Численное моделирование динамики возрастной структуры

На основе объектно-ориентированного моделирования (ООМ) с применением химико-биологический модели экосистемы пелагиали была рассмотрена сезонная (весенне-летняя) динамика возрастной структуры популяций планктонных копепод (взрослые особи, копепотиды и науплии). Полученные численные результаты модели показывают её чувствительность при изменении параметров окружающей среды, а также адаптацию гидробионтов и дальнейшее развитие в заданных условиях. В работе была наглядно показана структура популяционных волн модельного вида зоопланктона, а также исследована их зависимость от изменения температуры воды и воздуха, и при различной концентрации биогенных веществ.
Модель состоит из трех блоков: гидродинамический, гидрохимический и биологический. Гидродинамический блок включает в себя модель, описывающую пространственно-временную динамику температур поверхности воды, верхнего перемешанного слоя и нижнего слоя, процессы вовлечения и антивовлечения. Гидрохимический блок состоит из переменного блока, в который включены процессы трансформации взвешенного и растворенного органического азота (PON, DON), аммония (NH4), нитритов (NO2), нитратов (NO3), сероводорода (H2S), серы (S), тиосульфатов (S2O3), сульфатов (SO4) и кислорода (O2). Биологический блок представлен объектноориентированной моделью (ООМ), включающей в себя описание жизнедеятельности фитопланктона, зоопланктона, бактериопланктона и простейших .
Основные выводы численных экспериментов с ООМ можно коротко сформулировать следующим образом:
- Разработанная многоэлементная объектно-ориентированная модель морской экосистемы пелагиали позволяет изучать пространственного распространения популяций планктонных организмов, биогенных элементов, возникающих как следствие трофических взаимоотношений между согласующиеся с имеющимися экспериментальными данными на мелкомасштабном уровне (от сотен метров до десятков километров) ;
- При заданных определенных внешних условиях и дефицита биогенных элементов модель быстро приходит к устойчивому состоянию, которая характеризуется низким уровнем биомассы и численности, а также квазистационарным неоднородным пространственным распределением фито- и зоопланктона;
- при достаточной концентрации биогенов и заданных благоприятных внешних условиях моделируемая экосистема пелагиали развивается, в непрерывной трансформации ее пространственной структуры;
- наличие отрицательных обратных связей, направленных от объектов более высокого иерархического уровня к объектам более низкого уровня, оказывает весьма существенное стабилизирующее влияние на систему в целом, а также влияет на характер пространственно-временной динамики пятен;
- Выполненные имитационные эксперименты показали, что относительно кратковременные дестабилизирующие воздействия различной природы могут вызывать колебания численности особей, аналогичные колебаниям, связанным с хищничеством, - так называемые популяционные волны. Период этих волн соответствует длительности жизненного цикла организмов ;
- Популяционная волна возникает вследствие нарушения устойчивой возрастной структуры популяции. Причиной этих нарушений является то, что особи на разных стадиях развития по-разному реагируют на дестабилизирующие воздействия, наиболее уязвимые стадии могут практически полностью исчезать при продолжительном действии угнетающего фактора. Возникающий минимум численности передается дальше от стадии к стадии и имеет повторы в последующих генерациях.
Результаты настоящей работы опубликованы в статье, а также представлены в сборнике тезисов конференции
Автор выражает благодарность своему научному руководителю Ереминой Т.Р. за ценные советы при планировании исследования и рекомендации по оформлению и написании данной работы, а также Васечкиной Е.Ф. за оказанную помощь при проведении данного исследования.


Купить