Имитационное моделирование деградации пастбищных экосистем аридной зоны

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Новые подходы к изучению динамики сукцессий основаны на оригинальной концепции системной динамики, которую использовали при разработке имитационных моделей, отражающих динамику пастбищных экосистем. Временная динамика почвенно-растительного покрова естественных пастбищ Чёрных земель Калмыкии отражает деградационные процессы, которые исследуются имитационным моделированием. Процессы деградации пастбищ в субаридном поясе юга России описывали обыкновенными дифференциальными уравнениями. Эта концепция выступает базовой в разработке имитационных моделей. Динамику изменения эффективных покрытий для фитоценозов пастбищ Чёрных земель в процессе деградации прослеживали от исходных пастбищ до полного опустынивания. Аналитические решения для различных условий сукцессионной динамики при деградации естественных пастбищных угодий представляются удобным тестом при оценке адекватности имитационного моделирования. Исходные временные ряды космических наблюдений за эффективными покрытиями фитоценозов использовали для параметризации имитационных моделей. Модели реализованы в системе имитационного моделирования AnyLogic. Процесс разработки модели основан на визуальном программировании с использованием графического интерфейса пользователя. Информационные потоки в среде Any- logic перераспределяются с течением времени по системе накопителей, связанных между собой ориентированным графом модели. Вычислительный эксперимент, демонстрирующий результаты имитации с различными параметрами, использовали для ориентировочной (качественной) оценки экосистемной устойчивости. Результаты аналитического моделирования с использованием обыкновенных дифференциальных уравнений и имитационное моделирование показали высокую идентичность. Исследование динамики пастбищных экосистем с использованием вариационного эксперимента демонстрирует возможность визуального (когнитивного) подбора параметров модели, отвечающей условиям стационарности пастбищных экосистем. Изучение динамики сукцессий пастбищных фитоцнозов рассматриваемым методом открывает новые возможности для решения задач оптимального использования биоресурсов и устойчивости пастбищных экосистем.

Об авторах

А. Н Салугин

Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук

Email: saluginan@mail.ru
400062, Волгоград, Университетский просп., 97

Список литературы

  1. Логофет Д.О, Маслов А.А. Анализ мелкомасштабной динамики двух видов-доминантов в сосняке чернично-бруснично-долгомошном II. Неоднородная Марковская цепь и осредненные показатели // Журн. общ. биологии. 2018. Т. 79. № 2. С. 135-147.
  2. Логофет Д.О, Уланова Н.Г. От мониторинга популяции к математической модели: новая парадигма популяционного исследования // Журн. общ. биологии. 2021. Т. 82. № 4. С. 243-269. doi: 10.31857/ S0044459621040035.
  3. Куст Г.С., Андреева О.В., Лобковский В.А. Нейтральный баланс деградации земель - современный подход к исследованию засушливых регионов на национальном уровне // Аридные экосистемы. 2020. Т.26. № 2 (83). С. 3-9. doi: 10.1134/S2079096120020092.
  4. Касталевский Д.Ю. Основы имитационного моделирования и системного анализа в управлении. М.: Издательский дом "Дело", 2015. 496 с
  5. Pykh Y.A. Lyapunov-Meyer functions and distance measure from generalized Fisher's equations // IFAC- PapersOnLine. 2015. No. 48 (11). P. 115-119.
  6. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Основания синергетики. Режимы с обострением, самоорганизация, темпомиры. СПб.: Алетейя, 2002. 414 с.
  7. Добровольский Г.В. Тихий кризис планеты // Вестник РАН. 1997. Т. 4. №. 67. С. 313-320.
  8. Петропавловский Б.С, Варченко Л.И. Использование информационной статистики для изучения экологии растительности и динамических процессов растительного покрова земли // Сибирский экологический журнал. 2021. № 28 (3). С. 263-273. doi: 10.15372/ SEJ20210301.
  9. Черкашин А.К, Бибаева А.Ю. Натурные и дистанционные исследования и математическое моделирование горностепных экосистем на ландшафтной основе // Аридные экосистемы. 2020. Т. 26. № 4 (85). С. 108-115. doi: 10.24411/1993-3916-2+020-10125.
  10. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Соломещ А.И. Современная наука о растительности: учебник. М.: Логос, 2002. 264 с.
  11. Vlasenko M.V, Kulik A.K., Salugin A.N. Evaluation of the ecological status and loss of productivity of arid pasture ecosystems of the Sarpa lowland // Arid Ecosystems. 2019. No. 9 (4). P. 273-281. doi: 10.1134/ S2079096119040097.
  12. Салугин А.Н, Власенко М.В. Аналитическое моделирование деградации аридных пастбищ // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2021. № 3 (63). С. 366-376. doi: 10.32786/2071-9485-2021-03-38.
  13. Виноградов Б.В. Основы ландшафтной экологии. М.: ГЕОС, 1998. 418 с.
  14. Салугин А.Н. Численное моделирование сукцессионных переходов в агроэкологии // Российская сельскохозяйственная наука. 2020. № 1. С. 62-65. doi: 10.31857/S2500-2627-2020-1-62-65.
  15. Salugin A.N., Vlasenko M.V. Mathematical models of the dynamic stability of arid pasture ecosystems in the south of Russia // Agronomy. 2022. No. 12 (6). P. 1448. URL: https://www.mdpi.com/2073-4395/12/6/(дата обращения: 10.03.2013). doi: 10.3390/agronomy12061448.
  16. Гусев А.П. Закономерности долговременной динамки локальных геосистем юго-востока Беларуси // Учёные записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. 2022. Т. 8 (74). № 2. С. 60-70.
  17. Обратный прогноз подтверждает вывод о жизнеспособности ценопопуляции растений / Д.О. Логофет, Е.С. Казанцева, И.Н. Белова и др. // Журн. общ. биологии. 2020. Т. 81. № 4. С. 257-271. doi: 10.31857/ S0044459620040041.
  18. Маслов А.А, Логофет Д.О. Совместная динамика популяций черники и брусники в заповедном послепожарном сосняке-зеленомошнике. Модель с осредненными вероятностями перехода // Журн. общ. биологии. 2020. Т. 81. № 4. С. 243-256. doi: 10.31857

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2023