Программный уровень общего управления агроценозом с учетом влияния сорной растительности на состояние посева культуры

В современном растениеводстве сложилась традиционная парадигма раздельного управления состоянием посевов и сорных растений в составе одного агроценоза. Однако внесение минеральных удобрений одновременно стимулирует рост и развитие культур и сорной растительности, а обработки гербицидами подавляют рост как культурных, так и сорных растений. В результате это приводит к существенным потерям урожая и перерасходу удобрений и гербицидов. Цель настоящего исследования - разработка теоретической базы для решения задачи управления состоянием агроценозов, в составе которых присутствуют посевы основной культуры и сорные растения. Решение такой задачи направлено на устранения ограниченности существующей парадигмы раздельного управления состоянием посевов культур и сорной растительности. Ранее нами была разработана теория управления агротехнологиями, в которых объектом управления служит сельскохозяйственная культура без учета влияния сорной растительности в составе агроценоза. В соответствии с этой теорией управление состоянием посевов культур осуществляется на трех уровнях - стратегическом, программном и в реальном времени. В представленной работе впервые ставится и решается задача управления агроценозом на программном уровне, реализуемом на одном периоде вегетации. Суть этого вида управления заключается в формировании программ, представляющих собой последовательности технологических операций по внесению минеральных удобрений, поливов и обработок гербицидами, обеспечивающих получение заданной урожайности культуры при минимальных расходах затрачиваемых ресурсов. Для решения этой задачи в ранее разработанной теории видоизменены математические модели состояния посевов возделываемой культуры, в которых отражено влияние гербицидов. Кроме того, в состав задачи управления была введена модель параметров состояния доминирующих видов сорных растений, в которых, кроме доз обработок гербицидами, отражено влияние доз обработок минеральными удобрениями. Существенной доработке подверглась и математическая модель состояния почвенной среды, в которой учитывается влияние параметров состояния возделываемой культуры и сорных растений. Задача решается на примере посева яровой пшеницы в составе агроценоза. Наличие у яровой пшеницы нескольких фенологических фаз развития приводит к необходимости трансформирования структуры и параметров используемых математических моделей по всем фенофазам. Это привело к необходимости решать задачу формирования оптимальных программ управления агроценозом отдельно по каждому межфазовому периоду и объединять полученные частные программы в единую программу. В качестве метода решения задачи используется принцип максимума Понтрягина в сочетании со схемой динамического программирования (от конца вегетационного периода к его началу). При этом структурная сложность объекта управления, которым является сельскохозяйственное поле с агроценозом, приводит к необходимости решать задачу программного управления в три этапа. На первом этапе формируется программа изменения параметров почвенной среды, обеспечивающая достижение требуемой урожайности культуры. На этом этапе влияние обработок гербицидами на состояние посева культуры не учитывается. На втором этапе находится последовательность технологических операций, обеспечивающая наилучшее приближение параметров почвы к оптимальной программе, полученной на первом этапе. Наконец, на третьем этапе находят оптимальную последовательность обработок гербицидами, выполняемых одновременно с другими технологическим операциями. Для учета влияния этих обработок программы, полученные на первых двух этапах, уточняются до получения сходимости решения всей задачи.