CAMPUS

Программный про­дукт CAMPUS (Cellular Automata Model of Plant's United Spread), предназначен для моделирования динамики разрастания и расселения растений травянисто-кустарничкового яруса с различными типами онто­генеза при индивидуальном росте и развитии (Frolov et al., 2015, Комаров и др., 2015). Программа вклю­чает конструктор онтогенетических состояний, настройка веро­ятностей перехода между возрастными состояниями, модуль вво­да характеристик среды, модуль ввода общих параметров моде­ли и модуль, реализующий собственно моделирование. Разрабо­танная модель динамики клонов кустарничков в терминах дина­мики парциальных кустов и/или проективного покрытия позво­ляет исследовать условия самоподдержания ценопопуляций ку­старничков отдельных видов при инвазии на свободное простран­ство, анализ возможности совместного сосуществования клонов двух разных видов, а также при различной неоднородности сре­ды.

Модель CAMPUS состоит из 4-х основных модулей:

Модуль 1. Конструктор последовательности онтогенетических состояний, позволяющий закодировать пространственные и временные особенности развития растения (клона). Допускается кодирование онтогенеза отдельно для генеты и раметы с учетом десяти возрастных состояний. При кодировании онтогенеза пользователь может задать геометрию роста надземной и подземной части, вероятности гибели особей или их частей на каждом из этапов развития, переходы между онтогенетическими состояниями с возможностью омоложения. За счет реализации алгоритма Брезенхэма для отрезка прямой имеется возможность закодировать ветвление побега под любым углом.

Модуль 2. Конструктор матриц переходов между онтогенетическими состояниями, позволяющий указать вероятности переходов независимо для каждого вида.

Модуль 3. Модуль инициализации, позволяющий распределить климатические характеристики (температуру, освещенность и влажность), введенные пользователем, по алгоритму двумерного Гауссова распределения (также возможны другие варианты распределения). Пользователь может ввести отношение растений к влажности (по типам условий местообитания) и диапазон допустимой освещенности (от 0 до 100%), вероятность прорастания семян, а также соотношение приростов и опадов для каждой из 5 фракций растений (надземные многолетние органы, надземные однолетние органы, надземные запасающие органы, тонкие корни и корневища).

Модуль 4. Модуль моделирования пространственной динамики популяций растений травянисто-кустарничкового яруса.

Единичный шаг модели состоит из 4 этапов:

  1. Отмирание растения или его части, которое происходит при выполнении любого из условий: отмирание ячейки закодировано в онтогенезе, эдафические условия в ячейке являются недопустимыми для данного вида растения, растение в ячейке достигло максимального возраста.
  2. Переход особи в следующее онтогенетическое состояние в соответствии с матрицей переходов.
  3. Рост особи в соответствии с закодированной в модуле 1 геометрией роста для данного вида. Первоначальное направление роста выбирается методом случайного квадранта. При моделировании развития популяций учитывается внутривидовая и, при моделировании нескольких видов, межвидовая конкуренция при занятии клетки.
  4. Семенное размножение. Если на поле присутствует хотя бы одно растение в генеративном состоянии (G1-G3), то в свободной ячейке модели появляется проросток с заданной вероятностью.