Сергеева Н.Н., Федоркова Н.П., Сергеев Ю.И.

Государственное научное учреждение Северо-Кавказский зональный НИИ садоводства и виноградарства Россельхозакадемии

Использование биоинформационного моделирования в растениеводстве (на примере плодовых культур)

Длительные полевые исследования воздействия специальных агроприёмов на продуктивность и физиологическое состояние многолетних плодовых растений, плодородие садовых почв, качество плодов и т.д. являются уникальным экспериментальным материалом, позволяющим разрабатывать экономически эффективные системы ведения отрасли на уровне конкретных кварталов и хозяйств, учитывать эколого-агрономические характеристики и динамику показателей состояния плодовых агроценозов.

Совершенствование методологии сбора и анализа данных, полученных в полевых опытах с плодовыми культурами, обеспечивается использованием математических методов и моделирования для повышения информативности результатов, оперативного поиска требуемой информации в базе данных (БД) и её обработки. При этом каждая создаваемая база данных уникальна, т.к. отражает реальную ситуацию для которой создаётся.

В этой связи нами проведена работа для перехода на новую систему сбора, накопления и обработки информации полевых опытов с удобрением плодовых культур для различных конструкций насаждений яблони в условиях юга России на основе использования ЭВМ.

Новизна разработки и отличие от существующих доступных аналогов заключается в проведении полной процедуры нормализации высокой степени и минимализации набора отношений. Как следствие, таблицы БД обладают лучшими свойствами при обновлении, включении и удалении данных; каждый факт появляется лишь в одном месте, что не только экономит память, но и исключает возникновение противоречивости хранимых данных.

Основной методологический принцип формирования базы данных – системный подход при распределении показателей в соответствующие блоки, содержащие данные с характеристикой объекта исследований, историей опыта и накопления информации (экспериментальный материал), ориентированный на цели и задачи пользователей БД.

Основой для создания биоинформационной модели являются экспериментальные данные, полученные в полевых многофакторных опытах 1990-2010 гг. в агроценозах с различной степенью насыщенности элементами интенсификации в условиях юга России.

Первым этапом работы стала структурная оптимизация эмпирических данных для проведения в дальнейшем их математической обработки, а также количественной оценки действия антропогенных факторов на продуктивность плодовых культур с использованием математического моделирования. Была разработана система взаимосвязанных блоков кодировочных таблиц, а также таблиц, характеризующих объект наблюдений, описание истории опыта, размерности величин, являющаяся универсальным электронным журналом наблюдений и учётов при проведении исследований с участием многолетних плодовых растений. Решение данной задачи было обеспечено с помощью широко известной и доступной программы Microsoft Offis Excel.

Сформированная таким образом система блоков, содержащая экспериментальные данные полевых опытов используется для первичной статистической электронной обработки и дальнейшего анализа. При этом структура таблиц данного блока обеспечивает проведение минимального числа операций на персональном компьютере.

После агрономической оценки в зависимости от поставленной задачи показатели заносятся в аналитические таблицы, и проводится математическая обработка результатов исследований за ряд лет. Особенностью структуры таблиц для статистической обработки данных полевых опытов является возможность получения достоверного результата анализа при минимальном количестве повторений (3-4).

Одной из задач, которая ставилась при разработке БД – возможность путём запросов формировать и комплектовать данные таким образом, чтобы использовать для статистической обработки по методу Б.А. Доспехова в разработанном нами в Microsoft Offis Excel электронном приложении.

На втором этапе работы была создана биоинформационная модель, классифицируемая по способу хранения информации изначально как «централизованная» и по структуре организации данных как «реляционная». БД построена с помощью языка «Таблица – связи», которая даёт представление о её структуре, позволяющей при необходимости развивать коммуникационную компьютерную систему без разрушения существующих приложений БД.

Созданная база данных (свидетельство о государственной регистрации № 2011620428) также имеет наиболее полное и подробное описание, основанное на языке SQL. Рабочая версия была отработана с использованием Microsoft Access. ОС: Windows XP Professional. Объём базы данных составляет 1,28 Мб.

Выбор Microsoft Access в качестве СУБД обусловлен доступностью программы для широкого круга пользователей, мощными, удобными и гибкими средствами визуального проектирования объектов, способами ввода, хранения, просмотра, сортировки, модификации, выборки данных из таблиц и т.д.

Имеющаяся в БД совокупность данных, отображающая состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области, создана с перспективой разработки оптимизированных систем применения удобрений в садовых агроценозах различных конструкций. Созданная база данных актуальна, состоит из двух компонент: 1) коллекции первичных данных биологических наблюдений, результатов анализов и 2) описания географического расположения объектов. Структура базы данных позволяет, не нарушая связей, изменять, дополнять, а также постоянно накапливать и использовать разный набор имеющихся данных, необходимых для решения различных фундаментальных и прикладных задач по разработке эффективных приёмов управления режимом питания многолетних плодовых растений и оптимизации химического состава плодов а плодовых насаждениях различных конструкций.

Таким образом, созданная БД является интегрированной, определяемой как общий информационный ресурс собственника. Она даёт возможность решать многие задачи, каждая из которых использует только «свою» часть данных, обычно пересекающуюся с частями, используемыми для решения других задач, вследствие чего основным приоритетом БД является отсутствие избыточности данных.

В перспективе возможно получение информации о состоянии объекта во времени в различных почвенно-климатических условиях и при различных уровнях интенсификации технологических процессов в плодовых агроценозах и на этой основе предвидеть поведение объекта в будущем, управлять им.