Программирование агротехнологии

           

    Биологи и агрономы давно знают из опыта, что каждая популяция растений способна на максимальную продуктивность лишь при обеспечении оптимальных условий в каждом периоде развития. Но оптимальность – понятие непростое. Оно означает, что в каждый момент в необходимых пределах должны находиться все факторы жизнеобеспечения растений: свет, тепло, влага, питательные вещества, газовая среда, почвенные микроорганизмы. Не будет хватать какого-то одного фактора – пропадет эффект от всех остальных (агрономы знают это как принцип Либиха). Значит, все агротехнические мероприятия нужно планировать так, чтобы они обеспечивали оптимальность всего комплекса.
  Непростое это планирование, и уж совсем далеко оно от механического применения однажды заученной агротехники. Агротехника, успешно применявшаяся ранее на какой-либо культуре, может в следующем году на этой же культуре дать прямо противоположный результат. Нужно учитывать динамику многих внешних и внутренних факторов для каждого поля, точно рассчитывать последствия каждого агромероприятия. Поэтому применительно к агротехнологии ученые стали употреблять термин "программирование".

Как же рассчитать последствия своих действий? Для этого нужно иметь хорошо работающую теорию. А теория, как известно, является теорией лишь настолько, насколько она может быть выражена на языке математики. Именно поэтому идея программирования агротехнологии стала приобретать конкретное содержание тогда, когда были достигнуты первые заметные успехи в области математического моделирования продукционного процесса растений.

Таким моделированием с середины 70-х годов активно занялись биологи, биофизики, биохимики, метеорологи, математики. К этому времени уже существовала теория первичных процессов в растительных клетках – фотосинтеза, дыхания, тепломасообмена. Однако от понимания клеточных процессов нужно было перейти к предсказанию поведения сельскохозяйственного поля в целом.

Поле же – сложнейший мир, где в тесном взаимодействии живут множество видов растений, животных и микроорганизмов. Каждый из этих видов способен изменить условия жизни остальных, конкурируя с ними за общие ресурсы. Этот мир получил название "агроэкологическая система" или "агроэкосистема".

Ученые сразу поняли, что для грамотного решения даже, казалось бы, несложной задачи прогнозирования урожайности придется построить теорию всей агроэкосистемы. Неспроста ежегодный научный семинар участников этой работы получил название ПУМ: "Погода – Урожай – Математика".

Даже для новичков в этом научном направлении было очевидно, что оно имеет фундаментальный характер. Знания агрономов и биологов, выраженные в весьма вольной и противоречивой словесной форме, нужно было переработать в корректные математические формулы. Из сотен тысяч опытов пришлось формировать общие выводы. Потребовались особые измерения в полевых условиях – были созданы специальные экспериментальные участки, оснащенные разнообразной измерительной техникой. Каждый научный результат, как обычно, открывал новые горизонты неизвестного.

Новое научное направление уже к концу 70-х годов выдало первые результаты. Были разработаны первые математические модели движения влаги и тепла в почве, простейшие модели урожайности. Они имели вид не просто научных статей, а были реализованы в виде компьютерных программ. С их помощью можно было выполнять практические расчеты некоторых элементов агротехники: оптимальные режимы орошения и внесения удобрений, сроки наступления фенофаз, ожидаемый урожай. При этом использовалась информация, доступная каждому агроному.

На основе этих разработок и в Беларуси, и в России, но наиболее активно на юге России, началось создание региональных систем программированного выращивания урожаев (ПВУ) на базе сельскохозяйственных вычислительных центров. Группы наблюдателей или специалисты хозяйств каждые 2–3 недели обследовали поля, а вычислительный центр на основе их информации и оперативных метеоданных рассчитывал оптимальные технологические рекомендации на ближайший месяц. При очередном обследовании наблюдатели собирали также информацию о выполнении или невыполнении этих рекомендаций, и проводилась корректировка расчетов.

Именно последняя процедура стала причиной полного вырождения ПВУ. Поскольку сводка о выполнении работ по ПВУ отправлялась не только в вычислительный центр, но и в обком партии со всеми вытекающими отсюда последствиями, поэтому хозяйства отчитывались о 100 процентном выполнении научных рекомендаций, хотя на деле многое оставалось невыполненным. А вычислительный центр, закладывая в очередные расчеты ложные данные о не проведенных в действительности поливах и не внесенных удобрениях, был обречен на выдачу столь же фиктивных очередных рекомендаций. Хозяйствам все же была польза: под участие в ПВУ им удавалось "выбивать" дефицитные ресурсы. Истинное положение дел понимали все действующие лица. Однако такова природа командно-административной системы. Не смотря на бессмысленность такой работы, она обеспечивала карьеру многим сельскохозяйственным чиновникам, что и стало одной из причин увеличения площади полей в системах ПВУ с 3 тысяч га в 1975 году до 400 тысяч га к 1983 году на юге России плюс около 200 тысяч га в ряде центральных областей. И лишь в конце 80-х годов работы по ПВУ были свернуты

     С появлением в нашей стране персональных компьютеров положение дел радикально изменилось. В централизованной системе ПВУ агроном не представлял себе, как проходит расчет технологических рекомендаций. Между ним, конечным потребителем результатов расчета, и математической моделью поля всегда были посредники - программисты, операторы  ЭВМ. Персональный же компьютер оказался инструментом, доступным агроному лично. У него появилась возможность самому ввести в программу различные варианты исходных данных, проанализировать полученные результаты и. понять, к каким именно неточностям расчета приводят ошибки в исходных данных.

Кроме того, отпала необходимость скрывать от кого бы то ни было производственную информацию. Не выполнил что-то из рекомендаций компьютера – сам занеси в программу этот факт, и она учтет это невыполнение при очередной корректировке рассчитанной технологии, не делая твою информацию общим достоянием.

Принцип непосредственного участия агронома в компьютерном моделировании поля был заложен в начале 90-х годов  в разработки Научно-технического центра "Биомодель". Главная из них – "Автоматизированное рабочее место (АРМ) агронома" успешно эксплуатировалась в Ростовской и Ленинградской областях, Белоруссии и даже в американском штате Миннесота (V.A. Bobrov, N. Kan, T. Yanchevskaja et.all, Method of fertilizer application and field treatment, US patents 5668719).   

      В последовавшие годы экономической разрухи сельскому хозяйству стало не до компьютерных программ. Но время берет свое. Все чаще стали раздаваться голоса специалистов, желающих применять компьютерные методы оптимизации в растениеводстве.