Качественный анализ и устойчивость динамики фотосинтеза в автотрофных системах
Автор: Мухамадиев Эргашбой Мирзоевич, Нуров Исхокбой Джумаевич, Шарифзода Зебонисои Иброхим
Журнал: Владикавказский математический журнал @vmj-ru
Статья в выпуске: 3 т.23, 2021 года.
Бесплатный доступ
В работе исследуется нелинейная система обыкновенных дифференциальных уравнений, описывающая фотосинтез в автотрофных системах. Выделена область, инвариантная относительно движения вдоль траектории системы при возрастании времени. В этой области установлено существование единственного стационарного решения и исследованы вопросы его устойчивости. В настоящее время в связи с экспоненциальным ростом численности населения, индустриальным прогрессом и, как следствие, увеличением общего загрязнения биосферы, исследование устойчивости растительных организмов к антропогенным загрязнениям приобретают важнейшее практическое и теоретическое значение. Вместе с тем стала чрезвычайно актуальной проблема качественного исследования процессов фотосинтеза. В задачах, связанных с фотосинтезом, большой интерес представляет определение законов функционирования системы, а также выбор методов математического и компьютерного моделирования. Фотосинтез является значимым процессом нашей планеты. Это процесс преобразования поглощенной энергии света в химическую энергию органических соединений - единственный процесс в биосфере, ведущий к увеличению энергии биосферы за счет внешнего источника - Солнца, обеспечивающего существование как растений, так и всех гетеротрофных организмов. Наиболее важными среди внешних факторов, влияющих на процессы фотосинтеза и фотодыхания, являются температура, фотосинтетически активная радиация, водный режим, режим минерального питания растения, а также содержание в окружающем пространстве углекислого газа и кислорода. В последние десятилетия наблюдается рост концентрации углекислого газа в атмосфере и изменение теплового режима в масштабах планеты. В связи с этим актуальной является задача прогнозирования изменения интенсивности фотосинтеза растений, обусловленного изменением концентрации атмосферного углекислого газа и температуры.
Нелинейное дифференциальное уравнение, стационарное решение, линеаризация, устойчивость
Короткий адрес: https://sciup.org/143178026
IDR: 143178026 | УДК: 517.91 | DOI: 10.46698/u3748-9762-0471-a
Qualitative analysis and stability of the dynamics of photosynthesis in autotrophic systems
A nonlinear system of three differential equations is studied that describes photosynthesis in autotrophic systems. An area is identified that is invariant with respect to motion along the trajectory of the system with increasing time. In this area, the existence of a unique stationary solution is established and questions of its stability are investigated. At present, due to the exponential growth of the population, industrial progress and, as a consequence, an increase in the general pollution of the biosphere, the study of the resistance of plant organisms to anthropogenic pollution is acquiring the most important practical and theoretical significance. At the same time, the problem of a qualitative study of the processes of photosynthesis has become extremely urgent. In problems related to photosynthesis, it is of great interest to determine the laws of functioning of he system, as well as the choice of methods of mathematical and computer modeling. This is the process of converting the absorbed light energy into chemical energy of organic compounds, the only process in the biosphere leading to an increase in the energy of the biosphere due to an external source - the Sun, which ensures the existence of both plants and all heterotrophic organisms. The most important external factors affecting the processes of photosynthesis and photorespiration are temperature, photosynthetic active radiation, water regime, the regime of plant mineral nutrition, as well as the content of carbon dioxide and oxygen in the surrounding space. In recent decades, there has been an increase in the concentration of carbon dioxide in the atmosphere and a change in the thermal regime on a planetary scale. In this regard, the problem of predicting changes in the intensity of photosynthesis of plants caused by changes in the concentration of atmospheric carbon dioxide and temperature is urgent.
Список литературы Качественный анализ и устойчивость динамики фотосинтеза в автотрофных системах
- Ризниченко Г. Ю. Лекции по математическим моделям в биологии.—М.-Ижевск: Изд-во «Регулярная и хаотическая динамика», 2011.—558 с.
- Рубин А. Б. Биофизика. Том 2. Биофизика клеточных процессов / 2-изд.—М.: Изд-во МГУ, 2000.— 468 с.
- Ризниченко Г. Ю., Беляева Н. Е., Коваленко И. Б., Рубин А. Б. Математическое и компьютерное моделирование первичных процессов фотосинтеза // Биофизика.—2009.—Т. 54, № 1,—С. 16-33.
- Нуров И. Д., Шарифзода З. И. Качественное исследования системы кинетических уравнений, описывающих взаимодействие одноэлектронного и двухэлектронного переносчика // XXVI Между-нар. конф. «Математика. Компьютер. Образование» (г. Пущино, 28 января — 2 февраля 2019 г.).— 2019.—С. 17.
- Мухамадиев Э. М., Шарифзода З. И., Нуров И. Д. Качественные исследования нелинейной задачи фотосинтеза // Докл. АН Респ. Таджикистан.—2019.—Т. 62, № 9-10.—С. 511-518.
- Курош А. Г. Курс высшей алгебры.—М.: Наука, 1968.—431 с.
- Баутин Н. Н., Леонтович Е. А. Методы и приемы качественного исследования динамических систем на плоскости.—М.: Наука, 1976.—496 с.
- Хартман Ф. Обыкновенные дифференциальные уравнения.—М.: Мир, 1970.—720 с.
- Арабов М. К. Анализ устойчивости особой точки квазилинейного уравнения второго порядка // Изв. АН Респ. Таджикистан. Отд. физ.-мат., хим., геол. и техн. наук.—2015.—Т. 158, № 1.—С. 4249.
- Илолов М., Кучакшоев Х. С. Об абстрактных уравнениях с неограниченными нелинейностями и их приложения // Докл. АН.—2009.—Т. 428, № 3.—С. 310-312.
- Мухамадиев Э. М., Нуров И. Д., Халилова М. Ш. Предельные циклы кусочно-линейных дифференциальных уравнений второго порядка // Уфим. мат. журн.—2014.—Т. 6, № 1.—С. 84-93.
- Мухамадиев Э. М., Гулов А. М., Нуров И. Д. Анализ рождения предельных циклов одного класса нелинейной уравнений второго порядка // Вестн. Воронеж. гос. ун-та. Сер. Физика. Математика.— 2016.—№ 1.—С. 118-125.
- Юмагулов М. Г. Введение в теорию динамических систем: Учеб. пособие.—СПб.: Лань, 2015.— 272 с.
- Gulov A. M., Sharifzoda Z. I. Certification: That they are the authors of the computer program of the "A software package for constructing phase portraits of dynamic systems" from 21.06.2019.