Загальна характеристика блокових моделей.
Блокові моделі відносять до простих моделей. При їх побудові стежать за кількістю речовини (енергії) у системі, організацією потоків і перетвореннями речовини (енергії) у системі при переході з вихідного, початкового стану в кінцевий.
Блокові моделі є значною мірою узагальненими і мало реалістичними.
Основні принципи застосування блокових моделей в екології були описані Ван-Дайном (1969) і Патенном (1971). Вони полягають у тому, що дослідників цікавлять, головним чином, проблеми загальної динаміки екосистеми в цілому як одиниці, що здійснює переробку (кругообіг) поживних речовин. Сама екосистема при цьому розглядається як сукупність блоків (резервуарів) енергії чи поживних речовин.
Складні процеси всередині блоку, пов'язані з життєдіяльністю популяцій, що утворюють блок, відсуваються на задній план, оскільки ці процеси значною мірою врівноважують один одного так, що процес у цілому виявляється досить простим і може бути описаний за допомогою простих узагальнених параметрів.
Як результат, при побудові блокової моделі дослідник має справу не із структурою, а лише з розмірами окремих блоків, а також з потоками речовини й енергії між блоками.
Параметри блоків і потоків можуть бути отримані експериментально шляхом спостереження за зміною розмірів блоків у часі.
Для того, щоб перевірити адекватність моделі, треба записати систему диференціальних рівнянь, що описують зміну розмірів блоків у часі в результаті наявності єднальних потоків і взаємодій між блоками, тобто побудувати балансову модель, що відповідає блоковій. Розв'язуючи ці рівняння, порівнюють динаміку їхньої зміни з динамікою дослідних даних. Модель вважається задовільною, якщо дані досліду і розрахунку в цілому збігаються.
Вибір кінцевого і початкового стану.
Один з перших кроків при побудови блокової моделі певного екологічного процесу є поділ Мегакосму (тобто всієї існуючої сукупності екологічних об'єктів, що взаємодіють між собою) на систему і навколишнє середовище. Важливу роль у здійсненні цієї процедури відіграє вибір початкового і кінцевого стану речовини (енергії), перетворення якої відстежують. Тоді, розглядаючи крок за кроком ланцюжок перетворень речовини (енергії), відзначають його учасників (ланки ланцюжка) і включають їх до складу системи. Решта об'єктів утворюють зовнішнє (стосовно виділеної системи) середовище.
Вибір кінцевого і початкового стану речовини (енергії) може здійснюватися неоднозначно і залежить від самої задачі або проблеми. Зокрема, початковий і кінцевий стани речовини можуть збігатися, і тоді мають справу з кругообігом речовини або енергії.
Метод аналізу експериментальних компонентів.
Цікавий метод побудови блокових моделей запропонував Холлінг (1969 p.). Сутність цього методу полягає в тому, що екологічний процес розчленовується на прості субпроцеси, названі ним експериментальними компонентами. Кожен компонент вивчається незалежно як окрема система, що описується одним чи декількома диференціальними рівняннями, в яких інші компоненти виступають як параметри. Об'єднання в модель (синтез) здійснюється за допомогою ЕОМ, користуючись аналогією з моделюванням бухгалтерської проблеми формування балансового звіту. Ця аналогія дозволяє легко врахувати ефекти запізнювання, граничного спрацьовування, дискретність (переривчастість) величин.
Холлінг запропонував цікавий приклад застосування моделі "хижак — жертва". Він розглянув систему "землевласник — земля", в якій перший виступає як "хижак", а друга — як "жертва". Він показав, що безплановий роздрібнений розвиток землеволодіння веде до випадкового спотворення ландшафту; в даному варіанті це відповідає моделі самознищення "дурного" хижака, що безконтрольно поїдає свою жертву.
Таким чином, побудова блокових моделей базується на ретельному аналізі експериментальних даних, таких, як перетворення речовини з одного хімічного (агрегатного) стану в інший, перенос речовини в просторі, явищ хижацтва, конкуренції тощо у біоекосистемах. При цьому основна увага зосереджується на якісній, а не на кількісній картині явища (важливо виявити самі зв'язки, а не охарактеризувати їхню інтенсивність якимось числом).
Значну допомогу при побудові моделей в екології можуть надати аналогії, наприклад, з електричними колами, оскільки електричні блокові моделі будуються за тими самими принципами, що й екологічні.
