Обоснование переменных модели

Поиск решения в оптимальном программировании заключается в выборе по определенному алгоритму значений переменных.

В традиционных постановках задачи оптимизации структуры посевных площадей в качестве переменных чаще всего принимается набор культур. Система севооборотов при этом формируется с помощью дополнительных ограничений площади культур либо по предшественникам, либо по допустимым пределам доли отдельных культур от общей посевной площади. При альтернативном подходе в качестве независимых переменных рассматриваются возможные (допустимые) по агроэкологическим требованиям севообороты. При этом оптимальное решение задачи позволяет установить, какие севообороты и на каких площадях являются наиболее эффективными.

Каждый из этих подходов имеет и положительные, и отрицательные стороны. Первый учитывает отсутствие в большинстве сельскохозяйственных предприятий освоенных севооборотов. Рациональное размещение культур по предшественникам позволяет гибко реагировать на различные производственно-технологические, экологические и экономические ситуации. Вместе с тем, учет взаимовлияния культур и последействия применявшихся технологий (в первую очередь удобрений) с ретроспективой лишь в один год явно недостаточно. Увеличение же учитываемого периода до двух-трех лет и более является фактически обращением к севооборотам. Введение ограничений в виде предельной доли посева культуры, размещаемой по отдельным предшественникам, является, по сути, подменой процедуры оптимизации расчетно-конструктивным методом, хотя и производимым с помощью средств прикладной математики.

Главный недостаток второго подхода заключается в том, что размер матрицы линейного программирования, в которую в качестве переменных включаются многопольные севообороты, чрезвычайно велик, т. к. количество возможных вариантов севооборотов экспоненциально возрастает с увеличением числа полей в них. Даже если исключить схемы севооборотов явно бессмысленные по агрономическим критериям, число оставшихся значительно превысит возможности средств программирования, не говоря уже о том, что разработка такой модели может потребовать много времени и усилий.

Изложенное дает основание считать наиболее перспективным паллиативный вариант, при котором в качестве переменных рассматриваются звенья севооборотов. Звено севооборота может включать одну, две или три культуры. Примерами однопольных звеньев являются повторные посевы зерновых, выводные поля многолетних трав. Трехпольные звенья обязательно включают культуру, последействие которой проявляется более одного года. Таковы чистый пар и многолетние травы. Как показывают исследования в стационарных опытах зональных научно-исследовательских учреждений, заметное последействие однолетних кормовых культур проявляется лишь один год; уже на второй год на фоне других технологических факторов (удобрений, обработки) оно практически не обнаруживается. Поэтому, например, звено кукуруза – пшеница – пшеница можно рассматривать как два самостоятельных – двухпольное в составе кукурузы и пшеницы и однопольное, представленное повторной пшеницей.

Для каждого звена задаются агротехнические, экологические и экономические характеристики, конкретизированные для отдельных агроэкологических типов земель.

Агротехническая характеристика представляет собой набор технологий возделывания культур, входящих в данное звено и объединенных в единый агрокомплекс. Идентифицируя агротехническую характеристику звена севооборота, следует иметь в виду прежде всего последействие таких факторов, как удобрения, химические мелиоранты. Одно и то же звено севооборота, представленное несколькими агрокомплексами с разными категориями интенсивности (экстенсивной, нормальной, интенсивной), рассматривается как несколько переменных.

Экологические и природоохранные характеристики звена севооборота строятся на критериях, имеющих вид императивов ("разрешено" – "запрещено"). Более предпочтителен подход, при котором подобные ограничения основываются на градации критериев, математически формализованных в форме технических коэффициентов при переменных. Реализация такого подхода сдерживается дефицитом знаний о зависимости между факторами среды и результатами их воздействия. В перспективе по мере прогресса в области экологического нормирования это станет возможным.

К экономическим параметрам модели ограничения императивного вида не применяются. Сокращение перечня переменных на основе экономического "здравого смысла" не учитывает все связи в системе, а потому зачастую элиминирует наилучший вариант, который может быть найден лишь в результате решения оптимизационной задачи.

Набор переменных сначала определяется для плакорных земель. Обоснование набора звеньев для других агроэкологических типов в основном сводится к исключению вариантов, недопустимых по агроэкологическим и природоохранным критериям. Так, на солонцовых землях исключаются звенья с соей и кукурузой, на эрозионных и дефляционных – варианты, в которых основная обработка проводится отвальным плугом.