Состав, строение и свойства почв во многом обуславливаются деятельностью населяющих их организмов. У каждого биологического сообщества есть набор характерных для него свойств: какое вещество они поглощают, как его преобразуют, что выделяют, какое механическое воздействие оказывают на среду обитания и как взаимодействуют с другими видами. Моделируя процессы, происходящие в почве, каждый биологический вид (или группу видов) можно представить в виде звена сети с рядом свойств и набором связей с другими звеньями. Поглощение и выделение вещества — основные процессы, определяющие взаимодействие живых организмов. Поэтому одной из центральных задач при исследовании почв является изучение пищевых сетей, населяющих их сообществ. Для проведения таких исследований был разработан метод полукруглых графов, являющийся универсальным и применимым к любым пищевым сетям — наземным, водным, внутрипочвенным и т.д. Метод унифицирует способ записи, изображения и исследования пищевых сетей. Он позволяет описать пищевую сеть любого рода набором показателей, с помощью которых можно количественно оценить родство различных пищевых сетей между собой. Метод заключается в представлении пищевой сети как последовательности звеньев и множества связей между ними в виде сонаправленных векторов. Такой способ записи показывает единство устройства всех пищевых сетей. Соответственно, можно выделить набор показателей, описывающих структуру пищевых сетей и отражающих качественные и количественные сходства и различия между ними. В рамках разработанного метода предложено использовать две группы показателей: качественное различие — показатели родства пищевых сетей; количественное различие — расстояние между пищевыми сетями. Каждая группа содержит по три показателя: звеньевое, связевое и общее родство/расстояние. Родство и расстояние выражаются количественно и образуют пары чисел, характеризующих качественное и количественное удаление множества пищевых сетей от данной. Множество данных показателей можно представить в виде карты родства — декартовых координат, где по оси OX откладывается расстояние, а по оси OY — родство. Поскольку все показатели положительны, все сравниваемые сети будут располагаться в первой четверти координат между [0;1] по OY и между [0;∞) по OX. В точке (0;0) будет располагаться исходная пищевая сеть (для которой строится карта родства). Все перечисленные показатели можно настраивать в зависимости от уровня изучения пищевой сети. Например, считать одним звеном можно биологический вид, род, семейство, компонент растения или растение вообще, по стадии развития организмов, по типам и количеству продуцентов, консументов и редуцентов в пищевой сети и пр. При оценке родства и расстояния каждому показателю можно присвоить весовые коэффициенты, учитывающие численность, биомассу, продуктивность данного биологического сообщества в экосистеме и пр. Также все перечисленные показатели могут быть соотнесены с физико-химическими свойствами почв и показателями их структурной организации. Соответственно, для некоторого множества почв можно составить набор карт родства их пищевых сетей на различном уровне структурной организации: макроуровень — пищевая сеть экосистемы, мезоуровень — пищевая сеть собственно почвенного сообщества, микроуровень — подробное описание пищевых сетей почвенной микробиоты.
На каждом из перечисленных уровней можно составить карты родства пищевых сетей. Тогда становится возможным количественно описать сходство и различие между рядом почв и оценить их родство в зависимости от рассматриваемого уровня их структурной организации.
Дополнения:
Полное изложение метода:
https://disk.yandex.ru/d/1A_4Sbq1c-xgPA
Программа для построения полукруглых графов:
https://www.desmos.com/calculator/rpilxbjhvj
Программа для построения карты родства:
https://www.desmos.com/calculator/cpkbmw0arq
Захарчишин Д.А. Метод полукруглых графов для исследования пищевых сетей, 2025.