Динамическая модель популяционной инвазии с эффектом депрессии
Ключевые слова:
динамические модели, вычислительные сценарии, активные инвазии, кризис и депрессия, имитационные модели в экологии, управление в биосистемахАннотация
Статья посвящена исследованию актуального сценария развития популяционных процессов в современных нестабильных биосистемах методами компьютерного моделирования. Биологические инвазии стали чрезвычайно распространенным явлением из-за изменений климата, целенаправленной деятельности с задачей улучшения продуктивности экосистем и случайного стечения обстоятельств. Динамика ситуаций после вселения чужеродного вида чрезвычайно разнообразна. Далеко не всегда вселенец гладко занимает экологическую нишу, как в логистических моделях. В отдельных случаях реализуется явление вспышки численности вплоть до начала разрушения видом своей новой среды. Развитие ситуации после инвазии зависит от суперпозиции биотических и абиотических факторов. На динамику численности вселенца влияет благоприятность сложившихся условий, возможность реализации репродуктивного потенциала и сопротивление биотического окружения. Противодействие развивается с запаздыванием и проявляется при достижении вселенцем значительной численности. Обоснована и разработана непрерывная модель инвазионного процесса с резким переходом в состояние депрессии численности. Стадия популяционного кризиса завершается с переходом к равновесию, так как оказываемое биотической средой сопротивление в модельном сценарии адаптивно и пороговым образом зависит от численности вида-вселенца. Применение вычислительного феноменологического описания сценария с активным, но запаздывающим противодействием среды практически целесообразно для оценки ситуаций при выработке мер искусственного противодействия нежелательному вселенцу. В модели существует режим сохранения колебаний после выхода из стадии депрессии, если эффективность подавления вселенца оказывается недостаточной.
Литература
2. Myers J.H., Cory J.S. Biological Control Agents: Invasive Species or Valuable Solutions? // Impact of Biological Invasions on Ecosystem Services. 2017. vol. 12. pp. 20–26.
3. Переварюха А.Ю. Нелинейные эффекты и переходные режимы в динамике новых моделей управления биоресурсами // Труды СПИИРАН. 2011. № 16. С. 243—255.
4. Переварюха А.Ю. Об определении фрактальных объектов в динамике моделей управления биоресурсами // Труды СПИИРАН. 2012. № 24. С. 211—221.
5. Desharnais A., Laifu L. Stable Demographic Limit Cycles in Laboratory Populations of Tribolium castaneum // Journal of Animal Ecology. 1987. vol. 56. pp. 885–906.
6. Hutchinson G.E. Circular causal systems in ecology // Ann. New York Acad. Sci. 1948. vol. 50. pp. 221—248.
7. Wright E.M. A non-linear difference-differential equation // J. Reine Angew. Math. 1955. vol. 194. pp. 66—87.
8. May R.M., Conway G.R., Hassell M.P. Time delays, density-dependence and singlespecies oscillations // J. Anim. Ecol. 1974. vol. 43. pp. 747—770.
9. Nedorezov L.V. Approximation of time series of paramecia caudatum dynamics by the Verhulst and Gompertz models: a non-traditional approach // Biophysics. 2015. vol. 60. pp. 457–465.
10. Salesa L.P., Haywar M.W., Loyola R. What do you mean by «niche»? Modern ecological theories are not coherent on rhetoric about the niche concept // Acta Oecologica. 2021. vol. 110. pp. 103–1070.
11. Дубровская В.А., Трофимова И.В. Модель динамики структурированных субпопуляций осетровых рыб Каспия с учетом отклонений в темпах развития молоди // Журнал Белорусского государственного университета. Биология. 2017. № 3. С. 76–86.
12. Северцов А.С. Cоотношение фундаментальной и реализованной экологических ниш // Журнал общей биологии. 2012. T. 73. C. 323–333.
13. Kolesov A.Yu., Rozov N.Kh. The theory of relaxation oscillations for Hutchinson’s equation // Sb. Math. 2011. vol. 202. pp. 829—858.
14. Сабатулина Т.Л. Об устойчивости обобщенного уравнения Хатчинсона с распределенным переменным запаздыванием // Вестник Пермского государственного технического университета. Механика. 2009. № 1. С. 46-56.
15. Глызин С.Д. Учет возрастных групп в уравнении Хатчинсона // Моделирование и анализ информационных систем. 2007. Т. 14. № 3. С. 29–42.
16. Smith M. Mathematical ideas in biology. Cambridge University Press, London, 1968, 168 p.
17. Liz E. Delayed logistic population models revisited // Publ. Mat. 2014. vol. 58. pp. 309–331.
18. Глызин Д.С., Кащенко С.А., Полстьянов А.С. Пространственно-неоднородные периодические решения в распределенном уравнении Хатчинсона // Моделирование и анализ информационных систем. 2009. Т. 16. № 4. С. 77–85.
19. Кащенко И.С., Кащенко С.А. Динамика уравнения с двумя запаздываниями, моделирующего численность популяции // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2019. Т. 27. С. 21–38.
20. Liu Y., Wei J. Bifurcation analysis in delayed Nicholson blowflies equation with delayed harvest // Nonlinear Dynamics. 2021. Vol. 105. P. 1805–1819.
21. Kolesov A.Y., Mishchenko E.F., Rozov N.K. A modification of Hutchinson’s equation // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2010. vol. 50. pp. 1990–2002.
22. Никольский М.С. Об одной задаче оптимального управления, связанной с общей моделью А.Д. Бaзыкинa «хищник–жертва» // Дифференциальные уравнения. 2011. Т. 47. С. 1638–1645.
23. Metzler W. Mathematical Modelling Bifurcations of equilibria in Bazykin’s predator-prey model // Mathematical Modelling. 1985. vol. 6. pp. 111–123.
24. Bazykin A.D., Khibnik A.I. Bilocal model of dissipative structure // Biophysics. 1982. vol. 27. no. 1. pp. 133–138.
25. Perevaryukha A.Y. An iterative continuous-event model of the population outbreak of a phytophagous Hemipteran // Biophysics. 2016. vol. 61. pp. 334-341.
26. Gause G.F. The struggle for existence. Baltimore: Williams Wilkins. 1934, 163 p.
27. Perevaryukha A.Y. A continuous model for oscillating outbreaks of the population of a phytophagous moth, the tent caterpillar, Malacosoma disstria (Lepidoptera, Lasiocampidae) // Biophysics. 2020. vol. 65. № 1. pp. 118-130.
28. Lenski R.E. Dynamics of Interactions between Bacteria and Virulent Bacteriophage // Advances in Microbial Ecology. 1988. vol 10. pp. 1–44.
29. Forest and Wildlife Research Center report: https://www.msudeer.msstate.edu/deerhabitat-carrying-capacity.php
30. Morozov A.S., Rytova S.V., Thompson L.C. Introducing entomophagous insects to control pests: prediction of target species density // Russian Entomological Journal. 2003. vol. 12. pp. 441–445.
31. Kuznetsov V.A., Knott G.D. Modeling tumor regrowth and immunotherapy // Mathematical and Computer Modelling. 2001. vol. 33. no. 12–13. pp. 1275–1287.
32. Mikhailov V.V., Reshetnikov Yu.S. Model of Fish Population Dynamics with Calculation of Individual Growth Rate and Hydrological Situation Scenarios // Information and Control Systems. 2018. no. 4, pp. 31–38.
33. Luo C., Liu M. Dynamic changes and prevalence of SARS-CoV-2 IgG/IgM antibodies: Analysis of multiple factors // International Journal of Infectious Diseases. 2021. vol. 108. pp. 57–62.
34. Nikitina A.V., Sukhinov A.I. Optimal control of sustainable development in the biological rehabilitation of the Azov Sea // Mathematical Models and Computer Simulations. 2017. vol. 9. no. 1. pp. 101–107.
35. Andreadis T.,Weseloh R. Discovery of Entomophaga maimaiga in North American gypsy moth, Lymantria dispar // Proc. Nat. Acad. Sci. U S A. 1990. vol. 87. pp. 2461—2465.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) Андрей Юрьевич Переварюха
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).