Введение к работе
Актуальность темы. Лесной биогеоценоз представляет собой сложную динамическую систему, и единственным объективным подходом к исследованию данного объекта является системный анализ с применением методов математического моделирования.
В последние десятилетия интенсивно развиваются различные подходы в моделировании динамики лесов. Некоторые из них призваны исследовать закономерности изменения структуры фито-ценозов на качественном уровне при варьировании небольшого числа параметров. Такие модели, как правило, не предназначаются для точного численного воспроизводства динамики моделируемого объекта. Совершенствование математического аппарата позволяет включать в современные модели сложные нелинейные эффекты такие, как различные виды конкурентных взаимосвязей ^световая, корпевая), влияние экзогенных факторов на динамику древостоя, будь то воздействие фитофагов-вредителей или плановая рубка леса. На сегодняшний день существует необходимость расширепия методов моделирования применительно к разновозрастным фитоценозам с учетом взаимосвязей между различными возрастными группами деревьев.
Резко возросшие практические требования к точности оценки состояния лесных ценозов в плане экологического и хозяйственного прогнозирования обусловили необходимость перехода от описательных к количественным методам анализа. Модели такого плана, как правило, - компьютерные и не поддаются детальному аналитическому исследованию. Среди них особую нишу занимают сукцессионные гэп-модели, которые прошли идентификацию на лесах различных территориальных зон и имеют большой потенциал в плане их улучшения с целью повышения степени адекватности результатов моделирования реально наблюдаемой картине.
В настоящей работе рассмотрены оба подхода в моделировании динамики разновозрастного леса, аналитический и имитационный.
Основные цели работы.
Построение математической модели динамики древесного ценоза с учетом влияния световых условий на процесс появления сеянцев и с учетом дифференциации деревьев по N возрастным классам. Исследование поведения численности древостоя в рамках сформулированной модели при классификации деревьев на различное число групп.
Построение моделей "древостой-вредитель" и изучение общих закономерностей динамики древесного ценоза, находящегося под воздействием насекомых.
Построение сукцессионной гэп-модели, способной с высокой степенью точности описывать динамику древесного насаждения. Проведение верификации данной модели на лесах бореальной зоны России.
Научная новизна и практическая ценность. Предложен новый подход в гэп-моделировании, связанный с введением возрастного фактора в описание динамики роста отдельного дерева в древесном насаждении, а также введено влияние интенсивности световой радиации на процесс появления молодых деревьев в фитоценозе. На основе предложенных в работе новаций построена модель, прошедшая верификацию на таксационных данных по лесам Архангельской области.
Предложена математическая модель динамики трехвозраст-ного леса с учетом лимитирования световым фактором процесса произрастания молодых деревьев, на основе которой построена непрерывная по времени модель N-возрастного древесного ценоза. Выявлены ряд закономерностей динамики численностей деревьев различных возрастных групп с ростом размерности модели.
Разработаны и проанализированы два типа моделей влияния насекомых - фитофагов на развитие трехъярусного фитоценоза. Проведено сопоставление результатов моделирования влияния вредителей на различные возрастные классы (ярусы) деревьев.
Практическая ценность работы состоит, во-первых, в разработке гэп-модели, которая может реально применяться для
долгосрочного прогнозирования развития разновидового разновозрастного леса в целях планирования лесного хозяйствования. Во-вторых, предлагаемые в работе модели влияния фитофагов-вредителей на динамику разновозрастного леса позволяют на качественном уровне изучать структуру древесных насаждений в зависимости от параметров динамики насекомых.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на 1-ой международной конференции "Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии" (Новосибирск, 2000 г.), на Ш-ем Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (INPRIM-98), на IV-ом Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (INPRIM-2000), на лабораторном семинаре дисперсных систем ИХКГ СО РАН, на межинститутском семинаре "Динамические системы в экологии" в ИВМиМГ СО РАН, на семинарах кафедры дифференциальных уравнений НГУ профессора A.M. Блохина в ИМ СО РАН и профессора Л.В. Недорезова "Математические методы в экологии" в НГУ.
Публикации. Основные результаты опубликованы в 4 работах, список которых помещен в конце автореферата.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, содержащих 29 разделов, заключения, списка литературы из 135 наименований. Объём работы - 143 машинописной страницы, включая 7 таблиц и 42 рисунка.
