CC BY
56
7. Буклагин Д.С. Разработка отраслевых информационно-технических справочников наилучших доступных технологий в сфере сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности // Техника и оборудование для села. 2016. - № 1. - С. 10-14.
8. О поэтапном графике создания в 20152017 годах отраслевых справочников наилучших доступных технологий (утвержден распоряжением Правительства РФ от 31 октября 2014 г № 2178-р) (с изменениями на 30 декабря 2015 г) [Электронный ресурс] URL: http://docs.cntd.ru/document/420230975 (дата обращения: 09.02.2016).
9. Федоров А.Д., Кондратьева О.В., Березенко Н.В., Слинько О.В. Результаты анализа и спроса информационных материалов по АПК за 2014 г // Техника и оборудование для села. - 2015. - № 2. - С. 41-44
УДК 58.087:635.52
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
РАСТЕНИЙ САЛАТА
(LACTUCA SATIVA L.)
С.А. Ракутько, д-р техн. наук,
А.Н. Васькин, аспирант
ФГБНУ ИАЭП
UDC 58.087:635.52 MATHEMATICAL MODELING OF LETTUCE PLANTS (LACTUCA SATIVA L.) BIOMETRICS
Rakutko S.A., Vaskin A.N. IEEP
Показана важность эмпирических моделей продукционного процесса растений, выращиваемых в условиях светокультуры. Исследование биометрических показателей растений салата (Lactuca Sativa L.) проводили в салатном отделении тепличного комплекса «Выборжец» (Санкт-Петербург). Предложены модели зависимости основных биометрических показателей от возраста растения для каждого листа растения. В качестве интегральных показателей использовали величины продуктивности и энергоемкости фотосинтеза. Для исследуемых условий продуктивность фотосинтеза по сухой массе составила 25,12 мг в сутки на кв.м, энергоемкость фотосинтеза - 4,48 моль на грамм. Ключевые слова: математическая модель, светокультура, биометрия, салат, рост, продуктивность, энергоемкость
The importance of empirical models of productional process in plants grown under indoor plant lighting is shown. Biometric indicators of lettuce plants (Lactuca Sativa L.) were studied in the lettuce growing section of the greenhouse complex «Vyborzhets» (Saint Petersburg). The models describing the dependence of basic biometric indicators on the plant age for each plant leaf are suggested. The values of productivity and energy-output ratio of photosynthesis were used as integral indicators. For conditions under investigation the photosynthesis productivity on dry weight was found to be 25.12 mg per day per square meter, the photosynthesis energy-output ratio was 4.48 mol per gram.
Key words: mathematical model, indoor plant lighting, biometrics, lettuce, growth, photosynthesis, productivity, energy-output ratio
Важнейшим видом технологического процесса в аграрном секторе является светокультура - выращивание растений с целью получения урожая в сооружениях с контролируемыми экологическими факторами с применением дополнительного к естественному облучения от источников света либо только с применением источников света. В светокультуре достаточно большие затраты энергии связаны с обеспечением условий для фотосинтеза.
Для разработки теории и практики управления светокультурой необходимо наличие математических моделей продукционного процесса растений, прежде всего
роста, развития и фотосинтетической деятельности. По своей природе показатели роста являются интегральными и характеризуют влияние внешних факторов на состояние растения. Отражением процесса роста растения являются биометрические показатели, которые достаточно просто фиксировать во времени. Полученные данные могут быть использованы при разработке алгоритмов управления продуктивностью растений [1, с.103]. Задача осложняется тем, что количественные процессы преобразования вещества и энергии в растении происходят наряду с регуляционными, которые инициируют распознаваемые качественные изменения в структуре или поведении организма растения в зависимости от текущего внутреннего состояния или складывающихся внешних условий [2, с.102].
Математическая зависимость между факторами внешней среды и продукционным процессом растений позволяет оптимизировать вегетацию методом подбора необходимых сочетаний параметров этих факторов, добиваясь при этом максимальной продуктивности растений. Оптимизация по данному критерию позволит в короткие сроки получить сильную рассаду и оптимизировать основные факторы жизни растений в период вегетации до начала массового плодоношения [3, с.141].
Другим распространенным подходом является минимизация энергоемкости. Выращивание растений при искусственном облучении является весьма энергоемким процессом. Наличие математических зависимостей между факторами внешней среды и энергоемкостью светокультуры позволит добиться оптимизации процесса выращивания растений по критерию минимума энергоемкости путем варьирования параметров облучения, условий окружающей среды и других факторов [4, с.50].
Целью работы является получение модели растения салата, выращиваемого в условиях светокультуры, адекватно описывающей биометрические показатели растения.
Салат (Lactuca sativa L.) был выбран в данном исследовании по причине его быстрого роста и чувствительности к параметрам светокультуры. Исследования проводили в производственных условиях, в салатном отделении агрохолдинга «Выбор-жец» (г Санкт-Петербург). Технология выращивания салата гидропонным методом является передовой, экологически чистой и наиболее интенсивной технологией. По мере роста растений желоба, в которых расположены горшочки, продвигаются вдоль конвейерной линии. Использование салатной линии в эксперименте дало возможность одновременно получить растения с различным возрастом.
Использовали модель роста и развития растения, учитывающую динамику изменения площади каждого листа растения и его массы в процессе выращивания [5, с. 359]. Листья с растений одного возраста разделяли на группы в соответствии с их номером n в порядке появления на стебле. Фиксировали количество листьев на растении N , их геометрические размеры (длину вдоль центральной жилки Ап и наибольшую ширину Bn ), сырую массу Mn и выход сухого вещества mn . Площадь листа растения салата с достаточной точностью находили по найденной в предварительных экспериментах формуле: Sn =0,53AnBn .
Было найдено, что зависимость количества листьев на растении от времени может быть описана выражением:
N = 0,5159T - 0,7619 . (1)
Полученные по экспериментальным данным значения суммарной площади всех листьев Sy, массы всего растения МУ и выхода сухого вещества тУ аппроксимированы кривыми Гомпертца по методу наименьших квадратов:
-B(T-T )
Y = Y +Y т
У Yo+yYm"e , (2)
где У - моделируемый параметр;
Y0 - начальное значение параметра YУ;
Ymax - конечное значение моделируемого параметра;
В - относительная скорость роста на момент времени Т
Т - текущий возраст растения.
Значения коэффициентов в уравнении 2 показаны в таблице 1. Таблица 1 - Значения коэффициентов для кривых Гомпертца
Зависимость У» У B T
Площадь листьев SУ=f(T) , см2 0,0 1400,1 0,12 20,5
Сырая масса МУ=^Т), г 0,0 61,9 0,11 22,1
Сухое вещество тУ=((Т), г 0,1 2,3 0,17 22,3
Значения биометрических показателей для n-го листа растения салата аппроксимировали зависимостями вида (n - Ar)2
Y(n,T) = Ymlae By
где Ymax , Ay и BY — коэффициенты, зависящие от возраста растения Т . Значения этих коэффициентов аппроксимированы линейной зависимостью от возраста растения. Например,
Y =аТ + в
max / (4)
а в
где , ^ - постоянные коэффициенты, показанные в таблице 2.
Таблица 2 - Значения коэффициентов n - го листа
Зависимость Y^ AY By
а в а в а в
Площадь листа Sn =Цп, Т), см2 7,74 -30,56 0,204 0,47 0,38 3,19
Сырая масса Мп =Цп, Т), г 0,39 -3,40 0,240 -0,30 0,31 -1,67
Сухое вещество тп = Цп, Т), г 0,02 -0,17 0,240 -0,30 0,31 -1,67
Адекватность моделей проверена по критерию Фишера.
Интегральные показатели светокультуры в конце цикла выращивания (в расчете на одно растение салата) следующие: продуктивность фотосинтеза по сырой массе - 1,13 гсут1-м"2, продуктивность фотосинтеза по сухому веществу - 25,12 мгсут-1м-2, энергоемкость фотосинтеза по сырой массе - 0,20 молы1, £{ энергоемкость фотосинтеза по сухому веществу - 4,48 молы1.
Результаты экспериментов позволили выявить закономерности роста и энергетики процесса облучения для светокультуры салата, выращиваемой на конвейерной линии, а также отработать методику оценки энергоэкологичности (энергоэкоаудита) светокультуры. Результаты исследований могут быть использованы для оптимизации процесса выращивания растений путем варьирования параметров облучения, условий окружающей среды и других факторов. В условиях востребованности строительства новых тепличных комбинатов и реконструкции уже существующих, роста тарифов, постоянного сокращения запасов природных энергоресурсов и необходимости снижения вредных выбросов в окружающую среду применение алгоритмов оптимального управления светокультурой позволит оперативно и эффективно решать эти задачи.
Список литературы:
1. Михайленко, И.М. Математическое моделирование роста растений на основе экспериментальных данных / И.М. Михайленко // Сельскохозяйственная биология.- 2007.- № 1.-с.103-111.
2. Полуэктов, Р.А. Модели продукционного процесса сельскохозяйственных культур / РА. Поэктов, Э.И. Смоляр, В.В. Терлеев, А.Г. Топаж. - СПб., 2006.
3. Попова, С.А. Математическое моделирование продуктивности растений как средство повышения эффективности энергосбережения / С.А. Попова // Вестник КрасГАУ.- 2010.- № 7.-с.141-145.
4. Ракутько, Е.Н. Сравнительная оценка эффективности источников излучения по энергоемкости фотосинтеза / Е.Н. Ракутько, С.А. Ракутько // Инновации в сельском хозяйстве.-2015. - № 2 (12). - С. 50-54.
5. Ракутько, С.А. Оценка энергоэффективности источников оптического излучения с позиций прикладной теории энергосбережения / С.А. Ракутько, Е.Н. Ракутько // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.-2015.-№39.-С. 359-367.
УДК 004.94(631) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Е. А. Суханова
УО «Гродненский государственный аграрный университет»
[email protected] Интенсивное развитие современных Intensive технологий и неуклонно возрастающий поток информации являются неотъемлемой чертой нашего времени. Одна из самых динамично развивающихся областей науки в современном обществе - информационные технологии. Использование последних достижений в этой области характеризует уровень развития общества, возможности его интеграции в мировую цивилизацию. Этим определяется актуальность и необходимость владения информационными технологиями в процессе не только подготовки специалиста с высшим образованием, но и дальнейшее ис
UDC 004.94(631)
USE OF COMPUTER SYSTEMS IN ACTIVITY OF THE AGRICULTURAL ENTERPRISES
Sukhanova E. A. EE GSAU
progress of modern technologies and steadily increasing stream of the information are the integral feature of our time. One of the most dynamically developing areas of a science in a modern society -information technologies. Use of recent advances in this area characterizes a level of development of a society, a possibility of its integration into a world civilization. It defines an urgency and an indispensability of possession by information technologies during not only preparations of the expert with higher education, but also further use of the received knowledge in actual sector of economy.
