Введение к работе
. В диссертационной работе іредстаи.теїіа методика изучения структуры популяций у мно-О.ІС1ІНІХ видов растении посредством монокарннческого но-iera, позволяющая определип> іліутренпие закономерности оормировапни сір\ ктуры популяции па уровне магомашче-кой зависимости от побега и на основе внутренних закономерностей приступить к решению экологических, нрнродоохран-іьіх и 'Народнохозяйственных задач, требующих долгосрочного ірогпознроііаііпи последствий атропогенпых и других возчен-твнй та жизнь популяций на уровне точных наук. Методика юлносп.ю разработана автором и противостоит методу проб і ошибок, гак широко заложенному в современные подходы : изучению структуры популяций у растений В целом она іаиранлнет исследование популяций в русло ючпы.х паук. Методика отличается ирис сотий пенилненпя н досі уиное і ыо їли широкого круги ботаников, хотя выполняется не іпологическимп методами, по и средствами м.иематическон іпологнн. В работе показан один из легко осуществимых сію-обон подъема науки о популяциях на предсказательный уро-іень точных паук, что является целью любой науки. Предложенный способ основан на выявлении внутренних закопомер-остей формирования структуры популяции и взаимодействии х с внешними факторами. .Методологической основой псследо-іания стала теория систем. Весь цикл работ но предложенной іетоднке выполнен на примере клюквы бо.іоііюй. В рабоїе босновано предположение о том, что открытая в исследовании аниспмоеть сірукіури поиулнпнп от епопеї в mlюкарннчес кого побега может оказаться всеобщей для видов, имеющих юнокарипческий побег.
Теоретические выводы проверены на практике. Резулыагы фактической проверки представлены в работе. Па основе лис-ергацпопного исследования для целей практики разработан иособ озоеделенпн запасов распнельных ресурсов без ме-ода пробных площадок. Способ реализован для клюквы бо ютной и брусники. По клюкве — запиши-,і ангорским спаде сльсгвом на изобретение. Оба способа внедряются в на йодної-іозяйстііо Государственным компіеюм Сілії1 по лесу. В дне-ертационпой работе представлен также способ доліоерочіюіо
прогнозирования колебаний урожаев клюквы в местах ее заготовки. Способ основа и іна исследовании природы перпотич-носін плодоношении популяций и периода биоритма в развитии популяций. Он также представлен к внедрению.
Актуальность исследования определяется тем, что в интересах выживания человечества и кратчайшее время необходим выход науки о растительных популяциях на уровень точных предсказательных наук в вопросах долгосрочного прогнозирования последствий вмешательства в жизнь популяций. Решение таких биологических проблем невозможно без знания внутренних закономерностей формирования структуры популяций, поддающихся математическому описанию. В вопросах теории популяций необходим отказ от метода проб и ошибок, который весьма приближенно и не в связи с внутренними биологическими особенностями вида решает вопросы научного прогнозирования для практики эксплуатации угодий тем самым мешает быстрому переходу к рациональному і бережному использованию природы. Разумное планирование эксплуатации угодий должно исключать угрозу необратимоеп процессов а самой природе. Отсюда вытекает и необходимое в разработке научных методов по выявлению внутренних за коиомерностей формирования структуры популяций и знани самих закономерностей на уровне математического описанії: причинно-следственных связей-
Целью диссертации стала разработка методов нзучечи: внутренних закономерностей формирования структуры, сінні ств и особенностей плодоношения популяций у МНОГОЛЄІ них видов растений, имеющих в основе моїюкарппческії побег и выявление самих закономерностей на уровне маті матнческой связи по предложенной методике, сначала хот бы дли одного вида, на примере клюквы болотной.
Задачи исследования. Для достижения цели днссертацпої пою исследования были поставлены следующие задачи:
изучиіь свойства монокарпического побега клюквы б< лот ной в естественных условиях;
преобразовать монокарпичеекий побег в счетную єдині цу, пригодную для моделирования индивида и популяції
разработать алгоритм учета побегов у индивида за вр мя онтогенеза и алгоритм учета накопления индивидов в п нуляциях многолетних видов растений от первого семени I заданное числи лет;
построии» модели идеальных популяций нредложепн' счетной единицей — мономером и модельным индивидом, npt
B-C
ставляющие поток чисел, где за каждым числом стоит количество индивидов на год развития популяции, и проверить пригодность мономера для моделирования популяций;
преобразовать модели идеальных популяций, то есть таких популяций, которые могли бы развиться вне факторов внешней среды и только на основе биологических возможностей вида, в имитационные или модели, учитывающие воздействие внешних факторов, и проверить соответствие структуры, свойств и особенностей плодоношения популяций имитационных моделей реальному состоянию конкретных естественных популяций;
проанализировать характер роста численности идеальных популяций, темпы роста, количественные соотношения между группами растений разных точек отсчета периода биоритма развития по мономеру в циклах биоритма развития популяций и выявить внутренние закономерности формирования структуры популяций; сделать выводы.
Научная новизна результатов исследования состоит в том, что:
— найдена для изучения структуры популяций новая для
науки счетная единица — мономер, которая в отличие от всех
прежних счетных единиц в ботанике представляет собой сис
тему монокарпических побегов, время развития которой со
измеримо с календарным. Установлено, что эта единица поз
воляет описывать рост численности популяций во времени,
темпы роста, период биоритма в развитиии популяций, коли
чественные и пространственные соотношения в популяции
между группами растений разных точек отсчета периода био
ритма развития по мономеру;
— разработана методика выявления внутренних законо
мерностей формирования структуры популяций, иа примере
клюквы болотной посредством мономера установлена законо
мерная связь структуры популяций с продолжительностью пе-
эиода развития монокарпического побега и явлением апикаль
ного доминирования в нем, поддающаяся математическому
описанию по формуле: Чи'^О-Успч-ю где У — число индивидов на год развития популяции от первого семени; п — год )азвития популяции от семени первичной инвазии угодья; VI — жизненный цикл мономера плодоношения популяций; '{. — критический период развития популяции или время от ода прорастания семени до первого плодоношения растения
из него; С — годовые коэффициенты плодоношения мономера; і — номер по порядку годового коэффициента' плодоношения мономера; Ї — знак суммы;
разработано два алгоритма для ботаников: «Учет накопления побегов индивидом у многолетних видов растений» и «Учет накопления индивидов в популяциях многолетних видов растений»;
показаны способы преобразования идеальных моделей популяций в имитационные с целью учета внешних факторов формирования структуры популяций и решения экологических, природоохранных и эксплуатационных задач;
дано объяснение нескольким явлениям в биологии растений, которые прежде не находили объяснения: причине появления трехлетних нерегулярных вегетативных побегов у клюквы, природе поливариантности побегов; причине периодичности плодоношения индивида и популяций;
для смежных наук диссертационное исследование открывает новые подходы к решению научных задач: для морфологии растений — по вопросу эволюции жизненных форм путем моделирования их мономером в зависимости от числа шагов биоритма в главной оси и осях ветвления; для физиологии растений — методы исследования механизмов саморегуляции процессов роста и развития в пределах единиц биоритма; для селекции растений — пути выведения сортов плодово-ягодных культур, не страдающих периодичностью плодоношения индивида через отбор форм с укороченным периодом раз-ьитня монокарпического побега; для лесопользования и лесо-устроительства—способы расчета соотношения между лесными породами в процессе лесовосстановительных посадок от различий в темпах накопления численности. В диссертации расширяются теоретические представления о биоритмах у растений, предложено объяснение механизму пробуждения пазушных почек в зависимости от действия двух встречных факторов на пороговом уровне, описаны неизвестные прежде адаптации популяционного порядка, как например, зеркальный спектр формирования соцветий у клюквы болотной. Он может иметь место и у других видов.
Практическая ценность исследования состоит в том, что оно позволяет с математической точностью решать следующие задачи экологического, природоохранного и народнохозяйственного значения:
— воспроизводить средаиамп матемаїпкп рост численно
сти популяции (іт первого семени па любое число заданных
лег;
-- выявлять характер цикла биоритма популяции конкретного вида;
uu'imvi» 11> спот ношении между возрастными группами растений и отдельных циклах биоритма н п> исей ноиуляции;
вычислить пространственные соотношения между основными локусамн растений по ритму разни гни и популяции;
вияснять, на каком пределе эксплуатируется угодье;
производить расчет предельной нормы нагрузки на угодье;
производить расчет продолжительности сроков самовосстановления популяции после пережитого стресса любой природы;
производить расчет продолжительности срокои восстановления, эксплуатационных возможностей в случае введения природоохранных мер;
научно предсказать, как отразится конкретный стресс в жизни популяции на ее ресурсах в ближайшие годы, десятилетия;
научно предсказать характер автоколебании урожаев и локусе и их связь с внешними факторами;
вести учет растительных ресурсов без метода пробных площадок;
производить кадасграцию популяций на подлежащие первоочередной охране по интенсивности эксплуатации и от биологических возможностей вида;
производить кадасграцию отдельны.: видов на подлежащие первоочередной охране по способности к накоплению численности и популяции.
Апробация полученных результатов и практической ценности работы.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались: па 1 Всесоюзном совещании по дикорастущим ягодным растениям (Кострома, 1975), .Межвузовской конференции по изучению структуры и динамики растительного покрова памяти Л. А. Уранова (Москва, 1977), Научно-производственном совещании но клюкне ЛИ Литовской (ХР, Института ботаники (Вильнюс, 1977), Всесоюзном совещании но дикорастущим ягодным растениям Карельскою филиала ЛИ СССР, Пнет и тута леса, Института биологии (Петрозаводск, 1980), Всесоюзном совещании по комплексному и рациональному нсполь-
зоианто природних ресурсов Дії СССР, ПС по проблемам би-огеоцсполої пи и охраны природы (Калинин, 1980), Вссеоюз-пом ботаническом обществе ЛН СССР (Ленинград. ІУ80), ЛГУ (Ленинград, 1980); Потаннчеекому институту АН СССР имени В. Л. Комарова (1981, 198(3), Всесоюзному совещанию но проблемам продовольственного п кормового использования недревесных п второстепенных лесных ресурсов "Института леса и древесины СО ЛИ СССР, НС ЛН СССР (Красноярск, 1983), МПІИ имени В. И. Ленина (кафедре ботаники, слушателям ФПК) (Москва, 1982, 198G), Уральскому государственному университету (кафедре ботаники и общей экологии)
(СіН'рДЛОНСК, 198()), ИНСТИТУТУ іИоДІОЦНОІІИОЙ морфологии
и экологии животных ЛН СССР (лаборатории общей экологии и лаборатории биогеоценологпи) (Москва, 1988), Научным конференциям преподавателей Костромского государственного педагогического института имени Н. А. Некрасова (Кострома, 1977а, 19776, 1979, 1980, 1981, 1984).
Практический ценность работы апробирована па базе Костромского управления лесного хозяйства на 3 тыс. і а (Кострома, 1У8Г>), І Ісковского управления лесного хозяйства на Ю9,Г> тыс. і а (Псков, 1986), по данным белорусского отделения ВНИИ охотничьего хозяйства и звероводства имени проф. П. М." Житкова на 4596 га'(1984). Способ определения запасов клюквы болотной и брусники внедряется с 1989 г. в І Ісков-ском, Рязанском, Новгородским, Ленинградском п других де-сохозинственных производственно-территориальных объединениях по рекомендации Государственного комитета СССР по лесу и Госуларонемного комитета СССР по делам изобретений и открытий.
Публикации. По материалам диссертации защищено изобретение «.Способ определения запасов клюквы болотной в естественных угодьях» —Авторское свидетельство №1355171, принято дна алюрнтма в Государственный фонд Алгоритмов и Программ СССР: «Учет накопления индивидов в популяциях многолетних видов растений» № IIU007717 и «Учет накопления побегов индивидом у многолетних видов растений» Л'.1 5()88000()85, опубликовано^ работ, представлены в печать- —5. В( е работы выполнены без соавторов.
Обьем и сіруктура диссертации. Рукопись диссертации «Структура, свойства и особенности плодоношения популяций* (па примере клюквы болотной) включает введение, шестыдав, заключение, список литературы. Объем 313 машинописных страниц, и том числе 54 таблицы п 15 рисунков. Список цити-
руемой литературы — 316 названий, из них 33 — на пност-ранщых языках. Приложение I «Математические модели популяций», выполненные па ЭВМ. Объем 63 машинописные страницы.
