所谓“System”即意味着组织,组合,系统,体系等含义。所谓系统分析的要旨即对某种事物进行解析。如果解析的对象是机械,由于可置于人为的条件之下,故解析这种系统比较容易,而我们研究的对象是“生物”,是非人为条件所能制造的东西(?),而且其系统的本身是随着时间和环境条件的变化而变化的,故解析这种系统是极其困难的。
农学研究者作为研究对象的农业“场所”,其主体——生物体(作物、家畜等等)与其周围环境则(气象、土壤,生物等等)构成了“生态系统”。
过去的农民将主体和环境系复杂地混杂在一起,根据经验和直观,“综合地”掌握了这一系统的全体,在此基础上创造出很多优良的技术和品种等。古典的农学研究,在大多数场合下是改良并发展了来自农民(的经验)将其系统化的方法。自从农学中引入了理工学系统的研究方法以来,就发生了将研究的主流从追究…般的方法向着解析研究的变化。这种研究就是将研究对象以外的因素游离出来并进行排除或者保持在一定的状态下提高试验的精度作为必要的条件。研究的对象是为了获得整个系统中的—个或者几个要素为限。研究的领域有了精细的分化,例如仅就以提高作物产量为目的而开始进行作物物质生产的研究领域来看就有光合作用组合、光合成产物的运转、分配等个别环境因素与作物体相互作用的研究。迄今为止的酶水平上的研究,实施着极其多而不同的研究渠道,因而也提高了这一研究成果。然而,作为原来研究目标的作物产量,由于这些研究的结果会有飞跃式的提高吧!
在严密的条件下,理应得到“科学的”成果,而所以不能逐步超越来自“经验和观察”的技术的主要原因,可认为是精细分化型的研究对现实系统“综合性”的视野有估价不足之点。
将单因素下所获得的结果直接置于复杂的现实系统中,一般未必完全适用,有时还会引起料想不到的事态发生,如使用农药诸类的问题,就是一个很好的例子。
在这样认识的基础上,将细分化的研究再统一起来的“综合化”考虑,在农学上也逐渐活跃起来,作为现今最引人注目的手法就是以系统工程学为基础而发展起来的模式化手法以及根据模式的模拟实验。
模拟模式手法也有各种类型。本文仅限于叙述以电子计算机的利用为前提的数学模拟模式法。
模式化就是将支配模式的行动的本质关系抽出来的抽象化作业。计算机模式之抽象,就通过一般的,数字化来进行的。然后,用计算机的次序来计算。计算机语言在我国大多是应用常用的科学技术计算用言语之FORTRAN,由于机种的不同,在某种情况下也备用开发了的模拟DYNAMO和CSMP语言。这种模拟语言顺序比较容易,在掌握较复杂的现象并进行解析时作出适当的判断,在最近的研究中,大多利用这种语言。以上是关于数字型的计算机,这里作简略的解释,也有应用分析型的计算机的。
在农学关系上,就从国内发表的利用模拟、模式的例子中选取几个来看,就有利用作物生长模式,作物群落内CO2和光环境的例子,也有着眼于植物生理微因素模式,有包含家畜在内的草原生态系中的牧草生长模式,在大致相同的模式中,有用模拟法作为农作业系统化的手法的例子等等。
竞争条件下作物和杂草生长的模拟
制订一个既经济又安全的最适当的杂草防除系统,解析作物与杂草的相互关系(竞争现象)是基本的措施。将竞争现象作为定量化的实验,因为现象的复杂性而要涉及到很多的数值。然而尚未到达能导出最一般的法则。例如因杂草种类的组合,生活空间,栽培管理,环境条件等等的不同,对竞争现象无论在质或量上都会发生很大的变化,即使让这样多的条件组合起来进行试验,但如若改变了一个因素的处理,就会伴随而引起其他因素的变化,统一地理解实验的结果就很大的困难,同时实验也受到劳动和费用等方面的限制。
从以上原因来看,作者认为系统分析的手法之应用未必能掌握住竞争现象的总和以及定量的解析吧!迄今为止,若干种模式的开发及其改良法,只能将现阶段复杂的竞争现象以单因素记述为主要依据,从而作成模式而已。
本研究的宗旨是采用Forrester开发工程、力学的方法作为系统分析的手法的。这是为从前经营工程学的领域的系统研究而开发的手法。用以随时间而变化的系统(力学上的系统)解析手法很有效。最近把它称之为系统力学。
工程、力学模式的基本构造系应用系统内物质蓄积情况的“水平”作为记述系统内状态的变数,这就是根据将某一水平的内容向另一水平表示输送流向的“流动”,将控制水平间的“流动”机构“比率”,或比率和水平结合起来的信息流向,即所谓“信息线路”构成的。这里所说的水平如果是植物群落的话,就是各器官的干物重,而“流回”就是在叶部生产的光合成产物的运转。再则,此率就相当于光合成速度与运转速率等等。一方面,从叶的干物重来求得叶面积指数的情况时,叶的干物重并不存在着向叶面积转运物质,但可作为信息线路存在来使用。除工程、力学的这一水平、比率外;还在水平与比率结合过程中,设置各种辅助变数,用水平方程式,比率方程式、辅助方程式等来构成模式,水平和比率等的最初值是必要的。从水平的最初值,顺次计算各时刻的水平值(这里指每日)。再者,定数如是参数的话,则可用定数方程式来计算水平值。
此模式在两者营养生长期间,将干物重的增加来模拟时,是以门司、佐伯的群落光合成的思路为基础:(1)物质是由光合成产生;(2)因呼吸而消耗;(3)经过物质运转、分配一系列的过程而连续生长着的。
系统分析的效用和存在问题
效用:
1. 有可能对过去的实验、调查数值的综合作评价;2. 能发现新实验的观点;3. 实测系统需莫大的时间,劳力,费用来实验,如若用数学模拟能以价廉并在短时间内处理;4. 在实验条件不可能或极困难的情况下是易行的;5. 由于情报的综合化,故各研究部门间的联络很密切;6. 能决定合理的意志。
存在问题:
1. 模式化系统的范围究竟能及至何处;2. 系统的构成要素的细分化及至何种程度;3. 反应极快的要素与迟的要素混合情况下的问题如何解决;4. 模式可靠性的判定方法;5. 如何利用不能模式化的要素。
结语
上述适用系统分析手法的农学研究还仅仅是一个开端,无论是方法论、还是技术方面尚含有很多未成熟的部分,预想随着对于某一种生态学的流行以及计算机的普及,今后在这一领域的研究将大大增加。决不能在原地踏步不前并期待着健全的发展。
[日本《农业技术》,1979年34卷]