Два подхода к моделированию динамики биомассы фитопланктона на основе модели Друпа

Настоящая работа является продолжением исследований модели Друпа, базирующейся на концепции клеточной квоты, в которую включено описание процессов фотосинтеза в фитопланктоне. Для этого используется понятие хлорофильной квоты – доли фотосинтезирующих веществ в растительных клетках. Фотосинтетическая активность фитопланктона, помимо хлорофильной квоты, определяется внешними условиями, в первую очередь, уровнем фотосинтетически активной радиации (ФАР). Модель основана на разделении зависимости воспроизводства фитопланктона от внешних условий соответственно этапам фотосинтеза. Световой этап в большей мере определяется ФАР, а темновая стадия лимитируется питательным ресурсом при контролирующем влиянии температуры водной среды. Развитие модели связано с более детальным описанием фотосинтеза с точки зрения энергоресурса, который формируется в световую стадию в форме энергоемких веществ или макроэргических молекул – макроэргов. Самым распространенным макроэргом клетки является аденозинтрифосфат (АТФ). Доля АТФ в фитопланктоне меняется в зависимости от светового режима и от того, сколько энергии расходуется в темновую стадию. В модель, помимо основных уравнений, включая кинетику Друпа, введены уравнения динамики хлорофильной квоты и пула АТФ. Проведено сравнение условий существования и устойчивости равновесных решений при одинаковых значениях общих для обеих моделей параметров. Установлено наибольшее влияние на динамические режимы минимального значения клеточной квоты. Существенно значимым также является доля биомассы, ассоциированная со световым периодом фотосинтеза. В терминах первой модели это биомасса, продуцируемая в светлое время суток, в рамках второй модели – биомасса, сформированная за счет энергии АТФ, запасенной в световой фазе. Выявлено влияние структуры динамических моделей на суточную и годовую динамику фитопланктона. Исследованы сценарии поведения моделей при различных режимах освещенности, в том числе при постоянном и периодически меняющемся освещении.