Проблемы моделирования в экологии

моделирование лес экология

Авторы классических экологических моделей давали своим работам многообещающие заголовки типа «математическая теория борьбы за существование», было ясно, что сколько-нибудь поддающиеся исследованию классическими методами математические модели в виде дифференциальных уравнений слишком просто, чтобы в самом деле описывать реально существующие природные сообщества. Наоборот, признание того факта, что и специально созданные лабораторные сообщества тоже плохо согласуются, потребовало длительной экспериментальной работы. Во времена Дарвина, сложилась бесспорно правильная в общих чертах картина функционирования экологических сообществ. Согласно этой картине, любая природная экологическая система состоит из трех крупных видов, называемых «трофическими уровнями», а именно из:

продуцентов

консументов

редуцентов.

Простейшие оценки показывают, что существование экосистемы возможно только за счет круговорота вещества. Если бы этот круговорот в каком-то звене остановился, то имеющиеся в доступном для экосистемы виде запасы вещества, из которого строятся живые организмы, скоро оказались бы исчерпанными.

При более детальном изучении конкретной экосистемы каждый трофический уровень разбивается на более мелкие, а если основной единицей экологии считать биологический вид, то общее число таких единиц в любой реальной экосистеме колоссально, и трофические взаимосвязи между ними невообразимо сложны. Нельзя думать, чтобы подобные взаимосвязи можно было описать моделью в виде, скажем, системы дифференциальных уравнений, которая поддавалась бы исследованию в классическом смысле, т.е. Интегрированию в формульном виде или хотя бы качественному исследованию.

Ряд печальных опытов убедил человечество в том, что экосистемы нужно изучать в целом, не ограничиваясь лишь теми видами, которые для человека представляют экономический интерес. В этой связи можно говорить, например, о концентрации в отдельных звеньях трофических цепочек некоторых ядов, которые попадают в природную среду с промышленными отходами, казалось бы, в сильно разбавленном и потому безопасном виде. Они, однако, могут быть накоплены живыми организмами и в конце концов попасть обратно в пищу человека в концентрированном виде. Таки образом, мы приходим к выводу, что экосистему, нужно исследовать в целом, и притом на количественном уровне.

Вывод заключается в том, что математическое моделирование любой экологической системы представляет собой обширный, продолжительный и дорогостоящий эксперимент, который имеет очень мало шансов на удачу.

Наиболее актуальными в мировой науке проблемами в экологии, решаемыми математическими методами, на настоящий момент являются:

. моделирование биогеохимических циклов элементов, в первую очередь углерода и азота, в особенности в связи с оценкой баланса углерода в рамках Киотского протокола;

. управление природными и искусственными экосистемами с целью сохранения биоразнообразия и оптимизации хозяйственно полезной продукции.

. проблемы устойчивого развития природных экосистем в различных биомах земного шара, в первую очередь в бореальных и тропических лесах, тундре и пустынях при изменениях, в том числе и катастрофических, внешних условий - изменения климата, лесные пожары, вспышки численности насекомых-вредителей, наводнения и засухи.

Во всех этих направлениях российские ученые входят в число лидирующих. Важно отметить их участие в больших международных коллективах, в которых роль российских ученых, как правило, состоит в методологических постановках задач и, при необходимости, высокопрофессиональной математической технике их решения.

В настоящее время в России можно выделить несколько центров, в которых развивается математическое моделирование в экологии. Это географический, биологический и почвенный факультеты Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, чьи коллективы пересекаются с институтами Академии наук, в первую очередь с Институтом проблем эволюции и экологии им. А.Н. Северцова РАН; Институтом физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН и Институтом глобального климата и экологии РАН и Госкомгидромета, в которых сейчас сосредоточены исследования по теоретической экологии и глобальным моделям, Красноярским научным центром РАН (Институт биофизики, Институт леса и древесины им. В.Н. Сукачева, Вычислительный центр и др.), Пущинским научным центром РАН (Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения, Институт математических проблем биологии, Институт теоретической и экспериментальной биофизики), Карельский филиал РАН, Ростовский госуниверситет. Перейти на страницу: 1 2

Другие статьи

Изучение фиторемедиационного потенциала амаранта и львиного зева для почв, загрязненных тяжелыми металлами Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства, развитие транспорта и активизация добычи полезных ископаемых неизбежно приводят к загрязнению природных экосистем. При этом одним из основных объектов загрязнения является почва. В результате загрязнени ...