Вычислительные эксперименты динамики древесной синузии лесного ценоза

Объекты и методы экспериментов. На основе описанного алгоритма разработана имитационная модель динамики древесной синузии лесного ценоза, которая позволяет проводить вычислительные (машинные) эксперименты с различными наборами исходных данных. В рассматриваемой модели максимальный размер моделируемой площади 28 х 28 ячеек (при площади ячейки 5 х 5 м моделируемая площадь составляет 1,96 га).

Эксперименты с шагом моделирования в 10 лет проведены с одно-, дву- и трехвидовыми синузиями деревьев. В модели были использованы параметры наиболее ярких представителей разных популяционных стратегий: дуба черешчатого (Quercus robur) - конкурентный вид, клена остролистного (Acer platanoides) - толерантный вид , березы бородавчатой (Betula pendula) - реактивный вид. Они имеют разную скорость роста, разную теневыносливость, разную длительность онтогенеза и другие параметры.

Следует отметить, что моделирование начинается с безлесного пространства (пашни) путем заселения семенами всех видов всей исследуемой территории. На каждом шаге моделирования осуществляется подсев семян всех видов на всю моделируемую территорию при наличии генеративных особей.

В процессе проведения вычислительных экспериментов делалась проверка модели, как на качественном, так и на количественном уровне путем сравнения отдельных результатов с имеющимися натурными данными. Здесь следует отметить, что имитационное моделирование позволяет исследовать поведение объекта при разных значениях входных параметров. Однако лишь отдельные комбинации параметров имеют натурные аналоги, что позволяет проверять правильность работы модели только по опорным точкам.

Результаты вычислительных экспериментов сравнивали по одному показателю - по площади, занимаемой кронами каждого вида в разных онтогенетических состояниях. Такой подход кажется правомерным, так как позволяет более точно определить степень влияния вида на процессы, происходящие в ценозе. Обычно лесные насаждения сравнивают по соотношению числа стволов или биомассы (запасов) видов деревьев, что допустимо и необходимо при их хозяйственной оценке. В том случае, когда необходимо сравнить степень влияния особей разных видов на внутриценотическую обстановку и, в частности, на использование света как основного формообразующего ресурса в лесных сообществах, использование площади крон представляется правомерным.

Эксперименты с одновидовыми синузиями проводились с целью выявления типов онтогенетических спектров в стационарном (или близком к нему) состоянии популяций каждого из трех модельных видов. Спектры построены на основе определения суммарных площадей крон каждого вида в каждом возрастном состоянии, начиная с виргинильного состояния.

Результаты экспериментов показали, что в стационарном состоянии онтогенетические спектры модельных видов отличаются друг от друга очень незначительно и проявляют практически полное сходство с таковыми, построенными на основе натурных исследований (Восточноевропейские..., 1994). Одна из основных причин сходства стационарных онтогенетических спектров разных видов, полученных в модельном эксперименте, состоит в том, что (по имеющимся натурным данным) относительная длительность отдельных онтогенетических состояний одинакова или близка у видов с разной стратегией и разным отношением к свету. Это утверждение носит предварительный характер; его подтверждение или опровержение требуют дополнительных натурных исследований.

Эксперименты с двувидовыми и многовидовыми синузиями проводились в двух вариантах.

Первый вариант включал эксперименты, в которых древесная синузия не испытывала каких-либо внешних (экзогенных) по отношению к ней природных или антропогенных воздействий. Следует пояснить использование в данном разделе понятия «экзогенные воздействия». В разделе подробно рассмотрены экзогенные и эндогенные воздействия применительно к биоценозу в целом. Очевидно, что воздействия, эндогенные по отношению к биоценозу в целом, могут быть экзогенными по отношению к одной из его подсистем, например, воздействия той или иной группы животных или отдельных видов животных на синузии деревьев.

Возрастные спектры популяций видов, формирующих одновидовые синузии (стационарное состояние синузии)
По оси абсцисс - онтогенетические (возрастные состояния): v - виргинильное, g1 - молодое генеративное, g2 - средневозрастное генеративное, g3 - старое генеративное, 5 - сенильное

Как показано ранее, природные воздействия, экзогенные по отношению к одной из подсистем биоценоза, могут выступать в качестве механизма его устойчивого существования в целом.

В связи с этим, моделирование развития синузий деревьев при отсутствии внешних воздействий или при внешних воздействиях с разной интенсивностью позволяет акцентировать внимание биологов на выяснении конкретных механизмов поддержания устойчивых потоков поколений в популяциях видов деревьев разных стратегий и разной теневыносливости в природных биоценозах. Это, в свою очередь, может быть полезным при разработке методов устойчивого лесопользования.

В обсуждаемой серии экспериментов под экзогенными воздействиями понимаются любые воздействия, приводящие к гибели деревьев, за исключением естественного изреживания.

Второй вариант включал эксперименты, в которых древесная синузия подвергалась экзогенным воздействиям. Исследовались влияние параметров теневыносливости, скорости роста и интенсивности воздействий на структуру синузии в стационарном и переходном состояниях.