Математическая модель агроэкосистемы "картофель-вредитель-среда обитания"

• Автор: Малинина, Валентина Георгиевна
• Шифр специальности: 11.00.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Ленинград
• Количество страниц: 200 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

ГЛАВА. I. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В АГРОМЕТЕОРОЛОГИИ .

1.1. Агроэкосистема картофельвредительсреда обитания как объект штематического моделирования

1.1.1. Системный подход к исследованию агроэкосистемы .

1.1.2. Метеорологические и почвенные условия, определяющие динамику формирования урожая картофеля . Ю
1.1.3. Влияние метеорологических и почвенных факторов на развитие вредителей картофеля

1.2. Математические модели продуктивности агроэкосистем

1.3. Использование модели Пагодаурсжай ВНИИСХМ для прогноза урожая картофеля в Ленинградской области

1.4. Модели динамики численности популяций вредных насекомых в агроэкосистемах

1.5. Выбор структуры модели агроэкосистемы картофельвредительсреда обитания .

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КЛИМАТА ПОЧВЫ
КАРТОШШОГО ПОДЯ.
Стр.
2.1. Модель динамики влажности почвенного профиля в почвах различного механического состава и сложения при различных условиях влагообеспеченности .
2.2. Моделирование влияния на впагообмен изменений плотности ночвы в складывающейся метеорологической обстановке
2.3. Математическое описание температурного режима почвы
2.4. Модель учета антропогенных воздействий на формирование климата почвы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МИКРОКЛИМАТА В РАСТИТЕЛЬНОМ ПОКРОВЕ КАРТОФЕЛЬНОГО ПОЛЯ.
3.1. Радиационный режим растительного покрова
3.2. Влагоперенос в растительном пофове
3.3. Температурный режим растительного покрова .
ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ АГРОЭКОСИСТЕМЫ КАРТОФЕЛЬКОЛОРАДСКИЙ ЕУКСРЕДА ОБИТАНИЯ
4.1. Модель динамики биомассы картофельного растения .
4.2. Модель динамики численности и возрастной структуры популяции колорадского жука основного вредителя картофеля .
4.2.1. Модель динамики численности популяции колорадского жука при равномерном разбиении структуры популяции по возрастам ИЗ
Стр.
4.2.2. Модель динамики численности популяции вредителя с неравномерным распределением особей по возрастам
ГЛАВА 5. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ АГРОЭКОСИСТЕМЫ НА ЭВМ.ПОСТАНСЩА И ПРОВЕДЕНИЕ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
5.1. Алгоритмическая и программная реализация модели агроэкосистемы картофельколорад
ский жуксреда обитания на ЭВМ
5.2. Идентификация параметров модели и е агрометеорологическое обеспечение .
5.3. Имитационные эксперименты на ЭВМ и анализ результатов моделирования .
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТ7РЫ
ПРИЛСКЕНИЯ.
ВВ1ЩЕНИЕ
Использование в агрометеорологии достижений науки в области физики, метеорологии, биологии, агрономии, математики позволяет в настоящее время решать важные задачи агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства. В планах экономического и социального развития СССР 7 , в решениях съездов КПСС з4, , в работах ведущих ученых и специалистов страны , , , , , 6, 5, 9, 3, 2 подчеркивается важность оценки сложившихся и ожидаемых агрометеорологических условий для решения задач рационального использования в сельскохозяйственной практике благоприятных факторов и преодоления влияния неблагоприятных, а также необходимость агрометеорологического обоснования агротехники, включая мероприятия по защите растений от вредителей и болезней. Предусматривается создание автоматизированных систем агрометеорологического обеспечения сельского хозяйства, основывающихся на единой информационной базе включающей и данные дистанционных измерений и баянах динамических моделей продуктивности агроэкосистем , , , 8, 1 .
В Продовольственной программе СССР, принятой майским г. Пленумом ЦК КПСС, важное место отведено обеспечению населения картофелем за счет дальнейшего его производства и повышения качества. Картофель одна из наиболее важных продовольственных и технических культур. По последним данным в в среднем калорий, 5 белка и железа, 8 фоофора, тиамина, витамина С, значительное количество витамина В6, меди, магния и иода в суточном рационе взрослого человека обеспечивается за счет картофеля. В переводе на этиловый
спирт отношение полученной энергии к затраченной на производство картофеля составляет 0,. У пшеницы этот показатель равен 1,, у кукурузы 2,. В калориях это отношение у картофеля равно 1,, у пшеницы 2,, у кукурузы 5,. При урожайности этих культур соответственно ,0, 2,4 и 5,6 тга выход энергии составляет 0, и 6 Мкалга. Помимо того, что картофель вообще очень урожаен, его относят к гарантийным культурам, поскольку в годы с малым урожаем зерновых, как правило, бывает большой урожай картофеля з .
Актуальность


Система взаимодействует с внешней средой и функционирует в условиях случайных факторов. В соответствии с определением Бусяенко зз , перечисленные цризнаки позволяют охарактеризовать описываемую систему как сложную. Изучению сложных систем наиболее адекватно соответствуют методы системного анализа и имитационного моделирования. Системный анализ позволяет выявить общесистемные проблемы, обоснованно расчленить систему на взаимодействие элементы, выделить в системе главные процессы. Решение о том, какие процессы будут включены в модель и насколько детально они будут описаны, зависит от целей моделирования, требований к точности модели, полноты информации о моделируемых процессах и е доступности, от технических возможностей имеющейся в распоряжении разработчика ЭВМ и других объективных факторов. Имитируя на ЭВМ поведение системы в условиях, близких к реальным, можно практически реализовать любую программу исследования объекта. Анализ агробиоценоза картофельного поля и последующее моделирование взаимодействий в системе картофельколорадский жуксреда обитания могут быть разбиты на ряд последовательных этапов. Прежде всего, необходимо точно сформулировать проблему и конечную цель исследования. Проблема заключается в количественной оценке вредоносности колорадского жука в агроэкосистеме. Конечная цель состоит в шксимизации дохода от эксплуатации агробиоценоза, а непосредственная в оптимизации набора управлявших воздействий, их интенсивности и сроков применения. Выделение объекта моделирования из окружающей природы составляет второй этап исследований. Для изучаемой проблемы одним из основных процессов, моделирование которых должно осуществляться наиболее подробно, является воднотепловой режим в системе почварастениеприземный слой воздуха, определяющий интенсивность процессов роста и развития картофельного растения и динамику численности вредителя. Основные черты агротехнологии выращивания картофеля можно оценить по их влиянию на развитие плацади листьев с учетом деятельности вредителя, на сроки завязывания клубней, скорость формирования урожая, долговечность ботвы, на количество и размер завязываемых клубней. Большое значение для формирования урожая имеют также размер семенных клубней, развитие ростков, густота посадки. В рамках настоящего исследования последние факторы как недостаточно изученные и не подлежащие пока формализации не рассматривались. Кроме того, принята гипотеза о достаточной обеспеченности картофеля элементами минерального питания. Н.Б. Чувашиной
внутрисистемные взаимодействия, следует отнести к категории внешних воздействий. Результатом второго этапа исследований является создание концептуальной модели. На третьем этапе осуществляется поблочное моделирование. Детализация блоков определяется степенью влияния рассматриваемых в них процессов на внутрисистемные взаимодействия. На этом этапе осуществляется переход от формализованной схемы в которой охарактеризована каждая компонента системы к математическому описанию, а затем к построению моделирующего алгоритма. Вначале всем сведениям, содержащимся в формализованной схеме, придается аналитическая фораяа. Это касается и числового материала, который записывается не в первоначальном виде таблицы, графики, а в форме аппроксимирующих выражений, удобных для вычислений. Впоследствии матеттическая модель преобразуется в специальный моделирующий алгоритм, записанный на языке программирования. На последнем этапе производится сборка блоков в единую модель, связывающую входы и выходы отдельных подсистем, определяющую состояние системы. В заключение проводятся машинные эксперименты с целью оценки адекватности модели и анализа ее чувствительности к вариациям параметров. Полученная модель позволяет не только описать, но и предсказать поведение системы. На ЭВМ можнодоигрывать самые разнообразные виды внешних воздействий погода, агротехника, изучая реакцию системы, заменяя тем самым проведение очень трудоемких, дорогостоящих, а зачастую и неосуществимых изза невозможности выделения какогото одного фактора, полевых экспериментов.