Математические моделирование азотного питания озимой пшеницы при возделывании ее по различным технологиям

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ  МОДЕЛИРОВАНИЕ АЗОТНОГО ПИТАНИЯ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЕЁ ПО РАЗЛИЧНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ

Козеичева Е.С.

Московский  государственный университет технологий и управления

Кафедра «Аналитическая химия»

Научный руководитель: проф., д.б.н. Кидин В.В.

РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева

     Математическое  моделирование азотного питания  с использованием уравнений регрессии, описывающих зависимость между удельным выносом азота и урожаеобразующими элементами растений, позволяет избежать применения в расчетах различных коэффициентов, постоянство которых статистически не доказано. Поэтому предлагаемый метод, бесспорно, является объективной основой для оптимизации азотного питания зерновых культур.

     В настоящее время в условиях рыночной экономики решение проблемы получения стабильных и экономически оправданных урожаев невозможно без научно обоснованной стратегии производства продукции. Одним из наиболее важных элементов в этой стратегии является использование современных технологий возделывания культур, предусматривающих дифференцированное применение удобрений с учетом биологических особенностей вида, сорта. Так, по данным А.А. Жученко [1] биосинтез сухого вещества на единицу поглощенных питательных веществ варьирует от 1,6 до 4,3. Вследствие чего наблюдаются заметные различия в использовании элементов минерального питания. Например, по данным НИИСХ ЦРНЗ сорта озимой пшеницы, характеризующиеся максимальными затратами азота на формирование урожая являются, как правило, и наиболее высокоурожайными. Следовательно, сорта сельскохозяйственных культур в силу особенностей своих генетических систем характеризуются различной способностью поглощать и использовать питательные вещества почвы, удобрений, и по - разному оплачивать их приростом урожая. Поэтому совершенно очевидно, что система применения удобрений должна разрабатываться с учетом, как биологических особенностей культуры, так и сорта. Только в этом случае можно раскрыть возможности сорта по продуктивности и качеству и создать предпосылки по эффективному использованию удобрений.

     Перспективным направлением в решении этой проблемы является статистическая оценка зависимости  между урожаеобразующими элементами, характеризующими биологические особенности  отдельных сортов растений и удельным выносом азота, и затем использование уравнений регрессии, описывающих эту связь, для определения его доз при возделывании озимой пшеницы по различным технологиям. Последнее и является целью исследований в данной работе.

     Методика эксперимента.

     Влияние современных технологий возделывания озимой пшеницы на потребление азота различными сортами изучалось в многофакторном полевом опыте в условиях трех технологий: базовой (NРК – 200 кг/га); интенсивной (NРК – 250 кг/га) и высокоинтенсивной (NРК – 350 кг/га). Изучались сорта озимой пшеницы Московская 39, Немчиновская 24, Галина.

     Площадь делянок 50 м². Повторность опыта четырехкратная. Агрохимические показатели почвы: рН_кcl 5,6-5,8; гумус 1,8-2,0%; Р₂О₅ – 260-300 мг/кг, К₂О -100-120 мг/кг. Вынос азота урожаем определялся по методике ЦИНАО. Удельный вынос рассчитывался на 14%-ную влажность. Исследования проводились в 2007-2008 гг.

     Результаты  и их обсуждение.

     Результаты  статистического анализа корреляционных связей между удельным выносом с  урожаем азота, фосфора и калия  и урожаеобразующими элементами растений свидетельствуют о заметных различиях участия последних в изменчивости величин выноса элементов минерального питания (табл.1).

     Таблица 1

     Статистические  характеристики связи между выносом  азота, фосфора и калия и структурными элементами продуктивности озимой пшеницы

     Как видно из приведенных данных для  озимой пшеницы выявлена средняя по степени тесноты корреляционная связь между выносом азота, фосфора и соотношением соломы к зерну. Для калия эта связь характеризуется как сильная. При этом очень важно отметить, что указанная зависимость характеризуется весьма значительными уровнями значимости связи. В данном случае корреляция и регрессия значимы на 1%-ном (для фосфора) и 0,1%-ном (для азота и калия) уровнях значимости.

     Высокая достоверность связи изучаемых  признаков, бесспорно, свидетельствует  о возможности ее использования  для разработки уравнений регрессии, описывающих эту связь в алгебраической форме. В этом случае по уравнениям регрессии можно статистически  достоверно прогнозировать удельный вынос питательных веществ группой сортов в зависимости от соотношения соломы к зерну. А поскольку это соотношение является специфичным для определенной группы сортов то, используя уравнения регрессии для имитационного моделирования, можно оценить потребность различных сортов в азоте для формирования того или иного планируемого уровня урожайности. Удельный вынос в данном случае соответствует затратам азота на формирование единицы продукции. На основании этой информации (затраты, урожай) по формуле (Доза = урожай _* удельный вынос) можно определить дозу азота.

     Пример  расчета по определению дозы азота  под озимую пшеницу по уравнениям регрессии, характеризующих связь  между выносом азота и соотношением соломы к зерну, при возделывании её по различным технологиям показан в табл. 2.

     Таблица 2

     Потребление азота сортами озимой пшеницы  при возделывании по различным технологиям*

*Для  базовой технологии планируемый  урожай 2,5 т/га, интенсивной – 4,5 и  высокоинтенсивной – 6,5 т/га.

     Регрессионный анализ свидетельствует о существенном влиянии биологических особенностей сортов на характер связи аргументов системы и результативного признака. Так, для сорта Московская 39 связь между изучаемыми признаками лучше описывается регрессией, выражаемой уравнением параболы, для сорта Немчиновская 24 – уравнением гиперболы и для сорта Галина – уравнением линейной регрессии. При этом во всех случаях можно отметить некоторые различия в потреблении азота между сортами и технологиями.

     Достоинство такого методического подхода заключается в том, что в математических моделях в качестве аргументов выступают биологические особенности культур, сортов, а потребление питательных веществ характеризуется как результативный признак. В этом случае очень важно отметить, что соответствие между аргументом и функцией может быть выражено таблицей, формулой, графиком, что в свою очередь обеспечивает возможность предельно наглядной количественной оценки потребления элементов минерального питания культурой, сортом.

     Другим  исключительно важным достоинством предлагаемого метода является то, что характеристика потребления сортами элементов минерального питания обеспечивает возможность рассчитать нормативы затрат азота, фосфора и калия на формирование единицы продукции различных сортов зерновых культур при их возделывании по различным технологиям и соответственно рассчитать окупаемость минеральных удобрений сортами зерновых культур. При этом появляется реальная возможность при расчетах доз удобрений избежать использования различных коэффициентов, предположения, о постоянстве которых, статистически не доказано (например, коэффициентов использования питательных веществ из почвы, удобрений и т.д.).

     Предлагаемый  метод оценки потребления сортами  зерновых культур элементов минерального питания, бесспорно, является объективной  основой для разработки систем применения минеральных удобрений под новые сорта зерновых культур, возделываемых по современным технологиям.

     Список  литературы

     1.Жученко А.А. Адаптивная система селекции растений (эколого-генетические аспекты). I том. М.: РУДН, 2001. 1480 с.

     2.Нормативные показатели выноса питательных веществ сельскохозяйственными культурами из минеральных удобрений и почвы. М., 1986. 112 с.

     3.Кулаковская Т.Н. Оптимизация агроэкологической системы почвенного питания растений. М.: Агропромиздат, 1990. 219 с.