Год издания: 2023
Ключевые слова: древесные растения, рост и развитие, ксилогенез, факторы клеточной кинетики, климатические факторы, дифференцировка клеток, дендроклиматология, цифровая анатомия древесины
Аннотация: Древесные растения являются одной из ключевых составляющих глобального углеродного цикла, поэтому исследование отложения углерода в их биомассе, в первую очередь древесине, в условиях быстрого изменения климата является критически важным. Процесс формирования древесины, ксилогенез, и результирующая структура древесины чутко регистрПоказать полностьюируют колебания условий среды. Накопленные в последнее время данные по сезонной кинетике (фенологии) ксилогенеза требуют теоретических обобщений, суммирующих представления об этом процессе, его моделировании и прогнозировании под влиянием физических и биологических факторов. Однако в моделировании ксилогенеза пока отсутствует единая стратегия, существующие модели разрозненны и описывают отдельные механизмы. Количественные модели позволят выявить лимитирующие его факторы, провести сопоставление разных видов, поддержать аллометрические законы в развитии древесных растений и лучше понять взаимодействие особей в древостое. Теоретическое описание ксилогенеза – это путь к управлению процессом на уровнях организации от клетки до древостоя с экономической и экологической точки зрения.?Цель проекта – построение на основе экспериментальных наблюдений и детальных измерений процесса ксилогенеза феноменологических, статистических и имитационных моделей, описывающих его механизмы. При этом результаты моделей более низкого уровня организации будут использованы как входные параметры и проверены на модели более высокого уровня, объединяя их во взаимосвязанную систему. ?В качестве основной будет задействована процессная модель Ваганова-Шашкина (VS-модель), связанная как с моделями гормональной регуляции камбия, так и с внешними лимитирующими факторами. ?Исследования будут проведены на базе существующей мониторинговой сети дендроклиматических станций научного коллектива в Южной Сибири (Хакасско-Минусинская котловина и Западный Саян) и Северо-западном Китае (горные системы Dongda, Helan, Hasi; северо-восток Тибетского плато). При построении и параметризации моделей будут скомбинированы два подхода к источникам исходных данных – синтез данных цифровой анатомии древесины для годичных колец прошлых лет и повторные прямые измерения формирования годичных колец. На собственных данных будет проведен поиск инвариантов, позволяющих проводить количественный анализ и моделирование для древесных растений разных видов, возраста и энергии роста. Разработка, калибровка и верификация алгоритмов на всех уровнях от клетки до древостоя будут проведены с использованием собственных моделей коллектива и опыта зарубежных коллег (Hartmann, Carteni, Niklas, Biondi и др.). На основе полученных моделей будут осуществлены реконструкции ведущих внешних факторов за пределами их инструментальных рядов, прогнозирование ксилогенеза при различных климатических сценариях с учетом структуры древостоя и практические рекомендации для технологии управления ксилогенезом. В рамках проекта также будет создана информационная платформа, включающая как исходные данные, так и реализацию разработанных алгоритмов моделей.?Международный коллектив имеет высокую квалификацию и достаточный опыт, в том числе совместный, в области моделирования и работы с экспериментальным материалом, доступ к современному оборудованию и пополняющуюся междисциплинарную базу исходных данных для успешного выполнения поставленных задач.