Применение популяционной модели лиственницы сибирской для контроля биоразнообразия лесов севера Западной Сибири

Механизмы оценки и прогнозирования ресурсного потенциала лесного фонда северных нефтедобывающих территорий Западной Сибири имеют первостепенное значение в задачах оценки воздействий на окружающую среду. В представленных исследованиях предложено оценивать устойчивость биоразнообразия северных лесных территорий при помощи прогнозных моделей популяций деревьев-эдификаторов, в частности лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb). Впервые разработана и доведена до численных значений проекционная матрица и показана возможность ее идентификации на основе динамических кривых плотности древостоя и урожайности шишек. За основу принят вариант онтогенетических состояний: ювенильного, ауксофазы, генеративного. Дано краткое описание этих состояний: возрастные границы, длительность и их возможные значения для лиственницы сибирской. Поскольку длительность состояний различна, применяется модифицированная модель Л. П. Лефковича с показателями дожития, задержек и рождаемости. Первые два показателя идентифицированы по динамической кривой численности нормального древостоя по материалам, предоставленным Н. В. Выводцевым в справочнике В. В. Загреева, третий – по кривой урожайности шишек по возрастам из работ Е. П. Верховцева применительно к условиям рассматриваемой территории. В результате получены численные значения параметров матрицы, определены максимальное собственное число и индикатор потенциала роста, указывающий на возрастание или сокращение популяции. В рассматриваемом варианте их значения близки к единице, что говорит о равновесности популяции. Кроме того, определена структура древостоя через 20 лет. Полученные результаты могут быть положены в основу мониторинга устойчивости биоразнообразия выделенного участка леса в северных районах с усиленной техногенной нагрузкой, для реализации которого необходимы данные кривых роста численности и урожайности популяции деревьев-эдификаторов, в том числе лиственницы сибирской.

1. Кирсанова Н. В. Применение методов фитоиндикации при экологическом мониторинге объектов добычи нефти и газа (на примере ЯНАО) // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2017. № 2. С. 37–43.

2. Петрова Г. И., Терновская И. А., Фатхуллин Р. Р. Научно-методические аспекты совершенствования системы мониторинга окружающей среды при разработке нефтяных месторождений // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2015. № 3. С. 31–34.

3. Швиденко А. З., Щепащенко Д. Г., Кракснер Ф., Онучин А. А. Переход к устойчивому управлению лесами России: теоретико-методические предпосылки // Сибирский лесной журнал. 2017. № 6. С. 3–25.

4. Whittaker R. H. Communities and Ecosystems. 2 nd Rev. Ed. MacMillan Publishing Co. New York, 1975. p. 385.

5. Сысуев В. В., Бондарь Ю. Н., Чумаченко С. И. Моделирование структуры ландшафтов и динамики древостоев для планирования устойчивого лесопользования // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 2010. № 6. С. 39–48.

6. Соловьянов А. А. Наблюдательные сети экологического мониторинга США // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2013. № 6. С. 19–28.

7. Логофет Д. О., Клочкова И. Н. Математические модели Лефковича: репродуктивный потенциал и асимптотические циклы // Математическое моделирование. 2002. Т. 14, № 10. С. 116–126.

8. Caswell H., Fujiwara M. Beyond Survival Estimation: Mark–Recapture, Matrix Population Models, and Population Dynamics // Animal Biodiversity and Conservation. 2004. No. 27.1. P. 471–488.

9. Keyfitz N., Caswell H. Applied Mathematical Demography. Springer, 2005. Р. 558.

10. Свирежев Ю. М., Логофет Д. О. Устойчивость биологических сообществ. М. : Наука, 1978. 352 с.

11. Верховцев Е. П. Плодоношение лиственницы сибирской в Восточных Саянах // Лиственница : сб. ст. Красноярск, 1962. Т. XXIX. С. 82–93.

12. Логофет Д. О. Еще раз о проекционных матрицах: индикатор потенциального роста и польза индикации // Фундаментальная и прикладная математика. 2011/2012. Т. 17, № 6. C. 41–63.

13. Логофет Д. О. Свирежевский принцип замещения и матричные модели динамики популяций со сложной структурой // Журнал общей биологии. 2010. Т. 71, № 1. С. 30–40.

14. Lefkovitch L. P. The Study of Population Growth in Organisms Grouped by Stages // Biometrika. 1965. No. 35. P. 183–212.

15. Авдеева Е. В., Кузмичев В. В. Специфика онтогенеза и индикаторная роль лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb) в условиях городской среды // Хвойные и бореальные зоны XXIV. 2007. № 4–5. С. 362–367.

16. Норин Б. Н. К познанию семенного и вегетативного возобновления древесных пород в лесотундре // Растительность Крайнего Севера СССР и ее освоение : сб. БИН им. В. Л. Комарова. М. ; Л. : АН СССР. 1958. Вып. 3. С. 154–244.

17. Дылис Н. В. Лиственница. М. : Лесная промышленость. 1981. 96 с.

18. Evstigneev O. I., Korotkov V. N. Ontogenetic Stages of Trees: an Overview // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2016. Vol. 1, No. 2. P. 1–31.

19. Зеленяк А. К., Иозус А. П. Особенности семеношения лиственницы сибирской на клоновой плантации // Успехи современного естествознания. 2013. № 12. С. 18–22.

20. Lyr H., Polster H., Fiedler H.-J. Geholzphusiologie. Jena : VEB Gustav Fisher Verlag, 1967. 422 S.

21. Загреев В. В., Сухих В. И., Шведенко А. З., Гусев Н. Н., Мошкалев А. Г. Общесоюзные нормативы для таксации лесов : справ. М. : Колос. 1992. 495 с.

22. Akçakaya H. R., Burgman M. A., Ginzburg L. R. Applied Population Ecology. Applied Biomathematics. Setauket, New York, 1999. P. 272.

23. Caswell H. Sunderland M. A. Matrix Population Model. Construction, analysis and interpolation. Sinayer Associates, 1989. 328 p.

24. Harary F., Norman R., Cartwright D. Structural Models: An Introduction to the Theory of of Directed Graphs. Wiley, New York, 1965.

25. Jose J. M. Matrix Population Model // Вестн. Тамбов. ун-та. Сер. Естеств. и технич. науки. 2005. Т. 10, № 2. С. 164–170.

26. Цибульский В. Р., Арефьев С. П., Коновалов А. А., Говорков Д. А. Идентификация фаз роста деревьев хвойных пород на основе временных рядов древесно-кольцевых хронологий // Вестник кибернетики. 2016. № 4. С. 18–23.

27. Цибульский В. Р., Соловьев И. Г., Говорков Д. А. Особенности определения границ онтогенетических состояний хвойных пород на примере северной тайги Западной Сибири // Человек и Север : материалы всерос. конф., г. Тюмень, 2–6 апреля 2018 г. Тюмень : ФИЦ ТюмНЦ СО РАН. Вып. 4. С. 596–601.