Моделирование пространственно-временной динамики древесных сообществ

• Автор: Колобов, Алексей Николаевич
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Биробиджан
• Количество страниц: 133 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Основные подходы к моделированию динамики древесных сообществ

1.1 Модели динамики древесных сообществ

1.2 Подходы к моделированию лесных экосистем

1.2.1 Индивидуально-ориентированные модели

1.2.2 Мозаично-ячеистые модели

1.3 Подходы к моделированию роста дерева

1.4 Результаты обзора и постановка задач

Глава 2. Модель роста дерева в древостое

2.1. Модель роста дерева в условиях_конкуренции за свет
2.1.1 Формализация роста одиночного дерева
2.1.2 Рост дерева в условиях конкуренции
2.1.3 Оценка параметров модели роста дерева
2.2 Результаты численного исследования модели роста дерева
2.3 Моделирование процесса конкуренции за свет в одновозрастных древостоях
2.3.1 Вычислительные эксперименты с одновидовыми сообществами
2.3.2 Моделирование межвидовой конкуренции на примере двувидовых сообществ
2.4 Верификация модели по фактическим данным изреживания одновидовых одновозрастных древостоев
Глава 3. Индивидуально-ориентированная модель динамики древесных сообществ
3.1. Основные принципы построения модели
3.2. Структура модели
3.2.1 Исходные данные
3.2.2 Модель динамики древостоя

3.2.2.1 Организация пространственного размещения
деревьев в модели
3.2.2.2 Расчет светового режима
3.2.2.3 Модель роста дерева
3.2.2.4 Моделирование процессов гибели и воспроизводства
3.2.3 Выходные данные
3.3. Реализация модели на эвм
Глава 4. Результаты вычислительных экспериментов выполненных на модели пространственно-временной динамики древесных сообществ
4.1. Моделирование пространственной структуры древесных сообществ
4.1.1 Моделирование пространственно-временной динамики одновидовых древостоев
4.1.2 Сопоставление полученных результатов моделирования с фактическими данными
4.1.2.1 Настройка параметров модели
4.1.2.2 Анализ пространственной структуры древостоя
4.2. Модельные сценарии динамики древесных сообществ
4.3. Моделирование выборочных рубок
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Центральным звеном в структуре практически любого биоценоза являются сообщества растений. Они не только служат основными источниками органического вещества, но оказываются теми структурными компонентами, которые целиком определяют облик и строение биоценозов. Основные трудности, с которыми сталкиваются исследователи при изучении древесных сообществ, связаны с большой продолжительностью процессов их развития, а также длительностью реакции лесных насаждений на управляющие воздействия. Бурное развитие вычислительной техники и информационных технологий позволяет надеяться на возможность преодоления этих трудностей при применении средств математического и компьютерного моделирования. Сегодня в науке ведутся активные разработки различных типов моделей лесных экосистем (Березовская, 1991; Liu, Ashton, 1995; Чумаченко, 1998; Chertov et al., 1999; Хомяков и др., 2002; Porte, Bartelink, 2002; Busing, Mailly, 2004; Кузнецов и др. 2005; Perry, Enright, 2006; Комаров, 2007; Scheller, Mladenoff, 2007; Xi et al., 2009; Fontes et al., 2010), которые используются для анализа естественного развития леса, последствий воздействия различных систем рубок, нарушений, вызванных влиянием внешних факторов (пожары, сплошные рубки, вспышки насекомых и т.д.), включая изменения климата.
Одной из ключевых проблем современной биологии и охраны окружающей среды, является проблема изучения и сохранения биологического разнообразия, решение которой требует детального анализа динамики растительных сообществ. В ходе лесообразовательного процесса важную роль играют процессы внутривидовой и межвидовой конкуренции, которая является основной движущей силой формирующей видовой состав биоценозов. В существующих моделях динамики разновозрастных, многовидовых древесных сообществ (Shugart et al., 1984, 1996; Чумаченко, 1998; Chave, 1999; Huth, 2000; Lexer, Honninger, 2001; Peng, et al. 2002; Komarov et al. 2003; Seidl, 2012 и др.),

ГЛАВА II. МОДЕЛЬ РОСТА ДЕРЕВА В ДРЕВОСТОЕ
В данной главе предлагается модель роста дерева в условиях конкуренции за свет (Колобов, 2012; Колобов, Фрисман, 2013). В основе построения модели лежит уравнение энергетического баланса. Она содержит небольшое количество ведущих параметров, имеющих прямое эколого-физиологическое толкование. Показаны результаты численно-аналитического исследования модели. Проведены вычислительные эксперименты по моделированию парных межвидовых взаимодействий некоторых видов деревьев произрастающих на территории Дальнего Востока.
2Л. МОДЕЛЬ РОСТА ДЕРЕВА В УСЛОВИЯХ КОНКУРЕНЦИИ ЗА СВЕТ
Для описания конкурентного взаимодействия деревьев внутри популяции, необходимо сначала описать модель роста одиночного дерева, развивающегося в «идеальных» условиях, а затем учесть влияние уменьшения количества света вследствие конкуренции. К настоящему времени сформировались некоторые общие принципы построения моделей отдельного растения. Одним из основных методов моделирования, является составление балансовых соотношений (обычно в форме законов сохранения), которые в том или ином виде применяются в большинстве современных моделей высших растений, учитывающих деление на отдельные органы (Торнли, 1982; Полетаев, 1966). В них важными составными элементами являются транспорт и распределение ассимилятов между частями растения.
2.1.1 ФОРМАЛИЗАЦИЯ РОСТА ОДИНОЧНОГО ДЕРЕВА
Для описания роста дерева в качестве исходного пункта мы использовали модель свободного роста дерева, предложенную в работе И.А. Полетаева (Полетаев, 1966). Модель основывается на следующих гипотезах.
- Зрелое растение в процессе роста сохраняет геометрическое подобие. Это значит, что у зрелого растения с ростом не меняются отношения геометрических размеров, например отношение высоты к диаметру.