Бородычев В. В., Лытов М. Н. Модель водообмена в системе «агрофитоцено-окружающая среда» с регуляторами // Научная жизнь. 2019. Т. 14. Вып. 12. С. 1819-1829. DOI: 10.35679/1991-9476-2019-14-12-1819-1829

Бородычев Виктор Владимирович, академик РАН, д-р с.-х. наук, профессор, гл. науч. сотрудник, директор Волгоградского филиала ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова»: Россия, 400002, г. Волгоград, ул. Тимирязева, 9.

Лытов Михаил Николаевич, канд. с.-х. наук, доцент, вед. науч. сотрудник, Волгоградский филиал ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова»: Россия, 400002, г. Волгоград, ул. Тимирязева, 9.

Тел.: (844) 226-66-05

E-mail: vkovniigim@yandex.ru

Актуальность исследования определяется необходимость разработки надежных, высокоэффективных технологий управления гидротермическим режимом агрофитоценоза для создания оптимальных условий формирования и комплексной протекции урожая сельскохозяйственных культур. Решение этой задачи предполагается на основе совокупного использования доступных современному агропроизводству сенсоров и модели формирования гидротермического режима агрофитоценоза. Целью исследования в рамках настоящей публикации является разработка концептуального скелета модели водообмена в системе «агрофитоцено-окружающая среда», как слагаемого обобщенной модели формирования гидротермического режима. Важной методологической особенностью исследования является интеграция в разрабатываемую модель регуляторов процесса. Под регуляторами процесса в этом плане подразумеваются технологии или совокупность технологий, оказывающих влияние на направленность и количественные оценки вектора процессов водообмена с целью достижения заранее определенного баланса и водного состояния какого либо объекта системы. В рамках предложенной модели рассмотрены процессы водообмена, определяющие водный баланс растений. Важнейшими в этом плане являются процессы корневого потребления влаги и транспирация, динамика которых имеет строгое соотношение. Отмечена возможность регулирования этих процессов путем внешних воздействий, в частности, за счет осаждения мелкокапельной влаги на вегетативные органы растений, испарение которой частично замещает транспирацию, и за счет регулирования содержания почвенной влаги, чем определяется доступность ее растениям. В предлагаемую модель введены соответствующие регуляторы процессов, использование которых позволяет системно решать проблему оптимального управления водным режимом агрофитоценоза. Модель включает процессы, характеризующие водный обмен с поверхности почвы и между ниже расположенными ее горизонтами. Показана роль испарения с поверхности почвы и конденсации паров приземного слоя атмосферы, осадков и поверхностного бокового стока воды, инфильтрации и конвективно-диффузного водобмена. Отмечены позиции интегрирования регуляторов процесса, что позволит на уровне модели отрабатывать эффективные приемы и гидромелиоративные технологии.

Список литературы:

1. Семененко С. Я., Марченко С. С. Современные эколого-мелиоративные технологии: идеи и разработки // Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 11: Естественные науки. – 2016. – № 1 (15). – С. 92–102.

2. Сангирова У. Р. Ирригация и мелиорация в развитии сельского хозяйства в Узбекистане // Вестник науки и образования. – 2019. – № 3-2 (57). – С. 19–21.

3. Мустафаев Ж. С. Мелиорация сельскохозяйственных земель в Казахстане: развитие, анализ и оценка // Природообустройство. – 2017. – № 1. – С. 87–93.

4. Доценко С. Г., Кузнецова Е. И., Максаев Д. И., Снипич Ю. Ф., Кузнецов В. П. Эффективность мелкодисперсного дождевания в регулировании микро и фитоклимата полевых культур и биологической активности почвы // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации. – 2014. – № 2 (14). – С. 200–205.

5. Мелихова Е. В., Бородычев В. В., Рогачев А. Ф. Функциональноморфологический анализ и совершенствование технических средств комбинированного орошения // Мелиорация и водное хозяйство. – 2018. – № 4. – С. 30–36.

6. Бородычев В. В., Храбров М. Ю., Губин В. К., Колесова Н. Г., Акимова Т. С. Система комбинированного орошения // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. – 2016. – № 1 (41). – С. 201–210.

7. Майер А. В., Жаринов Е. М., Азаров Е. В. Способ определения интервала времени между увлажнительными поливами при мелкодисперсном дождевании и вопрос автоматизации // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. – 2013. – № 1 (29). – С. 195–199.

8. Доброхотов А. В., Максенкова И. Л., Козырева Л. В., Шандор Р. Модельная оценка пространственного распределения устьичной проводимости у кормовых трав // Сельскохозяйственная биология. – 2017. – Т. 52. – № 3. – С. 446–453.

9. Кружилин И. П., Колотова Ю. И. Оценка точности расчета водопотребления гречихи биоклиматическими методами // Вестник российской сельскохозяйственной науки. – 2019. – № 5. – С. 12–17.

10. Офрихтер Я. В., Захаров А. В., Лихачева Н. Н. Моделирование процесса теплообмена в грунтах // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2018. – Т. 9. – № 2. – С. 117–124.

11. Полуэктов Р. А., Кумаков В. А., Василенко Г. В. Моделирование транспирации посевов сельскохозяйственных культур // Физиология растений. – 1997. – № 1. – С. 68–73.

MODEL OF WATER EXCHANGE IN THE SYSTEM “AGRO-PHYTOCENE-ENVIRONMENT” WITH REGULATORS

Borodychev Viktor Vladimirovich, academician of the RAS, Dr. of Agr. Sci., Prof., head of Science. Employee, Director, Volgograd branch of the all-Russian research Institute of Hydraulic Engineering and Reclamation named after A. N. Kostyakov, Volgograd, Russia.

Lytov Mikhail Nikolayevich, Cand. of Agr. Sci., Ass. Prof., Vedas science employee, Volgograd branch of the all-Russian research Institute of Hydraulic Engineering and Reclamation named after A. N. Kostyakov, Volgograd, Russia.

Keywords: agrophytocenosis, hydraulic engineering land reclamation, water exchange, conceptual model, process regulators.

Abstract. The relevance of the study is determined by the need to develop reliable, highly effective technologies for controlling the hydrothermal regime of agrophytocenosis to create optimal conditions for the formation and integrated patronage of agricultural crops. The solution to this problem is assumed based on the combined use of sensors available to modern agricultural production and a model for the formation of the hydrothermal regime of agrophytocenosis. The aim of the study in the framework of this publication is to develop a conceptual skeleton of the model of water exchange in the system «agrophytoceno-environment», as a component of a generalized model for the formation of hydrothermal regime. An important methodological feature of the study is the integration of process controllers into the developed model. In this regard, process regulators are understood as technologies or a set of technologies that influence the direction and quantitative estimates of the vector of water exchange processes in order to achieve a predetermined balance and water state of any system object. In the framework of the proposed model, water exchange processes that determine the water balance of plants are considered. The most important in this regard are the processes of root moisture consumption and transpiration, the dynamics of which have a strict ratio. The possibility of regulating these processes by external influences, in particular, due to the precipitation of droplet moisture on the vegetative organs of plants, the evaporation of which partially replaces transpiration, and due to the regulation of the soil moisture content, which determines its availability to plants, is noted. Corresponding process regulators are introduced into the proposed model, the use of which allows one to systematically solve the problem of optimal control of the water regime of agrophytocenosis. The model includes processes characterizing water exchange from the soil surface and between its lower horizons. The role of evaporation from the soil surface and condensation of the vapor of the surface layer of the atmosphere, precipitation and surface lateral runoff of water, infiltration and convective-diffuse water exchange is shown. The positions of integration of process controllers are noted, which will allow to work out effective techniques and irrigation and drainage technologies at the model level.

REFERENCES 

1. Semenenko, S. Ya., Marchenko, S. S. (2016). Sovremennye ekologo-meliorativnye tekhnologii: idei i razrabotki [Modern ecological reclamation technologies: ideas and developments]. Vestnik Volgogradskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya 11: Estestvennye nauki – Bulletin of the Volgograd State University. Series 11: Natural Sciences, 1 (15), 92-102 [in Russian].

2. Sangirova, U. R. (2019). Irrigatsiya i melioratsiya v razvitii sel'skogo khozyaystva v Uzbekistane [Irrigation and land reclamation in the development of agriculture in Uzbekistan]. Vestnik nauki i obrazovaniya – Bulletin of science and education, 3-2 (57), 19-21 [in Russian].

3. Mustafayev, Zh. S. (2017). Melioratsiya sel'skokhozyaystvennykh zemel' v Kazakhstane: razvitie, analiz i otsenka [Reclamation of agricultural land in Kazakhstan: development, analysis and assessment]. Prirodoobustroystvo – Environmental Engineering, 1, 87-93 [in Russian].

4. Dotsenko, S. G., Kuznetsova, E. I., Maksaev, D. I., Snipich, Yu. F., Kuznetsov, V. P. (2014). . Effektivnost' melkodispersnogo dozhdevaniya v regulirovanii mikro i fitoklimata polevykh kul'tur i biologicheskoy aktivnosti pochvy [Efficiency of fine sprinkling in the regulation of micro and phytoclimate of field crops and biological activity of the soil]. Nauchnyy zhurnal Rossiyskogo NII problem melioratsii – Scientific journal of the Russian Research Institute of Land Reclamation, 2 (14), 200-205 [in Russian].

5. Melikhova, E. V., Borodychev, V. V., Rogachev, A. F. (2018). Funktsional'no-morfologicheskiy analiz i sovershenstvovanie tekhnicheskikh sredstv kombinirovannogo orosheniya [Functional and morphological analysis and improvement of technical means of combined irrigation]. Melioratsiya i vodnoe khozyaystvo – Land reclamation and water management, 4, 30-36 [in Russian].

6. Borodychev, V. V., Khrabrov, M. Yu., Gubin, V. K., Kolesova, N. G., Akimova, T. S. (2016). Sistema kombinirovannogo orosheniya [Combined irrigation system]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie – Bulletin of the Lower Volga Agricultural University: Science and Higher Professional Education, 1 (41), 201-210 [in Russian].

7. Mayer, A. V., Zharinov, E. M., Azarov, E. V. (2013). Sposob opredeleniya intervala vremeni mezhdu uvlazhnitel'nymi polivami pri melkodispersnom dozhdevanii i vopros avtomatizatsii [A method for determining the time interval between moisturizing irrigation during fine sprinkling and the issue of automation]. Izvestiya Nizhnevolzhskogo agrouniversitetskogo kompleksa: Nauka i vysshee professional'noe obrazovanie – Bulletin of the Lower Volga Agricultural University: Science and Higher Professional Education, 1 (29), 195-199 [in Russian].

8. Dobrokhotov, A. V., Maksenkova, I. L., Kozyreva, L. V., Sandor, R. (2017). Model'naya otsenka prostranstvennogo raspredeleniya ust'ichnoy provodimosti u kormovykh trav [Model estimation of the spatial distribution of stomatal conductivity in forage grasses]. Sel'skokhozyaystvennaya biologiya –  Agricultural Biology, vol. 52, 3, 446-453 [in Russian].

9. Kruzhilin, I. P., Kolotova, Yu. I. (2019). Otsenka tochnosti rascheta vodopotrebleniya grechikhi bioklimaticheskimi metodami [Assessment of the accuracy of calculation of buckwheat water consumption by bioclimatic methods]. Vestnik rossiyskoy sel'skokhozyaystvennoy nauki – Herald of the Russian agricultural science, 5, 12-17 [in Russian].

10. Ofrichter, Y. V., Zakharov, A. V., Likhacheva, N. N. (2018). Modelirovanie protsessa teploobmena v gruntakh [Modeling the process of heat transfer in soils]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Stroitel'stvo i arkhitektura – Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Construction and architecture, vol. 2, 117-124 [in Russian].

11. Poluektov, R. A., Kumakov, V. A., Vasilenko, G. V. (1997). Modelirovanie transpiratsii posevov sel'skokhozyaystvennykh kul'tur [Modeling of transpiration of agricultural crops]. Fiziologiya rasteniy –  Plant Physiology, 1, 68-73 [in Russian].