ЗАГАЛЬНОСИСТЕМНИЙ ПІДХІД ДО МОДЕЛЮВАННЯ ЕКОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

При побудові моделей екосистем застосовують методи загальносистемного аналізу. В першу чергу це - виділення з системи окремих структурних елементів, таких як живі і відсталі компоненти, серед живих - трофічні рівні, види, вікові або статеві групи, взаємодія яких і буде визначати поведінку всієї системи. Інший важливий елемент - встановлення характеру процесів, в яких бере участь кожен елемент (процеси розмноження і росту, взаємодії типу хижацтва, конкуренції і т.д.). Часто в екологічному моделюванні використовуються балансові компарт- ментальні моделі, коли розглядаються потоки речовини і енергії між складовими модель компартментами, зміст «речовини» в кожному з яких і є окремою змінну системи.

Необхідність описувати екологічні взаємодії послужила поштовхом для розвитку системних досліджень. За словами одного із засновників загальної теорії систем Людвіга фон Берталаттфі, «роботи Вольтерра, Лотки, гауз та інших по теорії популяцій належать до класичних праць загальної теорії систем. У них вперше була продемонстрована можливість розвитку концептуальних моделей для таких явищ як боротьба за існування, які можуть бути піддані емпіричної перевірки »(Л. Берталанфі. Загальна теорія систем. Критичний огляд, 1969).

Широко використовується принцип ізоморфізму, що дозволяє подібними математичними рівняннями описувати системи, різні за своєю природою, за однакові за структурою і типом взаємодії між елементами, їх складовими.

Робота з імітаційної моделлю вимагає знання величин параметрів моделі, які можуть бути оцінені тільки з спостереження і експерименту. Часто доводиться розробляти нові методики спостережень і експериментів з метою встановлення факторів і взаємозв'язків, знання яких дозволяє виявити слабкі місця гіпотез і припущень, покладених в основу моделі. Весь процес моделювання - від побудови моделей до перевірки передбачених з її допомогою явищ і впровадження отриманих результатів в практику - повинен бути пов'язаний з ретельно відпрацьованою стратегією дослідження і суворої перевіркою використовуваних в аналізі даних.

Це положення, справедливе для математичного моделювання взагалі, особливо важливо для такої складної науки, як екологія, що має справу з різноманітними взаємодіями між величезною кількістю організмів і середовищем їхнього життя. Майже всі ці взаємодії динамічні в тому сенсі, що вони залежать від часу і постійно змінюються, причому, як правило, включають в себе позитивні і негативні зворотні зв'язки, тобто є нелінійними. Складність екосистем погіршується з мінливістю самих живих організмів, яка може проявлятися і при взаємодії організмів один з одним (наприклад, в процесі конкуренції або хижацтва), і в реакції організму на зміни навколишнього середовища. Ця реакція може виражатися в зміні швидкості росту і відтворення і в різній здатності до виживання в сильно розрізняються умовах. До цього додаються відбуваються незалежно зміни таких факторів середовища, як клімат і характер жител. Тому дослідження і регулювання екологічних процесів є виключно складне завдання.

Експериментальне та натурне спостереження екологічних процесів ускладнюється їх тривалістю. Наприклад, дослідження в галузі землеробства і садівництва пов'язані головним чином з визначенням врожайності, а урожай збирають раз на рік, так що один цикл експерименту займає рік і більше. Щоб знайти оптимальну кількість добрив і провести інші можливі заходи щодо окультурення, може знадобитися кілька ліг, особливо коли необхідно розглядати взаємодії між експериментальними результатами і погодою. Те ж стосується процесів, що проходять в аквакультурі, наприклад при розробці оптимальних режимів змісту рибоводних ставків. У лісівництві через тривалість кругообігу врожаїв деревини самий нетривалий експеримент займає 25 років, а довгострокові експерименти можуть тривати від 40 до 120 років. Аналогічні тимчасові масштаби необхідні для проведення досліджень з іншими природними ресурсами. Тому математичне моделювання є необхідним інструментом в екології, природокористування та управлінні природними ресурсами.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >