Учёные МГУ придумали, как улучшить урожай, используя меньше воды | Популярный университет

Учёные МГУ придумали, как улучшить урожай, используя меньше воды

Учёные факультета ВМК МГУ совместно с коллегами в результате математического моделирования отыскали оптимальные сценарии ирригации двух сельскохозяйственных культур (картофель и сахарная свёкла). В результате математического моделирования было продемонстрировано увеличение урожайности при снижении расхода воды.

Результаты представлены на авторитетной конференции ICCS 2021 и опубликованы в рамках серии книг Lecture Notes in Computer Science.

Задачей исследования являлось не только увеличение урожайности культур, но и снижение потерь воды при неэффективном поливе. Снижение потерь воды при поливе необходимо, с одной стороны, для экономии водных ресурсов, а с другой — для снижения влияния миграции удобрений на водоёмы. При высоких объёмах полива эффективность использования воды растениями снижается, а объём вымываемых минеральных удобрений в грунтовые воды увеличивается.

В работе использовалась математическая модель урожайности WOFOST. Модель WOFOST — один из ключевых элементов европейской системы мониторинга агрокультурных ресурсов. Значительная часть данных об изученном хозяйстве, расположенном неподалёку от реки Оки, была получена в результате полевых экспериментов. На выходе после расчётов данная модель позволяет получить количественный прогноз урожайности в зависимости от погодных условий, свойств почвы, фермерских стратегий полива и других факторов. 

Использование цифрового симулятора для отработки возможных сценариев требует несопоставимо меньших ресурсов и усилий в сравнении с реальными многолетними экспериментами по изучению урожайности. «Дополнительно, математическая модель позволяет «проигрывать» различные качественные сценарии изменения урожайности на основе данных долгосрочных исторических погодных наблюдений. Таким образом, можно оценивать долгосрочные эффекты, которые могут проявиться при постоянном использования тех или иных стратегий эксплуатации хозяйства», — пояснил доцент кафедры вычислительных технологий и моделирования, кандидат физико-математических наук Сергей Матвеев.

В процессе поиска оптимальной стратегии полива был использованы мощности суперкомпьютера Жорес для ускорения расчётов с помощью специализированного генетического алгоритма оптимизации NSGA-II.  

«Приятным наблюдением было то, что используемые реальные фермерские стратегии планирования полива являются весьма разумными и нам потребовались длительные вычисления, чтобы убедиться, что существующие сценарии всё-таки можно улучшить в пределах 10–12%, что тоже является весьма значимой цифрой. Мы надеемся, что наши рекомендации, полученные в результате моделирования, можно будет передать в опытные хозяйства для проведения масштабного полевого эксперимента. В то же время мы рады даже тому факту, что нам удалось в очередной раз продемонстрировать, что существующие сценарии ирригации, используемые в сельском хозяйстве всё ещё возможно улучшить в сторону уменьшения расхода пресной воды», — добавил старший преподаватель Сколтех, выпускница факультета почвоведения МГУ Мария Пукальчик.

Работа выполнена совместно с сотрудниками из Сколтех и ИВМ РАН.

Источник иллюстрации к новости: Unsplash

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: