Батраченко Е.А.

Курский государственный университет

Факторы формирования устойчивости экосистем

Проблема изучения устойчивости природных систем достаточно сложна и требует разработки таких методологических основ, которые позволили бы адекватно оценить запасы устойчивости и механизмы, позволяющие сохранять естественный потенциал устойчивости. Оценка устойчивости природных систем к антропогенным нагрузкам предполагает различные подходы, использующие в качестве индикатора устойчивости абиотические и биотические процессы и компоненты, а также их синтез. Методологическое и теоретической основой оценки устойчивости является исследование динамики энергетического состояния компонентов природной системы при сельскохозяйственном воздействии. Исследованию подлежат компоненты и их свойства наиболее интенсивно трансформирующихся при сельскохозяйственном использовании. Сравнительный анализ факторов, определяющих потенциальную устойчивость, позволяет предположить их взаимовлияние. Для выявления взаимосвязи и особенностей взаимодействия факторов устойчивости природных систем построена и проанализирована математическая модель четырехфакторного анализа, в качестве которой использовано множественное линейное уравнение плоскости регрессии. В качестве анализируемых факторов, определяющих уровень устойчивости природных систем, выбраны следующие показатели: запасы надземной фитомассы, ц/га, (х₁), общее содержание гумуса, % (х₂), влажность почвы, (%) (х₃), уклоны поверхности,º(х₄).

Определение условий формирования оптимального уровня устойчивости производилось посредством 4-факторного 3-уровневого эксперимента по насыщенному плану Рехтшафнера. В качестве параметра оптимизации в построенной модели выступает уровень устойчивости экосистем, оцениваемый по величине энергетического потенциала. Наиболее значимыми для уровня энергетического состояния экосистемы являются биологическая продуктивность фитоценозов, физико-химические совства почвы (влажность почв, запасы гумуса), геоморфологическая структура территории. В основе решения задачи оптимизации нами использовано многомерное квадратичное планирование эксперимента с последующим решением задачи многомерной аппроксимации. Интервалы изменения варьируемых параметров х₁, х₂ , х₃ и х₄ определены на основе полевых исследований. Полученные линии и поверхность отклика позволяют определить область оптимальных значений функции параметра оптимизации (устойчивости экосистем) при варьировании факторов (например, при изменении значений продуктивности и влажности почвы, рис. 1)

Рис. 1. Линии и поверхность равного уровня функции

отклика в пространстве параметров х₁ и х₂ при х₃ =х₃^opt и х₄ = х₄^opt

Анализ полученной модели позволяет сделать следующие выводы:

1. Устойчивость экосистем к сельскохозяйственному воздействию в большей степени зависит от величины продуктивности фитоценозов (величины надземной фитомассы). Это подтверждается тем, что при любых соотношениях х₂, х₃, х₄ при оптимальном и максимальном показателях х₁ обнаруживаются высокие показатели энергетического состояния экосистемы. Анализ линий и поверхностей отклика функции выявил максимальный уровень энергетического состояния при величине х₁, равной 30 ц/га и более; критический уровень устойчивости характерен при снижении величины х₁ до показателя 10 ц/га.

2. Положительный эффект на выходной параметр (энергетическое состояние экосистемы, а следовательно, и ее устойчивость) возможен при следующих соотношениях описываемых факторов: запас влаги в слое почвы в течение вегетационного периода (х₂) не должен быть ниже оптимального значения по массиву (3-4 %), содержание гумуса в почвенном слое 0-25 см (х₃) не должно быть ниже 5,0 % порога; тип геоморфологической структуры территории также определяет уровень устойчивости экосистем: для достижения положительного эффекта на выходной параметр величина х₄ (уклоны поверхности) не должна превышать минимального значения по массиву.

Таким образом, моделирование позволяет решить проблему определения оптимальных условий для сохранения устойчивости природных систем, а также прогнозировать ее изменение.

Список литературы:

1. Волкова С.Н. Моделирование и прогнозирование эволюционных процессов в социально-экономических системах/С.Н.Волкова . – Курск,1999. –153с.

2. Holling C.S. Resilience and stability of ecological systems/ C.S.Holling.- Ann. Rev. of Ecology and systematizes, vol. 4, 1993.- P.12-23.