CC BY
65
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
1996. - Том 166. - № 11. - С. 1145-1170.
11. Халафян А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных. - М.: ООО "Бином-Пресс", 2008. - 512 с.
12. Суслов В.И., Ибрагимов Н.М., Талышева Л.П., Цыплаков А.А. Эконометрия. - Новосибирск: Изд-во Сибирского Отделения РАН, 2005. - 744 с.
13. Теребиж В.Ю. Анализ временных рядов в астрофизике. - М.: Наука, 1992. -392 с.
14. Атлас временных вариаций природных, антропогенных и социальных процессов. Том 2. Циклическая динамика в природе и обществе. - М.: Научный мир, 1998. - 432 с.
15. McIntosh S.W., Leamon R.J., Krista L.D. et al. The solar magnetic activity band interaction and instabilities that shape quasi-periodic variability. - Nature Communications. - 2015. - 6:6491. - Doi: 10.1038/ncomms7491.
16. Заболотная Н.А. Индексы геомагнитной активности. Справочное пособие. - М.: Изд-во ЛКИ, 2007. - 88 с.
17. Заяц О.А. Исследование цикличности урожайности зерновых культур Волгоградской области методом спектрального анализа. - Вестник Волгоградского института бизнеса. - 2011. - № 4 (17). - С. 186-191.
18. Монин А.С., Сонечкин Д.М. Колебания климата по данным наблюдений: тройной солнечный и другие циклы. - М.: Наука, 2005. - 191 с.
© Костюк В.И., 2016
УДК 635.21 : 631.5 : 63.001.573 (470.21)
В.И. Костюк
Главный научный сотрудник, д. б. н.
Полярно-альпийский ботанический сад-институт им. Н.А. Аврорина Кольский научный центр Российской академии наук г. Апатиты, Российская Федерация
О МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ АГРОФИТОЦЕНОЗА КАРТОФЕЛЯ
Аннотация
В полевом эксперименте изучено кооперативное влияние плотности агроценоза и массы посадочных клубней на урожайность картофеля сорта Хибинский ранний. На основе системного подхода построены малоразмерные статистические модели воздействия данных факторов на хозяйственную продуктивность тестируемой культуры.
Ключевые слова
Кольский Север, продуктивность картофеля, моделирование.
Введение
Для описания зависимости урожайности сельскохозяйственных культур от густоты стояния растений в агроценозе часто конструируются достаточно сложные эмпирические или полуэмпирические соотношения. Среди них наибольшее распространение получили гиперболические функции [1], обратные квадратические функции [2], модифицированные уравнения Михаэлиса-Ментен [3], а также специализированные статистические модели типа "густота стояния растений - урожайность" [4].
Прямое использование перечисленных и аналогичных моделей для культуры картофеля является не вполне корректным. Это обусловлено тем, что биологическая и хозяйственная продуктивность картофеля зависят не только от густоты стояния растений в агроценозе, но и от характера развития их вегетативных органов. В совокупности эти два параметра определяют горизонтальную и вертикальную составляющие
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
пространственной структуры агрофитоценоза. Последняя компонента архитектоники посадок картофеля в значительной степени определяется крупностью посадочного материала.
Цель нашей работы - описать с помощью простых математических соотношений зависимость урожайности картофеля от пространственной структуры агроценоза.
Методика исследования
Влияние различной плотности агроценоза и крупности посадочного материала на продуктивность картофеля сорта Хибинский ранний изучали в течение двух лет в условиях полевого опыта, который проводили по ортогональному плану полного двухфакторного эксперимента ПФЭ 32 [5] в 4-кратной повторности при рандомизированном расположении делянок. В опыте было реализовано девять вариантов, которые представляли исчерпывающий набор парных комбинаций трех схем посадок картофеля - 70 • 20, 70 • 40, 70 • 60 см (управляющий фактор - шаг посадки - Ш, или фактор Xi) и трех градаций массы посадочных клубней - 60, 120, 180 г (фактор Х2).
Семенные клубни картофеля проращивали на свету в течение 30-35 сут., а затем высаживали 28-31 мая в гребни на глубину 4-5 см. Перед посадкой под картофель вносили оптимальные дозы органических (~ 70 т/га) и минеральных (N90P140K120 кг д.в./га) удобрений, рекомендованные для почвенно-климатических условий центральной зоны Кольского полуострова. Окончательную уборку и определение основных элементов структуры урожая проводили 22-24 августа. Объем учетной выборки во всех вариантах опыта составлял 40 растений (4 • 10), изъятых подряд из центральной части каждой делянки с целью элиминирования краевого эффекта.
В статье использованы следующие сокращения:
Фр. - общая фитомасса растения картофеля (ботва + клубни), кг/раст.;
Уф. - выход общей фитомассы с 1 м2 агроценоза, кг/м2;
Пр. - хозяйственная продуктивность индивидуального растения
(масса товарных клубней), кг/раст.;
Утк. - выход урожая товарных клубней с 1 м2 агроценоза, кг/м2;
Ктк. - количество товарных клубней в структуре урожая, шт./раст.;
Втк. - выход товарных клубней с 1 м2 агроценоза, шт./м2;
Мтк. - средняя масса товарного клубня, г;
Мл. - масса листьев в расчете на 1 м2 агроценоза, кг/м2;
Мст. - масса стеблей в расчете на 1 м2 агроценоза, кг/м2;
Кст. - количество стеблей в расчете на 1 м2 агроценоза, шт./м2;
Н - весовая норма расхода посадочных (семенных) клубней на единицу
площади агроценоза, кг/м2;
Кр - коэффициент размножения посадочных клубней по массе (безразмерная величина).
Результаты и их обсуждение
Исходные экспериментальные данные, отражающие влияние плотности агроценоза и размера посадочного материала на габитуальные и продукционные показатели растений картофеля, представлены в таблице.
Визуальный анализ этих данных позволяет сделать следующие предварительные заключения. Биологическая и хозяйственная продуктивность индивидуальных растений картофеля в проведенном опыте положительно коррелировала с крупностью посадочного материала, достигая наибольших величин у клубней массой 180 г, высаженных по схеме 70 • 60 см. В основе обнаруженного феномена лежали закономерные изменения в структуре продуктивности растений. В частности, рост хозяйственной продуктивности картофеля при использовании крупного посадочного материала был обусловлен увеличением числа клубней в гнезде при некотором снижении их средней массы.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070
Влияние пространственной структуры агроценоза на основные элементы биологической и хозяйственной продуктивности картофеля сорта Хибинский ранний
Номер Схема Густота Масса Норма Показатели в расчете
опыта посад- посад- поса- расхода на 1 растение на 1 м2
(вари- ки, см ки, дочного посад. Фр., Пр, Ктк., Мст.к.. Кр Уф., У Втк., Кст., Мст, Мл,
ант) раст./м2 клубня, г клубней, кг/м2 кг кг шт. г кг кг шт. шт. кг кг
1 60 0.43 1.14 0.63 7.6 83 10.5 8.14 4.50 54.3 23.6 0.64 3.00
2 70 • 20 7.14 120 0.86 1.37 0.72 7.2 100 6.0 9.78 5.14 51.4 42.8 1.43 3.21
3 180 1.28 1.58 0.85 9.0 94 4.7 11.28 6.07 64.3 35.7 1.56 3.64
4 60 0.21 1.89 1.00 8.6 116 16.7 6.75 3.57 30.7 16.8 0.71 2.46
5 70 • 40 3.57 120 0.43 2.12 1.20 11.5 104 10.0 7.57 4.28 41.1 20.3 0.75 2.53
6 180 0.64 2.74 1.50 13.9 108 8.4 9.78 5.36 49.6 26.1 1.21 3.21
7 60 0.14 2.27 1.53 11.2 137 25.5 5.40 3.64 26.7 8.8 0.33 1.43
8 70 • 60 2.38 120 0.29 2.72 1.68 13.8 122 14.0 6.47 4.00 32.8 12.6 0.50 1.98
9 180 0.43 3.20 1.88 16.6 113 10.4 7.62 4.47 39.5 16.7 0.77 2.38
М 0.52 2.11 1.22 11.0 108.6 11.8 8.09 4.56 43.4 22.6 0.88 2.65
Выборочные S 0.34 0.65 0.42 3.1 15.0 6.0 1.76 0.78 11.7 10.3 0.40 0.65
статистические оценки V 64.5 30.8 34.6 28.2 13.8 50.6 21.8 17.1 27.0 45.6 45.4 24.5
Примечание. М - средняя арифметическая, 8 - стандартное отклонение, V - коэффициент вариации, %.
Увеличение плотности агроценоза вызывало уменьшение общей и хозяйственно-ценной массы растений картофеля, но одновременно способствовало повышению выхода биологического и хозяйственного урожаев данной культуры с единицы площади агроценоза. При уменьшении густоты стояния растений наблюдалось увеличение количества и средней массы товарных клубней в гнезде. Наиболее крупные клубни нового урожая формировались у растений, образовавшихся из семенных клубней массой 60 г, высаженных по схемам 70 • 40 и 70 • 60 см.
Урожайность картофеля зависела преимущественно от количества образовавшихся клубней (г = 0.92) и в меньшей мере - от их средней массы (г = -0.63). В свою очередь, данные показатели структуры урожая коррелировали друг с другом отрицательно (г = - 0.87). Количество товарных клубней, как доминирующий компонент урожайности картофеля, в большей мере определялось количеством стеблей в расчете на 1 м2 агроценоза (г = 0.84), чем их суммарной массой (г = 0.78) или массой листьев (г = 0.74).
Это позволяет предполагать, что при формировании хозяйственного урожая картофеля наиболее существенную роль играло количество "каналов" для флоэмного транспорта фотоассимилятов из листьев в клубни, которые являются основным терминальным акцептором связанного в ходе СО2 - газообмена углерода. Пропускная же способность каждого из "каналов" имела, вероятно, второстепенное значение, поскольку плотность - зависимая модификация виталитета растений картофеля шла преимущественно по экстенсивному (морфометрическому) пути, допускающему незначительные и обратимые отклонения от физиологической нормы в рамках присущей им толерантности к внешним воздействиям.
Средняя масса товарного клубня, напротив, сильнее зависела от массы листьев (г = -0.75), а, стало быть, от размеров фотосинтетического аппарата, чем от количества (г = - 0.70) или массы стеблей (г = - 0.56), определяющих объемные характеристики стока ассимилированного углерода в клубни.
Математически выход урожая товарных клубней с 1 м2 площади агроценоза в зависимости от шага посадки (Х1) и крупности посадочных клубней (Х2) хорошо описывался с помощью следующего квадратичного полинома в кодированных переменных:
Утк. = 4.32 - 0.6 Х1 + 0.23 Х12 + 0.7Х2 + 0.13 Х22 - 0.18 Х1Х2. (1)
Коэффициент множественной детерминации ^2) этого двухфакторного уравнения связи составил 97.8%, что позволяет рассматривать его в качестве высокоадекватной статистической модели формирования хозяйственного урожая картофеля [6]. Однако прогностический потенциал уравнения (1) за пределами экспериментальной области определения управляющих факторов методологически ограничен. Его можно использовать лишь для интерполяционных оценок урожайности картофеля при изменениях шага посадки семенных клубней в диапазоне 20-60 см (при ширине междурядья 70 см), а их массы - в диапазоне 60-180 г.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
Значения коэффициентов регрессии в уравнении (1) носят ситуационную окраску и характеризуют продуктивность данного генотипа в условиях конкретного опытного участка.
Из структуры уравнения (1) видно, что линейные эффекты влияния факторов Xi и Х2 на рассматриваемую функцию отклика (Утк.) приблизительно равны по своей величине, что доказывает необходимость обязательного учета размера посадочного материала при создании оптимальной пространственной структуры агроценоза картофеля. Нелинейный характер (квадратичные эффекты) изменений урожайности тестируемого генотипа был обусловлен, главным образом, вариациями плотности агроценоза и, в меньшей степени, массы посадочных фракций картофеля. Взаимодействие факторов Xi и Х2 имело отрицательную направленность, указывающую на то, что функция Утк. достигает максимума при использовании самых крупных семенных клубней в условиях наиболее загущенного агроценоза (таблица).
Учитывая методологические ограничения полиномиальной модели, мы использовали для формализации вышеописанной ситуации более понятный "агрономический" подход. Как известно, результирующий показатель Утк для культуры картофеля является функцией двух мультипликативно сопряженных предикторов [7]:
Утк. = Кр • Н, (2)
где Кр - коэффициент размножения посадочных клубней по массе ("сам"), а Н - весовая норма расхода этих клубней на единицу площади агроценоза (кг/м2). Норма расхода также является комплексным показателем и имеет двухкомпонентную структуру: Н = Г, где Мпк. - исходная масса посадочного клубня (кг), а Г - густота посадки клубней (раст./м2).
Ключевую роль в формуле (2) играет показатель Кр, характеризующийся очень широким диапазоном вариабельности, что соответственно обусловливает и высокий уровень его информативности [8]. В самом деле, коэффициент вариации показателя Н в проведенном опыте составил 64.5% (таблица), а параметра Кр -50.6%, что значительно превышает вариабельность хозяйственной продуктивности растений картофеля (34.6%) и, тем более, вариабельность группового выражения данного показателя [9] - выхода урожая товарных клубней с единицы площади агроценоза (17.1%).
С формальной точки зрения Кр в уравнении (2) выполняет роль "оператора преобразования" входного параметра Н в выходной параметр Утк. и эмпирически определяется как Утк./Н или Пр./Мпк. По своей биологической сути Кр представляет хозяйственный урожай индивидуального растения картофеля, нормированный на единицу исходной массы посадочного клубня (г/г или кг/кг) и наиболее емко, на наш взгляд, характеризует биологическую эффективность продукционного процесса как на уровне отдельного растения, так и агроценоза.
Можно сказать, что показатель Кр является интегральным выражением генотип-средовых взаимодействий в посадках картофеля и заключает в себе огромный пул информации о физиологическом возрасте посадочных клубней, свето-температурных и гидрологических особенностях предшествующего и текущего вегетационных периодов, режиме минерального питания растений, специфике хранения клубней в зимних условиях, технологии их предпосадочного проращивания и т.д. Таким образом, Кр объединяет в себе две взаимосвязанные компоненты, которые можно условно назвать по аналогии с дефинициями почвоведов [10] - "клубень-память" и "клубень-реактор".
Как показала статистическая обработка исходных экспериментальных данных, структура "оператора преобразования" Кр является достаточно простой и в аналитическом виде адекватно отображается следующей степенной (аллометрической) функцией:
Кр = 5.56 • Н-075 = 5.56 / ^Н^ = 5.56 / пк • Г)3 , (3)
которая с высокой точностью (R2 = 98.9%) аппроксимирует эмпирические значения Кр по девяти точкам реализации плана эксперимента. После подстановки этого соотношения в уравнение (2), функция отклика Утк. трансформируется в выражение:
Утк = 5.56 • Н025 = 5.56 • VH = 5.56 • tfM пк • Г , (4)
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
позволяющее достаточно хорошо (R2 = 93.6%) прогнозировать выход урожая товарных клубней картофеля с единицы площади агроценоза в широком диапазоне затрат семенных клубней на посадку - от
0.14 до 1.28 кг/м2 (таблица). Этот диапазон с большим запасом "покрывает" агрономически целесообразные нормы расхода семенного материала - 0.3-0.5 кг/м2 или 3-5 т/га [11, 12].
Уравнение (4) можно привести к более удобному для расчетов виду, если учесть, что густота посадки картофеля является величиной, обратной произведению ширины междурядья (М) на шаг посадки (Ш), то есть Г = 1 / (М •• Ш), тогда:
Утк = 5.56 • 4М пк /( М • Ш) . (5)
При использовании стандартной ширины междурядья (М = 0.7 м) характер проявления отклика Утк. будет определяться только массой посадочного клубня (выражаемой в кг) и шагом посадки (выражаемым в м):
Утк = 6.08 • 4М пк / Ш . (6)
Расчеты с использованием уравнения (6) являются очень простыми. Например, при посадке 60-
граммовых клубней с шагом 20 см Утк. = 6.08 • V0,06/0,20= 4.5 кг/м2, что согласуется с экспериментальным значением выхода урожая товарных клубней с единицы площади агроценоза при заданной комбинации управляющих факторов (таблица). Следовательно, уравнения (4-6) можно рассматривать как аналоги уравнения (1), но в отличие от него они обладают простой аналитической структурой и имеют "прозрачный" агрономический смысл. Заключение
Резюмируя вышеизложенное, следует сказать, что использование рассмотренных аллометрических соотношений для прогноза хозяйственной продуктивности картофеля является более простой и удобной статистической процедурой, чем традиционная полиномиальная аппроксимация данных опыта. Этот подход позволяет, в частности, представить зависимость Утк. от Н в виде компактного иррационального выражения
4 /гГ
Утк. = 5.56 • V H , важнейшим достоинством которого служит линейный характер взаимосвязи предиктора и отклика в широком диапазоне вариаций независимой переменной (г = 0.967, P < 0.001).
Если практическое применение полиномиальной модели (1) ограничено рамками реальных изменений управляющих факторов в эксперименте (60 г < Мш. < 180 г; 20 см < Ш < 60 см), то полученное нами простое
4 /тт"
линеаризующее преобразование предиктора vH позволяет осуществлять не только интерполяционные расчеты, но и прогнозировать урожайность картофеля за пределами изученного факторного пространства. Например, при посадке клубней массой 40 г с шагом 15 см (ширина междурядья 70 см) норма расхода семенного материала составляет 0.38 кг/м2. Выбранные для этого примера уровни факторов Мш. и Ш в эксперименте не задавались, однако расчетная величина предиктора Н принадлежит изученной области определения данного параметра (0.14-1.28 кг/м2, таблица). Поэтому прогноз выхода урожая товарных клубней картофеля с единицы площади агроценоза по формулам (4) и (6) в иллюстративном примере является статистически корректным и методологически правомочным - он равен 4.37 кг/м2.
Таким образом, на основе использования системного подхода удалось получить достаточно компактное и вполне адекватное описание связи хозяйственной продуктивности картофеля сорта Хибинский ранний с основными параметрами пространственной структуры посадок данного генотипа. Предложенные статистические модели могут представлять практический интерес для совершенствования технологий производства ранних сортов картофеля в районах Крайнего Севера (и на примыкающих территориях), так как их использование (в модифицированном или оригинальном виде) является предельно простым и не связано с выполнением сложных расчетов.
Список использованной литературы:
1. Reestman A.J., de Wit C.T. Yield and size distribution of potatoes as influenced by seed rate. - Netherlands J. Agric. Sci. - 1959. - Vol. 7. - P. 257-268.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №4/2016 ISSN 2410-6070_
2. Holliday R. Plant population and crop yield. - Nature. - 1960. - Vol. 186. - N 4718. - P. 22-24.
3. Tornley J.H.M. Crop yield and plant density. - Ann. Bot. - 1983. - Vol. 52. - N 2. - P. 257-269.
4. Франс Дж., Торнли Дж. Х М. Математические модели в сельском хозяйстве. - М.: Агропромиздат, 1987. -400 с.
5. Максимов В.Н. Многофакторный эксперимент в биологии. - М.: Изд-во МГУ, 1980. - 279 с.
6. Курец В.К., Попов Э.Г. Статистическое моделирование системы связей растение-среда. - Л.: Наука, 1991.
- 152 с.
7. Карманов С.Н., Глухих Е.А. Элементы расчета в семеноводстве картофеля. - Доклады ВАСХНИЛ. - 1985.
- № 6. - С.7-8.
8. Елисеева И.И. Статистические методы измерения связей. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1982. - 136 с.
9. Малецкий С.И. Групповые признаки у растений // Популяционно-генетические аспекты продуктивности растений. - Новосибирск: Наука, 1982. С. 5-27.
10. Таргульян В.О., Соколова Т.А. Почва как биокосная природная система: "реактор", "память" и регулятор биосферных взаимодействий. - Почвоведение. - 1996. - № 1. - С. 34-47.
11. Кокшаров В.П., Трусов М.Ф. Пути оптимизации структуры агрофитоценоза картофеля // Физиология картофеля. - Свердловск: Изд-во УрГУ, 1985. - С.131-146.
12. Костюк В.И. Агроэкологические основы продуктивности картофеля на Кольском полуострове. -Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 1994. -142 с.
© Костюк В.И., 2016
УДК 664.8/.9
Д.А Скотников
к.т.н. доцент кафедры ТПППЖ Ю.А.Блинова, В.Е.Писарева
студентки 2 курса группы Б-ППЖ-201 Саратовский государственный аграрный университет им.Н.И. Вавилова»
ПРОИЗВОДСТВО КОНСЕРВНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ В САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ.
Аннотация
В Российской Федерации большое внимание уделяется производству полноценных консервированных продуктов питания, и совершаются мероприятия по увеличению выпуска консервированных продуктов повышенной пищевой и биологической ценности. В этой работе рассмотрены основные консервных заводов, места их расположения и объёмы производства предприятий по Саратовской области.
Ключевые слова Саратовская область, консервные заводы, объем производства.
В Саратовской области имеется около 140 предприятий по производству мясной продукции, но консервным производством оборудованы не все предприятия области. Мясоперерабатывающие предприятия постоянно модернизируют производства, приобретают и устанавливают, высокотехнологичное современное оборудование, внедряют безотходные и ресурсосберегающие технологии. По сравнению с 2000 годом мощности этих предприятий увеличились в 5 раз и в настоящее время составляют 20 туб консервов в год. В текущем году в пищевой и перерабатывающей промышленности по Саратовской области отмечается рост к соответствующему периоду прошлого года. Достигнуто увеличение производства по отдельным видам
