Введение к работе
Актуальность проблемы.Стремительный рост промышленной аквакультуры в последние десятилетия, ее масштабность и достаточно мощное техническое оснащение позволяют получать до 10 млн. тонн биопродукщш в год, что составляет около 8% используемых естественных водных биоресурсов ( National Aquaculture Development Plan,1991). Это определяет важность развития аквакультуры в решении белковой проблемы, стоящей перед растущим населением Земли. Наиболее актуальными на современном этапе являются исследования, использующие эколого-экономические подходы решения проблем повышения эффективности производства продукции аквакультуры в различного типа аквахозяйствах. При этом следует подчеркнуть важность разработок этого направления, позволяющих решать задачи определения максимально допустимых антропогенных нагрузок на экосистемы аквахозяйств и экономически оправданные пределы их хозяйственного использования.
Предпочтительность такого подхода к решению теоретических и прикладных задач аквакультуры заключается в применении новых методов в исследованиях, включающих прежде всего методы математического моделирования и управления, традиционно входящие в раздел биофизики взаимодействующих популяций ( Свирежев, Лагофет, 1973; Полуэктов, Гинзбург, 1974; Шапиро, 1980; Базыкин, 1985).
Актуальными являются проблемы разработки математических моделей управления эколого-экономическими системами аквакультуры для решения оптимизационных задач теоретического и практического характера.
Цель работы. Основной целью диссертационной работы является разработка математических моделей эколого-экономических систем аквакультуры для решения задач управления производством биопродукции в различного типа морских и пресноводных аквахозяйствах.
Поставленная цель реализуется посредством решения следующих основных задач: введение концептуального содержания понятия эколого-экономической
системы в аквакультуре, как особого класса водохозяйственных систем и как
объектов математического моделирования популяционной биофизики;
создание математических моделей различного класса (аналитические статистические, имитационные), описывающих как отдельные этапы культивирования водных животных, так и полные циклы производства биопродукции в эколого-экономических системах различного типа;
исследование созданных математических моделей и решение практических задач оптимального управления по заданным критериям оптимизации. Методы исследования. Методология исследования базировалась на методах
системного анализа, математического моделирования и статистики с широким использованием электронно - вычислительной техники. Разработанные модели управления в аквакультуре основывались на большом фактическом материале, обобщенном автором из литературных источников и подкрепленном собственными исследованиями. Научная новизна работы.
-
Введено и обосновано теоретическое концептуальное понятие эколого-экономической системы аквакультуры, впервые выделены системообразующие параметры данного типа систем, описаны их признаки и свойства.
-
Разработаны частные и общие математические модели различного класса (аналитические, статистические, имитационные), описывающие структурную организацию и функционирование систем производства биопродукции прудовых аквахозяйств и марикультуры.
-
Предложены новые подходы управления хозяйствами аквакультуры и решены конкретные задачи оптимизации производства продукции культивируемых биообъектов для прудовых и морских хозяйств ДВ региона. Практическая ценность работы. Проведены исследования, согласно
которым получены следующие результаты:
1. Предложена и исследована динамическая аналитическая модель взаимодействия кормовой базы, представленной биомассой зоопланктона (фильтраторы,хищники), с биомассой потребителя этого корма -молоди карповых видов рыб. Модель триотрофа использовалась для решения задачи управления: поиска оптимальной плотности посадки культивируемых рыб по критериям обеспечения максимумов рационов рыб и удельной продукции исследуемой системы в стационарном режиме для реального прудового хозяйства "Ханкайский" (Приморский край).
-
Исследована аналитическая модель (система дифференциальных уравнений) динамики детрита, биогенов и фитопланктона в морской аквакультуре для прибрежных морскігх акваторий южной части Амурского залива (Японское море), которая, при принятых в ней допущениях, позволяет оценивать получение минимальных и максимальных объемов урожая марпкультуры (гребешок, мидии) на единицу площади акватории в зависимости от типа водоема, его урожайности и концентрации производства .
-
Построены и исследованы регрессионные модели для выявления параметров управления переменными величинами абиотических и биотических факторов, влияющих на эмбриональное развитие личинок карповых рыб при заводском методе воспроизводства (в инкубационных цехах), получены практические рекомендации по биотехнике инкубации.
-
Используя методы статистического анализа и метод линейного программирования, решена задача оптимизации управления подбором возрастного состава стада производителен в карповодстве.
-
С помощью разработанных имитационных моделей получены варианты оптимальной антропогенной нагрузки на водные экологические подсистемы по критериям максимизации конечного урожая и даны практические рекомендации по управлению производством биопродукции рыб в поликультуре для нерестово-выростных и полносистемных прудовых хозяйств Приморского и Хабаровского краев ДВ региона.
-
Результаты диссертационной работы внедрены в АО Приморрыбпром и АО Хабаррыбпром, что отражено в актах приемки хоздоговорных разработок . Положения .выносимые на защиту.
-
Дано определение понятия эколого-экономическая система аквакультуры как водохозяйственной системы, сформулированы требования к атрибутивным параметрам подобного рода систем; выделены основные проблемы их моделирования; предложены аппаратные поддерживающие программные средства для построения и исследования математических моделей управления в аквакультуре.
-
Разработаны и исследованы аналитические модели управлення различного рода систем аквакультуры по заданным критериям оптимизации.
-
Выявлены основные требования к построению и исследованию имитационных моделей, описывающие как отдельные этапы производства
продукции аквакультуры, так и моделирование целостных эколого-экономических систем аквакультуры как водохозяйственных комплексов; разработаны наиболее эффективные стратегии управления системами аквакультуры в целях получения максимального "урожая", при минимизации затрат на культивирование биообъектов.
Апробация работы. Результаты, полученные в работе, докладывались на И-ой Всесоюзной математической школе по биологии (Звенигород, Московская область, 1973); на Юбилейной сессии молодых ученых ТИНРО (Владивосток, 1975); на Межведомственном семинаре в отделе математических методов в экономике и экологии Института математики РГУ (Ростов-на-Дону, 1979); на IV съезде ВГБО (Кнев,1981); на межлабораторном научном семинаре в лаборатории моделирования экологических систем ИАПУ ДВО РАН (Владивосток,1981-1983); на Всесоюзном совещании молодых специалистов по прудовому рыбоводству ВНИРО (Москва, 1984); на Всесоюзной конференции "Экономика освоения океана" ДВНЦ АН СССР (Владивосток, 1985); на конференции "Исследование и рациональное использование биоресурсов дальневосточных и северных морей СССР и перспективы создания технических средств для освоения и использования биоресурсов Тихого океана, (Владивосток,1985); на Международной конференции по Японскому и Охотсколгу морям-"Управление транснациональными ресурсами и возможные аспекты сотрудничества" (Находка,1989); на Всесоюзной конференции "Проблемы комплексного освоения океана" (Владивосток, 1991); на Тихоокеанской экологической конференции "Инженерные решения проблем экологии прибрежных регионов" (Владивосток, 1994); на П-ой Тихоокеанской экологической конференции "Инженерные решения проблем экологии прибрежных территорий" (Владивосток, 1995).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из вводной части, трех глав, заключения, списка литературы (175 наименований), 25 рисунков. Общий объем диссертационной работы 137 страниц машинописного текста.