Введение к работе
Актуальность проблемы. Удовлетворение всемерно растущих потребностей в продуктах сельского хозяйства предполагает углубленное исследование механизмов, управляющих ростом, развитием и продуктивностью сельскохозяйственных культур. Выявление этих механизмов будет способствовать более полной реализации потенциальных возможностей культивируемых растений путем разработки методов управления продукционным процессом и оптимальных технологий их возделывания. Важная роль при этом отводится гормональной системе, координирующей обмен веществ, дифференцировку, размножение, деление и рост клеток. Следует отметить, что эффективность исследований взаимосвязанной активности фитогормонов и их влияние на жизнедеятельность растений невозможна без примене--ния современных методов математического моделирования и вычислительного эксперимента (ВЭ). В связи с этим представляется актуальным создание теоретических и экспериментальных предпосылок для применения количественных методов в области биологии развития растений в целом, и в исследованиях регуляторных механизмов в частности.
Цель работы - разработать и реализовать на ЭВМ математическую модель гормональной регуляции для имитации роста, развития и плодообразования хлопчатника и управления его продукционным процессом.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
-
Разработать математическую модель гормональной регуляции растений (на примере хлопчатника).
-
Разработать и реализовать программно-методическое обеспечение модели и принципов организации вычислительного эксперимента в области биологии развития растений, и в частности -хлопчатника
-
Провести модельные и полевые исследования закономерностей роста, развития и шюдообгазования различных селекционных сортов хлопчатника в зависимости от воздействий различных внешних факторов и агротехнических приемов (АТП) возделывания.
-
Разработать принципы управления продукционным процессом и рекомендации по возделыванию хлопчатника с учетом закономерностей его развития и конкретных лочвенно-климатйчёских услоЕігй.
Объект исследования - математическая модель гормональной регуляции растеюш, программа имитации роста, развития и плодообразования хлопчатника и методы управления его продукционным процессом.
Методика исследований. Для реализации поставленных задач использованы методы математического и имитационного моделирования, теории управления, эвристической самоорганизации, случайного поиска и ВЭ. Использована также методика проведения полевых опытов.
На защиту выносятся следующие положения, имеющие научную новизну и значимость:
-
Создана математическая модель, основанная на балансе фи-тогормонов и состоящая из системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, которая позволяет управлять динамикой роста, развития и плодообразования' растения с помощью гормональной регуляции.
-
Разработана программа имитации роста, развития и плодообразования хлопчатника, обеспечивающая в диалоговом режиме организацию и проведение ВЭ для изучения закономерностей роста и развития растения в зависимости от почвенно-климатических условий и ДТП возделывания, а также скороспелости высеваемого сорта.
-
Установлены зависимости: урожайности хлопчатника от сроков и глубины проведения культивации, сроков и норм внесения удобрений и вегетационных поливов; ускорения листоопадения и раскрытия коробочек от сроков и глубины срезки боковых корней в конце вегетации. На основе этих зависимостей разработаны принципы управления продукционным процессом хлопчатника.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
разработанное модельное и программное обеспечение используется для исследования регуляторних механизмов роста, развития и плодообразования хлопчатника в ходе полевых и вычислительных экспериментов, а также для выработки рекомендаций до разработке оптимальных ДТП его возделывания;
установленные закономерности биологии развития позволяют рекомендовать й хлопковое производство экологически чистые ДТП возделывания и предуборочной обработки хлопчатника;
-. разработанное программно-методическое обеспечение, реализованное на ПК совместимое с IBM PC, позволяет имитировать процессы роста и развития не только хлопчатника, но и других куль-
тивируемыхв Узбекистане растений.
Реализация результатов исследований осуществлена в виде конкретных методов управления ДТП возделывания хлопчатника в хозяйствах Ташкентской и Самаркандской областей Республики Узбекистан с обшим экономическим эффектом около 1,3 млн. рублей ('в ценах 1990 г.), что подтверждено соответствующими актами внедрения.
Апробация работы. Результаты исследований доложены, обсуждены и получили одобрение на: Республиканской научно-технической конференции "Применение микро-ЭВМ и микропроцессоров в народном хозяйстве" (Ташкент, 1SS8); Всесоюзной научно-практической конференции "Ученые и специалисты - в решении социально-экономических проблем страны" (Ташкент, 1990); Республиканской конференции "Современные проблемы алгоритмизации" (Ташкент, 1991); Первом съезде физиологов растений Узбекистана (Ташкент, 1991); научных семинарах НИИ "Биокибернетика", лабораторий "Управление 'урожаем" и "Моделирование и управление в биомедицинских системах"'ИК НПО "Кибернетика" АН РУз (Ташкент, 1984-1993).
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 10 работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения, изложенных на 122 страницах машинописного текста. Диссертация содержит список использованной литературы из 96 наименований, 18 таблиц, 9 рисунков и приложение.