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1、第四章 农业系统环境辨识与问题诊断,环境辨识与系统问题诊断是系统工程开发活动中的基础性工作。其中环境辨识，是对影响系统功能的各种环境因素进行定性与定量的分析，进而明确系统发展的有利条件和制约因素，为最大限度地发挥系统潜力指出方向；系统问题诊断，则是在环境辨识和系统结构与功能分析的基础上，对系统存在的基本问题进行定性与定量的分析，进而找出主要矛盾方面，为系统结构的调整、改善系统功能提供依据。,第四章 农业系统环境辨识与问题诊断,第一节 系统环境辨识概述 第二节 自然环境辨识 第三节 社会环境系统辨识 第四节 系统诊断概述 第五节 层次分析法在系统诊断中的应用 第六节 结构模型解析法在系统诊断中的
2、应用,第一节 系统环境辨识概述 一、环境系统及其分类,(一) 环境的定义 环境是一个富有弹性的相对概念，对象的主体不同，其相对的环境也不同。按照系统论的观点，环境本身也是系统，即环境系统。当所要研究的对象系统确定以后，在一个更大范围的系统中，所有与对象系统相关且对对象系统起着影响、促进、制约等作用的其他系统或元素，称之为环境因素或环境条件。所谓环境是指系统外部整体或包围系统的整个空间。,对于环境和环境系统有如下解释： 1、环境必须是针对特定的对象系统而言，没有特定的对象系统也就无所谓环境。 2、环境必须是客观存在的，它是现实存在的事物，虚幻想象的不可称为环境。 3、环境必须与对象系统相关、联系
3、，不对对象系统产生影响或没有关系的也不能称为环境。 4、环境条件和环境系统必须在对象系统以外，或并列、或处于更高层次，包含在对象系统以内的不称之为环境。,(二) 环境的性质 环境也是系统，它具有一般系统所具有的性质。环境系统的基本构成元素有三个方面，物质、能量和信息。 系统的边界是区分系统内、外的标志，边界之外的有关部分就是所谓的环境，而边界以内的部分则是系统。对于开放系统而言，系统与环境之间通过边界而互相渗透、联系和衔接，不断进行物质、能量与信息的交换。正是环境对系统的输入、转化、输出和接受等方面的影响，构成了系统与环境的不可分割的整体性。,从环境对于系统的作用来看，环境具有“资源”、“约束
4、”的两重性和动态的“可变性”。 1环境的资源性。环境资源构成了系统赖以正常生存的物质基础、能量源泉。系统只有吸取了环境资源，才能维持其结构的完整、功能的正常和持续发展。例如，对于农作物系统来说，自然环境中的阳光、降水、土地、养分等等的环境条件，是作物生长的基础，有土才能生根，有水才能发芽，有养分才能生长，有阳光才能进行光合作用，这些环境条件正是作物获得物质和能量的来源。又比如某生产系统：有煤才能取暖，有电机器才能运转，有原料才能维持生产，有资金才能保证煤、电、原材料的供应。,2环境的约束性。由于资源的有限性，环境对系统不仅具有资源的性质，而且具有明显的约束性。很明显，如果资源取之不尽，用之不竭
5、，也就没有必要研究资源的优化问题了。因此，环境的约束性将决定系统的发展极限。比如水资源是发展水稻生产的重要条件，如果水稻面积发展超过水资源的限制，则将影响水稻的正常生长和发育，系统的最大潜能得不到充分发挥。又比如市场对某种商品的需求也是有一定限度的，如果一味追求产品的数量，而忽视市场需求的制约机制，势必造成新产品积压，使企业效益下降，甚至出现亏损局面。,3环境的可变性。世界上的任何事物都不是一成不变的。环境的资源性与约束性是可以在一定条件下相互转换的，即环境的资源性也可能变为约束条件，而原来的约束条件也可能变成资源。即使是同一个环境因素，也可能同时兼有资源和约束的两重性。 环境的可变性主要从三
6、个方面得以体现。第一，环境因素超过一定量值时而产生的“质”变。如降水是资源，降水过多就造成洪涝灾害，使农业系统功能受到损伤。第二，系统与环境的失调，造成环境对系统的“挤压”。如市场是生产系统向外输出产品的“窗口”，但产销不对路，生产与市场的平衡关系被破坏，就必然是市场行情不好，造成产品积压，使系统处于不利的状态。第三，人的改造使环境发生变化。这里有两种可能，一是使环境优化，例如根治河道，兴修水利，开展农田基本建设，可以创造良好的农田生态环境。二是使环境恶化，例如滥垦滥伐、过载过牧，造成水土流失，使生态环境恶化；排放烟尘、倾倒垃圾、扩散“三废”，必然造成环境污染等。这些都是环境转化的实例。,(三
7、) 环境的分类 环境是对于对象系统而言，是一个更为庞大的系统，它的分类一般是多层次、多目标的，按照不同的研究目的和考察问题的方法，可以有多种划分方法和类别，但总的来看，主要是两个方面。 1自然环境系统，对于对象系统有着直接或间接影响的、以自然物态存在的环境因素(或环境条件)的总体，称为自然环境系统。它由有机环境(如动物、植物、微生物等)和无机环境(如土地、气候、地质等)组成的。 2社会环境系统，对于对象系统有着明显影响和重大作用的政治、经济、文化等方面环境因素的总体，称为社会环境系统。它的特点是以社会问题的形式而存在。它主要包括政治环境、经济环境、信息环境、文化环境、科技环境、人口环境等方面。
8、 对于特定的对象系统，其环境系统的构成则不尽相同。就广义的农业系统而言，则构成环境系统如图4-1所示。,广义农业环境系统,有机环境,植物,动物,微生物,气候,土壤,水文,地理,地质,地形,交通,市场,生产,资金,能源,图 41 农业环境系统,二、环境辨识的概念与过程 (一) 环境辨识的概念 农业生产系统是一个由自然、经济、生态系统组成的，并在人类干预下进行有目的的生产的复合开放系统。农业系统必须直接依赖并适应于自然的和社会的环境系统。在总体设计中，保持系统与环境的融合，使对象系统在整个环境系统的作用下，趋利避害，形成最强的功能。为了保证总体设计的成功，进行系统的环境辨识是极为重要的。 辨识，就
9、是认识和区分。所谓环境辨识，是指采用定性、定量分析相结合的方法，对环境要素的构成、数量和空间分布、开发利用等进行全面而深入地分析，进而明确环境的资源优势和制约问题，为系统结构调整功能改善提供科学依据。,(二) 环境辨识的目的和任务 1环境辨识的目的。环境辨识的根本目的在于，从系统与环境的整体性出发，认识环境与系统的关系，揭示环境系统的构成及其内在规律，探求改善环境的途径，正确预测环境的发展变化趋势，为总体设计提供科学的依据。 2环境辨识的任务。从开发、利用资源，保护、适应、增殖、改造环境的总体目标出发，环境辨识的主要任务有四点。 (1) 摸清环境系统所包含的资源数量、质量及其时、空分布特征；划
10、分类型，做出定性和定量的分析、评价；确定资源的开发利用价值和合理限度。,(2) 分析环境对系统的限制、约束的因素和程度，特别是不利影响和障碍因子及其作用的大小；确定约束的阈限或临界值、极值等，进行辨识分析，找出问题及原因。 (3) 在摸清资源和约束条件的客观规律的基础上，预测环境的发展变化。其中尤其应注意人类活动对于环境产生的积极和消极影响，如对环境污染及破坏的分析和趋势预测。 (4) 在科学分析、评价、预测的基础上，寻求趋利避害、利用和保护相结合、适应与改造相结合的环境政策、对策。为设计汁出使环境与系统的融合性最好、整体功能最佳的方案提供科学依据。,（三）环境辨识的程序 环境辨识是站在所研究
11、的对象系统的角度，对所有环境因素和环境条件的客观认识和正确评价的过程。因此，在环境辨识中，要特别强调环境与系统之间的整体性。既要注意环境对系统的作用，也要注意系统对环境的反作用。所谓使系统与环境的融合，正是建立在二者相互作用、不可分割的机制上。进行环境辨识必须从确定对象系统开始，层层深入，认真分析，对众多的环境因素做出客观评价。 1确定对象系统，划定系统边界。当接受研究任务，确定所要设计的具体系统时，环境辨识的对象系统就已经具体化，根据所要研究的问题，划定系统的边界，使系统元素与环境因素有一条比较明显的区分界限，以防混淆。,2挑选环境因子，作好分类标记。对于对象系统，可以列举出大量的环境因子，
12、根据各环境因子之间及与对象系统的关系，可以制作环境系统关系图，进而从中剔除影响极小或很不重要的环境因子，选择影响大的重要因子，特别是那些具有决定性作用的可控环境因子，作为环境辨识的主要对象。同时，将环境因子划分为自然环境因子和社会环境因子两大类，并注以标记。 3建立辨识模型，进行定量分析。环境辨识实际上是定性分析的思维模型，是对环境因子作出逻辑判别，并做出评价的分析方法，直接建立数学模型是不可能的。因此可以采取思维定量化的方法，使定性分析定量化，即根据环境因子的重要程度、利弊程度等不同，分别赋以相应的“量”值。然后通过德尔菲法进行“专家”评审，再通过计算机汇总、分析，综合各位专家的意见，对每个
13、环境因子做出综合评价。,4根据模型结果，编写辨识报告。从定量再回到定性，对不同等级的环境因子予以详细的分析，对各因子的影响、利弊、特点、数量(指可定量的因子)、开发潜力和设想(指可开发的资源型因子)、改造和控制途径(指可控因子)等作以阐述，并写成系统环境辨识报告，提交决策者和总体设计者参考。 在上述的四个步骤中往往要经过若干次的反馈过程，直到取得比较理想的辨识结果为止。,第二节 自然环境辨识,一、自然环境的结构 自然环境与自然条件从本质上讲是一致的，它包括对农业生产对象及其全过程(种植、养殖、加工、流通等)发生一定影响的所有自然因素和条件。按照生命系统和非生命系统的界限可把自然环境分为有机环境
14、和无机环境两大类。,(一) 有机环境 所有植物、动物(包括人类)、微生物都是有机环境的成分。这三种生物成分是生态环境的主体，也是最富有活力的环境因素。三者之间存在着密切的关系。从自然生产力来看，植物是独具初级生产力的生产者，是动物(消费者)、微生物(分解者)和人类本身赖以生存的物质基础。而动物、微生物在推动物质循环、能量转换和维持生态平衡中，又起着不可缺少的重要作用。可见有机环境的三种生命成分又构成了一个不可分割、相互依赖的整体。 农业生物中的三种生物之间的关系，也同样符合上述生态学规律。因此，当以某一种农业生物为对象时，不但有关的野生生物是其生态环境，而且其余的农业生物也是它的生态环境。所以
15、农业生物的不同物种、种群、群落之间也是互为生物环境的。,(二)无机环境 气候、土壤、水文、地质、地形、地理位置、海拔高度等各种因素构成了农业生产系统的无机环境，它们与农业生产系统的关系也是很密切的。 1气候环境因素。太阳辐射能是供给整个生命系统活动能量的唯一源泉，也是唯一可以永续不断的“不可枯竭”的能源。植物通过光合作用形成了地球的第一性生产力。 光照、温度、湿度、降水、风等是气候环境的主要因素。光、热、水、气、风是五大气候资源，其中“气”是指大气的气体成分。大气中许多天气、气候现象可以形成气象灾害，如暴雨、洪水、冰雹、干旱、阴雨、低温、霜冻等等，都会给农业生产造成巨大损失。因此在农业系统工程
16、活动中，一个很重要的课题就是如何因地制宜地适应大气候，改善小气候，对付多样、多变、多灾的气候条件，去争取农业的稳定增产、增收。,2土地环境因素。土地资源是农业生产的物质基础，土地资源的数量、类型、利用价值、基础肥力及生产潜力等，是决定一个地区农业生产方式、布局及生产能力的最基本因素。土壤的类型、质地、物理结构、营养元素含量、有机质含量、酸碱化学性质等，又是影响植物初级生产力的决定性因素。 我国素称“地大物博”，土地资源的总量在全世界居于前列，但人均占有量却远远低于世界的平均水平。因此，在实际上我国是一个土地资源贫乏的国家。在进行农业系统环境辨识时，不能离开立足之本，要从爱惜每一寸土地，充分开发全部的国土资源，对整个土地环境的每一个因素都作认真的分析和辨识。,3水环境因素。水资源是农业生产的命脉，没有水就没有生命系统的存在，当然就不可能有农业的存在与发展。现在可以生产“无土蔬菜”，但决不会生产“无水蔬菜”。水资源按其来源可分为降水、径流、地下水等三种基本形式；按水质可分为淡水、咸水、苦
