Patterns for digitalization of grain crop production in the crop rotations of the Central Black Earth region forest-steppe | Закономерности для цифровизации производства зерновых культур в севооборотах лесостепи Центрального Черноземья

English. The study purpose is to identify essential patterns in the use by crops of natural crop yield resources and fertilizers. These regularities have to be suitable for decision support through the use of digital technologies. There is suggested a method for predicting the yield of cereal crops with reference to the moisture supply of crops and nitrogen norms comprised of mineral fertilizers based on a regular interrelationship between the energy accumulated by crops and water consumption. The annual predicted yield values are compared with the experimental ones obtained in the stationary experiment fields situated on typical heavy loamy chernozem. This became a confirmation of statistical reliability of the yield forecasts for spring barley and winter wheat sown after reliable predecessors that provide well-timed and even sprouts. The productivity of crop rotations calculated on the basis of the regular relationship between the exchange energy and the nitrogen content in the marketable part of the yield by the input of fertilizers into the soil coincided with the actual productivity with sufficient accuracy. The economic and environmental effect under equal rates of mineral fertilizers turned out to be the smallest and the largest ones, respectively, in the grain-fallow-tilling crop and alternate rotations. The presence of patterns for predicting yields and reproducing soil fertility allows, at the stage of designing specific crop rotations, also during their modernization, using digital technologies, choosing the most commercially feasible schemes of the possible crop rotation ones in relation to specialization, financial condition and infrastructure of agricultural enterprises. A prerequisite is the absence of obviously unacceptable sequences in the crop rotation.

Russian. Цель исследования – выявить существенные закономерности в использовании посевами природных ресурсов урожайности и удобрений, пригодных для поддержки принятия решений цифровыми технологиями. Предложен метод прогнозирования урожайности зерновых культур с учетом влагообеспеченности посевов и норм азота в составе минеральных удобрений, основанный на закономерной взаимосвязи между накапливаемой посевами энергией и расходом воды. Ежегодные прогнозные величины урожайности сопоставлены с экспериментальными, полученными в стационарном опыте на черноземе типичном тяжелосуглинистом., Это стало подтверждением статистической надежности прогнозов урожайности ярового ячменя и озимой пшеницы, размещаемой после надежных предшественников, обеспечивающих получение своевременных и дружных всходов. Продуктивность севооборотов, рассчитанная на основе закономерной взаимосвязи между обменной энергией и содержанием азота в товарной части урожая по поступлению в почву удобрений, с достаточной точностью совпала с фактической. Экономико-экологический эффект при одинаковых нормах минеральных удобрений оказался наименьшим и наибольшим соответственно в зернопаропропашном и плодосменном севооборотах. Наличие закономерностей для прогнозирования урожайности и воспроизводства плодородия почвы позволяет на этапе проектирования конкретных севооборотов (и при их модернизации), используя цифровые технологии, выбирать наиболее экономически целесообразные из возможных схем севооборотов применительно к специализации, финансовому состоянию и инфраструктуре сельхозпредприятий. Обязательное условие – отсутствие в севообороте заведомо неприемлемых чередований.