Основы программирования урожаев сельскохозяйственных культур

ФГБОУ ВПО «СТАВРОПОЛЬСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ УРОЖАЕВ 
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

5-е издание, переработанное и дополненное

Допущено УМО вузов РФ 
по агрономическому образованию в качестве учебного пособия 
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению 110400 – Агрономия

Ставрополь
«АГРУС»
2014

УДК 631.559:519.68
ББК 4
 О-75
Авторский коллектив:
Агеев В. В., Есаулко А. Н.,  Лобанкова О. Ю., Радченко В. И., 
Горбатко Л. С., Гречишкина Ю. И., Коростылёв С. А., Сигида М. С., 
Фурсова А. Ю., Устименко Е. А, Воскобойников А. В.,
Громова Н. В., Голосной Е. В., Беловолова А. А.

Рецензенты:
кандидат сельскохозяйственных наук, профессор
Г. П. Полоус;
доктор сельскохозяйственных наук, профессор
В. Г. Гребенников

Основы программирования урожаев сельскохозяйственных культур : учебное пособие. – 5-е изд., перераб. и 
доп. / В. В. Агеев, А. Н. Есаулко, Ю. И. Гречишкина и др. – 
Ставрополь : АГРУС Ставропольского гос. аграрного ун-та, 
2014. – 200 с.
ISBN 978-5-9596-0771-5
Включены вопросы биологических и агротехнических основ программирования урожаев сельскохозяйственных культур, материалы по программированию 
урожаев суданской травы, гороха, горчицы, а также контрольные вопросы, глоссарий, тесты и словарь основных терминов. Затронуты вопросы методологии проектирования компьютерных систем поддержки решений в агрономии, представлены 
данные по прогнозированию и программированию урожая сельскохозяйственных 
культур на основе балансовых моделей.
Издание представляет собой стройную систему теоретических и практических 
методов, имеющих единую цель – обеспечить аграрное производство математиконормативными методами программирования урожая в соответствии с Государственным образовательным стандартом и программами бакалавриата и магистратуры.
Для студентов, обучающихся в соответствии с Государственным образовательным стандартом и программами бакалавриата и магистратуры: 110400.62 – Агрономия (бакалавр сельского хозяйства), 260100.62 – Продукты питания из растительного 
сырья и 110400.68 – Агрономия (магистр – по программе «Ресурсосберегающие технологии в адаптивном ландшафтном земледелии»), слушателей курсов повышения 
квалификации, широкого круга специалистов сельского хозяйства. 

 
УДК 631.559:519.68
 
ББК 4

 
© ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный 
 
аграрный университет», 2014

О-75

ISBN 978-5-9596-0771-5

ОГЛАВЛЕНИЕ

В в е д е н и е .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 6

1. 
История развития «математического программирования 
 
урожаев», предпосылки возникновения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 8

2. 
Теоретические основы программирования урожаев
 
сельскохозяйственных культур  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  12
2.1. Принципы программирования урожаев 
 
сельскохозяйственных культур.    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  12
2.2. Планирование, прогнозирование 
 
и программирова ние урожаев   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  18
2.3. Методы программирования урожая 
 
сельскохозяйственных культур .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  20
2.4. Уровень урожайности при программировании  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  21
2.5. Основы программирования урожаев .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  22

3. 
Методология проектирования компьютерных систем
 
при программировании урожаев 
 
сельскохозяйственных культур   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  25

4. 
Агрометеорологические основы 
 
программирования урожаев   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  30
4.1. Комплекс метеорологических факторов, определяющих
 
состояние и продуктивность сельскохозяйственных культур   .  .  30
4.2. Вероятность неблагоприятных явлений в районах 
 
интенсивного земледелия и учет их 
 
при программировании урожая.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  33
4.3. Фотосинтетическая активная радиация (ФАР), ее роль 
 
в формировании урожая. Методы расчета и обеспеченность ФАР
 
основных сельскохозяйственных культур 
 
с учетом зональных особенностей..  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  36
4.4. Определение урожайности 
 
по фотосинтетическому потенциалу листьев .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 38
4.5. Использование прогнозов погоды для программирования урожаев
 
и корректировки программы в процессе ее осуществления  .  .  .  40

5. 
Агрохимические основы программирования урожаев .  .  .  .  42
5.1. Определение понятия модели. Классификация моделей .  .  .  .  .  44
5.2. Оптимизационные модели   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  49

5.3. Прогнозирование и программирование урожая 
 
на основе балансовых моделей .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  51
5.4. Моделирование плодородия почвы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  53
5.5. Определение понятия плодородия почвы 
 
и количественная оценка уровня почвенного плодородия  .  .  .  .  54
5.6. Оценка плодородия при использовании 
 
шкалы бонитировки почв .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  59
5.7. Моделирование содержания гумуса в почве.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  61
5.8. Моделирование содержания
 
подвижных питательных веществ в почве    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  66
5.9. Прогнозирование фосфатного потенциала почвы.  .  .  .  .  .  .  .  .  69
5.10. Прогнозирование калийного потенциала почвы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  75
5.11. Прогнозирование реакции почвенного раствора. .  .  .  .  .  .  .  .  .  78

6. 
Биологические факторы получения 
 
запланированной урожайности .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  82
6.1. Оптимизация процессов фотосинтеза  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  82
6.2. Структура посевов планируемой урожайности .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  83

7. 
Агротехнические и технологические основы получения 
 
программируемых урожаев .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  86
7.1. Агротехнические условия получения 
 
планируемой урожайности .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  86
7.2. Технологические основы программирования урожаев .  .  .  .  .  .  88
7.3. Организационно-технические мероприятия, 
 
способствующие получению программируемой урожайности   .  91

8. 
Определение норм удобрений.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  93
8.1. Определение оптимальных доз удобрений 
 
для планируемой урожайности .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  93
8.2. Способ, основанный на прямом использовании 
 
результатов полевых опытов с удобрениями   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  94
8.3. Математико-статистические методы 
 
с выполнением расчетов на ЭВМ.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  95
8.4. Способ нормативного баланса  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  95

9. 
Программирование урожайности 
 
основных сельскохозяйственных культур   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 105
9.1. Озимая пшеница .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 108

10. Проектирование систем удобрения в севообороте .  .  .  .  .  .  . 138
10.1. Определение места и сроков применения в севообороте
 
органических удобрений и компостов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 138

10.2. Применение и распределение минеральных удобрений 
 
в севообороте   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 140

Лабораторный практикум  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 143
1. 
Определение возможных урожаев 
 
по влагообеспеченности посевов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 143
2. 
Расчет возможной урожайности 
 
по тепловым ресурсам.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 147
3. 
Расчет возможных урожаев по величине 
 
биоклиматического потенциала   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .148
4. 
Прогнозирование урожайности 
 
по агрохимическим показателям почвы .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 150
5. 
Программирование урожайности 
 
полевых культур .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 153
6. 
Программирование урожая на основе 
 
математико-статистических методов.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 157

Методические указания по выполнению контрольной работы 
для студентов заочной формы обучения   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .161

Контрольные вопросы   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 167

Тесты по курсу «Программирование урожаев» .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 168

Словарь основных терминов .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 176

Приложения  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 185

Список рекомендуемой литературы.  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . 198

В В Е Д Е Н И Е

Традиционно, когда речь заходит о сельскохозяйственном производстве, о программировании урожаев, прежде всего, 
имеют в виду роль агрономии. Ее основу составляет многолетний 
опыт, закрепленный в законах и традициях практического земледелия и обобщенный в многочисленных инструкциях, методических 
указаниях и технологических картах. Современная агрономия – 
это с одной стороны, наука о путях получения урожая в результате 
мобилизации знаний о системе «почва – растение – деятельный 
слой атмосферы», а с другой совокупность агротехнологических 
приемов осуществляемых на различных временных уровнях в конкретных почвенно-климатических условиях, обеспечивающих получение урожая. Комплекс научно-обоснованных агротехнологических приемов (операций) дифференцированных по природным и 
экономическим параметрам способствуют достижению двуединой 
цели – получение высокой продуктивности посевов и устойчивое 
функционирование производства с одновременным воспроизводством почвенного плодородия и экологической чистоты сельскохозяйственной продукции.
Проблема обеспечения населения продуктами питания и продовольствием решается, главным образом, за счет дальнейшего повышения продуктивности пашни. Этому способствует направление 
в агрономической науке «Программирование урожаев». В основе 
данного предмета лежит требование удовлетворения потребностей 
растений в жизненно важных ресурсах для формирования урожая 
заданного качества. 
Программирование урожая – это разработка комплекса взаимосвязанных мероприятий, своевременное и качественное выполнение которых обеспечивает получение рассчитанного уровня 
урожайности сельскохозяйственных культур заданного качества 
при одновременном повышении плодородия почвы и удовлетворение требований охраны окружающей среды. 
Математическое программирование урожаев (МПУ) – это 
определение продуктивности почвы по почвенно-климатическим 
ресурсам и разработка интенсивных технологий возделывания, 

обеспечивающих наиболее полное использование генетического 
потенциала гибридов и сортов сельскохозяйственных культур.
МПУ предполагает развитие интегрированного метода оценки 
роли и значимости различных факторов среды и их взаимодействие 
в процессе формирования урожая с целью принятия оптимальных 
хозяйственных решений. 
МПУ опирается на достижения большинства смежных наук: 
физиологии растений, земледелия, растениеводства, почвоведения, агрохимии, метеорологии, агрофизики, математики, экономики, статистики, кибернетики. 
Основная цель МПУ состоит в том, чтобы перейти к широкому использованию в агрономии количественных моделей и ЭВМ, 
которые позволят быстро обрабатывать большую информацию о 
факторах, влияющих на рост растений и рекомендовать оптимальный вариант агромероприятий, направленных на получение запрограммированных урожаев.
Основные задачи МПУ: 
– по заблаговременно составленной программе рассчитать продукционный процесс растений с учетом физикогеографических, почвенно-климатических, экономических 
условий зоны и биологических особенностей растений;
– достижение максимального урожая высокого качества с низкой себестоимостью при минимальных затратах труда, времени, материально-технических и других ресурсов;
– на основе многофакторных полевых экспериментов и методов математического программирования воспроизвести характер взаимодействия основных факторов в процессе формирования урожая в форме модели;
– математическое моделирование и разработка программ для 
ЭВМ;
– модель воплотить в технологические карты возделывания 
сельскохозяйственных культур в севообороте;
– практическое применение разработанной программы в производственных условиях и уточнение исходных функциональных моделей программирования урожая.

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 
 
«МАТЕМАТИЧЕСКОГО 
 
ПРОГРАММИРОВАНИЯ УРОЖАЕВ», 
 
ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ

Приоритет метода программирования принадлежит 
нашей стране. Первые целенаправленные опыты по получению 
заранее рассчитанных урожаев проведены в 30-х годах прошлого века известным селекционером-картофелеводом Л.Г. Лорхом, а 
также М.С. Савицким. Суть разработанных программ заключалась 
в том, что они полностью соответствовали биологическим особенностям роста и развития растений. 
Г.Г. Лорх, подробно изучив динамику накопления сухого вещества картофеля, разработал график его нарастания и в соответствии с ним регулировал питание, водоснабжение, углекислотный 
обмен. В результате сбор клубней составил 528 ц/га. В дальнейшем, основываясь на этих опытах, Л.Г. Лорх довел сбор клубней с 
гектара до 700 ц.
Несколько иной была система решения поставленной задачи у 
М.С. Савицкого. Он заранее составил структурную формулу урожая, включающую густоту стояния растений, число продуктивных 
стеблей, колосьев, зерен в колосе, массу 1000 зерен. Затем была 
рассчитана доза удобрений и потребность в воде.
Руководствуясь структурной формулой, как рабочей гипотезой для 
синтезирования урожая, намеченная его величина практически была 
получена. Урожайность озимой пшеницы сорта Московская 2411 в 
опыте составила 99,8 ц/га при запрограммированных 100 ц/га.
В 70-е годы в СССР сформировались несколько крупных центров в этой области и ими были достигнуты значительные успехи: Тимирязевская МСХА, институт почвоведения и фотосинтеза, 
Волгоградский сельскохозяйственный институт, агрофизический 
институт в Ленинграде, Горский СХИ и другие. Активно участвовали в программировании урожайности ученые нашего университета: озимой пшеницы (Шахзадов Н.М.), озимого ячменя 
(Портуровская С.П.), сельскохозяйственных культур в различных 
почвенных условиях в орошаемых и неорошаемых 6-9 польных се

вооборотах (Агеев В.В.), и ими были достигнуты положительные 
результаты. 
Наиболее активно внедрялись интенсивные технологии с элементами программирования урожая в хозяйствах Северного Кавказа и Нижнего Поволжья: если в 1978 году по соответствующим 
программам сельскохозяйственные культуры возделывались на 
площади 850 тыс.га, то в 1984 году достигли почти 4 млн.га. 
Важные теоретические разработки по повышению фотосинтетической продуктивности полевых растений были выполнены 
под руководством А.А.Ничипоровича; К.П.Афендулов в условиях 
Украины обосновал рекомендации по рациональному применению удобрений под планируемый урожай, которые применялись 
на площади около 5 млн.га.
В Латвийском НИИ земледелия и экономики сельского хозяйства 
разработана информационно-вычислительная система «почва – урожай». Она состоит из банков данных, постоянно пополняющихся детальной информацией о плодородии почв, истории полей, урожайности всех основных культур, выносе с урожаем питательных веществ из почвы, содержании в органических удобрениях элементов 
питания и т.д. С целью уменьшения количества хранящихся данных 
многие нормативы заданы в виде функциональных зависимостей. 
Для составления банка данных и нормативов использованы все доступные источники информации: данные агрохимического обследования почв, полевых опытов, рекомендации лучших хозяйств и др. 
Рекомендации по применению удобрений составляются с помощью 
ЭВМ практически для всех хозяйств Латвии.
Коллективом авторов ЮжНИИГиМ и научно-исследовательских 
учреждений Северного Кавказа (Кан, Бурдюгов, Балакай и др., 
1985) создана региональная система программирования урожаев, 
основанная на алгоритмах планирования агрокомплекса (ΑΠΑ). 
С помощью этих алгоритмов специалист хозяйства на основе доступных данных о состоянии поля может спланировать агрокомплекс, учитывающий индивидуальные особенности поля, технические возможности хозяйства, прогноз метеоусловий. ΑΠΑ содержит правила в разных формах: в виде выраженного словами 
логического условия, формулы, таблицы. Если в зоне действует 
служба программирования урожаев, располагающая математическими моделями культур, расчеты выполняются вычислительным 
центром. При этом качество планирования повышается. Опыт ши

рокого применения этого метода в хозяйствах Северного Кавказа 
показал, что своевременное и качественное выполнение всего комплекса агротехнических мероприятий обеспечивает получение 60 
ц/га озимой пшеницы, свыше 40 – зерна кукурузы, 600 ц/га – зеленой массы многолетних трав и кукурузы на силос.
Координацию исследований по программированию урожаев в 
нашей стране осуществлял академик И.С.Шатилов, который обосновал экологические, биологические, агротехнические условия 
программирования урожаев. Защитив в 1947 году кандидатскую 
диссертацию, он стал ассистентом, а через 3 года получил должность старшего научного сотрудника на полевой станции академии. В 1956 году И.С.Шатилова назначили доцентом, а в январе 
1961 года – проректором Мичуринской академии по научноисследовательской работе. 
Во времена «лысенковского процесса» Иван Семенович, будучи 
уже ректором сельхозакадемии, принадлежал к числу ученых, составлявших оппозицию Хрущеву и Лысенко, по своему неведению 
предлагавших провести необратимые и пагубные для всего сельского хозяйства мероприятия в области агрономии. По личным признаниям Шатилова, он в те времена «спал с открытыми глазами», чувствуя грозившую ему опасность: как ректор академии, он отказался 
визировать план, по которому предполагалось разделить старейший 
сельскохозяйственный институт страны, обладающий колоссальной 
научно-исследовательской базой, на отдельные институты, организованные на основе факультетов в различных областях СССР. 
В 1967 году докторская диссертация Ивана Шатилова была 
признана Высшей аттестационной комиссией лучшей работой по 
сельскому хозяйству. К тому времени Иван Семенович уже 3 года 
являлся вице-президентом Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени Ленина и председателем Всероссийского отделения ВАСХНИЛ. 
Не раз выдающегося ученого приглашали на международные 
конференции и съезды, посвященные сельскому хозяйству. На всемирном конгрессе по увеличению производства зерна, проходившем 
в 1970 году в Дрездене, Иван Шатилов поразил ученую общественность докладом на тему «О программировании высоких урожаев». 
В 2000 году в Кембриджском университете проходил международный съезд ученых, на котором имя Шатилова было названо в 
числе 130 выдающихся исследователей. За свою трудовую жизнь