第一章系统工程概论马克思主义哲学认识客观和主观世界的科学哲学性智A智美&AA地人认系数唯自桥然筑事理学物天识统辩哲哲哲哲史证学学学学学论论学观观法梁艺X基活艺础军建行地思人系数社自理理论论筑技为事理体维统学会然科科科科科科科科科学+应学学学学AN艺用创技作米前实践经验知识库和哲学思维科不成文的实践感受学图1-5现代科学技术体系结构主义哲学为指导。同时，现代科学技术的发展，又为马克思主义哲学进一步概括和发展提供了丰富的材料，推动着马克思主义哲学的发展。基于马克思主义哲学和科学技术的这种关系，钱学森还提出了上述11个大科学技术部门通向马克思主义哲学的11座“桥梁”，它们属于哲学范畴，即：自然科学过渡到马克思主义哲学的桥梁是自然辩证法，社会科学的过渡桥梁是历史唯物主义，数学科学的桥梁是数学哲学，系统科学的桥梁是系统论（或称系统观），思维科学的桥梁是认识论，人体科学的桥梁是人天观，行为科学的桥梁科学是人学，地理科学的桥梁是地理哲学，军事科学的桥梁是军事哲学，建筑科学的桥梁是建筑哲学，文艺理论的桥梁是美学。这11座.21
农业系统工程“桥梁”分别概括了11个大科学技术部门中各自带有普遍性、规律性的知识，即各科学技术部门的哲学。综合以上所述，从感性知识和经验知识，到科学知识（现代科学技术体系），再到哲学，这样3个层次的知识，就构成了人类的整个知识体系。把上述科学技术体系结构用于系统科学，在钱学森提出的系统科学体系结构的基础上，经过分析归纳总结，可得如下系统科学体系结构，见图1-6。社会科学历史唯物主义数学哲学数学科学1自然辩证法自然科学马控制论自动化技术克S思系统论主运筹学各门系统工程统义（系统观）哲信息论通信技术学哲学基础科学技术科学工程技术图1-6系统科学体系结构在系统科学体系结构中，系统学是研究系统构成要素及要素与系统间复杂关系的形成法则，系统的普遍属性，系统的演化、运动、发展、有序、无序状态的形成，系统与环境的相互关系，系统的结构与功能的相互关系，系统的转化、协同、控制和优化的一般规律的科学。随着科学的发展，它的内容也不断丰富。由于其尚处于起步阶段，还不够成熟，因而学者们对系统科学的学科体系的认识仍有较大差异。系统工程是从实践中产生的，用系统思想与定量和定性相结合的系统方法处理大型复杂系统的问题，是一门交叉学科。系统工程是把自然科学和社会科学的某些思想、理论、方法、策略和手段等根据总体协调的需要，有机地联系起来，把人们的生产、科研、经济和社会活动有效地组织起来，应用定量和定性分析相结合的方法和计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换和反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目的，以便最充分地发挥人力、物力和信息的潜力，通过各种组织管理技术，使局部和整体之间的关系协调配合，以实现系统的最优化。·22
第一章系统工程概论系统工程是一门工程技术，但它与机械工程、电子工程、水利工程等其他工程学科的某些性质不尽相同。上述各门工程学都有其特定的工程物质对象，而系统工程则不然，任何一种物质系统都能成为它的研究对象，而且不只限于物质系统，还可以包括自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等等。由于系统工程处理的对象主要是信息，所以系统工程是一门“软科学”。系统工程在自然科学与社会科学之间架设了一座沟通的桥梁。现代数学方法和计算机技术，通过系统工程，为社会科学研究提供了极为有用的定量方法一模型方法、模拟试验方法和优化方法。系统工程为从事自然科学的工程技术人员和从事社会科学的研究人员的相互合作开辟了广阔的道路。第四节农业系统一、农业系统及其内在联系由绿色植物、动物、微生物和人（包括生产工具）组成，通过劳动，转化和积蓄太阳能，生产出人们所需要的食物、生物能源和工业原料的物质生产部门叫农业系统。在农业系统中，既包括自然界的生态关系，也包括人类社会的经济关系。在生态关系中，既包括发展种植业和畜牧业需要研究的农田、森林、草地、荒漠等陆地生态系统的关系，也包括发展水产养殖业需要研究的湖泊、河流和海洋等水域生态系统的关系。在每个生态系统中，既包括动物、植物和微生物等生物因子之间以及生物因子和非生物因子之间的关系，也包括人类对这些生物因子和非生物因子进行认识、利用和改造的关系。在经济关系中既包括农、林、牧、副、渔各行业内部及各行业之间的关系，也包括农业和整个国民经济的关系等。总之，它是一个自然生态、社会经济和科学技术有机联系的复杂系统，有其一定的内在联系和规律。具体表现在以下几个方面：首先，表现在动植物和人类之间建立起来的“食物链”上。在农业结构内，植物给动物提供有机食物和氧气，动物给植物提供有机食物和二氧化碳，二者之间进行着物质交换和能量转化，共同调解着自然界的生态平衡。人类参与了这种物质交换和能量转化过程，在这种平衡中生活，并依赖这种平衡来维持自已的生存。毛泽东同志说：“肥料是植物的粮食，植物是动物的粮食”。植物通过根系从土壤中吸收水分和无机营养，又通过叶片进行光合作用，制造有机物质和贮存能量。食草性动物（如马、牛、羊等）主要靠直接取食植物的光合产物而得到营养和能量，食肉性动物又靠食草性动物得到营养和能量。人类则既取食于初始的碳水化合物（如淀粉、植物性蛋白、植物性脂肪等）；又取食于动物性的蛋白质和脂肪（如肉、鱼、蛋、奶等）。人类和动物的排泄物又可作为植物的肥料。威廉斯认为，栽培的绿色植物所创造的产物，只有四分之一适于作为人类食物的形态，而其余四分之三的产物，则以废料的形式出现，如秸秆、糠麸和根残余物等。被人利用的四分之一的产物，在转化为人体组成部分的时候，又只有一半吸收，另一半破坏。因此，植物的有效利用系数，只有百分之十二点五。·23:
农业系统工程植物栽培中的天部分废料如何被利用？因为动物是将秸秆、糠麸等转化为其他形态有机物质的活的机器。所以，人就可以将这些废料制成动物的饲料，通过动物的作用，最大限度地利用贮藏于废料中有机物质的能量。动物在食物中所消耗的能量，只有四分之一转变为适于人类消耗的产物，其余的能量，都被动物转变为它们的排泄物，变成粪和碳气。动物的废料又可作为栽培植物的肥料。于是，动物和植物之间，在物质和能量的转化上，形成了一种循环。而且在人类的利用和参与下，随着人类投放到农业中去的物质和能量的不断发展，随着农业的现代化，这种转化和循环过程将大大缩短，转化的成果将会更多和更好。一切动植物的废料，都是有机物质，必须经过分解才能被栽培植物吸收。人类采取的耕作措施，可以分解有机物质。因此，植物栽培、动物饲养和农业耕作三者之间，在物质和能量利用的基础上，相互依存，不可分离。其次，动植物进行物质交换和能量转化，不仅表现在它们之间的“食物链”上，而且还表现在它们对自然界的作用和影响上。动植物在其生活的过程中，一方面利用外界环境的物质和能量，受到外界环境的制约和影响；另一方面，他们又反作用于外界环境，调节大气中氧气和二氧化碳的循环，影响自然界中能量的转化，改善大气候和小气候的条件，参与自然界平衡与不平衡的矛盾与斗争。它们对自然环境的这些作用和影响，都是以物质交换和能量转化的形式出现的。人类认识了这种规律，就可以利用它们来改善生态环境，调节自然平衡，因地制宜地发展农林牧副渔各行业的生产。如在风沙、干旱、盐碱等自然灾害严重的地区，建立防护林体系，推行保护性耕作技术，就可防风、固沙，使荒漠中得不到利用的能量，转化为有效的生物能量，使有害的能量被削弱和制止，使无益的水分消耗成为有效的生物合成与蒸腾，使小气候和地方气候得到调节，使土壤水分的循环得到改善和获得有机质的补充，从而为农牧业的发展创造良好的生态条件。而农牧业的发展，又使自然界的能量得到充分合理的利用，使自然界的物质循环得到平衡和稳定，使林业的效益更加得到发挥，从而使荒漠变成绿洲。第三，农业结构内部进行的物质交换和能量转化，还表现在农业和社会经济的相互作用上。农业是国民经济的基础。它为国民经济提供粮食、原料和资金等。粮食和原料就是物质，资金是物质和能量的货币形式。国民经济的其他部门，为了不断地从农业中得到这些物质和能量，又必须以另外一定的物质能量的形式去装备农业，去同农业进行物质和能量的交换。如给农业投放农机、水电、化肥、农药和除草剂等。农业内部各部门，除了同国民经济的其他部门进行交换外，他们生产的产品，还经过商业渠道，通过货币形式，彼此之间也进行着交换。这种交换，也仍然是物质和能量的交换。由以上可见，通过物质和能量的流动和转化，使农业的各个组成部分互相串通、联结和交往，构成为一个密切联系的整体。这个整体也好像人体一样，是有机的和不可分割的。人体是由各个系统组成的，当物质和能量的转化受到不良影响时，各个系统之间的联系就会失去平衡，人体就会生病；农业这个整体也是如此，当人们在改造自然界的活动中，不按自然规律和社会经济规律办事时，就会影响物质和能量的正常转化，农业生态系统和农业经济系统就会失去平衡。因此，为了建立合理的农业结构，必须抓住物质和能量转化的这个本质，严格地按自然规律和经济规律办事。:24·
第一章系统工程概论二、运用系统概念和系统方法研究农业农业包括农业生物、农业环境和人类的干预作用等等，是一个客观存在的复杂系统，它由许多相互关联、相互作用和相互依存的部分和因素组成，构成一个系统。它与国民经济的各个部门，与整个大自然又有着相互联系、相互制约的关系，又构成更大的系统。对于这样的复杂事物的研究，必须运用系统的概念和系统的方法，才能全面了解事物发展的客观规律性，达到认识农业、改造农业的目的。相当长的时间以来，有些人往往用分割、孤立的知识来了解这样一个复杂系统的发展变化在研究农业问题时，“只见树木，不见森林”，在进行农业科学试验时，往往只重视单因子的研究，而不重视多因子的综合试验；更不能从整体出发，从部分与整体的联系中，揭示系统的运动规律。这样，就阻碍了农业科学研究的发展，也影响了对农业的改造。近20多年来，蓬勃发展的系统科学，推动了人们用系统的概念和系统的方法研究农业，产生了许多新的学科，使农业科学技术别开生面，理论思维的水平大大提高，推动了农业现代化的发展。用系统概念和系统方法研究生态，出现了系统生态学。用系统概念和系统方法研究土壤，把土壤与生态系统联系起来，研究土壤与环境条件的相互关系，研究该系统本身的结构、功能，平衡和演变的规律，就建立了土壤生态系统这门学科。我国著名的土壤学家熊毅说：“回顾过去，展望将来，土壤生态系统的研究将为土壤科学的发展开拓更为广阔的前景。我们在研究具有生产意义的问题中，深刻地体会到要综合看问题，且首先应当解决主要矛盾，才能使土壤科学在农业生产中发挥更大的作用。”20世纪70年代初，日本学者小田桂三郎等人运用自然科学基础理论和最新技术手段研究农田生态，试图建立农田生态学新方向，出版了《农田生态学》一书，对农业科学技术的发展做出了宝贵贡献。他们取得成就的重要原因之一，就在于他们从生态系统的观点，以物质循环和能量转化为中心，运用“系统的解析”的数理模拟方法，对农田生态系统进行了综合的、动态的研究。农业耕作制度的建立和发展，也日益依赖于系统概念和系统方法的指导。因为农业生产本身是一个农业生态系统，研究、建立现代化的耕作制度，必须研究不同条件下整个农业生态系统的结构和机能，明确保持各种农业生态系统中物质合理循环和能量高效率转化的途径和方法。我国农业耕作改制中的许多成功的经验，集中到一点就是注意了系统生态的合理平衡。有些在改制中出现的问题。例如，不论高山、丘陵、洼地，一律种粮食的做法，就是导致生态平衡遭受严重破坏、农业生产发生衰退或停滞不前的一个原因。近年来运用系统概念和系统方法研究农业基础科学的趋势也日益加强。例如，光合作用研究的发展趋势，不仅机理的研究向分子水平、电子水平发展，而且生理生态的研究从研究个植株发展到研究群体、研究整个生态区的生态系统。人们已经采用电子计算机和各种遥测仪器，测定森林、草地、农田对光能的利用和气体交换情况，进行系统分析，建立模型，实现数学模拟，帮助人们对该系统进行预测、研制和选择最优设计。25: