CAMPUS

Модель CAMPUS-S (Cellular Automata Model of Plants’ United Spread + Soil) является индивидуально-ориентированной решетчатой имитационной моделью с дискретным пространством, представленным в явном виде. Модель сочетает в себе несколько техник моделирования: техника L-систем (видоспецифичные признаки, обусловленные генотипом, задаются как входные данные), клеточно-автоматное моделирование (реализация схемы развития особи зависит от условий среды и взаимодействия между особями) и матричное моделирование (переходы между онтогенетическими состояниями задаются с помощью модифицированной матрицы Лесли). Счетной единицей модели является парциальное образование для клональных растений и особь для растений, не способных к вегетативному размножению. Минимальный пространственный шаг модели составляет 1 см2, размер решетки лимитирован только характеристиками компьютера. Временной шаг модели составляет 1 календарный месяц.

Модель CAMPUS-S состоит из двух основных блоков – блока моделирования динамики популяций растений, основанного на популяционно-онтогенетическом подходе и блока моделирования динамики биофильных элементов (углерода и азота) в растениях травяно-кустарничкового яруса и почве, основанном на экофизиологическом подходе.

Особенности блока моделирования динамики популяций растений:

  • Растение кодируется 10 онтогенетическими состояниями.
  • Растения разных стадий и разных жизненных форм могут иметь разные схемы морфологических структур, как надземных, так и подземных (ризомы, толстые и тонкие корни).
  • Морфологически структуры могут различаться размерами, формой, отмирать или омолаживаться в ходе онтогенеза.
  • Одна ячейка модели может быть занята надземной частью только одного растения.

Особенности блока моделирования динамики углерода и азота в растениях травяно-кустарничкового яруса и почве:

  • Прирост вычисляется на счетную единицу целиком.
  • Факторами, лимитирующими прирост, могут быть освещенность, влажность и температура почвы, а также количество доступного растению азота.
  • Каждая счетная единица содержит 5 фракций биомассы, между которыми перераспределяется прирост.
  • Длительность вегетационного периода в разные годы может различаться.
  • Интенсивность прироста различных фракций биомассы в течение вегетационного периода неравномерна.
  • В конце вегетационного периода происходит резорбция части азота из листьев.

Единичный шаг модели CAMPUS-S состоит из 9 последовательно выполняющихся этапов: отмирание, увеличение возраста, разрастание, семенное размножение, вычисление прироста, распределение прироста между органами, вычисление содержания азота в органах, вычисление количества опада, поступление опада в почву и его разложение.

Модель CAMPUS-S взаимодействует с другими моделями, разработанными в нашей лаборатории. Фактор освещенности под пологом леса учитывается на основании данных передаваемых из модели древесного яруса EFIMOD. Осуществляется динамическая передача карты освещенности (ФАР) под пологом (моль м–2) в разрешении 0.25 м2. Дополнительно из модели EFIMOD передаются координаты стволов деревьев; области, соответствующие этим координатам считаются абсолютно недоступной территорией для растений ТКЯ. Среднемесячная температура и влажность почвы передается из статистического генератора почвенного климата SCLISS. На основе этих данных в модели CAMPUS-S производится расчет длительности вегетационного периода. Разложение опада, поступающего в почву производится в модели динамики органического вещества почвы ROMUL-HUM.

Модель CAMPUS-S позволяет решать следующие задачи:

  • Исследование взаимодействия особей в ценопопуляции.
  • Исследование конкурентных отношений между ценопопуляциями в одном сообществе в зависимости от морфологических, временных и других видов поливариантности развития.
  • Оценка скорости занятия территории ценопопуляциями при разных условиях абиотической среды: влажность, богатство почвы, освещенность.
  • Оценка развития и продуктивности ценопопуляций при различных условиях биотической среды (почвенных и освещенности под пологом леса), в том числе при их изменении.
  • Оценка реакции ценопопуляций на антропогенные (рекреация, рубки, низовые пожары и др.) и зоогенные воздействия.
  • Оценка вклада растений травянисто-кустарничкового яруса в круговорот биофильных элементов (углерода и азота) в лесных экосистемах при различных экологических условиях.

Материалы для загрузки: