Ivanova Yu. D., Kovalev A. V. Placement of Siberian Silkworm Individuals Within the Outbreak of Mass Reproduction

UDC 502.1:519.8

How to cite: Ivanova Yu. D.¹, Kovalev A. V.² Placement of Siberian silkworm individuals within the outbreak of mass reproduction // Sibirskij Lesnoj Zurnal (Sib. J. For. Sci.). 2021. N. 5. P. 37–48 (in Russian with English abstract and references).

DOI: 10.15372/SJFS20210505

© Ivanova Yu. D., Kovalev A. V., 2021

Regularities of micro and macro-spatial distribution of individuals of Siberian silkworm populations during an outbreak of mass reproduction are considered. When studying the spatial distribution of the Siberian silkworm, a model of the distribution of individuals of the Siberian silkworm among fodder trees on sample plots was considered and the shape of areas damaged by the Siberian silkworm was studied. Additionally, a model of long-term spatial dynamics of insect pest’s population centers are considered. To assess the micro-spatial distribution of individuals on the territory, the spatial dynamics of the distribution of Siberian silkworm caterpillars on trees at different stages of the pest population gradation is considered. To describe the distribution of insects over trees on test plots, a model is proposed – an analogue of the model of phase transitions of the second kind in physical systems. To describe the "movement" of the boundaries of the center of mass reproduction of insect pests, the model of "viscous fingers" is considered and the fractal characteristics of the boundaries of the centers are calculated. By assessing the fractal dimension of the outbreak boundary, it is possible to calculate the ratio of the population density and the time of development of the forage object, and from the fractal dimension of the boundary between the outbreak and the undamaged forest, it is possible to estimate the nature of the further development of the outbreak. Also, based on a single measurement of the structure of the focus boundaries, one can try to estimate the fractal dimension of the focus and the risk of its further development. The considered models were verified according to the observations of various authors. When constructing and verifying the models, we used the data of the counts of the Siberian silkworm population and the population of trees in the foci of its mass reproduction, and remote data on the areas and shape of the foci. Using the proposed models, it is possible to estimate the critical characteristics of the population density and the shape of the foci of mass reproduction of pests at different phases of population gradation based on the data of counts and remote observations.

Article

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES) 

Анищенко В. С., Астахов В. В., Вадивасова Т. Е., Нейман А. Б., Стрелкова Г. И., Шиманский-Гайер Л. Нелинейные эффекты в хаотических и стохастических системах. М.; Ижевск: ИКИ, 2003. 544 с. [Anishchenko V. S., Astakhov V. V., Vadivasova T. E., Neyman A. B., Strelkova G. I., Shimanskiy-Gayer L. Nelineynye effekty v khaoticheskikh i stokhasticheskikh sistemakh (Nonlinear effects in chaotic and stochastic systems). Moscow; Izhevsk: IKI, 2003. 544 p. (in Russian)].

Базыкин А. Д. Математическая биофизика взаимодействующих популяций. М.: Наука, 1985. 181 c. [Bazykin A. D. Matematicheskaya biofizika vzaimodeystvuyushchikh populyatsiy (Mathematical biophysics of interacting populations). Moscow: Nauka (Science), 1985. 181 p. (in Russian)].

Баранчиков Ю. Н., Перевозникова В. Д., Кондаков Ю. П., Кириченко Н. И. Зоогенный вклад в эмиссии углерода в очагах массового размножения сибирского шелкопряда. В кн.: Лесные экосистемы Енисейского меридиана. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. С. 117–123 [Baranchikov Yu. N., Perevoznikova V. D., Kondakov Yu. P., Kirichenko N. I. Zoogenny vklad v emissii ugleroda v ochagakh massovogo razmnozheniya sibirskogo shelkopryada (Zoogenic contribution to carbon emissions in the centers of mass reproduction of the Siberian silkworm). In: Lesnye ekosistemy Yeniseyskogo meridiana (Forest ecosystems of Yenisei meridian). Novosibirsk: Izd-vo SO RAN (Sib. Br. Rus. Acad. Sci. Publ.), 2002. P. 117–123 (in Russian)].

Болдаруев В. О. Динамика численности сибирского шелкопряда и его паразитов. Улан-Удэ: Бурят. кн. изд-во, 1969. 165 с. [Boldaruev V. O. Dinamika chislennosti sibirskogo shelkopryada i ego parazitov (Population dynamics of the Siberian silkworm and its parasites). Ulan-Ude: Buryat. kn. izd-vo (Buryat Book. Publ.), 1969. 165 p. (in Russian)].

Им С. Т., Федотова Е. В., Харук В. И. Спектродиометрическая космосъемка в анализе зоны вспышки массового размножения сибирского шелкопряда // Журн. Сиб. фед. ун-та. Сер. Техн. и технол. 2008. T. 1. № 4. С. 346–358 [Im S. T., Fedotova Ye. V., Kharuk V. I. Spektrodiametricheskaya kosmosyemka v analize zony vspyshki massovogo razmnozheniya sibirskogo shelkopryada (Spektroradiometer data in Siberian silkmoth outbreak zone analysis) // Zhurn. Sib. fed. un-ta. Ser. Tekhn. i tekhnol. (J. Sib. Fed. Univ. Ser. Engineer. & Technol.). 2008. V. 1. N. 4. P. 346–358 (in Russian with English abstract)].

Исаев А. С., Хлебопрос Р. Г. Эффекты запаздывания в регуляции численности лесных насекомых // Докл. АН СССР. 1977. Т. 232. Вып. 6. С. 1448–1451 [Isaev A. S., Khlebopros R. G. Effekty zapazdyvaniya v regulyatsii chislennosti lesnykh nasekomykh (Delay effects in the regulation of the number of forest insects) // Dokl. AN SSSR (Proc. USSR Acad. Sci.). 1977. V. 232. Iss. 6. P. 1448–1451 (in Russian with English abstract)].

Исаев А. С., Хлебопрос Р. Г., Недорезов Л. В., Кондаков Ю. П., Киселев В. В. Динамика численности лесных насекомых. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. 223 с. [Isaev A. S., Khlebopros R. G., Nedorezov L. V., Kondakov Yu. P., Kiselev V. V. Dinamika chislennosti lesnykh nasekomykh (Dynamics of the number of forest insects). Novosibirsk: Nauka (Science). Sib. Br., 1984. 223 p. (in Russian)].

Исаев А. С., Хлебопрос Р. Г., Кондаков Ю. П., Недорезов Л. В., Киселев В. В., Суховольский В. Г. Популяционная динамика лесных насекомых М.: Наука, 2001. 374 с. [Isaev A. S., Khlebopros R. G., Kondakov Yu. P., Nedorezov L. V., Kiselev V. V., Sukhovolsky V. G. Populyatsionnaya dinamika lesnykh nasekomykh (Population dynamics of forest insects). Moscow: Nauka (Science), 2001. 374 p. (in Russian)].

Кириченко Н. И., Баранчиков Ю. Н. Пригодность хвои кормовых растений для питания и роста гусениц двух популяций сибирского шелкопряда // Экология. 2007. Вып. 3. С. 216–221 [Kirichenko N. I., Baranchikov Yu. N. Prigodnost’ khvoi kormovykh rasteniy dlya pitaniya i rosta gusenits dvukh populyatsiy sibirskogo shelkopryada (Appropriateness of needles of different conifer species for the feeding and growth of larvae from two populations of the Siberian moth) // Ekologiya (Ecology). 2007. V. 3. P. 216–221 (in Russian with English abstract)].

Колмогоров А. Н., Петровский И. Г., Пискунов Н. С. Исследование уравнения диффузии, соединенной с возрастанием вещества и его применение к одной биологической проблеме // Бюлл. МГУ. 1937. Сер. А. Матем. и механ. Т. 16. С. 1–16 [Kolmogorov A. N., Petrovskiy I. G., Piskunov N. S. Issledovanie uravneniya diffuzii, soedinennoy s vozrastaniem veshchestva i ego primenenie k odnoy biologicheskoy probleme (Investigation of the diffusion equation combined with an increase in matter and its application to a biological problem) // Byull. MGU Ser. A. Matematika i mekhanika (Bul. Moscow St. Univ. Ser. A. Mathem. & Mechan.). 1937. V. 16. P. 1–16 (in Russian)].

Колтунов Е. В., Ердаков Л. Н. Особенности цикличности многолетней динамики вспышек массового размножения различных географических популяций сибирского шелкопряда (Dendrolimus superans sibiricus Tschetv.) в Сибири // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. 7 с. [Koltunov E. V., Erdakov L. N. Osobennosti tsiklichnosti mnogoletney dinamiki vspyshek massovogo razmnozheniya razlichnykh geograficheskikh populyatsiy sibirskogo shelkopryada (Dendrolimus superans sibiricus Tschetv.) v Sibiri (The features of Siberian moth (Dendrolimus superans sibiricus Tschetv.) of different geographical populations outbreaks of a multi-year cyclical dynamics in Siberia) // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya (Modern Probl. Sci. & Educ.). 2013. N. 6. 7 с. (in Russian with English abstract)].

Кондаков Ю. П. Закономерности массовых размножений сибирского шелкопряда // Экология популяций лесных животных Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1974. С. 206–265 [Kondakov Yu. P. Zakonomernosti massovykh razmnozheniy sibirskogo shelkopryada (Regularities of mass reproduction of the Siberian silkworm) // Ekologiya populyatsiy lesnykh zhivotnykh Sibiri (Ecology of populations of forest animals in Siberia). Novosibirsk: Nauka (Science). Sib. Br., 1974. P. 206–265 (in Russian)].

Ли Н. Г., Захариассен К. Е. Водный баланс и стратегия адаптации насекомых Центральной Якутии к экстремальным климатическим условиям // Изв. РАН. Сер. биол. 2006. № 5. С. 596–601 [Li N. G., Zachariassen K. E. Vodny balans i strategiya adaptatsii nasekomykh Tsentral’noy Yakutii k ekstremal’nym klimaticheskim usloviyam (Water balance and adaptation strategy in insects of Central Yakutia to extreme climatic conditions) // Izv. RAN. Ser. Biol. (Proc. Rus. Acad. Sci. Ser. Biol.). 2006. N. 5. P. 596–601 (in Russian with English abstract)].

Михайлов Ю. З., Сумина Н. Ю. Сибирский шелкопряд (Dendrolimus superans Butler, 1877) и борьба с ним в Иркутской области // Байкал. зоол. журн. 2012. № 3 (11). С. 25–29 [Mikhaylov Yu. Z., Sumina N. Yu. Sibirskiy shelkopryad (Dendrolimus superans Butler, 1877) i bor’ba s nim v Irkutskoy oblasti (Siberian moth (Dendrolimus superans Butler, 1877) and control of it in Irkutsk Oblast) // Baykal. zool. zhurn. (Baikal Zool. J.). 2012. N. 3 (11). P. 25–29 (in Russian with English abstract)].

Никитина Ю. В. Разработка точечной модели популяции сибирского шелкопряда. Новосибирск: Интерэкспо Гео-Сибирь. 2006. Вып. 1. Т. 3. C. 156–161 [Nikitina Yu. V. Razrabotka tochechnoy modeli populyatsii sibirskogo shelkopryada (Development of a point model of the Siberian silkworm population). Novosibirsk: Interekspo Geo-Sibir. 2006. Iss. 1. V. 3. P. 156–161 (in Russian)].

Песенко Ю. А. Принципы и методы количественного анализа в фаунистических исследованиях. М.: Наука, 1982. 287 с. [Pesenko Yu. A. Printsipy i metody kolichestvennogo analiza v faunisticheskikh issledovaniyakh (Principles and methods of quantitative analysis in faunal studies). Moscow: Nauka (Science), 1982. 287 p. (in Russian)].

Свирежев Ю. М. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии. М.: Наука, 1987. 368 с. [Svirezhev Yu. M. Nelineynye volny dissipativnye struktury i katastrofy v ekologii (Nonlinear waves, dissipative structures and catastrophes in ecology). Moscow: Nauka (Science), 1987. 368 p. (in Russian)].

Суховольский В. Г., Исхаков Т. Р., Тарасова О. В. Оптимизационные модели межпопуляционных взаимодействий. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 2008. 162 с. [Sukhovolsky V. G., Iskhakov T. R., Tarasova O. V. Optimizatsionnye modeli mezhpopulyatsionnykh vzaimodeystviy (Optimization models of interpopulation interactions). Novosibirsk: Nauka (Science). Sib. Br., 2008. 162 p. (in Russian)].

Суховольский В. Г., Пальникова Е. Н., Тарасова О. В., Карлюк А. Ю. Модель вспышки массового размножения лесных насекомых как фазового перехода второго рода // ДАН. 2005. Т. 403. № 4. С. 551–553 [Sukhovolsky V. G., Palnikova E. N., Tarasova O. V., Karlyuk A. Yu. Model’ vspyshki massovogo razmnozheniya lesnykh nasekomykh kak fazovogo perekhoda vtorogo roda (The model of forest insect outbreak as second order phase transition) // DAN (Proc. Rus. Acad. Sci.). 2005. V. 403. N. 4. P. 551–553 (in Russian with English abstract)].

Федотова Е. М., Им С. Т., Харук В. И. Анализ пространственной приуроченности очагов повреждения таежных лесов сибирским шелкопрядом по данным мелкомасштабного дистанционного зондирования // Интерэкспо Гео-Сибирь. 2007. Т. 2. № 2. C. 206–210 [Fedotova E. M., Im S. T., Kharuk V. I. Analiz prostranstvennoy priurochennosti ochagov povrezhdeniya taezhnykh lesov sibirskim shelkopryadom po dannym melkomasshtabnogo distantsionnogo zondirovaniya (Analysis of the spatial confinement of foci of damage to taiga forests by Siberian silkworms according to small-scale remote sensing data) // Interekspo Geo-Sibir. 2007. V. 2. N. 2. P. 206–210 (in Russian with English abstract)].

Чикидов И. И. Роль климатических факторов в развитии очагов массового размножения сибирского шелкопряда в Центральной Якутии в 1998-2001 гг. // Вестн. Якут. гос. ун-та. 2009. Т. 6. № 3. С. 8–12 [Chikidov I. I. Rol’ klimaticheskikh faktorov v razvitii ochagov massovogo razmnozheniya sibirskogo shelkopryada v Tsentral’noy Yakutii v 1998-2001 gg. (The role of climatic factors in mass reproduction of Siberian silkworm in Central Yakutia in 1998-2001) // Vestn. Yakut. Gos. un-ta (Bull. Yakut. St. Univ.). 2009. V. 6. N. 3. P. 8–12 (in Russian with English abstract)].

Шредер М. Фракталы, хаос, степенные законы. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. 528 с. [Shreder M. Fraktaly, khaos, stepennye zakony (Fractals, chaos, power laws). Izhevsk: NITs «Regulyarnaya i khaoticheskaya dinamika» (Regular and chaotic dynamics), 2001. 528 p. (in Russian)].

Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. М.; Ижевск: ИКИ, 2004. 256 с. [Ebeling V. Obrazovanie struktur pri neobratimykh protsessakh (Formation of structures in irreversible processes). Moscow; Izhevsk: IKI, 2004. 256 p. (in Russian)].

Эпова В. И. Конспект фауны хвоегрызущих насекомых Байкальской Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. изд. фирма РАН, 1999. 96 с. [Epova V. I. Konspekt fauny khvoegryzushchikh nasekomykh Baykal’skoy Sibiri (Abstract of the fauna of needle-gnawing insects of Baikal Siberia). Novosibirsk: Nauka (Science). Sib. izd. firma RAN (Sib. Publ. Comp. Rus. Acad. Sci.), 1999. 96 p. (in Russian)].

Юрченко Г. И., Турова Г. И. Сибирский и белополосый шелкопряды на Дальнем Востоке. Хабаровск: ДальНИИЛХ, 2007. 98 с. [Yurchenko G. I., Turova G. I. Sibirskiy i belopolosy shelkopryady na Dal’nem Vostoke (Siberian and white-striped silkworms in the Far East). Khabarovsk: Dal’NIILKH (Far East For. Res. Inst.), 2007. 98 p. (in Russian)].

Isaev A. S., Soukhovolsky V. G., Tarasova O. V., Palnikova E. N., Kovalev A. V. Forest insect population dynamics, outbreaks and global warming effects. New York: Wiley, 2017. 286 p.

Kirichenko N. I., Baranchikov Y. N. Appropriateness of needles of different conifer species for the feeding and growth of larvae from two populations of the Siberian moth // Rus. J. Ecol. 2007. V. 38. P. 198–203 (Original Rus. Text © N. I. Kirichenko, Yu. N. Baranchikov, 2007, publ. in Ekologiya. 2007. V. 38. N. 3. P. 216–221).

Li N. G., Zachariassen K. E. Water balance and adaptation strategy in insects of Central Yakutia to extreme climatic conditions // Biol. Bull. 2006. V. 33. P. 483–487 (Original Rus. Text © N. G. Li, K. E. Zachariassen, 2006, publ. in Izv. Akad. nauk. Ser. Biol. 2006. N. 5. P. 596–601).

Liebhold A. M., Simons E. E., Sior A., Unger J. D. Forecasting defoliation caused by the gypsy moth from field measurements // Environ. Entomol. 1993. V. 22. P. 26–32.

Sharov A. A., Roberts E. A., Liebhold A. M., Ravlin R. W. Gypsy moth (Lepidoptera: Lymantriidae) spread in the central Appalachians: three methods for species boundary estimation // Environ. Entomol. 1995. V. 24. P. 1529–1538.

Soukhovolsky V. G., Pal’nikova E. N., Tarasova O. V., Karlyuk A. Yu. A Model of forest insect outbreak as a second order phase transition // Dokl. Biochem. Biophys. 2005. V. 403. Iss. 1–6. P. 297–299 (Original Rus. Text © V. G. Soukhovolsky, E. N. Pal’nikova, O. V. Tarasova, A. Yu. Karlyuk, 2005, publ. in Dokl. Akad. Nauk. 2005. V. 403. N. 4. P. 551–553).