Введение к работе
Актуальность теми диссертации. В настоящее время математическое моделирование экосистем, в частности эгрссистем, представляет самостоятельную область научных исследований. Ухудшение экологической обстановки, ограниченность природных ресурсов выдвинули задачу наиболее эффективного их использования в число наиболее актуальных вопросов современной науки. Особое внимание уделяется научному ведению сельского хозяйства, вызванное ростом численности населения с одной стороны и невозможностью дальнейшего увеличения посевных площадей с другой. При активном землепользовании наблюдается тенденция к снижению темпов роста урожайности агрокультур. Уже совершенно ясно, что попытки отрегулировать режимы орошения и минерального питания не дали желаемого результата. Необходимо контролировать жизнедеятельность посева в целом, учитывая комплексное влияние внешней среда на состояние агросистемы. Модели сельскохозяйственных культур с заложенными в них теоретическими концепциями являются удобным инструментом для выявления качественных и количественных связей между метеорологическими параметрами и продуктивностью системы. Несмотря на то, что существуют самые разные подходы к моделированию агрокультур, невозможно решить всех проблем, связанных с внутренними закономерностями их функционирования. Поэтому необходимы новые нетрадиционные метода изучения поведения и временной организованности агросистем.
Целью диссертационной работы является построение двухуровневой модели агросистемы яровой культуры, при этом предполагается решить следующие задачи:
1) разработать методику выявления наиболее существенных
для формирования фитомассы посева агрокультуры факторов;
2) изучить возможности скачкообразной реакции
агросистемы (резкой смены состояний) в ответ на малое
изменение параметров среди;
3) на основе агроклиматической информации описать
характер и интенсивность протекания процессов, определяющих
продуктивность агросистемы в течение вегетационного периодз.
Теоретической и методологической основой работы служат
системный подход, теория особенностей Уитни, теория катастроф и аппарат линейного программирования.
Предметом исслодованиия являются агросистемы яровых культур ячменя и пшеницы, рассматриваемые на разных уровнях временной организованности.
Научная новизна и практическая ценность работы.
В данной работе предложены два взаимосвязных модельных подхода к описанию динамики агросистемы яровой культуры на разных временных уровнях. Первая глава посвящена анализу существующих математических моделей сельскохозяйственных культур.' Последовательное их рассмотрение позволило выявить основное направление развития современного моделирования, обратить внимание на удачное решение вопросов, связанных с построением отдельных блоков, а также, что немаловажно, определить границы применения моделей. Замечено, что использование аппарата дифференциальных уравнений, уравнений в частных производных и регрессий влечет непрерывную зависимость параметров на выходе модели от начальных условий и входных данных. Поэтому для изучения поведения агросистем, совершающих скачки' в своем развитии, во второй главе предлагается качественно отличный от других методов моделирования подход: зависимость продуктивности растительного покрова от внешних факторов исследуется с точки зрения теории катастроф. Новым является' также предложенный для этого математический аппарат: теория кусочно линейных особенностей проектирования кусочно линейных поверхностей в R3 на аффинную плоскость %.
В третьей главе строится динамическая модель агросистемы яровой культуры, сочетающая традиционную основу - расчет суточных приростов фитомассы посева, зависящих от агрометеорологических переменных, .- и нетрадиционный способ определения возможности агросистемы совершить скачок в значениях фитомасс при малом изменении климатических факторов.
Реализация результатов. Оба модельных подхода реализованы в виде программного обеспечения PC IBM и могут быть предложены в качестве инструмента для дальнейшего изучения агросистем.
Результаты моделирования использовались при наземном обеспечении дистанционных работ во время междун"эр;дн:го эксперимента "Курск-85", проводимом Институтом геограіішАН СССР на базе Курской биосферной станции.
Апробация работы. Результаты диссертзционнсй работы докладывались на Есесозноом совещании "Геосистема-86", Всесоюзнсм ссвещашш "Математическое моделирование популяции растений и фигоценозов" в 1989 году в поселке Плакерс'ксе Крымской области (май 1989), на научном семинаре географического факультета МГУ (октябрь 1990),а также на семинарах Отдела математического моделирования в медицине и экологии ВЦ АН СССР.
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре статьи, одна работа находится в печати.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии по теме диссертации и приложений. Содержание диссертационной работы изложено на НО машшопиашх страницах, из них 102 основного текста, иллюстрировано 14 рисунками внутри текста. Список литературы содержит 7? найменсзаний.