Кинетика биологических процессов - Рубин А.Б.
Скачать (прямая ссылка):
Модели продукционного процесса имеют балансовый характер, т. е. для каждого вещества производится расчет всех «притоков» и «оттоков» баланса. Например, при расчете водного режима (водный блок) учитываются выпадение осадков (или дождевание), перехват этих осадков надземными органами растений, возможное образование слоя свободной влаги на поверхности почвы, перемещение влаги в почве из одного слоя в другой, обмен с грунтовыми водами, поглощение воды корнями, транспирация и др. Таким же образом в модели замыкаются циклы круговорота по углероду, азоту и другим элементам.
Важнейшим компонентом агробиоценоза является сельскохозяйственная культура. Процессы, протекающие в составляющих: посев растениях, во многом еще не изучены, и их формализация представляет собой достаточно сложную задачу. Для описания; последовательности процессов от первичной трансформации солнечной энергии до формирования хозяйственно полезных органов-удобно представить растение в виде совокупности следующих подсистем (Галямин, 1983).
1. Подсистема поглощения, синтеза и выделения вещества к энергии. Эта подсистема осуществляет поглощение солнечной энергии, углекислого газа, биогенных минеральных элементов иг воды из почвы, а также выделение воды, кислорода и некоторых продуктов синтеза. В подсистему входят хлорофиллоносные ткани (листья, стебли, репродуктивные органы), снабженные аппаратов устьичной регуляции, а также корневая система растений-- Поглощение — это пёрвйи этап в сложной цепи последующих превращений вещества, в результате которых образуется все множества содержащихся в растении органических соединений.
2. Подсистема транспорта вещества. В результате деятельности этой подсистемы происходит распределение пластических веществ между 'различными морфологическими элементами растения с последующим переходом их в .конституционные вещества. Таким образом осуществляется рост растения, т. е. увеличение размеров и биомассы отдельных органов. Транспорт веществ осуществляется по проводящей системе растения, охватывающей все его элементы.
3. Подсистема развития растения осуществляет последовательность .этапов органообразования (этапы органогенеза). При этом происходит изменение внутренних структур растительного организма. Процессы органообразования локализованы на конусе нарастания, а их последовательность соответствует последовательности считывания генетической информации и направлена на формирование репродуктивных органов.
Все подсистемы растительного организма находятся в состоянии материально-энерго-информационного обмена, интенсивность и качественные характеристики которого определяются как внешними условиями, так и индивидуальным развитием растения. Начинается моделирование с формализации совокупности процессов», протекающих в системе. Как правило, переменными моделей служат биомассы органов растений и некоторые геометрические характеристики растительного покрова. К этому следует добавить параметры абиотических блоков.
В. большинстве моделей предполагается, что посев горизонтально однороден, а все «перетоки» вещества происходят лишь в вертикальном направлении. Поэтому рассчитывают вертикальные профили основных переменных, включенных в модель (например, профили влаги в почве и влажности приземного воздуха,, профили температуры воздуха, листьев и почвы, профили биомассы корней и надземных органов растений и проч.).
Контроли-
руемые
Воздействия
1
Неконтролируемые
воздействия
Погода
Г*
Микроклимат
РП
> Агротехничес-мероприятия
Экологическое воздействие (вредит.,болезни)
I
Радиационный режим Архитектоника РП
Надземная часть lj агроэкосистемы
Фотосинтез Дыхание
Г7
L
Водно-тепловой режим РП
Рост,развитие,
распределение
ассимилятоб
rt—;—-~~tr—7—TTrt ~ 1
Тепловой ре жим почвы
TL
Водный ре жим почвы
1
Транспорт элементов питания
Корневая
система
Перемещение и трансформация элементов питать
Грунты (га пределами корнеобитаемого слоя)
II
LL=—
-IКорнеовитае мая часть ¦¦
I, агроэкосистемы II
Потери
Рис. III.18. Блок-схема продуктивности агроэкосистемы
На рис. III.18 изображена блок-схема модели продуктивности-агроэкосистемы, взятая из монографии Бондаренко и др. (1982). Из блоков, изображенных на рис. III. 18, наиболее разработаны в настоящее время блоки, описывающие не собственно биологические, а скорее геофизические процессы: влаго- и теплообмен в почве, влаго- и теплоперенос в системе почва — растение — приземный воздух. Это связано в первую очередь с большей изученностью этих процессов и возможностью описывать их при помощи аппарата дифференциальных уравнений в частных производных, разработанного для подобных задач в гидро- и аэродинамике. При этом посев фактически рассматривается как неоднородная по вертикали пленка, покрывающая поверхность поля.
