Подходы к описанию симбиотической азотфиксации. Часть 2. Анализ подходов к математическому моделированию процесса

Abstract

Ведущая роль в балансе питательных веществ и сохранении плодородия почвы принадлежит биологическим факторам и в том числе – фиксации атмосферного азота симбиотическими и свободноживущими диазотрофами. Наиболее значимым для практики сельского хозяйства процессом является азотфиксация, осуществляемая клубеньковыми бактериями в симбиозе с бобовыми растениями. Создание специфических севооборотов с участием бобовых культур за счет использования бобово-ризобиальных систем составляет основу «биологического земледелия». Поэтому включение алгоритмов симбиотической азотфиксации в математические модели продукционного процесса бобовых культур, а следовательно, и в комплексные модели расчета системы сельскохозяйственных севооборотов с участием бобовых культур, представляется важной практической задачей. Исследуются и сравниваются методы моделирования процесса и количественной оценки биологической фиксации азота бобовыми, зернобобовыми и кормовыми культурами в полевых условиях, которые представлены в российской и зарубежной литературе. Сопоставляются различные схемы и функции, которые используются для моделирования реакции азотфиксации на биотические и абиотические факторы, выявляются их относительно сильные и слабые стороны. Кроме того, анализируются расхождения в существующих моделях и предлагается вариант усовершенствования модели биологической азотфиксации в комплексной модели продукционного процесса бобовых культур. Ключевые слова: азотфиксация, минеральный азот почвы, бобовые культуры, условия окружающей среды, моделирование. The leading role in balance of nutrients and preservation of soil fertility belongs to factors which includes fixation of atmospheric nitrogen by symbiotic and free-living diazotrophs. The most significant process for agricultural practice is the nitrogen fixation which is performed by nodule bacteria in symbiosis with bean plants. Specific crop rotations with participation of bean cultures due to use of bean rizobium systems make a basis of biological agriculture. Therefore, inclusion of symbiotic nitrogen fixation algorithms in mathematical models of production process of bean cultures, and, therefore, and in complex models of calculation of agricultural crop rotations systems with participation of bean cultures, is an important practical task. In this article, we explore and compare methods of modeling and quantitative estimation of nitrogen fixation by grain and forage legumes in the field environment. Different schemes and functions used to simulate the response of nitrogen fixation to biotic and abiotic factors are compared and analyzed for their relative strengths and weaknesses. Besides, divergence in current models is analyzed, and an improvement of the nitrogen fixation model in a complex model of production process of bean cultures is proposed.