Автореферат и диссертация по ветеринарии (16.00.06) на тему:Совершенствование методов сдерживания воспроизводства бездомных животных в крупных населенных пунктах

Актуальность проблемы. Непроизвольный распад СССР поверг Россию и другие бывшие Союзные Республики в глубокий экономический кризис. Последовавший затем в России период реформ обрушил на большинство населения так называемые "непопулярные меры", последствием которых стало обнищание пенсионеров, интеллигенции и других некогда благополучно обеспеченных слоев. Это послужило одной из основных причин резкого возрастания в городах и поселках численности бродячих собак и кошек, поскольку многим любителям домашних животных оказалось не по карману их содержание.

Другим источником роста численности бродячих животных в населенных пунктах оказались наиболее обеспеченные слои населения. Открытость границ и отсутствие должного государственного регулирования сделали доступными для ввоза в Россию служебных и декоративных пород собак, кошек и других животных, ранее невиданных в стране. В результате питомцы отечественных пород оказались невостребованными, а зачастую просто изгнанными из дома.

Безнадзорные животные являются потенциальным источником распространения заразных и незаразных заболеваний, называемых зооантропонозами. Традиционным способом очистки городов от безнадзорных собак и кошек является организация широко известных «живодерен», выполняющих функции отлова и уничтожения бесхозных животных. Однако эффект от внедрения таких способов приводит к результатам, прямо противоположным целям отлова: а) увеличивается агрессивность бродячих животных (животные защищаются!); б) растет численность популяций бродячих животных (согласно биологическим законам о сохранении вида); 7 в) увеличивается риск распространения заразных заболеваний бродячими животными, (что вытекает из срабатывания первых двух условий); г) искажается развитие психики человека и стимулируется рост в обществе деструктивных поведенческих реакций (жестокость в обращении с животными невольно порождает и жестокость в отношениях между людьми).

Из сказанного вытекает необходимость разработки альтернативных методов регулирования численностей популяций бродячих животных. В настоящее время за рубежом и в крупнейших городах России (Москва, Санкт-Петербург, Ростов-на-Дону и др.) внедряются методы, суть которых состоит в организации вакцинирования и стерилизации части особей женского пола путем овариоэктомии. При этом неизбежно возникают вопросы: какова должна быть доля стерилизованных особей для обеспечения желаемой плотности популяции к планируемому сроку? Какими возможностями должна располагать ветеринарная служба для решения этой задачи? Ответа на эти и связанные с ними вопросы в современной научной литературе по динамике популяций безнадзорных животных нами не обнаружено. Высказываются даже сомнения в возможности сколько-нибудь надежного прогнозирования, а тем более регулирования численности популяций бродячих животных в условиях городской среды. В работе показано, что можно противопоставить таким пессимистическим выводам.

Цель работы состоит в создании научно-обоснованных, гуманных методов управления численностью бродячих животных, ареалом обитания которых являются крупные населенные пункты.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые предложена математическая модель управления численностью популяции, уравнения которой включают подлежащую определению интенсивность отлова и стерилизации животных из условия оптимизации по заданному критерию. Для 8 верификации модели разработана методика исследования количественных и качественных параметров популяций бродячих животных.

Практическая ценность диссертации определяется тем, что разработанные в ней методы оформлены в виде проекта регулирования численностей популяций бездомных животных, принятого мэрией города Ростова и частично реализованного муниципальным учреждением «Благотворительный приют для бродячих и потерявшихся животных». Предложенные в проекте методы помимо нравственных аспектов оказались еще и экономически выгодными. На защиту выносятся: е- математическая модель управления численностью популяции бродячих собак в крупных населенных пунктах;

- методика исследования количественных и качественных показателей популяций бездомных животных; способ верификации модели;

- стратегии управления численностью популяции бродячих собак. Апробация работы. Диссертация целиком и в виде фрагментов докладывалась на: научном семинаре кафедры разведения, селекции и генетики с.-х. животных Донского государственного аграрного университета (рук. семинара ректор ДГАУ, д. с.-х. н., профессор Степанов В.И.);

Международной научно-практической конференции «Методы и алгоритмы прикладной математики в технике* медицине и экономике» (г. Новочеркасск, 2001 г.);

Международной научно-практической конференции

Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления» (г. Новочеркасск, 2001 г.); 9 научном семинаре кафедры экологии Ростовского государственного университета (рук. семинара д.б.н., проф. Вальков В,Ф., г. Ростов-на-Дону, 2001 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных статей и подготовлен рукописный отчет Департаменту ЖКХ и энергетики города Ростова-на-Дону.

Внедрения. Проект создания приюта, а также методика исследования популяций бродячих животных принят и частично реализован мэрией города Ростова-на-Дону (акт внедрения прилагается).

Содержание работы

Работа состоит из четырех глав, заключения и приложений. В главе I изложены истоки проблемы очистки городов от бродячих животных. Указывается, что Россия была одной из пяти ведущих европейских держав, которые первыми создали общества защиты животных. Первым председателем; Российского Общества защиты животных был князь Александр Суворов. Почетными покровителями Общества защиты животных были русские цари -императоры Александр II, Александр III, Николай II. С привлечением этих и других исторических сведений обсуждается состояние проблемы безнадзорных животных в новой России. Обращается внимание на нравственные аспекты проблемы, их деликатность^ необходимость учета общественного мнения. Далее дается сравнительный анализ двух альтернативных методов контроля численности популяций: отлов и уничтожение или отлов, вакцинация и стерилизация? Приводятся основные положения проекта организации приюта для животных, включая экономическое обоснование проекта. Делается вывод о том, что для научно-обоснованной программы стерилизации необходимо иметь математическую модель динамики численности популяций в городском ареале.

10

Последнее привело к необходимости выполнить здесь краткий критический обзор динамических моделей численности популяций. Отмечено, что популярные модели Вольтерра - Лотка и другие, использующие логистические функции, не лишены признаков хаоса (неустойчивости).

Во второй главе разработана модель динамики популяции бродячих собак. Допущения, положенные при моделировании, оформлены в виде гипотез. В частности предполагается, что популяция собак условно делится на два вида, один из которых представлен нормальными особями, а второй -особями, не способными к размножению ни при каких условиях. Далее составляются дифференциальные уравнения, описывающие скорость изменения плотности каждого вида. В уравнения вводятся подлежащие определению интенсивности отлова и стерилизации. Целью управления считается достижение заданных плотностей распределения особей каждого вида в кратчайшее время. Математически это приводится к задаче Майера программирования оптимальных траекторий. Решение сформулированной задачи выполнено в аналитическом виде с помощью принципа максимума Понтрягина. Рассмотрены случаи, когда интенсивность отлова меньше, больше или равна врожденной асимптотической скорости размножения нормального вида. Даны общие решения задачи и найдены оптимальные фазовые траекторий процесса.

Для верификации сформулированной модели необходимо иметь опытные данные о состоянии описываемой популяции в определенные моменты времени. С этой целью в главе III разработана методика исследования количественных и качественных показателей популяций безнадзорных животных. Выбирались участки с разными типами юродской среды. На выбранных участках специально подготовленными статистами проводился подсчет поголовья бродячих собак и кошек путем анкетирования. Работа статистами повторялась с периодичностью в полгода. Данные анкетирования

11 обрабатывались с помощью табличного процессора М8-Ехсе1 и пакета Ма&сасЬ Результаты представлены в виде таблиц, гистограмм и полигонов распределения относительных частот.

В главе IV на основе опытных данных определены параметры модели. Исследованы оптимальные траектории при различных режимах управления. Даются рекомендации относительно производственных возможностей приюта для эффективной работы по управлению и контролю численностей популяций.

В выводах подведены итоги работы, даны предложения по использованию ее результатов.

Приложения представлены калькуляциями затрат на отлов и стерилизацию животных, образцом статистической анкеты и актом внедрения научных разработок в г. Ростове-на-Дону.

В пределах каждой главы принята сквозная нумерация формул, таблиц, рисунков. При ссылке на объект другой главы перед номером объекта через разделительную точку добавляется номер главы как хост-домен в Интернет -адресах.

12

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Научные основы проблемы сдерживания воспроизводства бездомных животных пока еще находятся в зачаточном состоянии. Традиционный способ отлова и уничтожения собак не может решить проблему профилактики зооантропонозов в целом, а жестокость способа генерирует психически ненормальные, одиозные качества у населения, в особенности среди молодежи.

2. Предложенный и частично реализованный в г. Ростове проект управления воспроизводством бродячих животных наряду с гуманностью решения проблемы оказывается еще и экономически выгодным по сравнению с традиционными методами, повсеместно используемыми в России.

3. Созданная в диссертации динамическая модель популяции бездомных собак, сформулированная как задача программирования оптимальных траекторий, по существу является первой попыткой применения кибернетических методов в проблеме регулирования численности популяции,

4. Сформулированная задача решается в замкнутой форме, что существенно облегчает исследование решения в соответствии с биологическим смыслом аналитических зависимостей.

5. Разработанная методика определения количественных и качественных характеристик популяций бродячих собак и кошек, реализованная в г. Ростове-на-Дону, пшвшщла найти способ верификации модели. Сравнение прогнозируемого и реального изменения численности популяции бездомных собак позволяет утверждать, что модельные данные хорошо согласуются с опытными значениями.

6. Программа проектирования оптимальных траекторий в управлении вдслещостью дапуляции бездшшых собж, созданная с помощью Шщдшуэ-приложения МаШсад, позволяет в считанные секунды рассчитать оптимальную стратегию в выборе интенсивности отлова и стерилизации животных.

7. Разработанные в диссертации методы могут быть использованы администрациями других крупных городов России для прогнозирования

129 динамшш популяции бродячих собак и планирования производственной деятельности организаций типа приютов для бездомных животных с целью снижения опасности заражения горожан шфещдашыми заболеваниями, распространяемыми безнадзорными животными.

Данная работа не могла бы появиться на свет без пристального внимания, советов и бескорыстной помощи научного руководителя, ректора ДонГАУ проф. Степанова В.И., понимания и поддержки со стороны мэра г. Ростова г-на Чернышева М.А., а также директора Департамента ЖКХ и энергетики г-на Павленко Н.И. Автор выражает всем указанным лицам искреннюю благодарность. m

10. Möbius К. Die Auster und die Austemwirtshaft. Berlin, Translated into English and published in Rept. U.S. Fish Comm, 1880, pp. 683-751.

11. Докучаев B.B. К учению о зонах природы. Избр. соч. -М.: Сельхозгвд, 1954.-478 с.

12. Каширкин А.Д., Солошенко В.П. Метод Монте-Карло для аппроксимации эмпирических кривых биологического эксперимента. // «Сельскохозяйственная биология». - 1988. -Ks 6. - С. 126-131.

13. Калыжцкий Б.Д., Черепанов Г.Г., Галочкин В.А. Актуальные вопросы организации проблемно-ориентированных комплексных исследований по биологии животных. // «Вестнж сельскохозяйственной науки». - 1990. 8. - С. 66-7L

14. Тишков A.A. Устойчивость в природном многообразии.// «Экология и жизнь».-1998. - Ш 4. -С. 26-33.

15. Шауб Ю.Б., Хадзевич A.B. Бионическая модель пассивной электролокации рыб. ff Докл. АН СССР.- 1989,- № 6, т. 306. - С. 1482-1485.

16. Яковец Ю.В. Об устойчивом развитии и экологических циклах. // «Экология и жизнь». - 1999. - № 4. - С. 11-15.

17. Аниконов Ю.Е. Обратные задачи математической физики и биологии, ff Докл. АН СССР.- 1991.-№6, т.318.-С 1350-1354.

18. Шелухин В.В. О решении линейных эволюционных уравнений вариационным методом. // Докл. АН СССР.- 1991. - №3, т. 318. - С. 545-547.

19. Гноевой A.B., Чесноков В.М., Степаненко А.И. К проблеме математического моделирования технологических процессов, ff «Мясная индустрия». - 1998. -Ks 5. -С. 23-26.

20. Проблемы оптимизации воспроизводства стада и повышения сохранности приплода. (Ред. Степанов В.Й.). ff Сб. научн. тр. ДонГАУ. - п. Персиановский: изд-во Донск, гос. аграрн. ун-та. -1993. - 77 с.

132

21. Степанов В.И. и др. Системный анализ повышения эффективности производства говядины (лекция). - Ростов-на-Дону: Изд-во СЕВКАВНИПИ-АГРОПРОМ, ДонГАУ. -1996. - 60 с.

22. Бигон М. и др. Экология. Особи, популяции и сообщества. В 2-х т. Пер. с англ. Под ред. AM. Гилярова. Т.1. -М.: Мир, 1989. -667 с.

23. Введение в автоматизированные системы управления. Под ред. Шорина В.Г. ~М.: Знание, 1974.-318 с.

24. Бир Ст. Кибернетика и управление производством. -М.: Физматгиз, 1963.-275 с.

25. Беллман Р. Динамическое программирование. -М.: ИЛ, I960 - 400 с.

26. Одум Ю. Основы экологии. -М.: Мир, 1975- 740 с.

27. Смит Дж. Модели в экологии. -М.: Мир, 1976 - 186 с.

28. Моисеев Н.П. Проблемы построения "мировой модели" // Число и мысль. -М.: Знание-1977- С. 139-175.

29. Фомин С.В. Математика в биологии. -М.: Знание, -1969 - 385 с.

30. Lotka A.J. Elements of Mathematical Biology. Dover Publications, Holt, Rinehart and Winston, New York, 1961, 512 p.

31. Volterra V. Lecons sur la theorie mathematique de la lutte pour la vie. Gauthier - Villars, Paris, 1931, 316 p.

32. Горячкин В.П. Собрание сочинений. В 2-х т. Т.2. -М.: Колос, 1968. - 452 с.

33. Li С.С. Population Genetics. University of Chicago Press, New York, 1955,

471 p.

34. Ватерман T.X., Морович X. Дж. Теоретическая и математическая биология. -М.: Мир, 1968 - 640 с.

35. Гордонз Ф. Теория регулирования и биологические системы. ~М.: Мир, 1966,-513 с.

36. Slobodkin L.B. Growth and Regulation of Animal Populations. Holt, Rinehart and Winston, New York, 1961, 219 p.

133

37. Goodwin B.C. Temporal organisation in cells. Academic Press, New York, 1963, 158 p.

38. Kostitzin V.A. Actualites scientif, 96,1934, pp. 41-49.

39. Вронский В.А. Прикладная экология. -Ростов-на-Дону.: Феникс, 1996.

509 с.

40. Pilz G. Tiere um uns. - Berlin, Verlag "Neues Leben", 1963, 220 s.

41. Unsere Kleinetiere. - Berlin, "VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag", 1970,

216 s.

42. Lotka A.J. Elements of mathematical biology. N.Y., Dover Publications, Inc.

1976.

43. Kostizin V.A. Biologie mathematique. Paris, 1937, 342 p.

44. May R.M. Simple Mathematical Model with Very Complicated Dynamics // Nature. 1976. Vol 261. P. 459-467.

45. Бондаренко H.B., Жуковский E.E. и др. Моделирование продуктивности экосистем. -Л.: Гидрометеоиздат, 1982. -264 с.

46. Куражковский Ю.Н. Основы всеобщей экологии. - Ростов-на-Дону.: йзд-во Ростовского ун-та, 1992. -144 с.

47. Медведева Н.Б. Динамика логистической функции // Соросовский Образовательный Журнал. -2000. -№ 8. - С. 121-127.

48. Плис А.И., Сливина Н.А. MATHCAD: математический практикум для экономистов и инженеров. -М.: Финансы и статистика, 1999. - 656 с.

49. Полетаев И.А. О математических моделях элементарных процессов в биогеоценозах. // Проблемы кибернетики. -1966. -Вып. 16. - С. 74-81.

50. Бэйли Н. Математика в биологии и медицине. -М.: Мир, 1970. -407 с.

51. Фарлоу С. Уравнения с частными производными для научных работников и инженеров. —М,: Мир, 1985, - 384 с.

52. Петровский И.Г. и др. Исследование уравнения диффузии, соединенной с возрастанием количества вещества и его применение к одной биологической проблеме.// Бюлл. Московск. унив-та. -1937. - (А), 1:6.- с. 1-26.

134

53. Перцев H.B. Исследование решений одной системы интегро-дифференциальных уравнений, возникающих в моделях динамики популяций. //Вестник Омского университета. - 1996. -Вып.1. - С. 24-26.

54. Cooke К., Yorke A. Some equations Modelling Growth Processes and Gonorhea Epidemics // Math. Biosci. - 1973. - V. 16. - P. 75-101.

55. Математическая энциклопедия. В 5-и т. Т. 5. -М.: Советская энциклопедия, 1984. - 1248 с.

56. Одум Ю. Экология. В 2-х т. Т. 1. Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 328 с.

57. Сорокина A.B. Управление численностью бродячих собак в крупных населенных пунктах // Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике. Матер. Междунар. научн.-практич. конф. Ч. 5. Новочеркасск, 2001. С. 21-24.

58. Смит Дж. Математические идеи в биологии. -М,; Мир, 1970. -180 с.

59. Гильдерман Ю.И. Лекции по высшей математике для биологов. -Новосибирск.: Наука, 1974. -411 с.

60. Зубов В.И. Лекции по теории управления.-М.: Наука, 1975. -496 с.

61. Зубов В.И. Синтез многопрограммных устойчивых управлений. // Докл. АН СССР,- 1991, т. 318.- №2.- С. 274-277,

62. Болтянский В.Г. Математические методы оптимального управления. -М.: Наука, 1969. -408 с.

63. Летов A.M. Динамика полета и управление. -М.: Наука, 1969. -360 с.

64. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. -М.: Наука, 1971. -576 с.

65. Молотникова A.A., Сорокина A.B., Яранцева Т.А. Общие теоретические подходы для эффективного разрешения задачи управления численностью бродячих животных в крупных населенных пунктах, - М.: МСХ РФ, ВНИИТЭЙ, № 41 ВС-2001 Деп., 2001. - 6 с.

66. Урбах В.Ю. Математическая статистика для биологов и медиков. - М.: Изд. АН СССР, 1963. -324 с.

135

67. Горя B.C. Алгоритмы математической обработки результатов исследований. - Кишинев.: Изд-во «ШТИИНЦА», 1978. -118 с.

68. Микляев А. Настольная книга пользователя IBM PC. Изд-е 3-е. - М.: «Солон-Р», 2000. -716 с.

69. Олаф Кох. MS Excel 4.0 .дня пользователя. Перев. с немецк. - Киев.: Изд-во BHV, М.: Изд-во «БИНОМ», 1994. -448 с,

70. Пакеты программ офисного назначения. Под ред. Назарова C.B. -М.: Финансы и статистика, 1997. - 320 с.

71. Сорокина A.B. Проектирование оптимальных траекторий в задаче управления популяцией бродячих собак в городах // Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления. Матер, междунар. научн.-практич. конф. 4.1. Новочеркасск, 2001. - С. 37-39.

72. Сорокина A.B. О верификации модели управления численностью бродячих собак в крупных городах // Развивающиеся интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления. Матер, междунар. научн.-практич. конф. Ч. 1. Новочеркасск, 2001. - С. 36-37 .

73. Молотникова A.A., Сорокина A.B., Баленко Е.Г. Зависимость организмов животных от пределов толерантности к компонентам среды // Тезисы докладов научн.-практич. конф. ДГАУ, Персиановский, 2001. - С. 42.

74. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. -М.: Наука, Берлин.: Тойбнер, 1981. -719 с.

136