[拼音]:shengtai moni
[外文]:simulation in ecology
应用系统分析的原理,建立生态系统的数学模型,模拟生态系统的行为和特点的研究方法。
把生态学现象和概念翻译成数学语言,并按由此得到的数学关系进行运算,作出预断,这种数学系统,称为生态学中的数学模型。描述某些生态现象的数学关系比较复杂,包括一系列方程式,一般用电子计算机求解,因而也称为生态系统的电子计算机模型。
系统分析在生态学研究中的应用是从20世纪60年代开始的,最早的论文集《生态学的系统分析》(Sуstem Analуsis in Ecologу)出版于1966年。由于系统分析对分析和说明生态学问题具有独特的优越性,已引起人们的普遍注意。
生态学研究是在野外调查和野外实验获得有关数据和资料的基础上,通过建立模型来描述问题的轮廓,指引研究的方向,以便进行模拟试验和预测。如果所建立的模型未能预测到生态系统变化的情况,也可以进一步研究模型在概念结构上的缺陷,为建立比较符合实际的模型提供参数或修改参数,然后不断地进行再模拟、操作和预测,一旦建立了一个符合实际的模型,也就为研究工作提供了极为有用的手段,可以进行许多种不同的模拟试验。在现代科学中,模拟试验已成为强有力的工具。实际试验往往需要较长的时间和较多的经费,特别是在污染生态学的研究中,许多实际试验会带来严重后果,如污染的发生,流行病的传播,虫害的暴发等进行实际试验是不允许的。在这方面模拟试验却具有明显的优越性。
采用模型来描述和预测生态系统的行为,主要根据等级组织原理,就是把一个大的系统划分为若干亚系统(图中用三个较大方框表示),亚系统还可再分为亚亚系统(图中用小方框表示),如此构成一个有层次的系统。在预测系统或亚系统的行为时,可以把其内部结构不清楚的对象看成“黑箱”,把外部对于这个对象的影响看成输入,而把这个对象对于外部的影响看成输出,通过对输入和输出关系的研究,来预测“黑箱”的行为(如图)。“黑箱”理论是控制论所建立的方法,适用于复杂的生态学研究。
![图](/d/bkimg/2022110814/1plgkfqfq5i.webp)
建立模型常用集论、向量、矩阵代数、微分和积分等数学知识。组建模型通常分六个逻辑步骤:确定模拟对象,确定系统的结构,建立系统的数学模型,检验模型的有效性,分析系统的灵敏度(或称敏感性分析),模拟和运用所建立的系统模型。
20世纪70年代以来,模拟试验技术已经在生态学的许多领域得到广泛应用。例如罗马学会(又称罗马俱乐部)根据十几年来人类活动引起的全球性影响,其中包括工农业的发展、人口的增长、营养的分配、环境的污染、资源的利用等,应用大量的状态变量和参数,建立了“世界模型”,并利用电子计算机进行模拟,对人类的未来进行了预测。中国学者也已开始生态模拟的研究工作。
- 参考书目
- 小田桂三郎等著,姜恕译:《农田生态学》,科学出版社,北京,1976。(小田桂三郎、宇田川武俊:《耕地の生態学》,築地書館,東京,1972。)J.M.史密斯著,郎所译:《生态学模型》,科学出版社,北京,1979。(J.Maynard Smith,Models in Ecology,Cambridge University Press,London,New York,1975.)B.C.Patten,Systems Analysis and Simulation in Ecology,Academic Press,New York,1971.