Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

З МОДЕЛЮВАННЯ ЕКОСИСТЕМ

Органічні відходи є складною екосистемою, що складається з різних видів мікроорганізмів, продуктів їх життєдіяльності і ряду інших речовин, які для одних видів мікроорганізмів служать жив­ленням, а для інших — нейтральною, або отруйливим середовищем. Виникає досить складна система біохімічних процесів, що пов’яза­на з життєдіяльністю мікроорганізмів, супроводжується тепло — і масообміном, хімічними і іншими перетвореннями. Проблема мо­делювання та управління біореакторами та біохімічними процесами є актуальною.

3.1 Загальні дані по вивченню екосистем

В даний час в літературі приділяється велика увага вивченню проблеми екології навколишнього середовища. Як відомо, в цьому середовищі мешкають численні види тварин, птахів, риб, мікроор­ганізмів та інших видів організмів. Це живе середовище, як то ка­жуть, знаходиться в динамічній рівновазі, реагуючи, на зміни один одного. Хоча в сучасних умовах вважається, що серед них людське суспільство займає домінуюче положення, але не слід забувати, во­но саме знаходиться залежно від стану цього середовища. Як останнім часом стали розуміти, що людство, що швидко росте, не­достатньо розумно втручається в природу, місце свого існування. Це втручання стало порівняно з відновними планетарними силами і привело до сучасного екологічного стану. Вихід тільки один — ро­зум людства повинен контролювати силу своєї матеріальної дії на природу. У зв’язку з цим виникає необхідність ретельного вивчення розвитку навколишнього середовища, її екологію, її життя.

Це надвелика система. Повний обхват її практично в даний час неможливо. Тому вивчається, досліджується вона по частинах. При вивченні екології виділяється такий об’єкт як популяція. Попу­ляція — це група організмів одного вигляду, що знаходяться у взає­модії між собою, займають конкретний простір та функціонують як частину біотичного співтовариства (біотичне співтовариство, або біоценоз — що в перекладі з латині означає "біологічне співтоварис­тво"). Тут важлива поведінка не окремої особини, а групи. Найваж­ливіші характеристики популяції: чисельність, щільність, народжу­ваність, смертність, темп зростання та ін. Щільність популяції — це число особин, віднесене до деякої одиниці простору. Чисельність популяції визначається в основному двома протилежними явищами — народжуваністю і смертністю. Тому перші роботи вивченню по­пуляції були присвячені зростанню чисельності і в даний час їм приділяється основна увага в науковій літературі [26-32]. Народжу­ваність і смертність міняються залежно від умов середовища і віку організмів, від наявності пищи і об’єму території.

Результати перших досліджень зводяться до твердження, що реальне зростання чисельності популяції виражається S-образною залежністю, яку називають логістичній кривій зростання [33, 34]. Коли популяція припиняє рости, її щільність виявляє тенденцію до флуктуацій щодо верхнього асимптотичного рівня зростання. Такі флуктуації можуть виникати або в результаті змін фізичного сере­довища, унаслідок чого підвищується або знижується верхня межа чисельності, або в результаті взаємодій внутрішньо популяцій, або, нарешті, в результаті взаємодії з сусідніми популяціями. Після того, як верхня межа чисельності популяції виявиться досягнутою, щіль­ність може якийсь час залишатися на цьому рівні або відразу різко впасти. Це падіння виявиться ще різкішим, якщо опір середовища збільшується не поступово, у міру зростання популяції, а виявля­ється раптово.

Перші математичні моделі (модель Мальтуса) давали експо­ненціальне зростання чисельності. Проте експоненціальне зростан­ня не може відбуватися довго. Коли експонента досягає парадокса­льної точки прагнення до нескінченності, як правило, відбувається якісний стрибок — швидке збільшення чисельності змінялося масо­вим відмиранням кліток або загибеллю особин. Приклад подібних флуктуації — розмноження і загибель водоростей ("цвітіння" водо­ймищ). Можлива і така ситуація, при якій чисельність популяції "перескакує" через граничний рівень, якщо живильні речовини і інші, необхідні для життя чинники накопичені ще до початку зрос­тання популяції. Цим, зокрема, можна пояснити, чому нові ставки і озера часто багатше рибою, чим старі.

Популяції, звані рівноважними, зазвичай знаходяться в змозі,

близькому до стану рівноваги з ресурсами, а значення їх щільності набагато стійкіші. У багатьох випадках чисельності популяції ко­ливаються. Розрізняють неперіодичні і періодичні коливання. Не­періодичні коливання (флуктуації) носять непередбачений харак­тер. Періодичні розділяють на коливання з періодом в декілька ро­ків і сезонні коливання. Причини, що викликають періодичні флук­туації чисельності, зазвичай, добре відомі.

Математичне моделювання в екології співтовариств — достат­ньо велика область дослідження. Пропонований огляд не претендує на обхват всіх аспектів моделювання. Завдання, що вирішується в даній роботі, тільки побічно стосується функціонування екосисте­ми, як деякий її елемент. Вирішувана тут задача — моделювання та управління процесами в органічних відходах та біореакторах. Про­блема в тому, що мало математичних та теоретичних досліджень в цій області, але звичайно, є практичні реалізації, у вигляді гнойових ям і т. д. В принципі це деяка екосистема. По моделюванню екосис­теми в цілому є ряд досліджень. Оскільки ідеї математичного моде­лювання єдині, тут стисло розглянемо огляд проблем моделювання екосистем. Докладніший матеріал можна знайти в роботах [ЗО, 32, 36].

Оставить комментарий