Введение к работе
Общая характеристика работы. Возрастная динамика популяций древесных пород относится к теме, которая по числу публикаций может стоять на первом месте в лесоводственных исследованиях. По сути дела все таблицы хода роста насаждений, экологофизиологические модели полога леса, анализ пространственной структурной организации биоценозов непосредственно связаны с ней.
Разнообразие точек зрения, методических подходов, целей при изучении динамики популяций наряду с несомненными достоинствами часто имеет огорчительные неудобства. Как правило, предлагаемые разными авторами подходы решения экологических проблем ограничиваются одним уровнем описания природных объектов. При этом возникают затруднения, связанные с использованием результатов для экологических объектов разных иерархических уровней. Например, модели роста дерева разрабатываются независимо от моделей структурной организации насаждений. Иными словами, необходимо согласование при моделировании природных объектов, начиная с модели одного дерева и до эколого-экономических моделей крупных природно-территориальных комплексов.
В диссертационной работе моделируется процесс формирования структуры монокультур сосны как результат частного взаимодействия соседствующих деревьев. Иммитация возрастной динамики структуры культур сосны зависила от модели роста одного дерева и модели конкуренции соседствующих деревьев. Также исследовалась возрастная динамика структуры насаждений различной исходной густоты посадки.
Актуальность темы. В начале 80-х годов в экологии вообще и лесоводст-венной науке, в частности, наметилось стремление к обобщающим теориям при описании динамики структуры популяций. Этой тенденции предшествовал длительный этап кропотливых работ огромного числа ученых.
Влияние конкурентных отношений между деревьями, которые имеют как бы частный характер, но которые проявляются на общем фоне возрастной динамики структуры насаждения, еще очень слабо исследовано.
Наряду с фундаментальными аспектами, изучение частных отношений между деревьями и особенностей динамики структуры насаждения, имеет и утилитарное значение для практики лесоводства и лесных культур, поскольку непосредственно связано с выбором способов создания искусственных насаждений и особенностями формирования лесной среды и оценкой ее неоднородности. Значение последнего параметра приобрело заметную актуальность в 90-х годах, являясь одной из важных причин обособления проблемы биоразнообразия при изучении лесных экосистем.
В диссертационной работе последовательно проводится идея о важности тех или иных параметров насаждения с точки зрения иерархии экологических моделей. Актуальность методических вопросов такого рода связана прежде всего с интеграцией исследований при разработке экологофизиологических моделей, которые весьма сложны в силу разнообразия и самобытности как самих подходов, так и характера исследований. Поэтому в работе по необходимости вопросы, связанные интеграцией разных уровней, представлены схематично. Тем не менее, целесообразность координации экологических исследований очевидна.
Цель и задачи исследований. Главная цель исследований состояла в моделировании возрастных изменений структуры одновозрастных регулярных древостоев в результате взаимодействия деревьев. Для достижении этой цели необходимо было определить ряд промежуточных поэтапных целей. Это прежде всего лаконичное описание хода роста одного дерева. В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
-
Проанализировать существующие модели роста одного дерева и подобрать модель, удовлетворяющую эколого-физиологическим принципам роста дерева и достаточно простую для использования в модели роста популяции.
-
Построить имитационную модель конкуренции между деревьями и с ее помощью выявить спектр показателей, которые не только тесно связаны с конкурентными отношениями между деревьями, но одновременно характеризуют и структуру древостоя. Таким образом, показать, что причиной возрастной структурной трансформации древостоя является механизм взаимодействия между деревьями.
-
Опираясь на имитационную модель динамики древостоя показать, что изменения отдельных структурных показателей древостоя взаимнообу-словлены. Единый механизм, который является основным генератором структорообразовательного процесса древостоя, предполагает взаимозависимое изменение параметров древостоя, которые, как правило, изучаются раздельно.
-
Выявить наиболее значимые компоненты структурной организации древостоя для моделей следующего уровня и наметить подходы к их взаимной интеграции.
Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что на примере имитационной модели показана тесная связь между характером взаимодействия деревьев, которые непосредственно соседствуют друг с другом и динамикой структуры древостоя.
Теоретически показано, что характер реакции деревьев на конкурентные отношения со своими соседями, который отражает породные (видовые и родовые) особенности конкурентов, влияет на структуру образуемого ими насаждения.
Последовательное рассмотрение процесса взаимодействия деревьев и его влияния на структурообразовательный процесс позволил в диссертационной работе сформулировать принципы, объединяющие между собой показатели строения древостоя и его пространственной структуры. С помощью предлагаемой методики оценки пространственной структуры показано, что последняя может рассматриваться как расширение одномерного распределения деревьев по размерным классам на многомерное, дополнительно учитывающее размеры деревьев-соседей.
Основываясь на модели развития древостоя, предлагаются новые методические подходы анализа таблиц хода роста (ХР) древостоев.Эти подходы помогают выявить особенности ранговых переходов деревьев на протяжении всей жизни древостоя, а также восстанавливать наиболее вероятный сценарий изменения пространственной структуры одновидовой популяции деревьев.
Практическая значимость работы состоит в том, что показана непосредственная причинно-следственная связь между возрастной динамикой древостоя и взаимодействием деревьев. Это позволяет создавать для древостоев более сложные модели, имеющих важное значение в изучении фундаментальных процессов саморегуляции и структурной организации в популяционной экологии.
Использование имитационной модели, предлагаемой в работе, позволяет на практике при создании лесных культур проводить предварительную оценку различных схем размещения посадочных мест; в частности, определить динамику отпада, сделать анализ рядов распределения по размерным классам и размещения деревьев относительно друг друга.
Описание ранговых переходов деревьев, представленное в работе как Марковский процесс, дает более полное представление о стабильности и мобильности деревьев, относящихся к определенным рангам, а также о периоде, в течении которого дерево может находиться в том или ином ранговом интервале. Это имеет огромное значение в лесоводственных исследованиях, при которых период наблюдения за развитием насаждений ограничен.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в полном объеме на заседаниях ученого совета Института лесоведения РАН.
Публикации: По результатам исследований опубликовано 3 работы.
Объем работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы 86 наименований. Общий объем 135 страниц машинописного текста. Таблиц - 10. Рисунков - 23^
На защиту выносится способ изучения структурной трансформации одновидовых регулярных искусственно созданных насаждений (на примере сосны).
Способ основывается на следующих положениях:
между строением древостоя по размерным классам, горизонтальной структурой, ранговыми переходами деревьев, скоростью изреживания и темпами роста существует тесная связь, в основе которой лежит взаимодействие между деревом и его ближайшим окружением;
дерево и его ближайшее окружение представляют структурную единицу древостоя, определяющую относительный ранг дерева;
относительный ранг дерева является ключевой характеристикой, которая позволяет представить динамику популяции не изолированно в рамках одного уровня описания биологических объектов, а осуществляя переход от описания функционирования одного дерева через популяцию к описанию биоценоза.
