1ostroshenko_v_v_ostroshenko_l_yu_sistemnyy_analiz_i_modeliro

направлений потоков вещества и энергии (F), из которых F1 – вход, а F6 – выход для системы как целого. Отсюда, в работающей модели экологической ситуации имеется как минимум четыре компонента: 1) источник энергии или другая внешняя движущая сила; 2) свойства, которые системоаналитики называют переменными состояний; 3) направления потоков, связывающих свойства между собой и с действующими силами через потоки энергии и вещества; 4) взаимодействия или функции взаимодействий там, где взаимодействуют между собой силы и свойства, изменяя, усиливая или контролируя перемещение веществ и энергии или создавая качественно новые (эмерджентные) свойства. Предлагаемая блок-схема на рис. 13 может служить моделью лугопастбищной экосистемы, в которой Р1 – зеленые растения, превращающие солнечную энергию Е в пищу. В этом случае Р2 обозначает растительноядное животное, поедающее растения, а Р3 – всеядное животное, которое может питаться как растительноядными, так и растениями. Взаимодействие I может представлять несколько возможностей.

Это может быть «случайный» переключатель, если наблюдения в реальном мире показали, что всеядное животное Р3 питается Р1 и Р2 без разбора в зависимости от их доступности. I может также иметь постоянное процентное значение при обнаружении, что рацион Р2 состоит, к примеру, на 80% из растительной и на 20% из животной пищи, независимо от того, каковы запасы Р1 и Р2 · I может быть и «сезонным» переключателем в том случае, когда Р3 питается растениями в один сезон года и животными – в другой. Наконец, I может быть пороговым переключателем, если Р3 сильно предпочитает животную пищу и переключается на растения только тогда, когда уровень Р2 падает ниже определенного порога.

3. Научная основа природопользования

В качестве научной основы природопользования используется модель геосистемы (географической системы). Эта модель применяется в природопользовании для прогнозирования, а также с целью управления

111

природопользованием посредством воздействия на один компонент для получения положительного эффекта от другого.

Природная геосистема рассматривается как сравнительно простая географическая модель, саморегулирующаяся система. Ее целостность поддерживается взаимосвязью природных компонентов. В более сложные модели в качестве нового элемента вводится человек (общество).

Человек способен не только приспосабливаться к природной геосистеме, но и преобразовывать ее. Использование таких моделей является типичным при изучении систем типа «человек-среда». Используя данные модели, можно проследить цепочку: воздействия на природный комплекс -

изменение комплекса – последствия изменения природы для человеческой деятельности – изменения деятельности – изменение ее воздействия на природу и т.д.

В природно-технических системах техника и природа представлены как элементы одной системы. Подход, в котором природа и техника рассматриваются как элементы одной системы, способен углубить представления о механизме взаимодействия, выявить последствия воздействия техники на природу. Здесь представление о геосистеме как системе самоуправляемой относительно быстро меняется на представление о ней как системе управляемой.

Геосистема, включающая в качестве своих элементов население и орган управления, который принимает и контролирует решения, называется интегральной. Для рационального природопользования это очень важно, так как ставится задача выработки системы мер по сохранению целостности геосистемы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте пояснения и ответьте на следующие вопросы:

1.В чем заключаются особенности моделирования экосистем?

2.Как понимаются в экологии термины «модель» и «моделирование»?

3.Каковы требования, предъявляемые к моделям?

112

4.Назовите виды и группы моделей распространенные в природопользовании.

5.Чем характерны блоковые схемы?

6.Назовите этапы, выделяемые в построении математических моделей.

7.Каким образом в природопользовании используется модель

«геосистема» (географическая система)?

2.Составьте схемы:

- виды моделей.

- блоковая схема с указанием компонентов, учитываемых при моделировании экологических систем.

113

Глава 12. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Цель излагаемого материала: усвоить понятие мониторинга, цели,

принципы и задачи эколого-экономического мониторинга и моделирования экосистем и систем использования возобновляемых природных ресурсов: массового баланса, лесных экосистем, возобновляемых природных ресурсов.

Вопросы:

1.Основные понятия и принципы эколого-экономических систем и мониторинга окружающей среды.

2.Цели, принципы и задачи эколого-экономического мониторинга.

3.Моделирование экосистем и систем использования возобновляемых природных ресурсов.

1.Основные понятия и принципы эколого-экономических систем и мониторинга окружающей среды

Моделирование в эколого-экономическом мониторинге играет важную роль как для анализа состояния систем, так и для оценки происходящих в них процессов. Это инструмент для разработки прогнозов и многовариантных сценариев отклика системы на природные явления и управленческие решения.

В качестве системы рассматривается окружающая среда и связанные с ней объекты социальной и экономической сфер.

Значимыми считаются вопросы как сохранения самой окружающей среды, так и обеспечение экологического и социально-гигиенического благополучия человека.

Мониторинг – это система выполняемых по научно обоснованным программам наблюдений, прогнозов, оценок и разрабатываемых на их

основе рекомендаций и вариантов управленческих решений,

114

необходимых и достаточных для обеспечения управления состоянием и безопасностью управляемой системы. Направленность мониторинга на обеспечение системы управления рекомендациями и вариантами управленческих решений определяет включение в его структуру подсистемы сбора исходной информации о состоянии системы, подсистемы анализа причин ее изменчивости, а также подсистемы анализа проектов и программ, корректирующих состояние систем.

В качестве системы рассматривается окружающая среда и связанные с ней объекты социальной и экономической сфер.

Значимыми считаются вопросы как сохранения самой окружающей среды, так и обеспечение экологического и социально-гигиенического благополучия человека.

Оценка угроз безопасности и вреда окружающей среде, здоровью и благополучию населения проводится на основе понятий физического и потенциального ущерба, то есть на языке экономических категорий.

2. Цели, принципы и задачи эколого-экономического мониторинга

Цель мониторинга – обеспечение управления своевременной и достоверной информацией.

Принципы – обеспечение управления мониторингом и направление антропогенной деятельности.

Задачами мониторинга по обеспечению управленческой деятельности

являются:

-оценка показателей состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

-выявление причин и последствий таких изменений;

-определение корректирующих мер в случае недостижения поставленной цели;

-создание предпосылки проведения превентивных мероприятий до того как будет нанесен ущерб;

115

Задачами мониторинга по направлениям деятельности являются наблюдения:

-за источниками;

-за факторами антропогенного воздействия;

-за состоянием окружающей природной среды и происходящими в ней, под действием антропогенных факторов, изменениями и процессами;

-оценка прогнозируемого состояния.

3. Моделирование экосистем и систем использования возобновляемых природных ресурсов

В эколого-экономическом мониторинге широко используются:

1.Модели массового баланса, применяемые для исследования источников загрязнения, потерь и распределения загрязнений. В частности баланс соединений фосфора, азота и углерода широко используется для анализа состояния прибрежной зоны морей, прилегающих к дельте крупных рек. При этом уравнения баланса составляются как для системы в целом, так

идля отдельных ее слоев. Этот подход может оказатьс я плодотворным для водохранилищ, расположенных на равнинных реках, где плотностное расслоение играет важную роль в летние месяцы.

2.Модели лесных экосистем. Объектом мониторинга является весь

лесной фонд России, независимо от форм собственности. Леса Росс ийской Федерации составляют более 20% площади лесов мира. Поэтому экологическое состояние и рациональное использование лесных ресурсов являются важными не только для решения хозяйственных задач страны и ее регионов, но и для обеспечения устойчивости глобальных экосистем.

Применяемые системы и средства наблюдений за лесными экосистемами определяются природными и экономическими условиями, причинами происходящих в них изменений и возможными глобальными и локальными последствиями.

Текущие изменения лесных экосистем разделяют на три группы:

116

-изменения, обусловленные естественными сукцессионными процессами;

-изменения в результате лесохозяйственной деятельности;

-изменения, вызванные абиотическими, биотическими, антропогенными воздействиями, включающими стихийные бедствия, антропогенные загрязнения, болезни и вредителей.

Эколого-экономический мониторинг лесов разделяют на:

-фоновый;

-лесопожарный;

-комплексный.

Фоновый мониторинг ведется для таких лесов, на которых не сказывается патогенное воздействие и, где не проводятся лесохозяйственные работы.

Лесопожарный мониторинг осуществляют предприятия, чья деятельность связана с использованием, охраной и воспроизводством лесных ресурсов (лесничества и др.), подчиняющиеся Министерству природных ресурсов.

В задачу лесопожарного мониторинга входят регулярные наблюдения за погодными условиями и горимостью лесов в определенном регионе: температурой и влажностью атмосферного воздуха, осадками, состоянием напочвенного покрова, классом пожарной опасности, солнечной цикличностью и т.д., с которыми связано возникновение и распространение лесных пожаров, их средняя площадь и величина ущерба в экономическом и социальном планах.

Данные мониторинга позволяют прогнозировать пожарную обстановку в лесах.

Комплексный мониторинг. Фоновый и космический мониторинг состояния природной среды проводят метеостанции, подчиняющиеся Росгидромету, который координирует подсистемы фонового мониторинга,

117

обеспечивает государственный фонд данных о загрязнении окружающей среды.

3. Модели возобновляемых природных ресурсов. К возобновляемым природным ресурсам, моделирование которых имеет большое хозяйственное и экологическое значение, можно отнести модели рыбных запасов.

Применение модели позволяет решить важную задачу – установить оптимальный уровень улова.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Дайте пояснения и ответьте на следующие вопросы:

1.Дайте определение понятию «Мониторинг», понятию «Экологоэкономический мониторинг».

2.Каковы цели, принципы и задачи эколого-экономического монито-

ринга?

3.Чем отличаются задачи мониторинга по обеспечению управленчес-

кой деятельности от задач по направлениям деятельности?

4.Какие модели используются в эколого-экономическом мониторинге?

5.В каких целях проводится мониторинг: фоновый, лесопожарный, комплексный?

2.Составьте схемы:

-задач мониторинга по обеспечению управленческой деятельности

изадач по направлениям деятельности.

-эколого-экономического мониторинга лесов.

118

Глава 13. МОДЕЛИРОВАНИЕ В АГРОЭКОЛОГИИ

Цель излагаемого материала: дать понятия об особенностях агроэкологических систем, категориях агроэкологических моделей, структуре модели продуктивности, балансовом и динамическом характере моделей.

Вопросы:

1.Особенности агроэкологических систем

2.Категории агроэкологических моделей

3.Структура модели продуктивности

4.Балансовый и динамический характер моделей

1.Особенности агроэкологических систем

Вагроэкологических исследованиях традиционно используются модели и их различные модификации, применяемые в общей экологии. Это обусловлено тем, что биотическая часть агроэкосистемы содержит все звенья, свойственные любым наземным экосистемам, а абиотическая часть среды обитания используется растениями и животными как «жизненное пространство» и как источник энергии и минеральных элементов. Вместе с тем агроэкосистемам присущи существенные особенности, выделяющие их в естественных экосистемах. Так, агроэкосистемы функционируют только в результате постоянного управляющего воздействия со стороны человека. Это обусловливает высокую степень специализации агроэкосистем и интенсивный уровень эксплуатации. В то же время необходимы значительные затраты материальных средств и энергии, направленные на поддержание соответствующей специализации и предотвращение перехода системы в состояние устойчивого экологического равновесия.

Вестественных экосистемах приспособленность видов друг к другу обеспечивает замкнутость циклов круговорота веществ. В агросистемах же

119

трофические и иные связи нарушены. Требуется регулярная подпитка агроэкосистем элементами питания. Упрощенный видовой состав агроэкосистем создает угрозу разбалансирования многих экологических процессов. Возникает необходимость восполнять биологическую обедненность введением севооборотов, обеспечивающих одновременное произрастание на одном поле ряда видов.

Агроэкосистемы специфичны в отношении как круговорота веществ, так и происходящих энергетических процессов. Для них характерно значительное внешнее энергетическое воздействие в результате использования обрабатывающих машин и агрегатов. Исходя из особенностей функционирования агроэкосистем, для оптимального управления ими целесообразна и актуальна разработка специальных моделей, отражающих имеющиеся особенности.

Наибольшее внимание уделяется вопросам моделирования продуктивности агроэкосистем. Это закономерно, поскольку решается ключевая функциональная задача – достичь увеличения объема полезной продукции высокого качества при имеющихся ресурсах и исключении негативных воздействий на окружающую среду.

В тесной взаимосвязи с агросистемами находятся биологические и экологические системы, объединяющие направления, связанные с выращиванием посадочного материала в лесных питомниках для последующего лесовосстановления.

2. Категории агроэкологических моделей

Агроэкологические модели в соответствии со степенью их приближения к реальному объекту и представлениями, положенными в их основу, подразделяются на три категории.

Эмпирические модели. Строятся только на базе опытных данных,

которые относятся к определенному локальному объекту. Их нельзя распространять на другие объекты (поля).

120