Системний підхід до вивчення екологічних систем вимагає дотримання єдиної методології, якій підпорядковані зусилля всіх фахівців, залучених до вивчення тієї чи іншої екосистеми. Причому ефективність дослідження значною мірою залежить від правильного планування й проведення таких комплексних досліджень.

   Системне дослідження екосистеми складається з кількох етапів, що послідовно змінюють один одного у часі чи здійснюються паралельно:

     1. Постановка задачі.

     2. Концептуалізація.

     3. Специфікація.

     4. Спостереження/Експеримент.

     5. Ідентифікація.

     6. Реалізація моделі.

     7. Перевірка моделі.

     8. Оптимізація.

     9. Інтерпретація моделі.

   

     1. Постановка задачі – обмежити та конкретизувати кількість можливих напрямків і аспектів вивчення екосистеми, зосередивши головну увагу на тих властивостях і процесах, які заслуговують найбільшої уваги. Адже будь-яка природна екосистема – украй складний утвір, детальне вивчення якого вимагає колосальних людських і матеріальних ресурсів, а також величезних витрат часу. Тому цей етап значною мірою є доленосним для успішного вирішення проблеми.

    2. Концептуалізація – полягає в узагальненні відомостей про систему, та формування логічно цілісної і повної концептуальної моделі. Перш за все на цьому етапі з’ясовуються зовнішні потоки (вхідні й вихідні) речовини, енергії та інформації, зв’язок з атмосферою, геологічними шарами, гідрологічними процесами та іншими екосистемами. З’ясовується вплив діяльності людини на ці процеси. Потім встановлюється склад, структура і певні закономірності функціонування даної екосистеми.

     3. Специфікація. Полягає у визначені складу множин вхідних змінних (навколишнього середовища) і змінних складу майбутньої математичної моделі.

     4. Спостереження/Експеримент. За результатами специфікації проводять спостереження або експериментальне дослідження властивостей системи і середовища. Результати використовують на наступних етапах (ідентифікація, перевірка й оптимізація моделі). З іншого боку вони можуть бути основою для певного перегляду концептуальної моделі.

     5. Ідентифікація. Полягає у встановлені математичних відношень між змінними, що утворюють структуру системи, які б з певною точністю відображували б дійсні кількісні відношення між властивостями екосистеми і її середовища.

    6. Реалізація моделі. Після ідентифікації моделі постає проблема побудови її роздільного оператора. Це дає можливість розраховувати за допомогою моделі динаміку змінних стану на даному відрізку часу, що відповідає даним входам і початковому стану.

    7. Перевірка моделі. Встановлюють, якою мірою реалізована модель здатна відтворювати властивості системи-оригіналу. Для цього досить ефективним способом перевірки є моделювання ситуації, що імітує різні впливи (зміни концентрацій біогенних елементів, температури, щільності окремих видів тощо). Отримані результати порівнюють з параметрами реальних систем. У разі значної розбіжності між результатами імітаційного моделювання і реальних систем є необхідність повернення на попередні етапи дослідження екосистеми й перегляд як складу, структури так і функції моделі.

    8. Оптимізація. На цьому етапі методичною основою виступає теорія оптимального управління. Складні моделі спрощуються шляхом скорочення перемінних, які є константами або таких, які не підлягають регулюванню людиною.

    9. Інтерпретація моделі. В результаті виконаної роботи остаточно оцінюються її результати – перш за все розроблена модель, діапазон її адекватності та намічаються перспективи для подальших досліджень.

Як можна бачити з наведеної схеми, у комплексному екологічному дослідженні використовуються всі наукові методологічні підходи. Методи моделювання на даному етапі розвитку екологічної науки є основним методологічним підходом.