УДК 502.7:681.3(476)
Математическое моделирование болотных экосистем и заповедное дело
Рыбка В.И.
Институт проблем использования природных ресурсов и экологии НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь
Проблемы биологического разнообразия являются ключевыми для экологии и охраны окружающей среды как в глобальном так и региональном аспектах. Понятие биологическое разнообразие включает не только разнообразие видов растительного и животного мира, микроорганизмов, но также и разнообразие экосистем. Под разнообразием экосистем мы в первую очередь понимаем разнообразие как биологических объектов (биогеоценозов), так и их биокосного и абиотического окружения (экотопов). Сохранение генетического, видового, популяционного, экосистемного разнообразия - одно из условий устойчивого функционирования биосферы.
Особое место среди всего разнообразия экосистем Беларуси занимают болота, выполняющие важные средообразующие и ресурсовоспроизводящие функции.
В рамках создания региональной системы оценки воздействий на окружающую среду (РС ОВОС) нами разработана имитационная модель болотной экосистемы, которая является рабочим инструментом для массового экспрессного оценивания состояния болот при различных сценариях развития, в том числе антропогенных воздействиях.
Модель состоит из двух подсистем и описывает единство фитоценоза и экотопа. Разнообразие болотных фитоценозов представлено более 43 видами формаций включая весь спектр болот - от евтрофных (низинных), мезотрофных (переходных) до олиготрофных (верховых), а также пойменных, имея ввиду также аллювиальный тип почв. Важным также является учет вертикальной (ярусной) структуры болотных фитоценозов. Модельные фитоценозы конструируются из ярусов четырех типов: древесного, кустарникового, кустарничково-травяного и мохового. Фитоценоз может включать от 1 до 4 ярусов. Запасы растительного вещества и химических элементов и их соотношение в различных блоках и интенсивность потоков моделируемой болотной экосистемы изменяются на протяжении года и оцениваются для двух условных фаз годового цикла – максимум биопродуктивности и конец вегетационного периода.
Выделяются блоки: надземная фитомасса- G, ветошь - D, подстилка - L, живая подземная фитомасса - R, мертвые растительные остатки - V.
По такому же принципу разработана и включена в модель система классификации эдафотопов. Комплексы почвенных условий систематизируются на основе известных почвенных классификаций. Экотоп задается матрицей состояния, основными блоками которой являются болотная подстилка, мертвое, частично гумусированное органическое вещество и химические элементы. Позиции, характеризующие блок: 1 - запас ингредиента в блоке, 2- поток в блок, 3 - поток из блока, 4,5 - потоки в систему и из системы по отношению к блоку. Ингредиенты те же, что и для фитоценоза: органическое вещество (ОВ) и макроэлементы (Si, Al, Fe, Mn, Ca, Mg, K, S, P, N).
Блок-схема алгоритма программного комплекса МООR cостоит из следующих основных крупных фрагментов, реализующих: а) ввод параметров, характеризующих фитоценоз и экотоп; б) оценку начального состояния; в) оценку текущего состояния; г) задание сценариев функционирования системы, включая воздействия на систему извне.
Начальная оценка формируется как интегральная от оценок по отдельным ярусам. В основе их получения лежит матричное задание характеристик продукционно-деструкционных процессов и химического состава органического вещества разных фракций яруса.
Процедура оценки воздействий обеспечивается включением матрицы DR корректирующих коэффициентов в систему балансовых уравнений при расчетах запасов и потоков вещества. Воздействие на систему отражается на потоках и запасах вещества внутри системы, его перераспределении по блокам. Соответственно в режиме «без воздействий» матрица DR зануляется.
Имитационная модель болотной экосистемы позволяет проникнуть в организацию системы и раскрыть основные закономерности ее функционирования, провести ее анализ на системном уровне.
Заповедники располагают обширным экспериментальным материалом по составу, численности, динамике ведущих элементов системы, которые можно максимально использовать для выявления основных закономерностей функционирования болотных экосистем, занимающих около 4% территории Беловежской пущи. Экспериментальный материал позволит определить действительную ценность модели, повысить эффективность научных исследований, даст возможность разработки более сложных и адекватных моделей.
Возможность экспрессной оценки динамики экосистемы, прогнозирование тенденций развития и эволюции болот позволяет своевременно определить необходимые дополнительные мероприятия по управлению экосистемами, выбору рациональных режимов функционирования и охране как биологических сообществ, так и биогеоценозов заповедника.
Опубликовано на стр. 139-141.