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

Государственная политика России в области экологической безопасности и пути её совершенствования на примере юга России
Немецкий естествоиспытатель Э.Геккель, предложивший в 1866 году термин “экология”, и думать не мог о том, что со временем экология станет общечеловеческим, глобальным понятием, мерилом отнош ...

Экология бобров в Карелии. Расселение бобров на естественных и искусственных водоёмах
Бобр, как объект изучения, весьма интересен и в тоже время своеобразен. Полуводный образ жизни, активная средообразующая деятельность, способность жить на самых разных водоемах, от придорож ...

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 ...

Разделы