Оптимизационная модель севооборотов в системе адаптивного земледелия

Автор: Ноженко Т.В., Некрасова Е.В.

Журнал: Вестник Красноярского государственного аграрного университета @vestnik-kgau

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...

Еще

Система земледелия, оптимизационная модель, сельскохозяйственная организация, севооборот, целевая функция, ограничение, рентабельность

Короткий адрес: https://sciup.org/140243329

IDR: 140243329

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
Полевой	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
Кормовой / Средостабилизирующий фитоме-лиоративный	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
Полевой / Средостабилизирующий фитоме-лиоративный	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
Наименование	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.

Еще

Статья научная