Методы агроэкологии:
Моделирование и системной анализ

автор:

У цьому розділі розглянемо роль моделювання і системного аналізу як методів дослідження сільськогосподарських екологічних систем. У короткому розділі підручника важко розглянути технічні прийоми моделювання і системного аналізу, в полі зору залишається лише концептуальна основа додатку цих методів до дослідження екосистеми.

Експериментатор звертається до моделі, коли необхідно вибрати такий план проведення дослідів, який дав би бажані результати при обмеженій кількості часу й коштів. Говорячи про суть і мету моделювання, в першу чергу необхідно підкреслити, що сільське господарство являє собою величезний плацдарм для застосування найрізноманітніших моделей.

Точне формулювання мети — обов’язковий перший крок у моделюванні. Деякі вчені стверджують, що до тих пір, поки ми не користуємося моделлю системи, навіть не знаємо, про що говоримо. Вони вважають, що фактичним способом передачі знань при розвитку науки є моделі. Вони являють собою упрощения реальних систем. У кращому випадку моделі відображують лише малу частину дійсного функціонування систем у цілому. Утруднення пов’язане з моделями — це їх неоднозначність: завжди існує більше ніж один правильний спосіб будування моделі. Мистецтво будування моделі складається з вибору такої конструкції, яка б давала можливість використовувати відносно прямі методи аналізу імітованої системи.

Універсальних рекомендацій, що дають змогу полегшити цей вибір, ще немає. Не існує і рецепту, що дає можливість однозначно встановити кращий тип моделі, для вирішення конкретної екологічної проблеми. В кожному випадку може бути запропоновано декілька моделей, які не суперечать вимогам. У зв’язку з цим моделям властива нестійкість. Вони легко піддаються модифікації. Будь-яка модель створюється з визначеною метою, яка в ідеальному випадку чітко сформульована. Загальною метою моделювання є: вивчення, пояснення, проектування, прогнозування.

Перша мета моделювання — це прагнення найкращим чином ухвалити суть проблеми. Вона стимулює зусилля, що спрямовані на розуміння природи проблеми або системи. Моделі, що призначені для вивчення і пояснення, можуть мати будь-які різні форми, залишаючись у рамках чотирьох загальних категорій: словесної, графічної, математичної і комп’ютерної.

Друга загальна мета полягає у тому, щоб за допомогою того чи іншого регулярного методу дати концептуальне пояснення явища, що моделюється. При цьому головне завдання моделі — впорядкувати компоненти так, щоб можна було ідентифікувати характер, притаманний їх взаємозв’язкам. Найголовніша функція пояснюючих моделей — це уточнення і поглиблення розуміння помічених зв’язків.

Третя загальна мета моделювання полягає у плануванні поведінки системи на визначений відрізок часу. Вона зветься проектуванням, яке часто поєднується з вивченням і поясненням в імітаційних моделях. Моделі, які мають за мету проектування, будуються, як правило, на математичній основі.

Четверта загальна мета моделювання — це прогнозування. Ставиться завдання оцінити прийнятною точністю майбутні величини перемінних систем і зміни цих величин під впливом передбачуваних подій і рішень.

Сільськогосподарські моделі є основою для діяльності, управління і втручання в сільськогосподарські екосистеми; вони допомагають прийняти визначене рішення, служать порадником при управлінні системою, а також дають можливість прогнозувати результати втручання в систему.

При розробці моделі попередньо роблять визначений вибір. Вважається, що для сільськогосподарської системи вибір зробити дуже просто: модель повинна відображати мету, яка ставиться при вивченні системи.

Моделі природних систем повинні відображати прийняту спостережником точку зору. Моделювання системи має бути підпорядковане завданню, що ставить одну мету функціонуючої системи. Ступінь деталізації моделі відображає проблеми, які повинна вирішувати модель.

Модель має включати як характеристики, загальні для всіх систем даного класу, так і особливості, що присутні кожній конкретній ситуації.

У сільському господарстві, як правило, доводиться мати справу із «суперсистемами», інтегруючими екологічні, економічні й соціальні системи. Приблизна форма реалізації моделювання при вивченні сільськогосподарських екологічних систем може бути такою:

  • розробка концепції — розвиток ідей, постановка завдання і вибір підходів до її вирішення, концептуалізація; формулювання; планування;
  • уточнення — формальне представлення мети, структура моделей, функціонування зв’язків тощо, організація, документація, функціональний облік;
  • аналіз — інтерпретація результатів і тлумачення поведінки системи, статистика, моделювання, системний аналіз;
  • додаток — використання результатів аналізу і моделювання, обмін інформацією, екс-периментальна перевірка, впровадження в технологічний процес.

Моделювання на сільськогосподарському підприємстві включає екологічні, економічні й соціальні компоненти. Тому прийняття рішень у сільському господарстві ґрунтується на всіх цих факторах.

Екологу, який не знає особливостей сільського господарства, багато екологічних проблем аграрного виробництва можуть здатися ірраціональними. З другого боку, спеціалісту-аграрнику стають нелогічними, навіть пагубни-ми, деякі екологічно виправдані рішення. Тому завжди необхідно вирішувати ці суперечності.

Не існує біологічних систем, які були б повністю під контролем людини. Ми не можемо запобігти посусі або організувати дощ. Виробництво щороку зазнає зміни і часом може повністю занепадати.

Щодо основної доктрини екології, між системою і її середовищем існує взаємодія, і в результаті спостерігаємо те, що зветься поведінкою системи, дослідження якої нині проводять методом системного аналізу.

Системний аналіз у вирішенні екологічних проблем знаходить у сільському господарстві досить широке застосування. Головна його особливість у тому, що він належить до системи в цілому, тобто до тих її характеристик, які випливають із специфіки зв’язків між компонентами (система — це зв’язки, а не набір компонентів) і для вивчення яких найбільш доцільним апаратом є системний аналіз.

Більшість екологів і представників сільськогосподарської науки розуміють термін системний аналіз як будь-яке дослідження системи незалежно від того, чи пов’язане воно з прийняттям рішень і ефективністю, іншими словами, як каркас ідей.

Кінцевою метою моделювання і системного аналізу є удосконалення системи так, що в результаті для здійснення наміченої мети була можливість ефективніше використовувати ресурси. Це пов’язане із зміною одного чи декількох компонентів і з нововведеннями, що беруться відповідними спеціалістами. Таким чином, удосконалення системи завдяки аналізу моделей призводить до вдосконалення екологічної діяльності або до збільшення виходу сільськогосподарської продукції з врахуванням оптимальної природоохоронної діяльності.

Аргументи на користь ефективності моделювання і системного аналізу продовжують нагромаджуватися, одночасно накопичуються і результати моделювання в конкретних агробіологічних дослідженнях, росте їх значення у вирішенні актуальних завдань аграрної екології.