Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,653

ОПТИМИЗАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫМ СОСТОЯНИЕМ ПОЧВ РИСОВОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Холод Е.В. 1 Харламова О.П. 1 Терещенко А.И. 1
1 Кубанский государственный аграрный университет
1. Сафронова, Т.И. Математическая модель экологической ситуации на рисовых оросительных системах / Т.И. Сафронова // Известия вузов. Северо – Кавказский регион, технические науки, приложение № 1.- Новочеркасск. – 2005.- с. 137-140.

Технология возделывания риса, предусматривающая содержание рисового поля основную часть периода вегетации под слоем воды, связана с изменением окислительно-восстановительных условий в почве. Сезонность динамики содержания подвижных недоокисленных соединений, их количество определяется длительностью периода затопления рисового поля, а интенсивность восстановительных процессов в почве – продолжительностью выращивания риса и отчасти – температурными условиями года. Длительное возделывание риса способствует повышению подвижности почвенных компонент, накоплению в почве суммарного количества восстановленных продуктов и суммарного количества кислоторастворимых форм железа. Сумма поглощенных оснований при затоплении не претерпевает существенных изменений. При этом в период вегетации риса наблюдается сокращение на 5-10 % доли кальция в ППК и соответственно, возрастание доли магния.

Накопленный к настоящему времени богатый объем научной информации, возросшие возможности ее переработки, включающие большой набор математических моделей и современную вычислительную технику, позволяют реализовывать на практике идею мелиоративных режимов [1].

Дальнейшие исследования требуют многокритериальной оптимизации экономических и природоохранных задач. Целевыми функциями для многокритериальных моделей, рассматривающих сельхоз производство и использование ресурсов, могут быть – минимум темпов подъема грунтовых вод или других показателей, характеризующих процессы вторичного засоления почвы, минимум выноса в водоемы с коллекторно – дренажным стоком минеральных солей, удобрений. Кроме того, нужны модели оптимизации при дефиците ресурсов (оросительной воды и удобрения, производительности машин и рабочей силы), т.е. модели, позволяющие так планировать распределение недостаточных ресурсов, чтобы получить максимальную отдачу.

Рисовые оросительные системы должны не только обеспечить максимальный урожай, но и реализовать все необходимые экологические (природоохранные) функции. Отсюда многокритериальность математических моделей. Наилучший в некотором экономическом смысле вариант параметров и режимов функционирования системы почти никогда не соответствует наиболее благоприятному экологическому состоянию, а такое состояние обычно не обеспечивает приемлемый хозяйственный уровень. Поэтому ищется некоторый компромиссный вариант развития и функционирования водно-хозяйственной системы и, в частности, РОС.

В работе рассматривается оптимизационная модель ресурсного обеспечения РОС, которая служит для принятия управленческих решений по своевременному предупреждению снижения мелиоративного состояния почв на РОС и поддержанию его в оптимальном режиме. Рациональное использование и охрана почв – важнейшие условия успешной интенсификации сельского хозяйства. Эколого-агрофизический подход решения проблемы основан на динамически взаимосвязанной оценке главнейших почвенно-физических режимов (водного и солевого).

В условиях все возрастающего воздействия человека на природу успех в разработке более эффективных методов использования земель зависит от того, насколько глубоко учитываются все взаимосвязи между отдельными природными и экономическими факторами, влияющими на качественное состояние земель.

По направленности мелиоративные воздействия подразделяют на три группы

  1. изменяющие свойства почвы;
  2. регулирующие факторы почвообразования;
  3. изменяющие ландшафты.

Первая группа мелиоративных воздействий (промывка засоленных почв, известкование, гипсование, глубокие вспашки с последующим посевом трав и сидератов, внесение минеральных удобрений, органики) направлена на изменение свойств почв и дает временный эффект, т.к. глубоко не затрагивает процессы почвообразования.

Вторая группа мелиоративных воздействий (орошение, искусственный дренаж, планировка) приводит к образованию новых типов почв – орошаемых.

Третья группа мелиоративных воздействий (строительство крупных гидротехнических водорегулирующих сооружений) коренным образом нарушает почвенно-экологические условия целых ландшафтов.

Цели в иерархически построенной системе, начиная с нижнего уровня, не только не обеспечивают реализацию целей более высокого уровня, но часто вступают с ними в противоречия. Оптимальные с точки зрения развития данного растения режимы орошения могут неблагоприятно влиять на почвообразовательные процессы – гумусообразование, осолонцевание, засоление и др. А регулирование такого почвообразовательного процесса, как засоление, путем промывок или поливов большими нормами (при затоплении рисовых чеков) существенно меняет гидрологические процессы. Поэтому цели системы более высокого уровня всегда являются приоритетными и учитываются при определении целей низкого уровня иерархии. Если даже ущерб урожая равен нулю, нельзя считать мелиоративную деятельность удовлетворительной, если при этом наблюдается потеря потенциального плодородия почв. Таким образом вводится принцип иерархического соподчинения объектов мелиорации и на каждом уровне управления формируется целевая функция, представляющая собой критерий – функционал. Задача управления состоянием объекта мелиорации состоит в определении мелиоративных воздействий, минимизирующих (или максимизирующих) критерий – функционал. Такой подход к решению проблемы позволит мелиоративной службе оперативно выполнять огромное количество вариантов расчетных операций по эффективной организации и ведению земледелия. Анализ причин экологической проблемной ситуации имеет важное значение, так как от того, насколько верно оценен генезис возникших проблем, зависит правильность выбора путей и способов их разрешения. В отчетах Кубанского государственного гидромелиоративного учреждения отмечается, что на РОС кроме вторичного засоления зафиксировано вторичное ожелезнение и заболачивание почв, декальцинация, дегумификация почвы, непроизводительные потери веществ, загрязнение почв, грунтовых вод, водоисточников, слитизация и усиление глеевых процессов. В профиле заболоченных почв формируется плотный железистый горизонт с плохими водно-физическими свойствами.

Пути устранения названных процессов должны основываться на рациональном и гармоничном сочетании режима оптимального водорегулирования с применением комплекса агромелиоративных и агротехнических приемов. Наиболее оптимальный выбор способов мелиорации может быть осуществлен в условиях научного прогнозирования вторичных изменений почв РОС. Мелиоративную деятельность необходимо контролировать, отслеживая изменения экологических ситуаций, что даст возможность оперативного вмешательства для устранения отрицательных воздействий РОС на почвенно-экологические условия самой РОС и прилегающих территорий. Целью контроля за мелиоративным состоянием РОС является получение информации для своевременной разработки и осуществления мероприятий по улучшению земель, предотвращению развития неблагоприятных процессов на РОС. Контроль за мелиоративным состоянием РОС должен включать комплекс наблюдений за процессами, обусловленными применением водных мелиораций, а также оценку и учет мелиоративного состояния по установленным формам статистической отчетности.

Прогноз изменений мелиоративного состояния РОС проводится для своевременного выявления площадей с тенденцией развития негативных гидрогеологических и почвенных процессов. Наблюдения за направленностью и динамикой почвенных процессов являются основой для разработки предложений по проведению агротехнических мероприятий – планировки рисовых чеков, вспашки на зябь, внесения органики, промывок засоленных земель, гипсования солонцов, а также рекомендаций по повышению эффективности работы коллекторно-дренажной сети. Разработка эффективных мероприятий по улучшению мелиоративного состояния РОС, прилегающих территорий и водных объектов должна базироваться на единой информационной системе сбора, обработки и хранения данных наблюдений за процессами, протекающими под влиянием водных мелиораций, гидрогеологических и почвенных процессов. Наблюдения за направленностью и динамикой почвенных процессов являются основой для рассоления засоленных земель, гипсования солонцов, а также рекомендаций по повышению эффективности работы коллекторно-дренажной сети.

Нами разработана оптимизационная модель ресурсного обеспечения РОС, осуществляемая в два этапа. На первом этапе устанавливается совместность системы ограничений, на втором этапе корректируются коэффициенты целевой функции на базе стандартного программного обеспечения с использованием ППП «Линейное программирование». В зависимости от степени воздействия затраты ресурсов могут быть разными. Комплекс мероприятий представляется в виде морфологической схемы, в которой указывают мероприятие, степень его реализации и требуемые ресурсы.

Возможное число вариантов определяется их произведением по каждому мероприятию. После генерирования всех вариантов получаем таблицу возможных путей увеличения бонитета рисовых почв. Такая таблица позволит решить серию практических задач в зависимости от целей заказчика: 1) получить прирост продукции при минимальных затратах ресурсов, 2) учесть ограничения на имеющиеся ресурсы и т.д.

Таким образом, по бонитету исследуемых рисовых почв определяется прирост бонитета в зависимости от набора мероприятий и их действенности, разрабатываются способы максимального противодействия неблагоприятным воздействиям.

Конечная цель программы – создание автоматизированной системы управления (АСУ) технологическими процессами комплексных мелиораций на рисовой оросительной системе.


Библиографическая ссылка

Холод Е.В., Харламова О.П., Терещенко А.И. ОПТИМИЗАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ МЕЛИОРАТИВНЫМ СОСТОЯНИЕМ ПОЧВ РИСОВОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ // Успехи современного естествознания. – 2014. – № 8. – С. 110-112;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34067 (дата обращения: 17.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252