Оптимизационная модель севооборотов в системе адаптивного земледелия
Автор: Ноженко Т.В., Некрасова Е.В.
Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau
Рубрика: Сельскохозяйственные науки
Статья в выпуске: 1, 2019 года.
Бесплатный доступ
В статье представлена оптимизационная мо- дель севооборотов в системе адаптивного земле- делия на территории ООО «Чистое» Тюкалинско- го муниципального района Омской области Запад- ной Сибири. Основным видом производственной деятельности ООО «Чистое» является производ- ство сельскохозяйственной продукции. Отрасль растениеводства направлена на выращивание зерновых, зернобобовых, однолетних и многолет- них трав. Общая площадь сельскохозяйственных угодий (именно пашни) - 10 246 га. С учетом ландшафтно-экологических ограничений, режимов использования земель установлены типы севообо- ротов: полевые и специальные средостабилизи- рующие, которые носят черты полевых и кормо- вых севооборотов, выполняющих экологические функции. Структура посевных площадей ООО«Чистое» не в полной мере соответствует предъявляемым требованиям с учетом зональных особенностей и требует корректировки с приме- нением экономико-математического моделирова- ния. Оптимизационная модель структуры исполь- зования пашни включает ограничения по удельно- му весу пара, сельскохозяйственных культур, объему продукции и трудовым ресурсам...
Система земледелия, оптимизационная модель, сельскохозяйственная организация, севооборот, целевая функция, ограничение, рентабельность
Короткий адрес: https://sciup.org/140243329
IDR: 140243329 | УДК: 631.582
Crop rotations optimization model in the system of adaptive agriculture
Optimizing model of crop rotations in the system of adaptive agriculture in the territory of JSC Chistoye of Tyukalinsky municipal area of Omsk Region of Western Siberia was presented in the study. The main type of production activity of JSC Chistoye is making agricultur- al products. The branch of plant growing is directed on cultivation of grain, leguminous, annual and perennial herbs. The total area of agricultural grounds (arable land) is 10 246 hectares. Taking into account landscape and ecological restrictions, the modes of using lands types of crop rotations were established: field and spe- cial environmentally stabilizing which carry lines of field and fodder crop rotations carrying out ecological func- tions. The structure of cultivated areas of JSC Chistoye not fully conforms to qualifying standards taking into account zone features and demands adjustment with application of economic-mathematical modeling. Opti- mizing model of structure of using arable land includes the restrictions on specific weight of bare fallow, crops, volume of production and man power...
Текст научной статьи Оптимизационная модель севооборотов в системе адаптивного земледелия
Введение . В последнее десятилетие XX в. произошли значительные негативные трансформации пахотных земель основных сельскохозяйственных регионов России. Были нарушены традиционные и зональные системы земледелия, стали преобладать экстенсивные агротехнологии с низкими дозами минеральных, органических удобрений, нарушением севооборотов и др.
В этих условиях чрезвычайно сильное развитие получили деградационные процессы: эрозия и выпахивание, дегумификация и подкисление, ощелачивание и засоление. Развитие сельскохозяйственного производства в сложившихся экологоэкономических условиях требует перехода к системам адаптивного земледелия [1].
Цель исследования : разработать рекомендации по совершенствованию структуры использования пашни в хозяйстве.
Задачи исследования :
– анализ существующей структуры посевных площадей;
– создание оптимизационной модели системы севооборотов с применением метода экономикоматематического моделирования [5, 6].
Объект и методы исследования . Анализ системы земледелия на предмет адаптивности проведен на территории сельскохозяйственной организации ООО «Чистое», расположенного в северной лесостепи в Тюкалинском муниципальном районе Омской области, основным видом производственной деятельности которого является производство сельскохозяйственной продукции [2, 3].
Экспериментальная часть
На 01.01.2017 г. площадь сельскохозяйственных угодий ООО «Чистое» составляет 10 246 га. Сельскохозяйственные угодья представлены одним из наиболее ценных видов угодий – пашней (10 246 га). Климат на территории – резко континентальный. Зима суровая, холодная, продолжительная. Снежный покров составляет 25–40 см. Среднегодовое количество осадков – 350–400 мм. Коэффициент увлажнения по В.С. Мезенцеву – 0,8. Среднегодовая температура воздуха от 0,0 до (-0,4) °С. Сумма температур воздуха за период выше 10 °С составляет 1800–1900. Запасы продуктивной влаги в слое 0–100 см к началу вегетации – 135–165 мм. Продолжительность безморозного периода – 110–120 дней [4]. Почвенный покров пахотных земель представлен лугово-черноземными, черноземно-луговыми солонцеватого типа, солонцами, луговыми почвами. В связи с проявлением процессов засоления средней и сильной степени земли ООО «Чистое» характеризуются средней экологической напряженностью – 6033,5 га (58,9 %) и сильной экологической напряженностью – 4212,5 га (41,1 %) от общей площади пашни в хозяйстве. В сельскохозяйственной организации с учетом ландшафтно-экологических ограничений, режимов использования земель установлены следующие типы севооборотов: полевые и специальные средостабилизирующие, которые носят черты полевых и кормовых севооборотов [2] (табл. 1).
Таблица 1
|
Тип севооборота |
Количество, шт. |
Площадь, га |
Схема чередования культур |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Полевой |
1 |
700 |
Пар-пшеница-овес |
|
1 |
1240 |
Пар-пшеница-пшеница-однолетние травы-овес |
|
|
Кормовой / Средостабилизирующий фитоме-лиоративный |
1 |
1540 |
Пар-пшеница (подсев многолетних трав)-многолетние травы 1 г.п.-многолетние травы 2 г.п.-многолетние травы 3 г.п.-многолетние травы 4 г.п.-пшеница |
|
1 |
1301 |
Пар-пшеница-однолетние травы (подсев многолетних трав)-многолетние травы 1 г.п.- многолетние травы 2 г.п.-ячмень |
Окончание табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Полевой / Средостабилизирующий фитоме-лиоративный |
3 |
3385 |
Пар-пшеница (подсев многолетних трав)-многолетние травы 1 г.п.- многолетние травы 2 г.п.- овес/ячмень |
|
2 |
2080 |
Пар-пшеница (подсев многолетних трав)-многолетние травы 1 г.п.- многолетние травы 2 г.п.- пшеница |
Характеристика системы севооборотов в ООО «Чистое»
Учитывая природные особенности, опыт практического земледелия, специалистами СибНИИСХа и ОмГАУ рекомендована следующая структура использования пашни в хозяйствах северной лесостепной зоны Омской области: удельный вес пара в структуре пашни – от 14 до 18 %; зерновых и зернобобовых культур – от 48 до 56 %, в том числе яровой пшеницы – от 24 до 30 %, ячменя – от 4 до 6 %, овса – от 8 до 14 % и зернобобовых – от 3 до 5 %; кормовых культур от 28 до 34 %, из них: силосные – от 7 до 9 %; однолетних трав – от 5 до 9 % и многолетних трав – от 14 до 18 % [4]. Структура посевных площадей ООО «Чистое» не в полной мере соответствует предъявляемым требованиям (табл. 2). Наибольший удельный вес культур в севообороте отводится под зерновые и зернобобовые культуры – 4 205 га (41 %), а также многолетние травы – 3 425 га (33,6 %) и пар – 2 155 га (21 %), в связи с этим имеются возможности улучшения и оптимизации структуры посевных площадей в соответствии с производственной направленностью хозяйства.
На основании этого составлена оптимизационная модель структуры использования пашни, которая включает ограничения пропорциональных связей, позволяющих выдержать структуру зональных условий по удельному весу пара и сельскохозяйственных культур, а также ограничения по объему продукции и трудовым ресурсам (табл. 3). Целевой установкой в модели является получение максимальной прибыли в стоимостном выражении. Для составления экономико-математической модели в качестве переменных приняты следующие: х - площадь пашни, занятая паром, га; х - площадь товарных зерновых (пшеница) культур, га; х - площадь ячменя, га; х - площадь овса, га; х - площадь зернобобовых культур, га; х - площадь пропашных культур, га; х - площадь однолетних трав, га; х - площадь многолетних трав на зеленый корм, га.
Результаты исследования и их обсуждение . Оптимизационная модель использования пашни отличается от существующей в сельскохозяйственной организации как посевной площадью, так и набором культур (см. табл. 2).
Таблица 2
|
Наименование |
Существующая |
Оптимальная |
Изменения |
|||
|
Площадь, га |
% |
Площадь, га |
% |
га |
% |
|
|
Зерновые, всего |
3815 |
37,2 |
5022 |
49,0 |
+1207 |
+11,8 |
|
В т. ч.: пшеница |
2495 |
24,4 |
2971 |
29,0 |
+476 |
+4,6 |
|
овес |
730 |
7,1 |
1437 |
14,0 |
+707 |
+6,9 |
|
ячмень |
590 |
5,8 |
614 |
6,0 |
+24 |
+0,2 |
|
Зернобобовые, всего |
390 |
3,8 |
307 |
3,0 |
-83 |
-0,8 |
|
Однолетние травы на силос |
461 |
4,5 |
922 |
9,0 |
+461 |
+4,5 |
|
Многолетние травы на сено |
3425 |
33,4 |
1844 |
18,0 |
-1581 |
-15,4 |
|
Пропашные культуры |
- |
- |
717 |
7,0 |
+717 |
+7,0 |
|
Посевная площадь, всего |
8091 |
79,0 |
8812 |
86,0 |
+721 |
+7,0 |
|
Чистый пар |
2155 |
21,0 |
1434 |
14,0 |
-721 |
-7,0 |
|
Пашня, всего |
10246 |
100,0 |
10246 |
100,0 |
- |
- |
Таблица 3
|
Ограничения |
Уравнения |
|
|
По использованию пашни, га |
х + х + х + х + х + х + х + х = 10246 |
|
|
Ограничения пропорциональных связей по удельному весу |
||
|
Пара более 14 % и менее 18 % |
0,86 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х ≥ 0 0,82 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х ≤ 0 |
|
|
Пшеницы не менее 24 % и не более 30 % |
- 0,24 х + 0,76 х - 0,24 х - 0,24 х - 0,24 х - 0,24 х - 0,24 х - 0,24 х ≥ 0 - 0,3 х + 0,7 х - 0,3 х - 0,3 х - 0,3 х - 0,3 х - 0,3 х - 0,3 х ≤ 0 |
|
|
Ячменя не менее 4 % и не более 6 % |
- 0,04 х - 0,04 х + 0,96 х - 0,04 х - 0,04 х - 0,04 х - 0,04 х - 0,04 х ≥ 0 - 0,06 х - 0,06 х + 0,94 х - 0,06 х - 0,06 х - 0,06 х - 0,06 х - 0,06 х ≤ 0 |
|
|
Овса не менее 8 % и не более 14 % |
- 0,08 х - 0,08 х - 0,08 х + 0,92 х - 0,08 х - 0,08 х - 0,08 х - 0,08 х ≥ 0 - 0,14 х - 0,14 х + 0,14 х + 0,86 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х ≤ 0 |
|
|
Зернобобовых культур не менее 3 % и не более 5 % |
- 0,03 х - 0,03 х - 0,03 х - 0,03 х + 0,97 х - 0,03 х - 0,03 х - 0,03 х ≥ 0 - 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х + 0,95 х - 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х ≤ 0 |
|
|
Пропашных культур не менее 7 % и не более 9 % |
- 0,07 х - 0,07 х - 0,07 х - 0,07 х - 0,07 х + 0,93 х - 0,07 х - 0,07 х ≥ - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х + 0,91 х - 0,09 х - 0,09 х ≤ 0 |
|
|
Однолетних трав не менее 5 % и не более 9 % |
- 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х - 0,05 х + 0,95 х - 0,05 х ≥ 0 - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х - 0,09 х + 0,91 х - 0,09 х ≤ 0 |
|
|
Многолетних трав не менее 14 % и не более 18 % |
- 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х - 0,14 х + 0,86 х ≥ 0 - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х - 0,18 х + 0,82 х ≤ 0 |
|
|
Ограничение по объему производства продукции, ц |
||
|
Пшеницы |
16 х ≥ 41000 |
|
|
Ячменя |
14 х ≥ 10000 |
|
|
Овса |
15 х ≥ 15000 |
|
|
Однолетних трав |
45 х ≥ 20000 |
|
|
Многолетних трав |
19 х ≥ 60000 8 |
|
|
По трудовым ресурсам, чел. дн. |
6,6 х + 18,0 х + 12,0 х + 12,0 х + 7,2 х + 26,5 х + 28,0 х + 28,2 х ≤ 25000 |
|
|
Целевая функция |
Z = 13600 ⋅ х + 10920 ⋅ х + 10920 ⋅ х + 15200 ⋅ х + 37500 ⋅ х + 11250 ⋅ х + 7600 ⋅ х → max 8 |
|
Система ограничений
Площадь под зерновыми культурами (пшеница, увеличить на 1207 и 461 га соответственно (довести овес, ячмень) и однолетними травами необходимо до рекомендуемых 49,0 и 9 %), под зернобобовыми
Структура использования пашни в ООО «Чистое»
культурами и многолетними травами снизить (минимально рекомендованные соответственно 3,0 и 18,0 %). Посевная площадь по проекту увеличилась на 7,0 % за счет уменьшения площади под парами на 721 га (довести до рекомендуемых минимальных 14,0 %). Для рационального использования пашни и повышения плодородия земель в севооборот необходимо ввести пропашные культуры. Такая структура использования земельных угодий дает возможность повышения прибыли предприятия. Трудовые ресурсы сельскохозяйственной организации используются в полном объеме.
В системе адаптивного земледелия в районах достаточного увлажнения считается возможным замена чистых паров на занятые пары [7] (табл. 4). Исходя из наличия неблагоприятных пахотных массивов, где экологическое состояние характеризуется сильной экологической напряженностью, с целью стабилизации негативных процессов (засоления и переувлажнения) и улучшения обстановки рекомендуем вводить в полевые севообороты парозанимающую культуру, выполняющую роль фитомелиорантов, – высокоустойчивое растение донник.
Агроэконономическая оценка севооборотов
Таблица 4
|
Культура |
Продукция |
Площадь, га |
Урожайность, ц/га |
Валовой сбор, ц |
Коэффициент перевода в корм.ед. |
Получено корм. ед., ц |
|
Существующий зернопаровой трехпольный севооборот (чистый пар) |
||||||
|
Пар |
- |
237 |
- |
- |
- |
- |
|
Пшеница |
Зерно |
229 |
16,0 |
3 664,0 |
1,16 |
4 250,2 |
|
Овес |
Зерно |
234 |
14,9 |
3 486,6 |
1,00 |
3 486,6 |
|
Итого по севообороту |
- |
700 |
15,5 |
7 150,6 |
- |
7 736,8 |
|
Рентабельность, % |
16,3 |
|||||
|
Проектный зернопаровой трехпольный севооборот (занятый пар) |
||||||
|
Занятый пар |
Зеленая масса |
237 |
130,0 |
30 810,0 |
0,16 |
4 229,6 |
|
Пшеница |
Зерно |
229 |
16,0 |
3 664,0 |
1,16 |
4 250,2 |
|
Овес |
Зерно |
234 |
14,9 |
3 486,6 |
1,00 |
3 486,6 |
|
Итого по севообороту |
- |
700 |
160,9 |
37 960,6 |
- |
11 966,4 |
|
Рентабельность, % |
21,4 |
|||||
Развивая мощную корневую систему, донник разрыхляет уплотненные солонцеватые горизонты, улучшая их физические свойства. Пожнивные остатки культур в занятых парах способствуют увеличению количества органического вещества в почве, улучшению ее физических свойств, улучшению фи-тосанитарного состояния полей.
Рекомендованный севооборот с парозанимающей культурой агротехнически и экономически выгоден для хозяйства ООО «Чистое», так как количество и полученной с единицы площади продукци, выраженное в сравнимых величинах (кормовых единицах), выше на 4 229,6 ц корм. ед., рентабельность производства составляет 21,4 %.
Заключение . Оптимизационная модель севооборотов в системе адаптивного земледелия с учетом зональных рекомендаций структуры использования пашни способствует эффективности использования земельных ресурсов.
Список литературы Оптимизационная модель севооборотов в системе адаптивного земледелия
- Модели адаптивно-ландшафтных систем земледелия для основных природно-сельскохозяйственных регионов страны/Г.Н. Черка-сов, А.С. Акименко, И.И. Васенев ; Всерос. НИИ земледелия и защиты почв от эрозии РАСХН. -Курск, 2005
- Ноженко Т.В., Маракаева Т.В. Анализ организации систем севооборотов сельскохозяйственных организаций Тюкалинского района Омской области на ландшафтно-экологической основе//Вестн. Казан. гос. аграр. ун-та. -2016. -№ 3 (41). -С. 24-30
- Ноженко Т.В., Маракаева Т.В. Экологическое состояние земель Тюкалинского района Омской области//Геодезия, землеустройство и кадаст-ры: вчера, сегодня, завтра: мат-лы междунар. наyч.-практ. конф. -Омск, 2017. -С. 104-109
- Научные основы земледелия равнинных ландшафтов Западной Сибири/Л.В. Березин ; под ред. И.Ф. Храмцова, В.Г. Холмова; РАСХН, Сиб. отд-ние СибНИИСХа, Омский гос. аграр. ун-т. -Омск, 2007. -224 с
- Спектор М.Д. Экономико-математические методы и модели землеустройства. -Астана, 2006. -175 с
- Волков С.Н. Землеустройство. Экономико-математические методы и модели: в 6 т. Т. 4. -М.: Колос, 2001. -696 с
- Методическое руководство по агроэкологической оценке земель, проектированию адаптив-но-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий/под ред. В.И. Кирюшина, А.Л. Иванова; РГАУ -МСХА им. К.А. Тимирязева. -М., 2005. -763 с.
