Giáo trình phân tích hệ thống môi trường nông nghiệp phần 9 potx

117 nhằm tăng tính hiệu quả của dinh dưỡng và làm giảm sự mất mát dinh dưỡng cây trồng. Nếu như ñộ phì của ñất và hàm lượng dinh dưỡng cây trồng trong hệ thống cây trồng-ñất thấp dưới mức ñộ cho phép bởi canh tác không hợp lý thì sự chỉ ñạo chính của IPNS tối thiểu là ngừng ngay lại tất cả các quá trình tiến hoá ñang diễn ra trong ñiều kiện không thuận lợi và nếu có thể làm tăng cường hàm lượng chất dinh dưỡng cây trồng của hệ thống cây trồng-ñất. ðể làm ñược ñiều ñó cần phải hiểu rõ hơn các yếu tố hạn chế và các yêu cầu của thực tiễn sản xuất nhằm tái thiết những hệ thống có năng suất cao hơn so với việc tái sử dụng các chất hữu cơ một cách ñơn thuần. Vai trò của phân bón hoá học cần phải ñược xác ñịnh rõ trong khuôn khổ yêu cầu của thực tiễn sản xuất nhằm nâng cao tính hiệu quả của chúng và trong chu trình dinh dưỡng cây trồng hoàn thiện liên kết trong hệ thống cây trồng-ñất. Kết luận Những trực giác cho rằng sử dụng ñất bền vững khi cân bằng dinh dưỡng luôn ở trạng thái bằng 0 thật quá ñơn giản. Nếu như cân bằng dinh dưỡng của một cánh ñồng cụ thể bằng 0, có nghĩa là ñộ phì của cánh ñồng ñó không thay ñổi và hệ thống ở góc ñộ xem xét là cánh ñồng dường như là bền vững. Nếu quan sát ở góc ñộ sâu hơn, hệ thống sẽ không bền vững nếu như lượng sản phẩm quá thấp không ñủ nuôi dân số, hoặc một phần lớn ñầu ra của sản phẩm lại nằm trong dòng dinh dưỡng bị rửa trôi, xói mòn hoặc bay hơi. Trong mối liên quan trên, dường như dễ chấp nhận hơn với nền nông nghiệp ñầu tư cao ñể cân bằng dinh dưỡng ñạt giá trị 0 chỉ riêng các dòng dinh dưỡng IN1, IN2 và OUT1, OUT2. Những người nông dân và các nhà chính trị gia sẽ cho như vậy là không công bằng vì làm như vậy sẽ phải chấp nhận một lượng dinh dưỡng mất ñi không thể tránh khỏi. Mặt khác một số dòng dinh dưỡng (Từ khí quyển, cố ñịnh ñạm bởi vi sinh vật tự do) cũng xâm nhập vào hệ sinh thái một cách cũng không thể tránh khỏi. Nếu so sánh với các dòng dinh dưỡng lớn ở châu Âu IN1, IN2, OUT1, OUT2 thì các dòng dinh dưỡng tất yếu trên quá nhỏ. Chắc chắn khi mà cân bằng các quỹ dinh dưỡng thành phần ñạt giá trị trung tính, khoảng cách giữa các dòng dinh dưỡng tất yếu IN và OUT không thể lớn. Hiển nhiên, yêu cầu của “bón phân cân ñối” (IN1 + IN2 = OUT1 +OUT2), hoặc nói theo một cách khác cân bằng dinh dưỡng thành phần bằng 0 thông thường hơi khắt khe. Nếu sự thất thoát các chất dễ tiêu ở mức ñộ cho phép, hàm lượng của chúng phải nhỏ hơn hàm lượng các chất ñó trong các dòng dinh dưỡng vào hệ sinh thái thông qua khí quyển và cố ñịnh ñạm sinh học. Khả năng phục hồi của cây trồng từ lượng dinh dưỡng bón thường xuyên thấp. ðôi khi ñiều này có thể quy cho việc bón phân không ñúng tỷ lệ, ñôi khi do chế ñộ nước và tác ñộng của quá trình phản nitơrat hoá và rửa trôi, do xói mòn và nước chảy tràn bề mặt, ñôi khi do ñộ phì ñất quá thấp. Trong ñất có ñộ phì thấp, một phần chất dinh dưỡng bón ñược giữ chặt trong ñất thay vì trở thành dinh dưỡng cây trồng. Một số nguyên nhân làm giảm hiệu quả của phân bón là sử dụng các giống cây trồng có năng suất tiềm năng thấp, khoảng cách quá xa giữa các cây, hoặc phương pháp bón phân không hợp lý. Cân bằng dinh dưỡng là tiền ñề cho việc sử dụng dinh dưỡng một cách hiệu quả và người nông dân phải mua ñúng chủng loại phân bón. Phân bón phối hợp một cách nghèo nàn sẽ làm cho dinh dưỡng trở nên không có giá trị như thường xảy ra ở vùng nhiệt ñới. Chuẩn ñoán số liệu phân tích hoá học ñất cần phải ñi theo hướng này. Ví dụ trường hợp ñã thực hành ở Hà Lan, lượng phân cần bón phải dựa vào ñộ phì tiêu chuẩn trong ñất (TSF) bằng cách tăng lượng phân bón nếu ñất bị suy dinh dưỡng, giảm lượng phân bón nếu ñộ phì thực tại của ñất lớn hơn ñộ phì tiêu chuẩn. Khi ñã ñạt ñộ phì tiêu chuẩn, tính thực tiễn của việc bón phân cân ñối và cân bằng dinh dưỡng từng phần bằng 0 mới có ý nghĩa. TÀI LI ỆU ðỌC THÊM 118 Nguyễn Văn Dung, Trần ðức Viên, Phạm Tiến Dũng, Nguyễn Thanh Lâm, 2003. Ảnh hưởng của xói mòn và suy thoái ñất ñến canh tác nương rẫy tại bản Tát, xã Tân Minh, tỉnh Hoà Bình. Tạp chí khoa học Nông nghiệp No.1. ðHNNI. 133-137. Nguyen Thanh Lam, Patanothai, A., Limpinumtana, V., Vityakon, P., 2005. Land-use sustainability of composite swiddening in the uplands of Northern Vietnam: Nutrient balances of swiddening fields during the cropping period and changes of soil nutrient over the swidden cycle. International Journal of Agricultural Sustainability, Volume 3, No. 1. 57-68. Tran Duc Vien, Nguyen Van Dung, Pham Tien Dung and Nguyen Thanh Lam, 2004. A Nutrient Balance Analysis of the Sustainability of a Composite Swiddening Agroecosystem in Vietnam’s Northern Mountain Region. In Southeast Asian Studies. Vol. 41, No.4, March 2004. 491-502. 119 TÓM TẮT Dựa trên những thí dụ căn bản về cân bằng dinh dưỡng âm, dương, trung tính, sự giải thích làm sáng tỏ quỹ dinh dưỡng không ñơn giản như người ta vẫn thường nghĩ. Một số các khái niệm cơ bản về quỹ dinh dưỡng ñã ñược phát triển. Sự khác biệt giữa các chất “dễ tiêu” và “khó tiêu”-NIA và cách làm sáng tỏ vai trò của chúng ñã ñược ñưa ra thảo luận. Các mối quan hệ giữa các chất dinh dưỡng với ñộ bền vững khác nhau và các quỹ chất dinh dưỡng dễ tiêu và khó tiêu ñược phân tích một cách lý thuyết. ðiều này cho phép mô tả một cách ñịnh lượng của các yêu cầu ñặt ra cho một trạng thái cố ñịnh bền một cách khái quát và cho trạng thái thăng bằng cũng như trạng thái bền vững như là các trường hợp ñặc biệt của trạng thái cố ñịnh bền. Sự thay ñổi năng suất cây trồng và các nguồn chất dinh dưỡng trong ñất cũng ñược tính ñến trong cả trường hợp không cố ñịnh. Những kết quả ñược sử dụng bằng cách liên hệ chất hoá học của ñất với sự bền vững và hướng nó ñến các khái niệm về ñộ phì tiêu chuẩn của ñất (TSF), năng suất chỉ tiêu (TY), ñầu vào tiêu chuẩn (TI). ðiều này cũng cho thấy các chất dinh dưỡng ñược cung cấp theo hướng mất cân ñối sẽ ảnh hưởng gián tiếp, nhưng chắc chắn làm tổn hại ñến tính bền vững của hệ sinh thái nông nghiệp. Số phận của các chất dinh dưỡng ñược ñịnh ñoạt bởi các quá trình vật lý, hoá học và sinh học và các quá trình này lại chịu tác ñộng của khí hậu, ñịa hình làm nên các dòng dinh dưỡng, vì thế quỹ dinh dưỡng trong ñất chịu sự kiểm soát một phần bởi người nông dân. Những chuẩn mực ñược ñánh giá bằng “một phần quỹ dinh dưỡng” cấu tạo bởi ñầu vào và ra các dòng dinh dưỡng dễ xác ñịnh. Với sự trợ giúp của các chỉ số mới thiết lập, tính bền vững của một số hệ sinh thái nông nghiệp ñã ñược xác ñịnh. 120 Câu hỏi ôn tập 1. Môi trường ñất ở trạng thái nào khi ñất có ñộ phì tiêu chuẩn? 2. Anh (chị) hiểu như thế nào về năng suất chỉ tiêu? 3. Anh (chị) hiểu như thế nào về ñầu vào tiêu chuẩn? 4. Anh (chị) hiểu như thế nào về Quỹ dinh dưỡng trong ñất? Nó có vai trò như thế nào trong việc ñánh giá môi trường dinh dưỡng cây trồng của ñất? 5. Thế nào là cân bằng dinh dưỡng? Tại sao phải tính toán cân bằng các chất dễ tiêu và các chất khó tiêu? 6. Ứng dụng phân tích cân bằng dinh dưỡng ñể ñánh giá tính bền vững của hệ thống nông nghiệp như thế nào? Ví dụ? 7. Anh (chị) hiểu như thế nào về hệ thống dinh dưỡng cây trồng tổng hợp? 8. Môi trường ñất sẽ như thế nào khi bón phân không cân ñối? 121 CHƯƠNG V. MÔ HÌNH HÓA TRONG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MÔI TRƯỜNG Nội dung Vào những năm năm mươi, các nhà kỹ thuật ñã bỏ rất nhiều công sức vào việc nghiên cứu những hệ thống ñộng thái phức tạp. Những thành công của họ ñã thu hút ñược rất nhiều nhà sinh học trong việc áp dụng những kỹ thuật tương tự trong chuyên môn của mình. Xu hướng ñó ñược ñặc trưng bởi các từ: Hệ thống, Mô hình và Mô hình hóa (De wit, 2006). Chương này giới thiệu cho người học các khái niệm cơ bản về mô hình hoá và ứng dụng mô hình hoá trong nghiên cứu hệ thống môi trường nông nghiệp. Các nội dung sau ñây sẽ ñược ñề cập trong chương này:  Lịch sử hình thành lý thuyết nền tảng về mô hình  Các khái niệm cơ bản về mô hình  Mục ñích của mô hình hóa và học mô hình hóa  Tính ưu việt của mô hình hóa  Bất cập của mô hình hóa  Các loại mô hình  Xây dựng mô hình  Một số mô hình cụ thể. Mục tiêu Sau khi học xong chương này, sinh viên cần nắm ñược:  Lịch sử hình thành và các khái niệm cơ bản về mô hình  Mục ñích của mô hình hoá  Tính ưu việt và bất cập của mô hình hoá  Phương pháp xây dựng mô hình  Các loại mô hình cụ thể 122 I. Lch s hỡnh thnh lý thuyt nn tng v mụ hỡnh Mụ hỡnh ủc phỏt trin t lõu theo nhu cu nghiờn cu v tỡm kim cỏc gii phỏp k thut ti u cho sn xut. Mụ hỡnh ủc phỏt trin t ủn gin cho ủn phc tp, t mụ hỡnh ủn cho ủn nhng mụ hỡnh tớch hp nh ngy nay. Theo Jứgensen v Bendoricchio (2001) thỡ mụ hỡnh ủu tiờn l mụ hỡnh cõn bng ụxy trong nc (mụ hỡnh Streeter - Phelps) v mụ hỡnh chui thc n (mụ hỡnh Lotka - Volterra) ủc phỏt trin vo nhng nm 1920 (Hỡnh 5-1). Vo nhng nm 1950,1960 phỏt trin mnh cỏc mụ hỡnh v ủng thỏi dõn s, cỏc mụ hỡnh v nc phc tp hn, nhng mụ hỡnh ny ủc gi l mụ hỡnh th h th hai. Cỏc mụ hỡnh sinh thỏi v mụi trng ủc phỏt trin v s dng rng rói trong nhng nm 1970. Hỡnh 5-1. Lch s v tin trỡnh phỏt trin ca cỏc loi mụ hỡnh sinh thỏi v mụi trng (Jứgensen and Bendoricchio, 2001) Trong s ủú mụ hỡnh phỳ dng ngun nc ủc phỏt trin phc tp hn, ủõy l cỏc mụ hỡnh thuc th h th ba. n gia nhng nm 1970 cỏc nh sinh thỏi hc ủó ủa nhiu nghiờn cu ủnh lng vo gii quyt cỏc vn ủ sinh thỏi mụi trng, bi vỡ vn ủ qun lý mụi trng cn ủc ủỏnh giỏ li. Nhng kt qu nghiờn cu ủnh lng t ủú ủn nay vụ cựng quan trng cho cht lng ca cỏc mụ hỡnh sinh thỏi. Quan trng hn l s phỏt trin cao hn trong cụng ngh mỏy tớnh ngy cng phỏt trin. Nhng mụ hỡnh phỏt trin trong giai ủon t gia 1970 ủn gia 1980 cú th ủc coi l th h th t vi ủc trng ca sinh thỏi ủi sõu vo hin thc v ủn gin húa. Rt nhiu mụ hỡnh ủó ủc ủỏnh giỏ v ch p nhn rng rói cho nghiờn cu cng nh phỏt trin sn xut. Mô hình Streeter-Phelps Mô hình Lotka-Volterrs Mô hình động thái dân số Những mô hình trong môi tr-ờng n-ớc Mô hình về phú d-ỡng Mô hình phức tạp về n-ớc Các thủ tục mô hình hóa đ-ợc xác định, Hoàn thiện các ph-ơng trình cân bằng và phát triển nhiều mô hình sinh thái hơn Mô hình về chất độc hại trong sinh thái Nhiều nghiên cứu cụ thể hơn, kết hợp đánh giá , dự báo Các mô hình động thái cấu trúc, những hạn chế trong sinh thái, các công cụ toán học mới, kể cả các ph-ơng tiên phổ 123 II. Các khái niệm cơ bản về mô hình 2. 1. Hệ thống Hệ thống là một tập hợp các phần tử có mối quan hệ với nhau. Trong mối quan hệ ấy xuất hiện nhiều thuộc tính về không gian, thời gian và phương thức hoạt ñộng. Trong một hệ thống luôn có sự thống nhất, sự mâu thuẫn và sự vận ñộng phát triển mà chúng ta có thể mô tả, ñoán ñọc ñược. Hệ thống ñược ñặc trưng bởi các thành phần, ñơn vị riêng rẽ mà chúng liên hệ với nhau thành một thực thể, tổng thể, ñể phục vụ cho một mục ñích nhất ñịnh. 2. 2. ðộng thái Bởi vì hệ thống luôn luôn biến ñổi theo phương thức riêng của chúng. Vì thế hệ thống là thay ñổi theo thời gian hay còn gọi là “phương thức ñộng”. Chúng ta có thể quan trắc chúng bằng cách ño ñếm hoặc thám thính các ñặc tính của một hệ thống nhất ñịnh, ví dụ chúng ta có thể quan trắc bằng cách nhìn trực tiếp vào hệ thống (một chiếc ô tô di chuyển, một người ñang hoạt ñộng) hoặc bằng các loại dụng cụ ño ñếm hiện ñại. Vậy hệ thống ñộng là những hệ thống có xu hướng thay ñổi theo thời gian trong ñó thời gian là yếu tố chủ chốt trong hệ thống. Trong trường hợp hệ thống ñạt trạng thái cân bằng, tại ñó hệ thống dường như không thay ñổi, ñó là trường hợp ñặc biệt và có thể ñặt trạng thái hạn chế ñộng thái. 2. 3. Mô hình Trong khi nghiên cứu về hệ thống chúng ta sẽ nghiên cứu về ñộng thái của chúng theo nghĩa của các phương trình toán học. Những hệ thống ñặc trưng ñó ñược gọi là một mô hình toán. Tuy nhiên ñôi khi chúng cũng ñược gọi là mô hình tự nhiên của hệ thống thực. Khi nói về một mô hình, ta nghĩ ñến một mô tả về toán học thông thường của một hệ thống ñể phục vụ cho việc tính toán và phỏng ñoán. Một mô hình có thể ñược hình thành với rất nhiều hình thái, kích cỡ và kiểu khác nhau. ðiều quan trọng là mô hình không phải là hệ thống thực nhưng nó là sự kiến tạo của con người ñể giúp chúng ta hiểu ñược hệ thống thực tốt hơn. Tất cả các mô hình nói chung ñều có những thông tin về ñầu vào, thông tin xử lý và các kết quả ñầu ra. 2. 4. Mô hình hóa Mô hình hóa hiện nay ñược tất cả các ngành khoa học áp dụng rộng rãi và mỗi ngành có một cách hiểu và ñịnh nghĩ khác nhau theo tính ứng dụng thực tiễn của nó. Một số khái niệm ñược liệt kê như sau: - Mô hình hóa là quá trình tạo ra một sự miêu tả về thực tế như một biểu ñồ, bức tranh, hoặc biểu diễn toán học; - Mô hình hóa là việc sử dụng phân tích thống kê, phân tích máy tính hoặc những sắp ñặt mô hình ñể dự báo những kết quả của nghiên cứu; - Mô hình hóa còn ñược gọi là học quan trắc hoặc bắt chước, là một cách xử lý dựa trên thủ tục liên quan ñến việc sử dụng các mô hình sống ñộng, ñể biểu diễn một thói quen, suy ngh ĩ hoặc thái ñộ mà người sử dụng có thể muốn thay ñổi; 124 - Mô hình hóa là phương pháp dự ñoán các vấn ñề kỹ thuật: sử dụng cách minh họa máy tính và các kỹ thuật khác ñể tạo ra một lối giải thích ñơn giản hóa về một cái gì ñó, ñể dự ñoán và phân tích các vấn ñề kỹ thuật tiềm năng; - Mô hình hóa không gian: là trình phân tích ñược áp dụng cho hệ thống thông tin ñịa lý (GIS). Có ba ñặc trưng của các hàm chức năng, mô hình hóa không gian có thể ñược áp dụng cho các ñối tượng không gian, ñó là 1) Các mô hình về hình học như tính toán khoảng cách giữa các ñối tượng không gian, tạo các vùng ñệm, tính toán diện tích và chu vi, 2) Các mô hình về trùng khớp như chồng ghép các lớp thông tin theo không gian, 3) Các mô hình tiệm cận (tìm ñường, phân vùng và chia nhỏ vùng). Tất cả ba ñặc trưng cho ta các thao tác về số liệu không gian như các ñiểm, ñường, vùng và lưới ô vuông. Tóm lại: Mô hình hoá và phân tích mô phỏng là quá trình thí nghiệm và thiết lập một mô hình toán học của một hệ thống thực, có thể bao gồm các hợp phần có quan hệ tương tác, chúng có ñầu vào và ñầu ra cho một mục ñích nào ñó. III. Mục ñích của mô hình hóa và học mô hình hóa 3. 1. Mục ñích của mô hình hóa Mục ñích của mô hình hóa là ñể phân tích và mô phỏng các loại hệ thống khác nhau (Pedgen et al., 1995) với mục ñích là: - Hiểu rõ ñược bản chất hoạt ñộng của hệ thống: Một số hệ thống là quá phức tạp và rất khó có thể hiểu ñược các hoạt ñộng và những tương tác trong bản thân chúng nếu như không có một mô hình ñộng. Mặt khác, ñôi khi chúng ta không thể dừng một hệ thống nào ñó ñể mà nghiên cứu hoặc không thể kiểm tra từng bộ phận riêng lẻ trong cả một khối. - Phát triển các phương thức hoạt ñộng hoặc nguồn ñể cải thiện ñặc tính của ñối tượng và hệ thống (sự hoạt ñộng, bản chất hoặc hiệu suất) của hệ thống. Chúng ta cũng có thể có một hệ thống ñang tồn tại và hoạt ñộng, chúng ta hiểu về chúng nhưng muốn cải thiện hệ thống ñó phát triển tốt hơn. Chỉ có 2 cách cơ bản là thay ñổi cơ chế hoạt ñộng hoặc là thay ñổi nguồn của hệ thống. Thay ñổi cơ chế hoạt ñộng có thể bao gồm những ưu tiên về nguyên tắc khác nhau trong thứ tự công việc. - Thử nghiệm các khái niệm mới hoặc những hệ thống trước khi áp dụng. Nếu một hệ thống chưa tồn tại hoặc chúng ta có ý ñịnh mua một hệ thống mới thì một mô hình có thể giúp chúng ta có một khái niệm hệ thống mới sẽ làm việc tốt như thế nào. Giá cả chạy hệ thống mới có thể sẽ thấp hơn rất nhiều so với ñầu tư vào việc lắp ñặt bất cứ một quá trình sản xuất nào. Hiệu quả của việc ñầu tư ở các mức ñộ khác nhau sẽ ñược ñánh giá. Hơn nữa việc sử dụng mô hình trước khi áp dụng có thể giúp ta sửa chữa ñược cấu trúc của những thiết bị ñược lựa chọn. Mô hình hóa có thể giúp ñể nhận biết ñược những vấn ñề nảy sinh trong quá trình sản xuất hoặc hệ thống thực. - Khai thác ñược những thông tin mà không cần phải làm gián ñoạn ñến hệ thống thực: Mô hình hoá là lựa chọn duy nhất cho những thí nghiệm trong những hệ thống không thể bị làm gián ñoạn. Một số hệ thống rất nhạy cảm mà không thể có một can thiệp nào vào các ho ạt ñộng cũng như quy trình hoạt ñộng của chúng (ví dụ mô hình vũ trụ, mặt trăng, chống hải tặc v. v…). 125 Theo Leffelaar and Van Straten (2006) thì mô hình hóa ñể phục vụ các mục ñích sau: - ðáp ứng sự ham hiểu biết, tính hiếu kỳ và muốn khám phá của con người và ñể hiểu biết cặn kẽ về hệ thống thực xung quanh. - Giúp ta ñược thỏa mãn các giả thuyết và dòng suy nghĩ một cách có tổ chức. - Mô hình hóa là công cụ cực kỳ hữu ích trong truyền ñạt và trao ñổi thông tin. - Dùng ñể thiết kế các loại hệ thống, ñặc biệt dùng phục vụ cho các nhà lập chính sách, ñưa ra các kết quả dự ñoán tương lai với các kịch bản khác nhau. - ðể vận hành hệ thống, mô hình ñóng góp tích cực trong việc quản lý và ñiều khiển các hệ thống trong cuộc sống (ví dụ mô hình quan trắc và ñiều khiển hệ nhà kính, mô hình theo dõi nồng ñộ cácbon, ñộ ẩm ñất, hàm lượng dinh dưỡng và các chất ñộc có thể gây hại cho rễ cây, hàm lượng nitrat trong ñất, cây. Hoặc mô hình ñiều chỉnh nồng ñộ ánh sáng, nhiệt ñộ ñể ñạt ñược tốc ñộ tổng hợp cácbon tối ña). - Mô hình là một công cụ tích cực và hiện ñại cho việc học tập giảng dạy. Sinh viên có thể hiểu một hệ thống hoàn chỉnh mà không cần phải ra ngoài thực ñịa (ví dụ mô hình xói mòn ñất, mô hình phát triển cây trồng, mô hình ô nhiễm…) 3. 2. Ý nghĩa của nghiên cứu mô hình hóa Nghiên cứu mô hình hóa với mục ñích là những khái niệm hệ thống thực, hệ thống, mô hình và mô hình hóa. Từ ñó có thể học ñược cách tiếp cận một cách hệ thống, các bước trong thủ tục mô hình hóa. Hiểu rõ ñược sự khác nhau giữa mô hình tĩnh và ñộng, tính nguyên tắc bảo toàn cơ bản nằm trong mô hình ñộng. Nắm bắt và hiểu rõ ñược các thuật ngữ cơ bản trong mô hình hóa (trạng thái, ñầu vào, ñầu ra, tốc ñộ thay ñổi và các thông số). Từ ñó có khả năng phân biệt, phân loại những biến này trong một mô hình thực và viết các phương trình biến ñổi về trạng thái cũng như tốc ñộ phát triển trong mô hình. Qua tiếp cận ñược một số mô hình phổ biến, có thể hiểu và phân biệt ñược các loại mô hình cho các hệ thống khác nhau và ñánh giá mức ñộ ứng dụng của chúng. Hiểu cơ chế hoạt ñộng và phương pháp tính toán của chúng. Nếu có thể, xây dựng mô hình tương tự hoặc ở dạng ñơn giản hóa. IV. Tính ưu việt của mô hình hóa 4. 1. Có thể thí nghiệm trong một khoảng thời gian rất ngắn Có thể tiến hành thí nghiệm hoặc mô phỏng trong 1 khoảng thời gian rất ngắn mà lẽ ra là rất dài trong thí nghiệm ngoài ñồng. Bởi vì mô hình ñược mô phỏng trên máy tính, các thí nghiệm trong mô hình ñược tiến hành trong một khoảng thời gian ngắn. ðó là một ưu ñiểm lớn bởi vì một số quá trình thực có thể diễn ra và hoàn chỉnh trong nhiều tháng hoặc năm. Những hệ thống dài ngày này ngoài thực tế có thể gặp nhiều khó khăn trong việc phân tích, xử lý và ñôi khi gặp nhiều khó khăn trong quá trình triển khai. Với một mô hình máy tính, các quá trình hoạt ñộng và tương tác của hệ thống dài hạn có thể ñược mô phỏng trong vòng một giây. ðiều này cũng có nghĩa là có thể tiến hành cả nhiều lần lặp lại của thí nghiệm một cách dễ dàng ñể tăng ñộ tin cậy về mặt thống kê. Như vậy những hệ th ống ñược coi là rất khó có ñiều kiện nghiên cứu trước kia bây giờ có thể ñược nghiên cứu dễ dàng. 126 4. 2. Giảm yêu cầu phân tích Trước khi có mô hình máy tính, những người thực nghiệm cũng ñã phải sử dụng các phương pháp khác, chúng yêu cầu nhiều phép giải tích hơn. Mặc dù sau ñó chỉ một hệ thống ñơn giản ñược áp dụng cho ña số các nhà thực hành nhưng những hệ thống phức tạp hơn vẫn ñược các nhà toán học và phân tích hệ thống sử dụng chặt chẽ. Hơn nữa các hệ thống có thể ñược phân tích chỉ với một xu hướng tĩnh tại một thời ñiểm nào ñó. Ngược lại, kỳ vọng của các phương pháp mô hình hóa cho phép các nhà thực hành nghiên cứu các hệ thống một cách tự ñộng và mô hình chạy với khoảng thời gian thực. Hơn nữa việc phát triển các phần mềm mô hình hóa giúp cho người thực hành tránh gặp những tính toán cơ bản phức tạp và những yêu cầu về lập trình cần phải làm. Việc giảm ñược những yêu cầu giải tích sẽ ñược nhiều người từ những chuyên môn khác nhau có thể sử dụng. Và như vậy nó sẽ giúp ích cho việc phân tích nhiều loại hệ thống khác nhau so với các mô hình giải tích trước ñó. 4. 3. Mô hình dễ trình bày và biểu diễn Hầu hết các phần mềm mô hình hóa ñều có ưu ñiểm là có khả năng biểu diễn ñộng thái của các hoạt ñộng trong mô hình. Những hình ảnh có tác dụng gỡ rối cho mô hình và cũng là biểu diễn cho người sử dụng hiểu mô hình hoạt ñộng như thế nào. Việc dùng hình ảnh trong trình bày cũng có thể giúp thiết lập lên mô hình mới. Hình ảnh càng có tác dụng trong việc mô tả các hoạt ñộng và mối tương quan của các quá trình liên tục trong hệ thống và sự thích ứng của nó trong các hệ thống khác nhau. Dùng mô hình người sử dụng có thể trình bày dễ hiểu hơn do giảm ñược những mô tả dài dòng và các thuật toán khó hiểu. V. Bất cập của mô hình hóa Cho dù mô hình hóa có nhiều ưu ñiểm nhưng chúng cũng có một số nhược ñiểm mà người thực hành cần phải cẩn thận. Những nhược ñiểm này không thực sự ảnh hưởng trực tiếp ñến việc phân tích và mô hình hóa hệ thống nhưng liên quan ñến những dự án làm mô hình hóa, ñó là: 5. 1. Mô hình hóa không thể ñem lại kết quả chính xác khi số liệu ñầu vào là thiếu chính xác Không quan tâm ñến bất kể mô hình ñược xây dựng tốt như thế nào nhưng nếu chúng ta không cung cấp cho mô hình một số liệu ñầu vào tốt thì không hy vọng ñạt ñược kết quả chạy mô hình tốt ñược. Thực tế việc thu thập số liệu là một công việc khó khăn nhất trong mô hình hóa, cần ñầu tư nhiều thời gian cho việc xây dựng kế hoạch, phương pháp thu thập và xử lý số liệu ñầu vào. Thực tế ña số các nhà thực hành lại thích xây dựng một mô hình hơn là ñi thu thập số liệu thực tế. Có nhiều người chỉ dựa vào số liệu ñã có ñể xây dựng lên số liệu ñầu vào vì tiết kiệm thời gian. Chính vì thế có nhiều trường hợp ñã thất bại trong chạy mô hình vì nó không phản ánh bản chất tự nhiên của hệ thống cần nghiên cứu. Cũng như các chuyên gia mô hình hóa nói “rác vào thì rác ra”. [...]... Nhu c u Bón phân Thu ho ch (g N/ha) Nhi t ñ Mùa (t gian) Mùa (t gian) Giá ho t ñ ng ($/ha) Lư n g thu c sâu (g) L i nhu n ($) Di n tích (ha) Giá s n ph m ($/ha) Giá phân bón ($/ha) Giá thu c sâu ($/ha) Hình 5-2 Ví d v c u trúc bi u ñ Forrester cho m t mô hình h th ng nông nghi p trong ñó có nhi u bi n tr ng thái c a m t h th ng nông nghi p (Haefner, 2005) Bi u ñ Forrester (Forrester, 196 1) ñư c Forrester... thuy t L p công th c toán c a các quá trình S li u thu th p thêm Chuy n thông tin vào máy tính và ki m ñ nh Ki m tra các mô hình con 1 Phân tích ñ chính xác, nh y c m 2 Phân tích ñ chính xác, nh y c m ðo ñ m v i 1 t n s r t cao Hi u ch nh và ñánh giá ð ng não, suy lu n Quan tr c Mô hình hóa Qu n lý ng d ng mô hình vào qu n lý ðánh giá d ñoán Hình 5-4 Bi u ñ t ng quát trình t Bendoricchio (2001) xây d ng... c quan h u ích khác Ví d nh ng thi t b ñ h a 1, 2, 3 chi u, các b n ñ ch ng l p, phim ho t hình, các thao tác trình di n và phân tích nh D a vào M c ñích s d ng, ch c năng và cơ ch ho t ñ ng c a t ng mô hình, Jøgensnen và Bendoricchio, (2001) ñã phân lo i mô hình như sau (B ng 5-1): B ng 5-1 Phân lo i mô hình (theo c p) Lo i mô hình ð c tính Mô hình nghiên c u S d ng như m t d ng c cho nghiên c u Mô... thông tin và các phương trình khác trong mô hình.Vì là h ng s nên giá tr c a chúng không thay ñ i b i s chuy n t i thông tin Phương trình t c ñ : Là t c ñ toàn ph n hay tuy t ñ i ñư c mô t b ng nh ng phương trình t c ñ toán h c c a ñ u vào bi n ñ i thành m t bi n tr ng thái ho c ñ u ra bi n ñ i t m t bi n tr ng thái T c ñ ñư c bi u di n b ng hình van (Hình 5-3f) Các phương trình thư ng mô t s chuy... th ng kê 127 Mô hình toán và th ng kê liên quan ñ n vi c gi i quy t các phương trình thích h p c a m t h th ng ho c mô t ñ c ñi m, cơ ch ho t ñ ng c a m t h th ng d a trên các thông s th ng kê c a chúng như trung bình, phương th c phân b , ñ bi n ñ ng ho c các h s tương quan Các mô hình toán bao g m có các mô hình gi i tích và mô hình s Các mô hình th ng kê ñư c s d ng trong vi c giúp ta nh n bi t... ng rõ ràng và không ñư c ñ i di n cho nh ng phương trình ñ ng thái (Chính vì v y mà chúng ñư c g i là ph n không rõ ràng - nebulous, vague) Ngu n và ñi m ch a 130 không b liên quan ñ n m t quá trình chuy n t i thông tin Do ñó nó không làm thay ñ i t c ñ và cũng không làm thay ñ i ñi u ki n Thông s (tham s , tham bi n): Nh ng h ng s trong các phương trình ñư c ghi l i trong các bi u ñ b ng nh ng ñư ng... lý S d ng như m t d ng c qu n lý Mô hình xác ñ nh Nh ng giá tr d ñoán ñư c tính toán chính xác Mô hình th ng kê Nh ng giá tr d ñoán ph thu c vào xác su t phân b Mô hình h p ph n Nh ng bi n mô t lên h th ng ñư c ñ nh lư ng b i các phương trình vi phân ph thu c th i gian Mô hình ma tr n S d ng ma tr n trong h th ng tính toán (vd mô hình dân s ) Mô hình ñơn gi n hoá S d ng chi ti t thích h p nh t Mô hình... hình ñ ng Các bi n mô t h th ng là hàm c a th i gian Mô hình phân b Các thông s ñư c coi như là hàm c a th i gian và không gian Mô hình t p trung Các thông s n m trong m t ph m vi th i gian và không gian nh t ñ nh ñư c cho là h ng s Mô hình tuy n tính Các phương trình b c nh t ñư c s d ng liên ti p Mô hình phi tuy n M t ho c nhi u phương trình không ph i là tuy n tính Mô hình nhân qu ð u vào, bi n... mô hình vào qu n lý ðánh giá d ñoán Hình 5-4 Bi u ñ t ng quát trình t Bendoricchio (2001) xây d ng mô hình theo Jøgensnen và 131 Bi n và phương trình ph tr : Các bi n ph tr (ñư ng tròn l n, hình 3g) mà nh ng bi n ñư c tính toán t m t phương trình ph tr Phương trình ph tr có th là m t hàm c a các bi n ph tr , bi n tr ng thái, bi n chính, và các thông s khác Bi n ph tr thay ñ i theo th i gian b i vì chúng... th c ho t ñ ng và các ph n ng c a h th ng, các quá trình ñ ng và k t qu c a chúng và ñ c bi t là mô t ñư c toàn b các m i quan h nhân qu Cây CO2 Hươu CO2 C Hình 5-5 M t h sinh thái ñơn gi n bi u di n chu trình cacbon gi a các h p ph n sinh thái M t ví d ñơn gi n c a vi c mô t h th ng th c và các v n ñ trong h th ng là m t h sinh thái ñơn gi n v chu trình tu n hoàn cacbon (hình 5-5) H sinh thái này . Vậy hệ thống ñộng là những hệ thống có xu hướng thay ñổi theo thời gian trong ñó thời gian là yếu tố chủ chốt trong hệ thống. Trong trường hợp hệ thống ñạt trạng thái cân bằng, tại ñó hệ thống. của mô hình hóa là ñể phân tích và mô phỏng các loại hệ thống khác nhau (Pedgen et al., 199 5) với mục ñích là: - Hiểu rõ ñược bản chất hoạt ñộng của hệ thống: Một số hệ thống là quá phức tạp. tính bền vững của hệ thống nông nghiệp như thế nào? Ví dụ? 7. Anh (chị) hiểu như thế nào về hệ thống dinh dưỡng cây trồng tổng hợp? 8. Môi trường ñất sẽ như thế nào khi bón phân không cân ñối?