从系统整体考虑，收集关键信息，通过建立模型，对系统的结构、功能和行为特征进行剖析的方法。系统分析的突出特点是自始至终强调研究对象的系统性，注重对象的各种内外联系，其目的在于解释系统现象、辨识系统内在特性、预测系统发展状况和对系统进行优化调控。系统分析是对大量信息进行综合处理、获得系统优化调控方案的一个必要步骤，是解决复杂问题的一种基本途径。杰弗斯（J.Jeffers）曾将系统分析的全过程归纳为一个与决策有关的多步循环框图（见图）。

系统分析过程框图

系统分析方法的运用可追溯到牛顿1687年对太阳系中行星运行轨道的分析。18世纪末至19世纪，拉格朗日和哈密顿在数学上发展了系统分析方法。20世纪40年代，贝塔朗菲（K.V.Bertalaffy）把系统分析方法上升到理论并率先应用于生命系统。第二次世界大战以来，随着科学技术、经济文化的发展，人们愈来愈多地接触到工业系统、管理系统、军事系统等大系统，对系统进行解释、预测和实现调控，传统的方法已不再适用，于是，系统分析得到迅速发展。20世纪50年代美国兰德公司创立的兰德型系统分析对研究军用卫星和洲际导弹的战略决策起了重大作用。1969年，系统分析又为阿波罗登月计划作出贡献。在此期间，计算机的普及和运筹学的发展，对系统分析起了很大的推动作用。系统分析的理论与方法应用于生态学研究，形成了系统生态学。1838年比利时数学生物学家弗胡斯特（P.F.Verhulst）把马尔斯的生物总数增长律模型改造成著名的逻辑斯蒂模型。此后，洛特卡（A.J.Lotka）和沃尔泰勒（V.Volterra）建立了捕食者—被捕食者的种间关系模型。1964年开始的“国际生物学计划”（IBP）和1971年开始的“人与生物圈”（MAB）国际协作项目中，系统分析被广泛应用。系统分析在农业科学研究与农业生产中也得到成功的应用，如作物生长模拟、作物环境生产潜力分析、有害生物种群控制、森林最佳砍伐方案的制定、草场管理、农业区划、农业发展预测等。

系统分析的一般步骤可归纳为：①明确研究对象。确定系统分析的目的、要求和分析内容；②确定系统边界。按舍次留主，同类合并原则划分系统组分，明确组分间关系和系统的输入与输出；③提出解决问题的方案；④建立合适的系统模型；⑤对模型进行校正、检验及敏感性分析；⑥进行模型试验与分析；⑦根据一定的评价标准分析结果。

在生态学中常用的数学模型有多种：①根据模型与时间的关系可分为动态模型和静态模型。其主要区别是模型中是否含有时间变量。当分析问题考虑时间变化时，应用动态模型，模型运行结果可表现对象的动态特征。动态模型常用于模拟，又称“仿真”，如作物生长模拟，种群数量变动模拟，群落演替模型，生态系统能流、物流动态模型等。当分析问题不考虑时间变化时，可采用静态模型，如特定时期内的作物布局、农田区划等；②根据模型是否反映对象的随机过程，可分为确定性模型和随机性模型。随机性模型的参数是具有一定统计性质的随机数，或者参数本身就是一种机率值，而确定性模型的参数在条件一定时是一个确定值，如对天气过程、种群个体死亡过程、群落演替过程等具有随机过程特征的模拟，都可采用随机模型进行分析；③根据模型中数学方程建立的基础，可分为描述性模型和解释性模型。仅以系统输入、输出及系统表现为依据而建立的模型为描述性模型，如回归分析、聚类分析、主元分析等。由于描述性模型不涉及系统内部作用机理，可称为黑箱模型，如作物产量与气象条件的多元回归模型，不同农业区的数值聚类模型。以系统结构与功能的理论和知识为基础，并在模型中得到反映的称为解释性模型或白箱模型，如根据土壤水分扩散和流动规律及作物吸水和蒸腾规律建立的土壤水分动态模型。在复杂的生态学模型中，通常只在重点层次采用解释性方法建模，在一般层次则采用描述性方法建模，这种模型又可称为灰箱模型。④根据模型所采用的具体数学形式，可分为微分模型、差分模型、矩阵模型，以及运筹学中的线性规划模型、动态规划模型、库存论模型。排队论模型等。当分析对象的组分较多时，可选用矩阵模型或其特殊类型的马尔柯夫模型。对复杂系统进行优化决策分析时，可选用运筹学中的有关模型。当问题涉及地域和时序复杂关系时，可采用网络模型，对社会经济问题常采用投入产出模型。

下面以研究与钾元素循环平衡有关的农场作物布局问题为例进行说明。某农场土地面积S公顷，安排粮食作物面积x₁公顷，饲料作物面积x₂公顷，粮食作物地每公顷每年可提供含a₁千克钾的饲料给牲畜，饲料地上通过饲养的牲畜平均每年每公顷可提供含a₂千克钾的粪便给粮食作物地。粮食作物地每年可得到化学肥料钾素b₁千克，饲料地上通过化学肥料钾和牲畜粪便补充钾其总量为b₂千克。粮食作物地每年每公顷产含c₁千克钾的粮食d₁千克出售，售价每千克p₁元，饲料作物地平均每年每公顷出售含c₂千克钾的肉类d₂千克，每千克售价p₂元。求在维持土壤钾素平衡条件下经济效益最佳的作物布局。

为此，可建立以下线性规划模型：

目标函数 Z＝p₁d₁x₁＋p₂d₂x₂求极大

约束条件

系统分析

非负限制x₁≥0，x₂≥0

这个模型没有时间参数，因此是一个静态模型，模型系数是调查后获得的一个确定值，因此又是一个确定性模型。在这个模型中，两类作物地之间的钾素流动是解释性的，而把粮食作物或饲料作物与土壤的养分交换看作是黑箱。

农场粮食作物地（x₁）与饲料作物地（x₂）的钾流

假如将图中各项意义改变一下，x₁、x₂为钾素的两个库，a₁为x₁单位库存在单位时间内从x₁流向x₂的钾量；a₁为x₂单位库存在单位时间内从x₂流向x₁的钾量；c₁为x₁单位库存在单位时间内从x₁流向系统外的钾量；c₂为x₂单位库存在单位时间内从x₂流向系统外的钾量。x₁为粮食作物地连同作物体中的钾素的库存（千克），x₂为饲料作物地连同作物及牲畜体中钾素的库存（千克），b₁和b₂分别为系统外向x₁和x₂输入钾素的速度（千克/天）。则这个系统的钾素流动模型是

系统分析

这是一个含有时间变量（t）的动态的微分方程模型。若系数a₁a₂等是用随机函数表达的一个统计结果，则这个模型同时也是一个随机模型。由于这个模型还可以写成矩阵形式，

系统分析

故它又是一个矩阵模型。

模型能否正确地反映客观对象，依赖于第一手材料的准确性和思维认识的正确性。错误的参数、错误的关系式所构成的模型，只能得到错误的结论。

数学模型通常都要转换成计算机程序。系统模型的计算机程序编制好以后，还需要逐步修正，并对校正后的运行结果与真实系统进行对照、检验，这时模型才能在一定范围内代替实际系统，接受各种试验与分析。如了解初始状态变化的结果，考察系统对各种输入、输出变化的敏感性，探明系统参数改变或结构变化的影响，分析系统的稳定性，寻找最优调控方案，预测系统发展等。