Ученые изобрели способ сэкономить воду и улучшить урожай

Ученые факультета ВМК МГУ вместе с коллегами с коллегами смоделировали оптимальный способ ирригации картофеля и сахарной свеклы. Ученым удалось добиться увеличения урожайности при снижении расхода воды.

Задачей исследователей было не только повышение урожайности сельскохозяйственных культур, но и оптимизация полива. Это необходимо и для экономии водных ресурсов, и для уменьшения количества удобрений, попадающих в водоемы, ведь при чрезмерном поливе эффективность использования воды растениями снижается, а объем попадающих в грунтовые воды минеральных удобрений увеличивается.

В работе ученые использовали математическую модель урожайности WOFOST, а данные о хозяйстве получили в результате полевых экспериментов. Разработанная ими модель позволяет спрогнозировать урожайность в зависимости от погодных условий, свойств почвы, стратегий полива и так далее.

Цифровой симулятор позволяет ученым сэкономить ресурсы и время — в реальных условиях эксперименты по повышению урожайности заняли бы годы.

«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», — объяснил 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 расчетов с помощью специализированного генетического алгоритма оптимизации NSGA-II. Интересно, что стратегии полива, которые применяются в сельском хозяйстве сейчас, оказались весьма эффективными.

«Приятным наблюдением было то, что используемые реальные фермерские стратегии планирования полива являются весьма разумными и нам потребовались длительные вычисления, чтобы убедиться, что существующие сценарии все-таки можно улучшить их в пределах 10–12 процентов, 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 все еще возможно улучшить в сторону уменьшения расхода пресной воды», — добавила старший преподаватель Сколтеха, выпускница факультета почвоведения МГУ Мария Пукальчик.

Работа выполнена совместно с сотрудниками из Сколтеха и ИВМ РАН. Результаты представлены на авторитетной конференции ICCS 2021 и опубликованы в рамках серии книг Lecture Notes in Computer Science.

• #Агротехнологии