Модели агробиоценоза.

Агробиоценоз включает совокупность взаимовлияющих процессов биотического и абиотического характера. Для сельскохозяйственной науки наиболее важная часть агробиоценоза – это посев сельскохозяйственной культуры. При выборе методов моделирования агробиоценоза и степени сложности модели определяющая роль должна отводиться цели моделирования. Например, такой целью может быть выбор оптимальной стратегии проведения сельскохозяйственных мероприятий: орошения, полива, внесения удобрений, выбор наилучших сроков посева или посадки растений и пр. с целью получения максимальных урожаев.

Сложность агробиоценоза не позволяет подойти к описанию его функционирования как к процессу, описываемому единым уравнением. Поэтому целесообразно представлять всю систему происходящих в агробиоценозе процессов в виде блочной иерархической структуры. Обычно проводится деление модели на биотический и абиотический блоки. Далее, среди биотических процессов выделяют блок роста и развития посева сельскохозяйственной культуры, блок функционирования почвенной микрофлоры, блок функционирования почвенной фауны, блок развития энтомофауны, блок развития болезней сельскохозяйственных культур, блок взаимодействия сельскохозяйственной культуры с сорняками и др.

Абиотические блоки включают в себя модели, описывающие ряд геофизических процессов, характеристики которых важны для функционирования биотических процессов: формирование теплового, водного режимов почвы и приземных слоев воздуха, концентрации и передвижения биогенных и токсических солей, различных остатков распада пестицидов, ростовых веществ и метаболитов в почве, концентрация СО₂ в посеве.

Блочная структура моделей дает большие преимущества для моделирования, позволяя изучать, изменять и детализировать одни блоки, не меняя других. Как правило, число параметров, которые входят внутрь блоков, существенно больше числа параметров, которыми блоки соединяются друг с другом. Это один из принципов построения имитационной модели.

Модели продукционного процесса сельскохозяйственных растений, как части агробиоценоза, обычно имеют балансовый характер, то есть для каждого вещества производится расчет всех «притоков» и «оттоков». Например, при расчете водного режима (водный блок) учитываются выпадение осадков (или дождевание), перехват этих осадков надземными органами растений, возможное образование слоя влаги на поверхности почвы, перемещение влаги в почве из одного слоя в другой, обмен с грунтовыми водами, поглощение воды корнями и пр. Таким же образом в модели замыкаются циклы круговорота по углероду, азоту и другим элементам.

На рис. Аизображена блок-схема модели продуктивности агроэкосистемы, взятая из монографии Н.Ф. Бондаренко и др. «Модели продуктивности экосистем» (1982).

Из блоков, изображенных на рис. А, наиболее разработаны в настоящее время блоки, описывающие не собственно биологические, а скорее геофизические процессы: влаго- и теплообмен в почве, влаго- и теплоперенос в системе почва – растение – приземный воздух. Это связано в первую очередь с большей изученностью этих процессов и возможностью их описывать при помощи аппарата дифференциальных уравнений, разработанного для подобных задач в гидро- и аэродинамике. При этом посев формально рассматривается как неоднородная по вертикали пленка, покрывающая поверхность поля.