Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Концептуальная основа моделирования 12
I. Основные понятия и определения 12
2. Иерархия математических моделей 15
3. Антропогенные влияния 23
Глава 2. Методы математического анализа динамики биогеоценозов 27
I. Исходные положения моделирования 27
2. Исследование уравнений динамики 47
3. Принципы построения функционально - динамических моделей 55
Глава 3. Стационарные исследования для информационного обеспечения математических моделей 64
I. Краткая характеристика района исследования 64
2. Методика стационарных исследований 67
3. Методы математического анализа данных 70
4. Возрастная и морфологическая структура древостоев пихты 71
: 5. Слагаемые динамики древостоя пихты 87
6. Сукцессии таежных биогеоценозов 109
Глава 4. Модели прогнозирования естественной и антропогенной динамики лесных ресурсов 119
I. Моделирование динамики леса 119
2. Модели биогеоценотического уровня 125
Сосредоточенная модель динамики древостоя 126
Прогнозирование пространственно-временной динамики леса на основе математической модели с распределенными параметрами 136
3. Модели субрегионального уровня 153
Модель сукцессии таежннх биогеоценозов 153
Модель динамики лесонасаждений и ее применение для решения прогнозных задач 159
Заключение 178
Литература 182
Приложения 193
- Основные понятия и определения
- Исходные положения моделирования
- Краткая характеристика района исследования
- Моделирование динамики леса
Введение к работе
Актуальность проблемы. Всесоюзным объединением "Леспроект" разрабатывается система управления лесными ресурсами в составе отраслевой АСУ-лесхоз, призванной обеспечить целенаправленное регулирование лесного фонда СССР, оперативное снабжение хозяйственных органов необходимой информацией об его состоянии и хозяйственной деятельности (Мороз, 1982), давать оценки обоснованности запроектированных лесоустройством мероприятий для достижения основной цели - создание оптимальных насаждений, обеспечивающих максимум лесной продукции и наиболее полно отвечающих целям охраны окружающей среды (Лесоустройство в СССР,1981) при выполнении принципа непрерывного лесопользования (Экономическая ...,1979).
Для решения поставленных задач привлекаются методы системного анализа и ЭВМ. Однако большинство из известных подходов основывается на простейших соотношениях (Волков, Дудин, 1975; Свалов,1979; Бочков, Костенко, Бурневский, 1979), не учитывающих всей специфики строения и динамики леса как важнейшего компонента природной среды. Необходимы теоретически и экспериментально более обоснованные модели, способные прогнозировать естественную динамику леса в разнообразных условиях среды, в частности, оценивать эффективность запроектированных лесохозяйственных мероприятий.
Цель работы. Хорошо известен тезис Г-Ф.Морозова (1912,с.55): "Лес есть явление географическое". Поэтому важно рассматривать лесную растительность как один из компонентов природных геосистем и моделировать ее динамику с географических позиций, сформулированных в работах В.Б.Сочавы (1978). Представление о природной среде как иерархии геосистем является одним из базисных положений этого подхода, в соответствии с которым и общей постановкой
-5-проблемы Формулируется цель исследования как разработка на географической основе многоуровневой системы моделей прогнозирования естественной и антропогенной динамики лесных ресурсов с учетом состояния физико-географических условий среды.
Для достижения цели исследования потребовалось выяснить концептуальный базис системного анализа структуры и динамики древесной растительности как компонента геосистем различных уровней организации, разработать теоретические положения моделирования и провести экспериментальные исследования в Приангарской тайге, наконец, построить систему математических моделей и показать ее возможности при решении прогнозных задач (рис.1).
Система моделей должна включать модели, адекватно описывающие динамику леса в геосистемах различного ранга в показателях разной степени генерализации (число деревьев, площадь лесонасаждений и запас леса) с учетом распределения лесных ресурсов по возрастам или, где это необходимо, диаметрзг. Требуется также,чтобы модели были достаточно универсальны, т.е. их можно было бы использовать в разнообразных условиях для решения различных лесохозяйствен-ных задач, на первом этапе прежде всего задач оценки эффективности планируемых мероприятий, а затем и поиска оптимальных стратегий управления лесными ресурсами с привлечением соответствующего математического аппарата. Это делает необходимым создание моделей в виде систем дифференциальных уравнений в частных производных, коэффициенты которых однозначно были бы связаны с комплексными характеристиками физико-географических условий. Вывод и проверка таких уравнений и разработка методов их идентификации на материалах стационарных исследований и лесоустройства составляет основу предпринятого исследования.
'Концептуальные основы анализа
Иерархическая
сопряженность >геооистем
и моделирование
Динамика леса как компонента геосистем
.Л
Учет влияния естественных и антропогенных факторов
Экспериментальные исследования
Математическое моделирование
Теоретические положения
Методика наблюдений и обработки данных
г*-*-
Система моделей лесных ресурсов
*h
Исходные положения и их проверка
Концептуальные схемы развития
Оценка исходных состояний систем
Анализ граничных *. условий процессов
и о
о о
Ф К Р) Ч о о
OSft
~ч и >,
(О Оа >о
Идентификация
X ! о
Уравнения динамики
Уравнения функционирования
Функциональные связи
Верификация
Методика оценки коэффициентов
Практическое
Информационное обеспечение
использование
Прогнозные расчеты-
оценка возможных стратегий
Диалоговый режим работы с моделями
Рис.1. Структура работы ( стрелками указанн связи подзадач).
В ходе стационарных работ в Приангарекой тайге главными объектами исследования явились биогеоценозы, рассматриваемые в географии как выделы элементарных геосистем - фаций, и как ячейки физико-географического пространства, совокупность которых формирует все многообразие ландшафта. Кроме того биогеоценоз выступает как исходный пункт генетического направления в лесной типологии (Колесников; 1958), как специальный объект биогеоцено-логии (Сукачев, 1964), а в ряде случаев как синоним понятия "экосистема". Особое положение биогеоценозов в иерархии природных комплексов и в связи научных подходов делает необходимым для решения задач системного анализа структуры и динамики леса выбрать именно этот структурный уровень в качестве "точки отсчета", на основе знаний о котором приводится синтез моделей других уровней.
В соответствии с принятой иерархией подзадач (рис.І) в диссертации последовательно излагаются итоги системного анализа динамики лесных ресурсов Нижнего Приангарья, выполненных в Институте географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР.Х
Автором рассматриваются и защищаются следующие положения.
Иерархическая классификация геосистем допускает математическую интерпретацию и служит основой систематизации моделей динамики биогеоценозов и их территориальных комплексов.
Уравнение связи изменения количественных характеристик состояния природных образований с функционированием слагающих их элементов - теоретический базис системного анализа динамических процессов в биогеоценозах.
х В 1983 г. Институт переименован в Институт географии СО АН СССР
3. Разработанная система моделей может служить математической основой прогнозирования естественной и антропогенной динамики лесных ресурсов, расчета допустимых нагрузок на леса в таежных геосистемах различного масштаба.
Научная новизна работы. В диссертации, основываясь на исследовании и моделировании систем биогеоценотического уровня, впервые разработан комплекс математических моделей динамики леса как важнейшего компонента таежных геосистем. В моделях учитывается связь динамики с комплексными характеристиками физико-географической среды. В работе показано, какие процессы в лесонасаждениях и в каких генерализованных показателях необходимо моделировать на каждом уровне их организации. Для того, чтобы получить необходимые уравнения и оценить их коэффициенты, потребовалось выяснить базисное положение - исходный постулат, из которого выводятся необходимые для системного анализа развития леса соотношения. На примере динамики древостоя показано соответствие правой и левой частей исходных дифференциальных уравнений, найдены способы идентификации моделей и учета условий среды в коэффициентах. Обработка результатов стационарных исследований позволила на опытном материале показать существование однозначных связей коэффициентов с интегральными характеристиками среды. Исходя из теоретически и экспериментально полученных выводов формируется система математических моделей динамики лесных ресурсов. Для части из них проведена оценка коэффициентов, разработаны программы и сделаны прогнозные расчеты для конкретных природных объектов, позволившие количественно оценить последствия проведения и непроведения различных лесохозяйственных мероприятий.
Создание системы математических моделей для решения задач управления лесными ресурсами в своей концептуальной основе базируется на географических обобщениях, в частности, принятой в географии иерархии и классификации геосистем. Это дает возможность планировать работы по математическому моделированию динамики леса, выяснить принципы создания типологических моделей и найти способы учета среды при прогнозных расчетах.
Практическая значимость работы. Разрабатываемая система моделей ориентирована на ее использование лесоустроительными предприятиями для оценки эффективности планируемых хозяйственных мероприятий прежде всего в лесах южной тайги Восточной Сибири, хотя общая схема моделирования приемлима для лесов любого состава в различных регионах страны, что позволяет предлагать комплекс моделей в качестве блока системы управления лесными ресурсами ОАСУ-лесхоз. Хотя при моделировании учитывались особенности информации, планируемой для банка данных "Лесной фонд СССР", предлагаемый метод прогнозирования предъявляет и новые требования к исходной информации: необходим учет фациальной структуры таежного ландшафта и выявление особенностей сукцессионных процессов по урочищам.
Апробация работы. Результаты и выводы диссертации докладывались на заседаниях комиссии по долгосрочным прогнозам природных явлений (Иркутск, I976-I98I), УІ совещании географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 1978), республиканском совещании "Проблемы экологии Прибайкалья? (1980, 1982), всесоюзной конференции "Термический фактор в развитии растений различных географических зон" (Москва, 1979), научно-практической конференции
-10-"Участие молодежи Иркутской области в решении проблем комплексного освоения природных ресурсов и развития производительных сил Сибири" (1980, Иркутск), всесоюзных школах-семинарах "Экспериментальные исследования геосистем" (Звенигород, 1979), "Системо-логия и ее применение в системотехнике и экологии" (Звенигород, 1981), "Проблемы взаимодействия общества и природы" (Иркутск, 1982), Л расширенном заседании научного совета по комплексному освоению таежных территорий (1981, Иркутск), УІ Всесоюзном совещании "Количественные методы изучения растительного покрова" (1982, Новосибирск), рабочем совещании по разработке АСУ-лесхоз (1981, Москва), научно-техническом семинаре "Технико-экологическая оценка охраны природы промышленных предприятий и эффективность их реализации" (1981, Иркутск), первой областной математической конференции (Иркутск, 1982) и др.
Итоги работы обсувдались на физико-географическом семинаре Института географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР, семинарах лаборатории системной экологии (ВНИИ системных исследований АН ССС$, морфологии леса Шнститут леса и древесины СО АН СССЙ, математических методов исследования природных систем (Иркутский вычислительный центр СО АН СССР), кафедры теории систем (Иркутский государственный университет), отделов комплексных физико-географических проблем и математических методов в географии (Институт географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР).
Автором опубликовано 24 печатных работы общим объемом 10 п.л. из них 18 непосредственно связаны с темой диссертации. Выполненные научные разработки входят в тематический план научных исследований, проводимых отделами математических методов в географии и комплексных физико-географических проблем Института географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР под номером 3.5.3.6: 3.5.1.2 "Географические основы прогнозирования, контроля и регу-
-II-
лирования динамики геосистем".
Б соответствии с принятой схемой работы (рис.1) диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, в которых последовательно излагаются результаты теоретических и экспериментальных исследований, а также итоги математического моделирования динамики леса.
В первой главе анализируется иерархическая упорядоченность геосистем и ее связь с моделированием, дается классификация антропогенных воздействий. Во второй главе даны основные понятия, выводятся и на экспериментальном материале проверяются уравнения динамики, ж функционирования, формулируется процедура моделирования и методика оценки коэффицентов. Третья глава посвящена итогам стационарных исследований развития таежных лесов Приангарья и их использованию для информационного обеспечения математических моделей. В четвертой главе представлены отдельные математические модели разрабатываемого комплекса, проводится их идентификация и проверка, приведены примеры использования моделей для прогнозных расчетов. В заключении обобщены результаты проведенных исследований.
Каждая глава имеет собственную нумерацию формул и параграфов. При ссылках на формулы и параграфы из других глав используются двойные номера, например, (3.8) - ссылка на формулу (8) из третьей главы.
Основные понятия и определения
При определении понятий и вычленении, в природе физико-географических комплексов приходится принимать во внимание их объективную двойственность: с одной стороны они - единые компонентные системы, с другой - ареалыше системы разнородных по ландшафтным критериям участков земной поверхности (Преображенский,1972; Крауклис, 1977). Этой двойственностью и объясняется существование двух ветвей иерархии геосистем, названных. В.Б.Сочавой (1972, 1978) рядом геомеров и рядом геохор, смыкающихся на нижней (элементарный геомер) и верхний (физико-географическая оболочка в целом) ступенях.
Особое место в иерархии природных комплексов занимают биогеоценозы (Сукачев, 1964). В учении о геосистемах (Сочава,1978) биогеоценоз (БЩ) рассматривается как элементарный гомогенный ареал - выдел фации. Здесь он выступает как компонентная система (моносистема) и относится к ряду геомер. А "наименьшие (по числу слагаемых) сочетания биогеоценозов, обеспечивающие условия их функционирования как некоторой целостности, представляет собой элементарную геохору" (Сочава и др., 1974, с.5). Поэтому биогеоценозы в определенном смысле дают начало и ряду геохор.
Такой подход, которого мы будем придерживаться и в даль -13-нейшем, позволяет рассматривать физико-географическую фацию как элементарную разновидность природных условий, в которых протекают различные процессы, а в отношении биоты - как тип условий местопроизрастания. Подобное содержание соответствует первоначальному определнию фации, заимствованной из геолозтии, где под этим термином понимается физико-географическая совокупность условий образования осадочных пород (Исаченко, 1965).
С динамической точки зрения фация представляет собой систему сменяющихся во времени и в пространстве биогеоценозов, каждый из которых в отдельности не дает полного представления о физико-географическом потенциале, фации. Только исследование полного набора этих пространственно-временных реализаций позволяет получить представление о ее возможностях.
Любая фация по отношению к ее конкретным реализациям выступает как обобщающее начало. В каждом из биогеоценозов, несмотря на их пространственную и временную разобщенность существует нечто общее, что позволяет отнести их к определенной фации. Это общее соответствует инварианту элементарной геосистемы.
Выделение инварианта в природе основывается на изучении некоторого конечного и счетного множества геосистем одного ранга. Каждая из геосистем по отношению к данному инварианту рассматривается как переменное состояние. Упорядоченная смена состояний (стадий) соответствует динамике геосистемы (Крауклис, 1981).
Важным во многих случаях критическим компонентом геосистем является биота, прежде всего растительный покров, динамика которого выступает одновременно как фактор их трансформации и стабилизации (Сочава, 1968). Динамика биогеоценозов зависит от факторов двух категорий: от свойств самих биогеоценозов и от природы их окружения. В соответствие с этим В.Н.Сукачев (Основы...,1964) выделяет циклическую (периодическую) динамику биогеоценозов, элементарное проявление физико-географического процесса,представление о котором развито в трудах А.А.Григорьева (1966). В.Н.Сукачев (Основы..., 1964, с.460) отмечает: "Биогеоценозы, близкие по составу и структуре, что обычно отвечает и сходству их окружения, имеют и сходные биогеоценотические процессы". На основе этого факта он предполагает существование соответствия типов биогеоценозов определенному типу биогеоценотических процессов, что является важным условием и критерием классификации БГЦ.
Тип биогеоценоза и в частности тип лесного биогеоценоза В.Н.Сукачевым связывался с однородностью свойств компонентов и свойств биогеоценозов в целом (Основы..., 1964, с.39). В этом определении, как отмечает сам автор, нет требования однородности генезиса биогеоценозов. Иной подход реализуетсявгенетической классификации Б.П.Колесникова (1958), в которой общность происхождения является одним из важных критериев выделения типов леса. Рассматривая биогеоценозы как переменные состояния фации, мы тем самым признаем их пространственную и временную ограниченность, что делает необходимым придерживаться классификации В.Н.Сутсачева, тем более, что она естественным образом перекликается с представлением о факторально-динамических рядах в географии. Таким образом принимаем, что фация, как разновидность физико-географической среды может быть представлена на местности несколькими типами биогеоценозов (типами леса).
В.Н.Сукачев (Основы..., 1964) отмечает, что "среди компонентов биогеоценоза фитоценозу обычно принадлежит наибольшая биогео-ценообразущая роль" (с.35), и "границы каждого в отдельности биогеоценоза определяются как правило границами фитоценоза" (с.35). Особая роль биоты в ЕЩ сказывается на методике их полевых исследований, принципах выделения БГЦ и их классификации. Выделение при изучении БЩ связей типа биота-среда делают возможным рассмат -15 ривать БГЦ как экосистему (Сочава, 1978), и использовать экосис-темные принципы экспериментальных исследований и моделирования. В экологии как науке об экосистемах существенно выделение элементов и анализ их взаимосвязей между собой и средой их развития (Риклефс, 1980). В качестве таких элементов могут выступать как отдельные особи, так и их группировки, а также целые растительные ассоциации, например, когда исследуются сукцессии растительного покрова. В лесном биогеоценозе выделяются элементы леса - древостой отдельных пород; каждый древостой состоит из собственных элементов - отдельных деревьев. Подобное подразделение, характерное для лесоведения, как мы убедимся ниже, имеет существенное значение при постановке задачи системного анализа и моделирования биотических компонентов таежных БГЦ.
Подводя итоги изложенному, выделим следующие положения. Прежде всего необходимо отметить ключевую позицию понятия "биогеоценоз" при экспериментальном изучении и моделировании подразделений природной среды методами ландшафтоведения, биогеоценологии, экологии и лесоведения. Фации, представленные на местности набором биогеоценозов, могут рассматриваться как разновидность комплекса физико-географических условий. Геосистемы ряда геохор (урочище, местность, ландшафт) наделены фациальной структурой, отражающей структуру физико-географической среды этих пространственно-неоднородных образований. Принимая во внимание ведущую роль биоты в динамике и стабилизации структуры биогеоценозов, к их исследованию и моделированию можно подходить с экологичес1шх позиций.
Исходные положения моделирования
Большинство из известных в географии и экологии прогнозных математических моделей представленны в виде систем линейных и нелинейных дифференциальных уравнений или соответствующих им кине чно-разностных уравнений. В основу такого подхода положен ба -ланс потоков элементов в системах, что получило свое формальное представление в принципах теории случайных процессов (Вентцель, Овчаров,1969; Тараканов, Овчаров, Тырышкин, 1974). Аналогичные принципы успешно используются при построении детерминированных моделей. Вместе с тем возникает ряд проблем, которые затруд -няют применение систем дифференциальных уравнений в прак тике моделирования. Прежде всего эта проблема адекватности подобных уравнений. Покажем как она решается на примере моделирования динамики древостоя.
Основные определения и принципы. По определению В.Б.Сочавы (1978, с.292), геосистема-"земное пространство всех размерностей, где отдельные компоненты находятся в системной связи друг с другом и как определенная целостность взаимодействуют с космической сферой и человеческим обществом". Компоненты геосистемы состоят из собственных элементов,например, биота представлена особями растений и животных. Элементы находятся в различных состояниях, в частности, деревья различаются по диаметру.
В общей теории систем динамика определяется как процесс смены состояний элементов в результате их реакции на воздействие (Месарович, Такахара,1978,с.32). Подобное определение принято и в геосистемной теории (Крауклис,1981).Динамика древостоя складывается из процесса возобновления, перехода деревьев из одною класса толщины (класса возраста) в последующий и отмирания деревьев.
Функциональной характеристикой элементов является функция изменения F . , показывающая величину изменений, появившихся в у -м элементе і -й подсистемы под воздействием различных внешних и внутренних факторов. В конкретном случае Fy - скорость роста У -го дерева / -го класса диаметра в толщину. Очевидно значение Fjj не меньше нуля.
Для отображения в формулах качественного развития природных систем, каждому элементу необходимо сопоставить количественную характеристику 6? , позволяющую выделить его из множества подобных элементов. В экономике аналогом такого показателя является стоимость товара. Как стоимость реализуется в цене, так и характеристика В в конкретных случаях выступает как сумма температур (Злобина, Кремер, Черкашин, 1979), как диаметр дерева (Черкашин, Кузнецова, 1982) или просто как характерный возраст экосистемы (Волкова, Черкашин, 1980). Подобная реализация для элемента і -й подсистемы Qij в форме кривой в пространстве ( ц , Г ) является своеобразной "линией жизни" элементов системы (рис.4). Поэтому , моделируя динамику геосистемы или её подсистем, мы так или иначе описываем их поведение в этом пространстве. В частном случае, если состояние дерева характеризовать его диаметром, то кривая Qcj(t) отразит кривую хода роста конкретного дерева в толщину.
На кривой 0(ч (рис.4) выделены точки, соответствующие моментам t = Tt , когда элементы системы переходят в і -е состояние, причем Ц(Ъ) = Uі . Для смены состояний необходимо время Л ti = Ты - Т{ , Направление развития элемента из одной узловой точки до другой обозначим стрелкой. В итоге в пространстве ( U , I ) будет построен граф динамики отдельного элемента. Этот граф можно спроецировать на ось Ц или г и получить граф динамики в пространстве характеристики состояния или времени. В первом случае длина стрелки графа соответствует количественной мере состояния д Qi , во втором - времени, необходимому для смены состояния ( Л і ) .
Процессы с ветвлением. Процессами с ветвлением будем называть процессы, в которых элементы могут развиваться в различны?: направлениях. К их числу можно отнести сукцессии таежных биогеоценозов (рис.29).
Для исследования причин появления подобных процессов, рассмотрим динамику двух элементов, изменяющееся с разными темпами, т.е. имеющие различные функции Гц и гц . Характеристики их состояния (Jii и Ції также будут различаться (рис.5).
Краткая характеристика района исследования
Стационар расположен в пределах Приангарской провинции Средне-Сибирской физико-географической области в бассейне реки Чуны на восточной границе Чуноярского лесхоза Красноярского края. Пряан-гарье - это южно-таежная территория, находящаяся в промежуточной полосе между западносибирской тайгой с континентальным климатом и многоснежными зимами и мерзлотной малоснежной тайгой внутри континентальных районов Центральной Якутии (Крауклис, 1975 Ь
В районе расположения стационара (Причунье) смыкаются три ландшафтных образования: Муйская впадина, расположенная на медленно опускающейся архейской глыбе, Чуно-Бирюсинекое поднятие протерозойского кристалического фундамента и Причунское плато - зона сочленения между тектоническими структурами, пронизанная траппо выми интрузиями. Наибольшей сложностью структуры и многообразием составляющих ее элементов отличается ландшафт Причунского плато -южнотаежный с горнотаежными элементами лащщіафт внутриконтиненталь-ных структурно-денудационных возвышенностей. В нем наиболее сильно проявляется внутренняя контрастность, присущая ландшафтам Нижнего Приангарья, что явилось одной из существенных причин размещения здесь физико-географического стационара.
Высота поверхности Причунского плато достигает 400-500 м. Поверхность имеет платообразный волнистый рельеф в виде гряд и отдельных холмов. Крутизна склонов несколько возрастает в местах выхода интрузивных пород основного состава, известных под названием сибирских траппов.
Наиболее распространены суглинистые и супесчаные средне- и сильноподзолистые почвы, а также встречаются песчаные разной степени оподзоленности, дерновые лесные литогенные на траппах и некоторые другие почвы.
Приангарье получает в год 90 ккал/сыг солнечной радиации, тем не менее температурный режим воздуха здесь весьма жесткий: годовые колебания температур по данным метеорологической станции г.Богучаны достигают 96 С. Среднегодовая температура воздуха отрицательна (-2, -3 0). Годовое количество осадков - 450-500 мм. Большая их часть выпадает в теплое время , хотя значительную роль в бюджете влаги играет снежный покров.
В приангарской тайге семь лесообразуюших видов - пихта сибирская, ель сибирская, кедр ( сосна сибирская), сосна обыкновенная, лиственница сибирская, осина и береза бородавчатая.
В различных сочетаниях эти виды создают большое разнообразие фитоценозов, относящихся к трем группам лесных формаций: темно-хвойной, светлохвойной и мелколиственной; В окрестностях стацио нара значительно усилены позиции пихты, которая здесь преобладает по количеству стволов (Крауклис, 1975$. Для района характерно вытеснение лесами с доминированием темнохвойних пород в ходе естественных смен светлохвойных и мелколиственных лесов. В последние годы интенсивные рубки смещают этот процесс в сторону увеличения площади молодняков светлохвойных и лиственных пород.
Приангарье - интенсивно развивающаяся в последнее время часть Ангаро-Ениеейского региона. Одним из важнейших местных ресурсов были и остаются ресурсы леса. Большое значение район приобретает в связи со строительством на Ангаре Богучанской ГЭС и крупных лесопромышленных комплексов. Сейчас лесные массивы, примыкающие к железной дороге Решоты-Богучаны, рассматриваются как лесосырьевая база самостоятельного лесопромышленного района по механической обработке древесины (Медведкова, 1979).
Приангарский стационар находится на территории Чуноярского лесхоза управления лесного хозяйства Красноярского края . Лесхоз площадью 910 тыс.га расположен в основном в бассейне р.Чуны. Общий запас лесонасаждений в 1972 г. здесь составил 172,5 млн.м древесины при текущем приросте 2,7 млн.м /год., или 1,6$ от общего запаса лесонасаждений, что связано с накоплением в лесном фонде высоковозрастных лесонасаждений.
В настоящее время на территории Чуноярского лесхоза сложился комплекс лесозаготовительных и лесохимических мероприятий. Здесь закреплено четыре лесосырьевые базы с эксплуатационным запасом 112,8 млн.м . Расчетная лесосека по лесхозу в 1974 г. установлена в размере 2,7 млн.м /год ликвидной древесины, из них 2,65 млн.м приходится на леса третьей группы, занимающие 94,6$ территории. В 1977 г. в лесах лесхоза было заготовлено 1,1 млн.м древесины. Концентрированные рубки в значительной степени изменили облик района и сделали необходимым наряду с исследованием ненару шенной структуры и естественного развития таежных лесов изучать и моделировать состояние и восстановительную динамику леса на вырубках и гарах.
Моделирование динамики леса
Математическое моделирование динамики леса имеет длительную историю. Первыми моделями по праву считаются таблицы хода роста лесонасаждений, которые в настоящее время широко.используются в лесоводственной практике (Воропанов, 1983). При построении этих таблиц применялись и применяются математико-ста-тистические методы обработки данных. Материалы таблиц легли в основу математических моделей, среди которых наиболее известны модели Г.Ф.Хильми (1966).
Повышение интереса к формализованному описанию развития лесов в последнее десятилетие связано с общим расширением исследований в области моделирования экосистем. За этот период опубликовано большое число работ, так или иначе посвященных этой проблеме. Лесная растительность описывается языком математики на различных уровнях ее организации с разной степенью детальности: строятся модели фотосинтеза древесных пород ( Connor et ai. , 1971), лес входит как компонент в модели биосферы (Моисеев и др., 1978).
Разнообразен также математический аппарат моделирования. Помимо математико-статистических методов анализа изменения структуры лесонасаждений большое распространение при моделировании леса получели элементы теории случайных марковских процессов ( Rudra , 1968; Ре den , Williras , Prayer , 1973), используются системы простых дифференциальных уравнений ( Bot -kin , janak , Wailis , 1972) и дифференциальных уравнений в частных производных (Луданов, Дзедзюля, 1972).
К сожалению каждая из моделей, как бы совершенна она не была, может применяться лишь для решения узкого класса задач прогнозирования. Практические проблемы управления лесными ресурсами требувт разработки целостной системы моделей, в основу которой может быть положена общая концепция многоуровневого моделирования (глава I).
С помощью моделей субрегионального, уровня может прогнозироваться динаглшса лесонасаждений по типам леса и типам лесонасаждений (характеристика размерности I = 2-3) (Черкашин, 1980; Модели управления ..., 1981), определяться и уточняться сроки и объемы лесозаготовок по кварталам и лесхозу в целом ( I = 3-4), прогнозироваться места рубок с учетом процесса хозяйственного освоения территории (1 = 5) (Черкашин, Ккинов, 1980).
Подобные высокоагрегированные модели расчитаны на прогнозирование динамики запаса значительных по площади лесных массивов и проектирования объема лесозаготовок в пределах региона по лесосырьевым базам с учетом или без учета потребностей других отраслей народного хозяйства (Модели управления ..., 1981; Боржонов, Онхотоев, Пунцукова, Черкашин, 1981).
Возможности использования математических моделей динамики лесных ресурсов для решения задач планирования и прогнозирования показаны в последующих параграфах главы на примере моделей МП "Лес", M2I "Вырубка", М23 "Сукцессия" и MI4 "Лесхоз".
Для решения задач актуализации лесоустроительной информации, проектирования и оценки эффективности разнообразных способов ведения лесного хозяйства необходимы модели отдельных Згчастков леса. Пока же такие проблемы решаются с помощью таблиц хода роста,составление которых трудоемко (Козловский,Павлов,1967).
Понятно, почему деляются попытки выявить общие закономерности в динамике лесонасаждений, основываясь на уже имеющихся таблицах хода роста и с их помощью разрабатывать новые таблицы. При этом прямо указывается на необходимость применения методов математического моделирования и ЭВМ (Ермаков, Севастьянов", Гоев , 1978).
К числу моделей , в какой-то степени призванных заменить таблицы хода роста и облегчить оценку эффективности лесохозяйст-венных мероприятий, можно отнести разработанные модели динамики лесонасаждения (модель МП "Лес", M2I "Вырубка"), которые описывают развитие древостоев со сложной видовой, возрастной , а также пространственной структурой с учетом влияния факторов среды (см. приложение I).
