1. Основные понятия системной экологии

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на данном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот вещества между живой и неживой частями, представляет собой экологическую систему, или экосистему… Экосистемы представляют собой открытые системы, поэтому важной составной частью концепции является среда на входе и среда на выходе» Ю. Одум.

Одним из главных понятий является понятие “системы”. Существует более тысячи ее определений, примем следующее рабочее определение: система – совокупность элементов со связями между ними, подчиняющимися соответствующим законам композиции. К этому можно добавить, что каждый из элементов системы внутри себя считается неделимым, а с внешним миром система взаимодействует как единое целое.

Другое важнейшее понятие – “сложность системы” может быть оценена на двух уровнях:

• сложность на "структурном уровне", которая определяется числом элементов системы и связей между ними (морфологическая сложность);

• сложность на "поведенческом уровне" – набор реакций системы на внешние возмущения или степень эволюционной динамики (функциональная сложность).

Сложность поведения систем первого уровня определяется только законами сохранения в рамках вещественно-энергетического баланса. Особенностью систем второго уровня является появление обратных связей; определяющим для них становится принцип гомеостаза, что и задает более сложное их поведение. Еще более сложным поведением обладают системы третьего уровня, у которых появляется способность "принимать решение", т.е. осуществлять некоторый выбор из ряда вариантов поведения ("стимул – реакция"). Возможен опосредованный через среду обитания обмен опытом между особями, поколениями одного вида и разными видами, т.е., по существу, обмен информацией. Системы четвертого уровня выделяются по наличию достаточно мощной памяти (например, генетической) и способности осуществлять перспективную активность или проявлять опережающую реакцию ("реакция – стимул") на возможное изменение ситуации – эффект преадаптации. Наконец, пятый уровень сложности объединяет системы, связанные поведением интеллектуальных партнеров, предугадывающих многоходовые возможные действия друг друга. Этот тип поведения имеет отношение, в основном, к социальным аспектам взаимодействия "Человек – Природа"

Наконец, все свойства сложных систем делятся на простые (аддитивные; например, биомасса некоторого сообщества) и сложные (неаддитивные; например, устойчивость экосистемы). Описание любой сложной системы состоит из трех компонентов:

- морфологической;

- функциональной;

- информационной;

2. Системный подход в экологии

Набор концепций, методов, решений принято называть «системным анализом» и правомерно использование его в экологии – науке, являющейся по существу также системной. Большой толчок к развитию этого направления дало появление современных быстродействующих компьютеров, позволяющих хранить и обрабатывать большой объем количественной и качественной информации.

Системный анализ включает несколько основных этапов:

• выбор проблемы;

• постановка задачи и ограничение ее сложности;

• установление иерархии целей и задач;

• выбор путей решения задачи;

• моделирование;

• оценка возможных стратегий;

• внедрение результатов.

Применение в экологии системного анализа все более расширяется, что сопровождается не только усовершенствованием моделей и приемов моделирования, но чрезвычайно плодотворным обратным влиянием моделирования на стратегию и тактику экологических исследований и даже на методологические установки экологов. Успехи в моделировании и изучении экосистем, особенно в рамках Международной биологической программы, способствовали окончательному утверждению системной парадигмы, опирающейся на концепцию экосистемы, как основы современной экологии.

Итак, современная экология представляет собой учение об экосистемах, раскрывающее закономерности их состава, структуры, функционирования и эволюции. Присоединяясь к Одуму, можно сказать, что задача системной экологии состоит в описании принципов, упрощений и абстракций, к которым необходимо научиться сводить многообразие реального мира природы, прежде чем приступить к построению его математических моделей. В этом случае моделирование следует считать специфическим методом системной экологии, с помощью которого исследуются законы функционирования и развития экосистем во времени и пространстве.

Системный подход к решению проблем, в том числе и экологических, включает следующие этапы:

• отыскание возможных вариантов решения;

• определение последствий использования каждого из возможных вариантов решения;

• применение объективных критериев, которые указывают, является ли одно решение более предпочтительным, чем другие.

При этом не предполагается, что используемые способы выбора решений являются единственными.

Положения, которые необходимо учитывать при системном анализе:

• процесс принятия решения должен осуществляться таким образом, чтобы используемые способы выбора решения можно было оценить, улучшить или заменить;

• критерии оценки решения должны быть четко сформулированы;

• усилия, затраченные на выявление связей между причинами и следствием, должны быть оправданы лучшим пониманием проблемы.

При проведении системного анализа могут возникнуть некоторые трудности, связанные с сведением различных факторов к одному параметру. Описание системы с помощью многих переменных является векторным. Каждая компонента вектора будет меняться при замене одного возможного варианта на другой. Однако при выборе наиболее желательного решения (в данном случае желательность – единственный фактор) используется скалярное описание. Это означает, что необходимо совершить операцию, преобразующую вектор (а₁, а₂, а₃,…,а_n) в скаляр Z. Одной из задач системного анализа является четкое определение этой операции.

Экологические сообщества с их бесчисленными и порой едва уловимыми взаимодействиями между отдельными видами ресурсов, особями и популяциями чрезвычайны сложны по своей природе. Например взаимодействие между человеком и природой (простейшая ситуация) является достаточно сложным: необходимо учитывать такие факторы, как надежность работы того или иного оборудования, поиск причины поломки, техногенная катастрофа и возобновление системы, пространственное и временное разделение и т.п.

Экологи создают модели сложных экосистем на ЭВМ на допущении разнообразных взаимодействий между компонентами этих систем. Используя фактический материал по влиянию каждого компонента экосистемы на остальные, попытки создать, по возможности, реалистические модели экосистем, чтобы можно было предсказывать их реакцию на те или иные воздействия. Поскольку в этом случае системный подход по сути дела является описательным и дедуктивным, сфера его приложений ограничена, т.к. нельзя предсказать точно поведение системы за пределами их состояний, которые имеются в исходных данных по взаимодействию между биотопами. Но, с другой стороны, это позволяет планировать дальнейшие исследования, акцентировать внимание на наиболее важных факторах и особенностях биосистемы.