CC BY
486
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
УДК 633.11«324»:595.7
Н. Н. Глазунова, М. А. Изюмов, Ю. А. Безгина Glazunova N. N., Izyumov M. A., Bezgina Yu. A.
ЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ ФАКТОРОВ НА ЧИСЛЕННОСТЬ ЭНТОМОЦЕНОЗА ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ В РАЗНЫЕ ФАЗЫ ЕЁ ОНТОГЕНЕЗА
LOGICAL MODEL OF INFLUENCE OF AFFECTING FACTORS ON THE NUMBER OF WINTER WHEAT ENTOMOCENOSE IN DIFFERENT PHASES OF ITS ONTOGENESIS
Проведение фитосанитарного обследования на выявление различных вредителей сельскохозяйственных культур требует внимания и тщательности. При этом следует учитывать, что жизнедеятельность насекомых полностью зависит от ряда различных абиотических, биотических и антропогенных факторов. На основании многолетних наблюдений разработана логическая модель, определяющая влияние этих факторов на численность энтомоценоза озимой пшеницы в разные фазы её онтогенеза, что способствует актуализации планирования и эффективности проведения защитных мероприятий на посевах культуры.
Ключевые слова: озимая пшеница, фитофаги, энтомо-фаги, расчет численности, компьютерная программа.
Carrying out a phytosanitary survey to identify various pests of agricultural crops requires attention and thoroughness. It should be borne in mind that the vital activity of insects depends entirely on a number of different abiotic, biotic and anthropogenic factors. Based on long-term observations, a logical model has been developed that determines the influence of these factors on the number of entomocoenosis of winter wheat in different phases of its ontogenesis, which contributes to the actualization of planning and the effectiveness of protective measures on crops.
Key words: winter wheat, phytophages, entomophages, estimation, computer program.
Глазунова Наталья Николаевна -
кандидат биологических наук, доцент
кафедры химии и защиты растений
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8(8652)35-59-66
E-mail: GNN2312@gmail.com
Изюмов Михаил Александрович -
инженер отдела информационных технологий
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8(8652)35-25-28
E-mail: pr0spector@yandex.ru
Безгина Юлия Александровна -
кандидат сельскохозяйственных наук, доцент
кафедры химии и защиты растений
ФГБОУ ВО «Ставропольский государственный
аграрный университет»
г. Ставрополь
Тел.: 8(8652)35-59-66
E-mail: khzr@yandex.ru
Glazunova Nataliya Nikolaevna-
Ph.D of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry and Plant Protection FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8(8652)35-59-66 E-mail: GNN2312@gmail.com
Izyumov Mikhail Aleksandrovich -
Engineer of the Department of Information Technologies FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8(8652)35-25-28 E-mail: pr0spector@yandex.ru
Bezgina Yuliya Aleksandrovna-
Ph.D of Agricultural Sciences, Associate Professor of the Department of Chemistry and Plant Protection FSBEI HE «Stavropol State Agrarian University» Stavropol
Tel.: 8(8652)35-59-66 E-mail: khzr@yandex.ru
Агроценоз озимой пшеницы это искусственная экосистема, и она отличается от естественных экосистем меньшим разнообразием видов и не обладает саморегулирующими механизмами численности видов в системе [1]. При анализе общей структуры и динамики агроценоза озимой пшеницы мы получили чрезвычайно большое разнообразие причинно-следственных связей между элементами его системы, подвергающимися воздействию множества факторов. Факторы мы разбили на категории: абиотические, биотические и антропогенные, изучение влияния их на триотроф
«растение - фитофаг - энтомофаг» позволит видеть нам тенденции изменения численности насекомых в агроценозах в различные фазы онтогенеза культуры и оценить степень их влияния на него в пространстве и времени. Такой анализ позволил нам построить логическую модель и создать компьютерную программу для расчета численности фитофагов и их энтомофагов при влиянии воздействующих факторов на численность энтомоценоза озимой пшеницы с расчетом уровня эффективности природных энтомофагов и порога вредоносности фитофагов.
:№ 1(29), 2018
Данная программа производит расчет численности фитофагов и энтомофагов в настоящем времени или прогнозируемом для агроце-нозов озимой пшеницы на определенном этапе онтогенеза при введении в систему параметров, оказывающих моделирующее значение.
Программа (логическая модель) системы триотрофа «озимая пшеница - фитофаг -энтомофаг» построена на основе анализа биологических особенностей развития озимой пшеницы, популяции фитофагов и их энтомо-фагов. Расчет численности насекомых, уровень эффективности природных энтомофа-гов и порог вредоносности фитофагов (клоп вредная черепашка, злаковые тли, пшеничный трипс и хлебные пилильщики) осуществляется для весенне-летнего периода развития озимой пшеницы в условиях Центрального Предкавказья [2].
Файловая структура программы «Расчет численности основных вредителей озимой пшеницы и их энтомофагов в различных фазах онтогенеза в зависимости от абиотических, биотических и антропогенных факторов» включает следующие компоненты:
- Файл локальной базы данных SQLite. Файл содержит основные пользовательские и программные настройки, справочники, а также аналитические данные исследований, представленные в виде таблиц, на которые опираются вычислительные алгоритмы программы в ходе её работы.
- Исполняемый файл программы (Pests. exe).
- Файлы библиотек динамической компоновки (.dll), используемые программой для взаимодействия с файловой базой данных SQLite и экспорта отчётов в формат MSExcel.
- Файлы изображений (в форматах .jpg и .png), используемые при отображении справочной информации в дополнение к основной функциональности программы.
Логическая организация исходного кода программы представлена тремя главными компонентами:
1. Слой доступа к данным. Включает классы, описывающие соответствие табличных представлений базы данных классам предметной области, а также алгоритмы, посредством которых осуществляется работа с локальным хранилищем данных с использованием объектно-ориентированной технологии ORMEntity-Framework 6 для встраиваемой реляционной базы данных SQLite.
2. Слой логики предметной области. Слой представлен классами, описывающими сущности предметной области, а также служебным классом, который позволяет осуществлять расчеты численности и выводить рекомендации на их основе. Включает методы экспорта отчётов в формат электронной таблицы Excel или обычного текстового файла по выбору пользователя.
3. Пользовательский интерфейс программы. Включает классы, описывающие состав, внешний вид и поведение всех элементов гра-
фического пользовательского интерфейса программы.
При запуске программы в первую очередь происходит загрузка необходимых справочников и аналитических данных исследования из файла pests.sqlite3. Справочники представляют собой совокупность таблиц, основным содержимым которых являются наименования и внутренние служебные коды сущностей предметной области. Таблицы аналитических данных исследования содержат списки константных значений коэффициентов, необходимых для учета различных факторов, влияющих на численность насекомых.
Список справочников:
Animals - наименования, краткие описания видового состава биологических особенностей развития насекомых в условиях Центрального Предкавказьяи иная справочная информация о вредителях и их энтомофагах, представленных в исследовании.
Animal Categories - категории насекомых, представленных в исследовании (вредитель, этномофаг).
Animal Images - имена файлов фотографий, фенологических календарей, ассоциированных с исследуемыми насекомыми.
Cultivar Types - типы сортовых характеристик.
Cultivars - сорта озимой пшеницы.
Growth Phases - наименования фаз развития озимой пшеницы.
Fertilizer Systems - виды системы удобрений, применяемых в хозяйствах.
Fields - справочник сельскохозяйственных угодий, пополняемый пользователем.
Predecessors - типы предшественников для агроценоза озимой пшеницы.
Tillage Systems - системы обработки почвы, используемые в хозяйствах.
Weediness Types - степени засоренности аг-роценоза озимой пшеницы в хозяйствах.
Список таблиц с аналитическими данными исследования:
C Formula Constants - коэффициенты для формул зависимостей численности насекомых от средней температуры и суммарного количества осадков фазы.
C Cultivar Type - коэффициенты влияния сортовой характеристики.
C Fertilizer System - коэффициенты влияния системы удобрения.
C Predecessor - коэффициенты влияния предшественника.
C Tillage System - коэффициенты влияния системы обработки почвы.
C Weediness - коэффициенты влияния степени засоренности.
Пункт меню «Справка - Биология видов» выводит на экран информационный справочник; фотографии видов, видовой состав исследуемых насекомых и процентное соотношение по видам в годы исследований, фенологические календари и циклы развития доминантных видов в Центральном Предкавказье.
88
Ежеквартальный
научно-практический
журнал
В
---N
С Начало 1
Загрузка справочников и аналитических данных исследования
ыбор с.-х. объекта, фазы. Ввод температуры, количества осадков, иных
факторов воздействия. Настройка форматирования
Инициализация введенными значениями. Вызов метода расчёта численности
Для каждого 'I вида насекомого N
Выбрать формулы и коэффициенты абиотических факторов для N. Рассчитать. Выбрать коэффициенты биотических и антропогенных факторов
Численность N =
Кг О * Кзцсор Кпрдд Ксорт.х. КсоОрП Кс.удобр-
Рисунок - Логическая модель функционирования файловой программы «Расчет численности основных вредителей озимой пшеницы и их энтомофагов в различных фазах онтогенеза в зависимости от абиотических, биотических и антропогенных факторов»
:№ 1(29), 2018
После успешной загрузки из базы данных на экране будет отображено главное окно программы. В левой части окна размещены элементы управления, посредством которых пользователь вносит необходимые исходные данные, а также список сельскохозяйственных угодий (объектов), изменяемый пользователем по своему усмотрению в процессе эксплуатации. В правой части окна расположены текстовые поля, где отображается рассчитанная на основе введенных параметров численность каждого вредителя и энтомофага. Выводимые результаты расчетов автоматически обновляются при изменении пользователем любых исходных условий. В процессе работы программа хранит в оперативной памяти введенные пользователем настройки для каждой пары «Сельскохозяйственный объект - Фаза развития пшеницы». При необходимости данные настройки могут быть сохранены и/или загружены, что позволяет избежать повторного ввода при следующем сеансе работы с программой.
Для того чтобы получить корректный результат расчета численности насекомых в агроце-нозе озимой пшеницы в определенной фазе её онтогенеза [3], пользователю необходимо выполнить ряд действий.
В соответствующем списке левой части главного окна программы выбрать агроценоз (поле, сельскохозяйственный объект), для которого необходимо произвести расчет или посмотреть прогноз расчета численности. При необходимости можно добавить новый агроценоз (поле, сельскохозяйственный объект). Список агро-ценозов или сельскохозяйственных объектов хранится в локальной базе данных программы и служит для удобства пользователя при учёте большого количеством угодий.
Выбрать фазу развития пшеницы, для которой необходимо произвести расчет из предложенного списка.
Из выпадающих списков группы «Факторы воздействия» пользователь выбирает значения для сортовой характеристики выращиваемого сорта в агроценозе по отношению к фитофагам, систему обработки почвы, применяемую в данном агроценозе, вносимую систему удобрения, предшественника и степени засорения в данном агроценозе, которые наиболее соответствуют состоянию реального сельскохозяйственного объекта, для которого производится расчет численности.
Ввести значения средней температуры фазы онтогенеза озимой пшеницы и суммарного количества осадков в текстовые поля группы «Средняя температура (°С) и количество осадков (мм) фазы». Значение температуры должно находиться в расчетном диапазоне для фазы, указанном рядом с полями ввода в той же группе, в противном случае программа выдаст нулевой результат для всех насекомых. При необходимости для расчета средней температуры фазы онтогенеза можно воспользоваться мастером, который открывается нажатием кнопки
с изображением термометра, или выбором пункта «Действия - Средняя температура/осадки» главного меню программы. Расчет осуществляется следующим образом: вбивается и суммируется средняя температура каждых суток и делится на количество дней длительности фазы, таким образом получаем среднюю температуру фазы, осадки вбиваются и суммируются все осадки в течение этой фазы онтогенеза.
В случае корректного ввода исходных данных в правой части окна будут отображены результаты расчетов численности фитофагов и их эн-томофагов для определенного агроценоза при воздействии на него абиотических, биотических и антропогенных факторов. Для сохранения отчёта в виде книги МЭЕхсе! или текстового документа следует воспользоваться пунктами меню из списка «Файл - Отчёты - ...».
Расчет численности насекомых производится по формуле
Ч = Фт.о х Кзасор х Кпред х Ксо
Кс.обр.п х Кс.
удобр'
где Фт.о - аналитические зависимости изменения численности насекомых от комбинированного влияния температуры и количества осадков, полученных путём применения статистических методов (регрессионного и корреляционного анализов) с использованием базовой компьютерной программы «Статистика-6» для обработки массива экспериментальных данных, связывающих численность популяции с погодно-климатическими условиями в разные периоды онтогенеза; Кзасор - коэффициент влияния на численность насекомого степени засоренности агроценоза озимой пшеницы; Кпред - коэффициент влияния на численность насекомого типа предшественника; Ксорт.х - коэффициент влияния на численность насекомого сортовой характеристики;
Кс.оврп - коэффициент влияния на численность насекомого используемой системы обработки почвы;
Кс.удобр - коэффициент влияния на численность насекомого используемой системы удобрения.
Коэффициенты влияния рассматриваемых факторов в агроценозе озимой пшеницы, полученные путём вычисления в сравнении с обобщающим показателем статистической совокупности, который погашал индивидуальные различия значений статистических величин, позволяют сравнивать разные совокупности между собой по данному признаку для заданной фазы [4].
Экономические пороги вредоносности фитофагов рассчитаны с учетом эффективности природныхих энтомофагов: количественное соотношение фитофагов к одной особи его хищников и паразитов на момент расчета численности в агроценозе. На основе этих вычислений
х
90
,,„ „„„„, Jj Ставрополья
научно-практическии журнал
программа дает рекомендацию о необходимости химической обработки агроценоза озимой пшеницы инсектицидами в исследуемую фазу онтогенеза озимой пшеницы для каждой категории вредителя.
Также можно посмотреть численность фитофагов и их энтомофагов в пространственном размещении агроценоза озимой пшеницы. Расчет производится на основе эмпирических данных за восемь лет по формуле
Ч = Ч х К
Ч Чс Краспред,
где Чс - средняя численность данного вида в этом агроценозе в эту фазу онтогенеза; Краспред - коэффициент влияния на численность насекомого расстояния от края поля агроценоза озимой пшеницы, полученный путём вычисления в сравнении с обобщающим показателем статистической совокупности, который погашал индивидуальные различия значений статистических величин, позволяя сравнивать разные совокупности между собой по данному признаку для заданной фазы.
При помощи пункта меню «Вид» главного окна программы пользователь может установить удобный формат представления числовых данных результатов расчета и проанализировать, возникает ли угроза вспышки численности
каких-либо фитофагов (клоп вредная черепашка, злаковые тли, пшеничный трипс и хлебные пилильщики) [5] и в какой фазе онтогенеза может произойти ускользание численности от контроля энтомофагов и на каких агроценозах пшеницы.
Таким образом, в основании системы стоит определенная фаза онтогенеза озимой пшеницы с действующими на неё абиотическими, биотическими и антропогенными факторами. Вход в систему осуществляется путем ввода исходных данных. На выходе мы получаем расчет численности основных вредителей и их энтомофагов. Для расчета в программе заложены справочные данные о морфологических и биологических особенностях вредителей и их энтомофагов, а также показатели плотности популяции фитофагов и их энтомофагов на одном квадратном метре или на одном растении в различных фазах онтогенеза. Для более детальной характеристики условий приводятся данные о сельскохозяйственных угодьях, средняя температура фазы и суммарное количество осадков. Программа автоматически просчитывает эффективность энтомофагов и сообщает о необходимости проведения защитных мероприятий. По окончании обработки данных в окне интерфейса программы выводятся результатов расчеты и формируется отчет.
Литература
1. Трухачев В. И., Сергиенко Е. Г. Тенденции и циклические колебания в производстве зерна // Вестник АПК Ставрополья. 2012. № 4 (8). С. 91-95.
2. Дронова О. Г. Экологизированная система защиты озимой пшеницы от вредных объектов в эколого-курортном регионе Российской Федерации Кавказских Минеральных Вод : дис. ... канд. биол. наук. М., 2004. С. 34-36.
3. Боташева Н. Н. Состав и структура основных консортов озимой пшеницы в зоне неустойчивого увлажнения Ставрополья : дис. ... канд. биол. наук. Краснодар, 2001. С. 27-31.
3. Щербакова С. А., Мухина О. В. Сравнительная оценка сортов и сортосмесей озимой пшеницы на заселяемость злаковыми тлями и пшеничным трипсом // Проблемы экологии и защиты растений в сельском хозяйстве : сб. науч. тр. 70-й науч.-практ. конф. (Ставрополь, 18-21 апреля 2006 г.) / СтГАУ. Ставрополь, 2006. С. 247250.
5. Алексеев А. В. Агроэкологические аспекты защиты озимой пшеницы от пшеничного трипса и злаковых тлей в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края : дис. ... канд. с-х. наук. Ставрополь, 2003. С. 22-24.
References
1. Trukhachev V. I., Sergienko E. G. Trends and cyclic fluctuations in the production of grain // Agricultural Bulletin of Stavropol Region. 2012. № 4 (8). P. 91-95.
2. Dronova O. G. Ecologized system of protection of winter wheat from harmful objects in the ecological and resort region of the Russian Federation of Caucasian Mineral Waters : dis. ... cand. biol. sciences. Moscow, 2004. P. 34-36.
3. Botasheva N. N. Composition and structure of the main consorts of winter wheat in the zone of unstable hydration of the Stavropol Territory : dis. ... cand. biol. sciences. Krasnodar, 2001. P. 27-31.
4. Shcherbakova S. A., Mukhina O. V. Comparative evaluation of varieties and varieties of winter wheat on the population of cereal aphids and wheat thrips // Sb. sci. tr. Problems of Ecology and Plant Protection in Agriculture 70th Scientific and Practical Conference (Stavropol, April 18-21, 2006). Stavropol, 2006. P. 247-250.
5. Alekseev A. V. Agro-ecological aspects of protection of winter wheat from wheat thrips and cereal aphids in the zone of unstable hydration of the Stavropol Territory : dis. ... cand. agri. sciences. Stavropol, 2003. P. 22-24.
