Введение к работе
В современном мире экологическая проблематика занимает одно из первых мест по степени актуальности и общественной значимости. Вслед за научно-технической революцией настало время революции экологической - повсеместного осознания ограниченности среды обитания человека, его зависимости от состояния биосферы в целом. В ближайшие годы должна быть проведена огромная работа по экологизации науки,промышленного производства,сельского хозяйства; необходимо внедрение безотходннх технологий,разработка методов экологических ограничений загрязнения окружающей среды,организация экологической экспертизы технологических процессов.
Крупномасштабные задачи, поставленные обществом,требуют развития самой экологической науки, ее теоретической и экспериментальной базы.
Важнейшее значение имеет разработка теоретических представлений о характере причинно-следственных сеязєй между компонентами экосистем,механизмах возникновения и поддержания трофической организации экосистем, особенностях изменений видового разнообразия , трофической структуры и динамики экосистем при различных видах антропогенного воздействия.
Данная работа посвящена теоретическому анализу проблемы трофической организации экологических сообществ в средах с ограниченными ресурсами, выявлению механизмов сукцессии (преобразований видового состава) в экосистемах как для естественных условий ,так
- 4 -и при антропогенном воздействии.
В прикладном аспекте особое внимание уделяется разработке методов динамического моделирования миграции радиоактивных изотопов по пищевым цепям экосистем и прогнозированию экологических последствий антропогенного загрязнения природной среда.
Разработаны и проанализированы базовые модели экологических систем различного уровня сложности,позволяющие выявить механизмы изменения видового разнообразия. Развиты математические модели долгосрочных сукцессии в экологических сообществах при естественном развитии экосистемы и при различных видах антропогенного воздействия. Разработаны динамические модели конкуренции видов в средах со сложным составом лимитирующих ресурсов питания.Описаны количественно условия замещения в водных экосистемах естественных комплексов первичных продуцентов неблагоприятными для человека комплексами сине-зеленых водорослей. Созданы оригинальные модели экосистем с гибкими пищевыми связями, позволяющие моделировать трофическую организацию и динамику экосистем в случае присутствия в среде различных, неравноценных источников питания.Для систем с гибкими пищевыми связями показано существование режимов псевдоравновесия .увеличивающих устойчивость системы по сравнению с сообществами с жесткой специализацией видов по питанию.
Разработаны модели эволюционной адаптации видов к хроническим повреждающим воздействиям (на примере радиационного воздействия), оценена скорость адаптации в зависимости от частоты и
интенсивности мутационного процесса.
Разработана и проверена на экспериментальных данных методика моделирования воздействия теплового фактора на скорость роста популяций водных пойкилотермных организмов и динамику экосистем в целом при искусственном подогреве водоема .
Развита новая методология и разработан комплекс прогностических моделей для описания динамики накопления радионуклидов' в абиотических и биотических компонентах водных экосистем, миграции радионуклидов в пищевых цепях, оценки дозовых нагрузок на гидробионтн в зависимости от экологических условий обитания. Модели опробоваш и дали хорошие прогностические результаты для лабораторных экспериментов, при исследованиях на водоемах-охладителях АЭС (нормалышй режим эксплуатации и последствия крупной радиационной аварии).
Разработана типовая математическая модель экосистемы водоема, позволяющая имитировать сегюнную дішамику видов в водоемах разных широт, прогнозировать изменения, происходящие в видовом составе и сезонном развитии организмов в результате эвтрофирования, искусственного подогрева вод, радиоактивного загрязнения .
Результаты работы могут сыть .использованы: ЛДля прогноза сукцессии в водных экосистемах,вызванных антропогенным воздействием;
2)получендае а диссертации результаты позволяют на теоретическом уровне вскрыть механизмы самоорганизации видов в устойчивые трофические структуры,определить критические уровни воздействия
на экосистемы, превышение которых приводит к реализации новых трофических структур с измененным видовым составом.Методические результаты могут Оыть использованы при оценках последствий антропогенного воздействия на экосистемы, оценках возможности интродукции в экосистемы или изьятия из нее отдельных видов, позволяют прогнозировать "взрывы" численности отдельных популяций. Все модели, разработанные в диссертации, опираются на экспериментальные данные, по большинству моделей проведено количественное сопоставление с результатами лабораторных исследований и натурных наблюдений;
3)для оценок уровней радиоактивного загрязнения компонент водных экосистем,определения доз облучения гидробионтов и населения, связанного пищевыми цепочками с водоемом. Модели миграции радионуклидов использовались при расчетах радиоактивного загрязнения экосистемы водоема-охладителя Ленинградской АЭС (Копорская губа Финского залива), а также для прогноза динамики распределения радионуклидов в пищевых цепях пруда-охладителя Чернобыльской АЭС в первый период после аварии 1986 г; 4) модель сезонной динамики экосистемы водоема использовалась для водоема-охладителя Ленинградской АЭС при анализе сукцес-сионных изменений в экосистеме, происходящих вследствие интенсивного теплового загрязнения, эвтрофирования вод, травмирования организмов на водозаборных устройствах АЭС; 5)разработанные комплексы моделей могут быть использованы для разработки нормативов нормирования допустимых сбросов в водоемы в случае одновременного действия нескольких факторов .
- 7 -АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Результаты исследований представлялась на:
2-м Межведомственном,Совещании " Экологические аспекты исследований водоемов-охладителей атомных электростанций" (Москва,1982);
Всесоюзной школо "Математическое моделирование в биогеоцено-логии" (Петрозаводск,1985),
XIV Радиоэкологических чтениях памяти В.М.Клечковского (Москва,1985);
Всесоюзной конференции по биоинформатике (Москва,1986);
Всесоюзной конференции "Радиационные аспекты Чернобыльской аварии (Обнинск,1988);
I Радиобиологическом сьезде (Москва, 1989 );
11-м Всесоюзном координационном совещании "Эколого-генетичес-кие последствия воздействия на окружающую среду"(Сыктывкар,1989);
-ХІУ-Й школе-семинаре "Математическое моделирование в проблемах рационального природопользования" (Абрау - Дюрсо,1991);
I Меадународном симпозиуме по банкам данных биологических обьектов (Вена.1991);
на советско-американских семинарах по проекту 7.І.Е "Долговременные дозы от водных пищевых цепей"(Обнинск,Москва,1991,1992);
Помимо этого результаты работы докладывались на семинарах в МГУ им.М.В.Ломоносова,Радиевом институте им.В.Г.Хлопина, (Санкт-Петербург),НПО "Тайфун"(Обнинск),ИЯИ Украины (Киев). ПУБЛИКАЦИИ Результаты диссертации опубликованы в 3 монографиях,3 коллективных монографиях, а также в -15 роботах, опубликованных в научных журналах и сборниках.