Моделирование продуктивности нектаропродуктивных (агро)экосистем

• Автор: Кудряков, Антон Васильевич
• Шифр специальности: 03.00.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 168 с. : ил.

1.1. Структура экосистемы и факторы продуктивности.

1.2. Целевые принципы оптимальности живых систем.

1.2.1. Целевые принципы функционирования семей медоносных пчел.

1.3. Модели популяционного и колониального развития семей.

1.4. Модели фуражировки.

1.5. Процессы цветения и нектаровыделения в нектароносных фитоценозах

1.6. Методы оценки продуктивности.

1.7. Выводы к главе 1 постановка задач

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ КЛАССА НЕКТАРОПРОДУКТИВНЫХ АГРОЭКОСИСТЕМ

2.1 Иерархическая структура модели.

2.2 Общий метод оценки многокомпонентной продуктивности апюэкосистемы

2.3 Модель популяции семей медоносных пчел и среды обитания.
2.4 Модель семьи
2.4.1. Общие требования к модели.
2.4.2. Концептуальная модель.
2.4.2.1. Сезонная регуляция внутри колониальной репродукции
2.4.2.2. Принцип социального разделения труда
2.4.2.3. Сбор и регуляция запасов корма
2.4.2.4. Регуляция каннибализма
2.4.2.5. Структура нижележащего уровня
2.4.3. Формальное описание.
2.4.4. Идентификация параметров
2.5. Модель фуражировки
2.5.1. Постановка требований к модели
2.5.2. Концептуальная модель фуражировки аначиз задачи.
2.5.3. Формальное описание.
2.5.3.1. Структура модели
2.5.3.2. Модель коллективной фуражировки.
2.5.3.3. Модель индивидуальной фуражировки.
2.5.3.4. Модель взаимодействия фуражиров с источниками нектара.
2.5.4. Идентификация параметров
2.6. Модель нектароносного фитоценоза
2.6.1. Феноменологическое описание процессов цветения и нектаровыделения.
2.6.2. Оценка характеристик нектароносных видов
2.7. Модель погоды средней дневной температуры воздуха.
2.7.1. Аначиз температурных данных.
2.7.2. Выбор модели
2.7.3. Идентификация модели для разных климатических регионов
2.8. Выводы к главе
ГЛАВА 3. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОДЕЛИ ЭКОСИСТЕМЫ .
3.1. Инструментальная среда моделирования Алуххс
3.2. Имитационная модель .
3.2.1. Структура модели .
3.2.2. Организация вычислительного процесса
3.2.3. Численные методы
3.3. Методика проведения имитационных экспериментов и обработки результатов моделирования
3.4. Выводы К ГЛАВЕ 3
ГЛАВА 4. СТРАТЕГИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СЕМЕЙ КАК ФАКТОРЫ ПРОДУКТИВНОСТИ .
4.1. Стратегии внутриколониального развития
4.1.1. Естественное развитие семьи.
4.1.1.1. Функциональновозрастной состав семьи.
4.1.1.2. Внутренний режим развития .
4.1.2. Сезонная регуляция интенсивности репродукции.
4.1.2.1. Оптимальная интенсивность репродукции
4.1.2.2. Роль погодных факторов в выборе репродуктивных стратегий обсуждение
4.1.3. Стратегия каннибализма.
4.1.3.1. Выгодность каннибализма. Ю
4.1.3.2. Принятие решения об инициации каннибализма
4.1 Стратегия возрастного предпочтения при каннибализме
4.1.4. Стратегия сбора и запасания пыльцы.
4. I. 5. Анализ чувствительности модели семьи.
4.2. Стратегии фуражировки в окружающей среде
4.2.1. Коллективная фуражировка.
4.2.1.1. Адаггивнос перераспределение трудовых ресурсов по территории
4.2.1.2. Динамичность фуражирной активности.
4.2.2. Сравнение альтернативных стратегий.
4.2.2.1. Оптимизации индивидуальной фуражировки.
4.2.3. Анализ чувствительности модели фуражировки.
4.2.3.1. Оптимальная стратегия вербовки в нестабильной среде
4.3. Принцип функционирования семей обсуждение результатов.
4.4. выводы к главе
ГЛАВА 5. ВНЕШНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ПРОДУКТИВНОСТИ
5.1. Объективные факторы.
5.1.1. Погодноклиматические условия
5.1.2. Расстояние до массива нектароносных растений.
5.1.3. Плотность числа цветков
5.1.4. Концентрация сахаров в нектаре.
5.2. Управление со стороны человека
5.2.1. Оптимальный выбор числа семей в локальной популяции
5.2.2. Интенсивность эксплуатации по отбору пыльцы
5.3. Обсуждение результатов
5.4. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И1М1МЖ1ММННММН1МММММ1МММНМНМ1МН1НМ1М1МН1ННМ1М1Н1ММ1М1ИММММ1М1
СП ИСОКЛ ИТЕРАТУ РЫ.
Введение


В свою очередь, популяция медоносных пчел состоит из отдельных семей рис. Брайен, , , Еськов, Таранов, . Семьи функционируют практически независимо друг от друга, поскольку имеют высокий уровень самоорганизации, являются автономными интеллектуальными системами i , , , . В силу этого они имеют и явно преследуют определенную цель см. Поэтому развитие семей, их склонность к собирательной и опылительной деятельности, и конечная продуктивность экосистемы зависят, вообще говоря, от целевого принципа функционирования семей рис. Известно, что другие близкородственные виды шмели и осы также собирают нектар и пыльцу, однако не имеют практически никакой хозяйственной ценности Брайен, Фегри и др. Кроме этого, собирательная деятельность семей зависит от их биологического потенциала, сформировавшегося под влиянием внешних экологических факторов погоды и нектароносного фитоценоза. Известны ситуации, когда во время главного медосбора стоит хорошая летная погода, нектар обильно выделяется растениями, но его сбор осуществляется с малой интенсивностью вследствие того, что семьи не успели развиться изза холодной затяжной весны Харченко и др. С другой стороны, динамика и продуктивность нектаропродуктивных экосистем зависят от управляющих воздействий со стороны человека, кото
рые, в свою очередь, также могут преследовать собственные цели рис. Среди них может быть максимизация 1 нектарной продуктивности, 2 пыльцевой продуктивности, 3 семенной зерновой продуктивности за счет опыления, или любая другая материальная цель. В общем случае они могут приводить к разным оптимальным решениям Кудряков, Ь. Если при этом учесть экономические затраты, то возникают новые целевые установки, и т. Таким образом, возникает иерархия целей управления, каждая из которых влияет на конечную продуктивность агроэкосистемы. В итоге можно выделить 5 основных факторов продуктивности 1 нектароносный фитоценоз, 2 погодные условия, 3 семьи, их биологическое развитие и состояние, 4 процесс фуражировки, и 5 целевые принципы оптимальности управление на любом уровне организации экосистемы рис. Целевые принципы оптимальности являются аналогами экстремальных вариационных принципов в механике и физике, и широко используются в экологии и биологии Фурсова и др. Разными исследователями на протяжении длительного времени выдвигались различные целевые принципы Фурсова и др. Все эти принципы позволили сделать важные предсказания относительно оптимальных параметров и динамических режимов функционирования живых систем и хорошо подтверждались экспериментальными наблюдениями. Само существование большого числа целевых принципов говорит о том, что многие из них носят частный характер. Кроме того, все они являются однокритериапьными скалярными. Сложные биологические системы, которыми являются семьи медоносных пчел, могут в общем случае преследовать многокритериальный принцип. Ответить на вопрос, какой целевой принцип преследуют семьи медоносных пчел, на основе современных литературных данных с полной уверенностью нельзя. Комплексные исследования в этой области не проводились. Существуют либо отдельные эмпирические наблюдения, либо серьезные фундаментальные работы, но ограниченные узкими аспектами жизнедеятельности семей. Например, в пчеловодной отрасли сельского хозяйства некоторыми авторами указывалось, что семьи в течение активного сезона стараются собрать как можно больше нектара Таранов, Кривцов и др. Куликов, . В фундаментальных работах исключительно зарубежных принципы оптимальности у медоносных пчел рассматривались в основном в связи с их собирательной деятельностью i , , i , , , , i , , i , i , ii , . Фуражировка семей организована на двух иерархических уровнях колониальном и индивидуальном , , . Выдвигалась гипотеза, что на индивидуальном уровне каждый фуражир максимизирует скорость приноса нектара i , . Однако через несколько лет путем тонкой интерпретации экспериментальных данных через призму математических моделей был сделан вывод, что фуражиры, похоже, максимизируют энергетическую эффективность своего рейса i , i , , .