оптимальный вариант орошения, предложенный моделью; С3 – альтернативный расчетный вариант орошения более частых поливов, но меньшими нормами.
Согласно фактической цене реализации картофеля фермером средняя оптовая стоимость составила 18 руб./кг. Выручка от продажи продукции при этом будет составлять по вариантам: С1 - 5706 тыс. руб.; С2 – 6678 тыс. руб.; С3 – 6480 тыс. руб. в зависимости от урожайности. Индекс доходности при этом составляет для фактически реализованного фермером варианты С1 - 149 %, для реализованного оптимального варианта, предложенного моделью, С2 - 151 %, для альтернативного расчетного варианта С3 - 153 %. Прибыль от реализации продукции составит по вариантам: С1 - 187 тыс. руб/га; С2 - 227 тыс.руб/га; С3 - 224 тыс.руб/га.
Всего за период исследований опубликовано 11 научных статей, 2 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК, получено Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ, 1 работа находится в печати в журнале, индексируемом в базах Scopus и WoS.
В области высокоэффективных технологий в сельском хозяйстве. Совершенствование технологии выращивания раннего картофеля в сухостепной зоне Нижнего Поволжья на основе предлагаемых информационных средств управления вносит значимый вклад в эффективное производство и обеспечение потребностей населения региона в этой продукции, служит для целей импортозамещения и дальнейшего увеличения объемов экспорта. Использование разработанной технологии способствует переход к высокопродуктивному производству продукции сельскохозяйственной отрасли за счет роста урожайности и экономии поливной воды, минеральных удобрений, электроэнергии и ручного труда, затраченного на мониторинг влажности почвы. Предлагаемая технология позволяет осуществлять оперативное управление агротехникой и орошением.
Снежана
Меньшикова
Александровна
старший научный сотрудник
Кандидат сельскохозяйственных наук
Отсутствует
GZL-6645-2022
57362976600
719454
0000-0001-6216-6805
РОССИЯ
Виктор
Шевченко
Александрович
Директор института
РОССИЯ
68.31.21
Орошение сельскохозяйственных земель
68.31.01
Общие вопросы
01.02.EW
COMPUTER SCIENCE, SOFTWARE ENGINEERING
01.05.JA
ENVIRONMENTAL SCIENCES
01.05.ZR
WATER RESOURCES
Снежана
Меньшикова
Александровна
РОССИЯ
Алина
Бубер
Александровна
РОССИЯ
РФФИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "РОССИЙСКИЙ ФОНД ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ"
1037739411489
Организация
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Российский фонд фундаментальных исследований"
Федеральные государственные бюджетные учреждения
ФГБНУ "ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова"
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А.Н. Костякова"
1027739416286
Организация
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральные государственные бюджетные учреждения