Введение к работе
Актуальность темы исследования
Неоднородность структуры слоя прироста древесины большинства видов хвойных заключается в изменчивости радиального размера составляющих его клеток и толщины их клеточных стенок по направлению от внутренней границы кольца к внешней и выражается в существовании двух размерно-морфологических групп клеток- ранней древесины и поздней древесины Разделение клеток на две группы связано с выполнением клетками древесины двух физиологических функций проводящей (подъем воды к кроне) и механической поддержка ствола и ветвей дерева. Однако не всех видов хвойных возможно разделение клеток на проводящие и опорные (ранние и поздние) У многих видов хвойных размеры клеток практически постоянны на протяжении всего слоя прироста
Существующие модели формирования и структуры слоев прироста (годичных колец) хвойных немногочисленны и описывают в основном сезонную динамику роста годичных колец В этих моделях изменчивость радиального размера клеток в кольце связана с динамикой темпов деления камбиальных клеток и опосредованно определяется внешними условиями, такими как влажность почвы, температура, освещенность, а толщина клеточной стенки рассчитывается как функция радиального размера клетки
Однако до сих пор нет ответа на вопрос, почему же формируются годичные кольца у большинства видов хвойных, и почему их практически нет у других видов древесных растений
В связи с этим необходима разработка моделей, учитывающих влияние функциональной предназначенности клеток древесины и описывающих существующие типы слоев прироста древесины, а также моделей, объясняющих формирование слоя прироста как системы двух групп клеток
Целью работы является разработка оптимизационных математических моделей радиального прироста ствола хвойных
Основные задачи работы:
-
Разработать модели оптимального выполнения древесными клетками их функций,
-
Классифицировать типы радиального прироста,
-
Разработать математическую модель формирования структуры древесины модель экологического компромисса и модель переключения (модель годичного кольца, состоящего из двух типов клеток),
4. Найти теоретические соотношения между радиальным размером трахеиды и толщиной клеточной стенки с точки зрения достижения оптимума в функционировании трахеиды как проводящего и механического элемента,
5 Верифицировать теоретические модели радиального прироста, используя данные натурных измерений
Научная новизна работы
-
Предложено использовать оптимизационный подход для описания и определения особенностей структуры годичных колец хвойных,
-
Разработана модели сопряженного и последовательного роста годичного кольца, описывающие особенности структуры годичного кольца различных пород хвойных,
-
Для описания проводящих и механических свойств клеток и определения оптимального соотношения между морфологическими параметрами клеток древесины предложен формализм функций парциальной экологической полезности,
Практическая значимость исследования
Рассчитано оптимальное значение соотношения между морфологическими параметрами клеток древесины, а именно между радиальным размером трахеиды (РРТ) и толщиной клеточной стенки (ТКС) Полученные расчетные отношения между РРТ и ТКС могут быть
использованы в качестве критерия для разделения клеток годичного кольца на клетки ранней и поздней древесины
Положения, выносимые на защиту
1. Для описания и моделирования радиального прироста ствола хвойных использован оптимизационный подход Для описания свойств древесных клеток введено представление об оптимальности выполнения клетками своих основных функций - механической и проводящей
-
Модели сопряженного и последовательного роста годичного кольца позволяют описать особенности структуры годичного кольца различных пород хвойных.
-
Оптимизационные модели формирования годичного кольца позволяют объяснить особенности его структуры и функционирования, найти оптимальные соотношения между размерами клеток ранней и поздней древесины
Апробация результатов исследования
Результаты работы докладывались на международных, российских и региональных научных конференциях и симпозиумах* «Структурно-функциональная организация и динамика лесов» (Красноярск, 2004), «Моделирование неравновесных систем - 2004» (Красноярск, 2004); IV международном симпозиуме «Строение, свойства и качество древесины -2004» (Санкт-Петербург, 2004), конференции молодых ученых «Всемирный год физики в Московском университете» (Москва, 2005), 9-я Путинской школе-конференции молодых ученых «Биология — наука XXI века», (Пущино, 2005); The Fifth European Conference on Ecological Modelling (ECEM 2005) (Pushchmo, 2005); седьмой международной конференции по дендрохронологии (7th International Conference on Dendrochronology) (Пекин, 2006), международной конференции «Влияние изменений климата на бореальные и умеренные леса» (Екатеринбург, 2006), XIV Всероссийская молодежной научной конференции «Актуальные проблемы биологии и
экологии» (Сыктывкар, 2007), конференции молодых ученых «Исследования компонентов лесных экосистем Сибири» (Красноярск, 2006); на научно-образовательном семинаре "Избранные главы биофизики" в Институте биофизики СО РАН (г Красноярск, 2006г)
Диссертационная работа изложена на 111 страницах машинописного текста и состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и списка цитируемой литературы Работа иллюстрирована 35 рисунками, 11 таблицами Библиография включает 105 наименований.
Публикации. По материалам диссертации имеется 6 публикаций, из них одна по списку ВАК
