Математическое моделирование продуктивности агроэкосистем

В XX веке за счет мелиорации, химизации, внедрения новых сортов, использования более совершенной техники урожайность зерновых культур увеличилась в развитых странах в 3-3,5 раза. Энергетические затраты на производство одной тонны зерна при этом возросли во много десятков раз. В условиях такого мощного воздействия на агроэкосистемы отклонения от оптимальной технологии приводят к большим потерям урожая или к нарушению экологического равновесия и загрязнению окружающей среды. Именно эти обстоятельства вызывают необходимость перехода от традиционных рекомендаций в области земледелия к разработке количественной теории продукционного процесса и к построению на основе этой теории автоматизированных систем управления технологическими процессами в агроэкосистемах. Идея создания подобных систем, получившая условное название «Электронный агроном» впервые была сформулирована академиком А.Ф.Иоффе и определила один из основных путей использования математики и вычислительной техники при изучении агроэкосистем.

Теоретической основой автоматизированных систем управления технологическими процессами в земледелии служат математические модели продуктивности агроэкосистем.

При разработке имитационных математических моделей продукционного процесса агроэкосистемы представляются сложными системами, включающими в себя культурные растения, почву и приземный слой воздуха, функционирование которых определяется совокупностью процессов биотического и абиотического характера.

Агроэкосистемы существенно отличаются от естественных экосистем. Они могут существовать только за счет постоянного управляющего воздействия со стороны человека, не дающего системе перейти в состояние устойчивого экологического равновесия, при котором доминировали бы дикие виды растений. В них нарушен круговорот веществ. Человек отчуждает из агроэкосистемы биомассу растений, а с ней уносит часть минеральных веществ почвы. Энергетический цикл в агроэкосистемах складывается иначе, чем в естественных условиях. Если естественные экосистемы функционируют только за счет солнечной энергии, то агроэкосистемы испытывают значительное антропогенное энергетические воздействие.

Вследствие сложности агроэкосистем построение математических моделей, описывающих весь комплекс, протекающих в них процессов, является очень трудной задачей. Трудности построения:

) Необходимость учета и количественного описания большого числа биологических, физических и химических процессов (фотосинтез и дыхание, рост и развитие растений, движение влаги в почве, перемещение и трансформация элементов питания в почвах, их поглощение растениями и транспорт в растениях и т.д.) при разработке моделей;

) Недостаточная изученность вопросов взаимодействия этих процессов в комплексной системе;

) Отсутствие совершенной экспериментальной базы (фитокамеры, полигоны по программированию урожаев с лизиметрами, засушниками, экологическими площадками, современные автоматические приборы) для сбора информации, необходимой для определения неизвестных параметров и проверки моделей;

) Необходимость разработки сложного математического обеспечения при построении моделей, развития языков программирования высокого уровня и т.д.

Вместе с тем, только на основе изучения и количественного описания комплекса динамических процессов в агроэкосистемах возможно обеспечить получение высоких урожаев при одновременном удовлетворении требований увеличения плодородия понв и охраны окружающей среды.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другие статьи по теме

Механизм регулирования состояния водоемов
Вода - самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. Вода - основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода в главном движущем процессе на Земле - фото ...

Экологические проблемы Республики Беларусь
Природа всесильна. Могущественны ее силы: грозные вулканы и разрушительные ураганы, наводнения и землетрясения. Одновременно она и уязвима, беззащитна перед действиями человека. Именно антр ...

Использование водных ресурсов на предприятии ОАО Промсвязь г. Минска
Экологическая функция вод весьма многообразна. Воды создают гидрологический режим жизни на Земле. Наличие водных ресурсов имеет исключительно важное значение для существования человека и при ...

Разделы