Введение к работе
Іостановка проблемы и ее актуальность. В процессе развития экологии как туки было выдвинуто три основных концепции - парадигмы (Кун, 1975) -функционирования экологических систем и объектов.
Согласно "ресурсной" парадигме, идущей от работ ЮЛибиха, Функционирование экологических объектов, таких, как деревья или популяций іасекомьіх, определяется наличием или отсутствием определенных "ресурсов", аких, как корм (для насекомых), температура среды, количество осадков, лажность воздуха и почв, количество минеральных веществ, света и т.п. Под лиянием одного или нескольких лимитирующих ресурсных факторов деревья :огут расти с большей или меньшей интенсивностью, а популяции насекомых -зменять свою численность, реагируя на внешние воздействия.
Становление другой парадигмы - парадигмы взаимодействия - связано с абогами Ч. Дарвина и других эволюционистов, В.Вольтерра и А.Лотки. огласно этой парадигме, функционирование экологических объектов есть взультат межвидового и внутривидового взаимодействия. В моделях "хищник-ертва" и "паразит-хозяин" возникновение того или иного состояния сологических объектов зависит от параметров и характерного времени іаимодействия (Вольтерра, 1976;Свирежев, Логофет, 1978).
Однако в моделях взаимодействия возникает проблема устойчивости. Так
1К в природе в большинстве случаев экологические объекты обычно устойчивы,
) должен существовать механизм отбора только таких коэффициентов
іраметров взаимодействия, при которых обеспечивается устойчивость
аимодействующих объектов. Механизм оптимизации параметров
аимодействия рассматривается в третьей из экологических парадигм -
ітимизационной парадигме. Эта парадигма берет начало с работы
к.Холдейна (1924), показавшего, что средний многолетний коэффициент
змножения устойчивой популяции должен быть в точности равен единице, ибо
противном случае за длительный период существования популяция либо
[мрет, либо неограниченно размножится. Оптимизационный подход является
ним из самых мощных и красивых инструментов теоретического научного
медования. В связи с этим весьма актуальна задача разработки
гимнзационных методов анализа лесных экосистем.
ль и задачи работы. Разработка оптимизационного подхода к описанию роста эевьев и древостоев. Анализ влияния кооперативных и конкурентных шмодейсгвий на рост деревьев и древостоев. Разработка оптимизационного тхода к моделированию динамики численности популяций насекомых и лроение теоретико-игровой модели динамики численности популяций. Анализ имодействия дерева с насекомыми, построение моделей взаимодействия, іработка физических методов и приборов для оценки текущего состояния и ойчивости деревьев и насаждений к насекомым-вредителям. учная новизна.
1. Показано, что для описания роста деревьев и древостоев может быть ользован оптимизационный подход, заключающийся во введении для личных характеристик дерева и древостоя функций экологической полезности введении принципа максимальной экологической полезности, согласно орому оптимальными являются такие характеристики дерева, при которых *ая функция экологической полезности достигает своего максимума, углагаемый оптимизационный подход является альтернативой используемым в гоящее время в лесоведении подходам, основанным на описании процессов г деревьев как реакции на внешние факторы Среды. С помощью
оптимизационного подхода возможно описывать разнообразные процессы роста и взаимодействия деревьев в лесу.
-
Показано, что для описания процессов роста фракций деревьев и древостоев может быть использована модель свободной конкуренции за ресурсы. Показано, что распределение величин фитомасс отдельных фракций деревьев и древостоев описывается уравнением свободной конкуренции Ципфа-Парето. С помощью этого подхода возможно оценить фитомассу корней деревьев пс данным о фитомассах надземных фракций дерева, а такасе оценить продуктивность деревьев и насаждений, динамику связывания лесом углеродг атмосферы.
-
Оптимизационный подход может быть использован для совместного описания влияния конкурентных и кооперативных эффектов на рост деревьев і древостое. Показано, что при оптимальном сочетании кооперативных і конкурентных взаимодействий между деревьями выполняются аллометрическж соотношения между высотой и диаметром деревьев. Предложен мето; теоретического расчета коэффициентов аллометрии, проведен анализ отклонениі от аллометрических соотношений, предложена классификация типов отклонениі от аллометрии.
-
Динамику численности популяций, у которых особи могут находится і двух состояниях, предложено описывать с помощью теоретико-игровой модели Предлагаемый подход дает возможность классифицировать типы дипамию численности и анализировать условия возникновения в подобных моделя: вспышек массового размножения популяций вредителей.
5. Для описания взаимодействий между насекомыми и их кормовым;
объектами - листьями введена модель, использующая математический формализі
теории массового обслуживания. Такой подход позволяет учитывать как освоени
корма насекомыми, так и антибиозную реакцию листьев и описывать динамик
освоения листьев деревьев насекомыми-филлофагами.
Практическая значимость:
1. Предложен метод оценки фитомассы корней деревьев по данным
фитомассах надземных фракций дерева.
2. Описан метод оценки продуктивности деревьев и насаждениі
позволяющий оценить динамику связывания лесом углерода атмосферы.
-
Предложен метод определения устойчивости насаждений к насекомым г высокочастотным характеристикам динамики радиального прироста деревьев;
-
Разработан физический метод и приборы для экспресс-анализа состояш деревьев и устойчивости их к насекомым. Построены количественные шкал устойчивости деревьев к ряду насекомых.
Защищаемые положения:
-
Для описания роста деревьев и древостоев может быть использові оптимизационный подход, заключающийся во введении для различні характеристик дерева и древостоя функций экологической полезности и введені принципа максимальной экологической полезности, согласно которої оптимальными являются такие характеристики дерева, при которых общ функция экологической полезности достигает своего максимума.
-
Для описания процессов роста фракций деревьев и древостоев мож быть применена модель свободной конкуренции. Между оптимизационньи моделями, процессами свободной конкуренции и процессами аллометрическо роста существует связь. Распределение величин фитомасс отдельных фракц деревьев и древостоев описывается уравнением свободной конкуренции Цип<] Парето.
3. Оптимизационный подход может быть использован для совместне
описания влияния конкурентных и кооперативных эффектов на рост деревьеі
юстое. При оптимальном сочетании кооперативных и конкурентных імодействий между деревьями выполняются аллометрические соотношения ду высотой и диаметром деревьев.
4. Динамика численности популяций, у которых особи могут находится в
; состояниях, может быть описаны с помощью теоретико-игровой модели.
эй подход дает возможность классифицировать типы динамики численности и
газировать условия возникновения в подобных моделях вспышек массового
шожения популяций вредителей.
5. Используя такие показатели, как высокочастотные характеристики
іеиньїх рядов радиального' прироста деревьев, диэлектрические
ястеристики прикамбиалыюго комплекса тканей ствола деревьев, можно
гать состояние и устойчивость деревьев к воздействию насекомых разных
)В.
обация работы. Основные положения диссертации были представлены и ждены на следующих совещаниях, конференциях, симпозиумах:
Всесоюзные и российские : I Всесоюзный биофизический съезд (Москва,
), "Проблемы экологии Прибайкалья" (Иркутск, (982), "Устойчивость к
агоприятным факторам среды и продуктивность растений" (Иркутск, 1984),
гимальные местообитания растительноядных животных" (Красноярск, 1985)
тема мониторинга в защите леса" (Красноярск, 1985), "Мониторинг лесных
кстем" (Каунас, 1986), "Охрана лесных экосистем и рациональное
льзование лесных ресурсов" (Москва, 1987), "Проблемы экофизиологии
ных лесных пород" (Кяярику, 1987), Советско-монгольский эксперимент
у-Hyp" (Пущино, 1989), "Проблемы дендрохронологии и
роклиматологии" (Свердловск, 1990), "Проблемы лесоведения и лесной огии" (Минск, 1990), "Устойчивость лесов к воздействию насекомых" сноярск, 1991), "Математическое моделирование в проблемах рационального одопользования" (Ростов н/Д., 1991), "Биологическое разнообразие лесных ісгем" (Москва, 1995),
Международные: "Роль взаимоотношений растение - насекомое в динамике
гнности популяций лесных вредителей" (Иркутск,1981),
дрохронологические методы в лесоведении и экологическом нозировании" (Иркутск, 1987), "Короеды рода Dendroctonus и меры борьбы с [" (Боржоми, 1987), "Проблемы экофизиологии хвойных лесных пород" іин, 1988), "Экологические группы насекомых: особенности соотношений с деревьями-хозяевами" (Абакан, 1989), "Ubsu-Nur Experiment" l-Bator, 1991), "Математическое моделирование в биологии" (Новосибирск,
Разработанный автором прибор - диэлектрический импульсный фурье-рометр - экспонировался на выставке "Сибирский прибор-87", щзованной СО АН СССР.
икании. Материалы диссертации опубликованы в 47 работах и 5 работ дятся в печати.
м и структура работы. Диссертация состоит из шести глав, Введения и очения, изложена па 290 страницах, включая 36 таблиц и 22 рисунка; иография 299 названий.