A plankton community: a zooplankton effect in phytoplankton dynamics

Neverova, Galana Petrovna; Zhdanova, O. L.; Kolbina, E.A.; Abakumov, A.I.

doi:10.20537/2076-7633-2019-11-4-751-768

Cited by 4 publications

(2 citation statements)

References 24 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…модели Розенцвейга -Макартура) [19]. Зоопланктон, в свою очередь, представлен как травоядными, так и хищными видами, что учитывается иногда явно при моделировании [20][21][22].…”

unclassified

Discrete-Time Model of Seasonal Plankton Bloom

Неверова¹,

Zhdanova²,

Abakumov³

2020

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

The most interesting results in modeling phytoplankton bloom were obtained based on a modification of the classical system of phytoplankton and zooplankton interaction. The modifications using delayed equations, as well as piecewise continuous functions with a delayed response to intoxication processes, made it possible to obtain adequate phytoplankton dynamics like in nature. This work develops a dynamic model of phytoplankton-zooplankton community consisting of two equations with discrete time. We use recurrent equations, which allows to describe delay in response naturally. The proposed model takes into account the phytoplankton toxicity and zooplankton response associated with phytoplankton toxicity. We use a discrete analogue of the Verhulst model to describe the dynamics of each of the species in the community under autoregulation processes. We use Holling-II type response function taking into account predator saturation to describe decrease in phytoplankton density due to its consumption by zooplankton. Growth and survival rates of zooplankton also depend on its feeding. Zooplankton mortality, caused by an increase in the toxic substances concentration with high density of zooplankton, is included in the limiting processes. An analytical and numerical study of the model proposed is made. The analysis shows that the stability loss of nontrivial fixed point corresponding to the coexistence of phytoplankton and zooplankton can occur through a cascade of period doubling bifurcations and according to the Neimark-Saker scenario leading to the appearance of quasiperiodic fluctuations as well. The proposed dynamic model of the phytoplankton and zooplankton community allows observing long-period oscillations, which is consistent with the results of field experiments. As well, the model have multistability areas, where a variation in initial conditions with the unchanged values of all model parameters can result in a shift of the current dynamic mode.

show abstract

unclassified

Discrete-Time Model of Seasonal Plankton Bloom

Неверова¹,

Zhdanova²,

Abakumov³

2020

Math.Biol.Bioinf.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…При этом данный 2-цикл и режимы, возникшие в результате потери его устойчивости, сосуществуют с другими динамическими режимами, т. е. одновременно существуют несколько аттракторов, каждый из которых характеризуется собственной областью притяжения, и, следовательно, начальные условия определяют, какой из аттракторов будет реализован. В этом контексте влияние внешних факторов можно рассматривать как модификацию начальных условий, приводящую к переключению между различными типами динамики, обусловленной сосуществованием конкурирующих аттракторов и переходу на новый динамический режим [Medvinsky et al, 2019;Neverova, Kulakov, Frisman, 2019;Neverova et al, 2019]. Следовательно, небольшие флуктуации текущих численностей конкурирующих групп могут привести к смене наблюдаемого режима динамики в сообществе.…”

Section: обсуждение и заключениеunclassified

Modeling the dynamics of plankton community considering the trophic characteristics of zooplankton

Zhdanova,

Neverova,

Frisman

2024

CRM

View full text Add to dashboard Cite

Предложена четырехкомпонентная модель планктонного сообщества с дискретным временем, учитывающая конкурентные взаимоотношения между разными группами фитопланктона и трофические характеристики зоопланктона: рассматривается деление зоопланктона на хищный и нехищный типы. Изъятие нехищного зоопланктона хищным явно представлено в модели. Нехищный зоопланктон питается фитопланктоном, включающим два конкурирующих компонента: токсичный и нетоксичный тип, при этом последний пригоден в пищу для зоопланктона. Модель двух связанных уравнений Рикера, ориентированная на описание динамики конкурентного сообщества, используется для описания взаимодействия двух типов фитопланктона и позволяет неявно учитывать ограничение роста биомассы каждого из компонентов-конкурентов доступностью внешних ресурсов. Изъятие жертв хищниками описывается трофической функцией Холлинга типа II с учетом насыщения хищника.Анализ сценариев перехода от стационарной динамики к колебаниям численности сообщества показал, что потеря устойчивости нетривиального равновесия, соответствующего существованию полного сообщества, может происходить как через каскад бифуркаций удвоения периода, так и бифуркацию Неймарка -Сакера, ведущую к возникновению квазипериодических колебаний. Предложенная в данной работе модель, являясь достаточно простой, демонстрирует динамику сообщества подобную той, что наблюдается в естественных системах и экспериментах: с отставанием колебаний хищника от жертвы примерно на четверть периода, длиннопериодические противофазные циклы хищника и жертвы, а также скрытые циклы, при которых плотность жертв остается практически постоянной, а плотность хищников флуктуирует, демонстрируя влияние быстрой эволюции, маскирующей трофическое взаимодействие. При этом вариация внутрипопуляционных параметров фито-или зоопланктона может приводить к выраженным изменениям динамического режима в сообществе: резким переходам от регулярной к квазипериодической динамике и далее к точным циклам с небольшим периодом или даже стационарной динамике. Квазипериодическая динамика может возникать при достаточно небольших скоростях роста фитопланктона, соответствующих стабильной или регулярной динамике сообщества. Смена динамического режима в этой области (переход от регулярной динамики к квазипериодической и наоборот) может происходить за счет вариации начальных условий или внешнего воздействия, изменяющего текущие численности компонентов и смещающего систему в бассейн притяжения другого динамического режима.Ключевые слова: динамика сообщества, бифуркация, динамические режимы, мультистабильность, модель Рикера, конкуренция, взаимодействие «хищник -жертва», скрытые циклы Работа выполнена в рамках государственных заданий ИАПУ ДВО РАН (тема № FWFW-2021-0004) и Института комплексного анализа региональных проблем ДВО РАН (тема № FWUG 2024-0005).

show abstract

Animal key species of the ecosystems of western Ukraine

Andriishyn¹,

Balandiukh²,

Hnatyna³

et al. 2022

VLUBS

View full text Add to dashboard Cite

The attention in the article is paid to the key species research importance. Their classification was discussed in our article published in “Studia Biologica” (Y. Tsaryk, O. Reshetylo, I. Tsaryk, Biol. Stud. 2019: 13(1); 161–168). The main emphasis was made on ecological key species, while other categories were analyzed as well (protective, social etc.). A row of potential key species in different ecosystems was proposed based on the original field research. So, such phytophagous insects like the alder leaf beetles Agelastica alni, Linaeidea aenea, and the mother of pearl moth Patania ruralis are proposed to be the key species in forest ecosystems. Altogether in terrestrial ecosystems such species as the common carder bee Bombus pascuorum and the buff-tailed bumblebee B. terrestris are tend to be the key species among the pollinators (excluding European honey bee Apis mellifera). Ants are important invertebrate key species as well: Formica – in forest ecosystems, Lasius, Myrmica and Tetramorium – shrub and meadow ones. Almost the same we can say about some species of amphibians (the common toad Bufo bufo, the common frog Rana temporaria, and the edible frog Pelophylax esculentus). Eurasian jay Garrulus glandarius, the great tit Parus major, and woodpeckers, the great spotted woodpecker Dendrocopos major in particular, are among the birds’ key species on our minds. European otter Lutra lutra is the possible key species in freshwater ecosystems. Zooplankton as a whole community might be considered a key “species” too. The great pond snail Lymnaea stagnalis is the key species among freshwater mollusks. The fish of Barbatula, Cobitis, Sabanejewia, Misgurnus genera, and Eudontomyzon representatives are the key species in streams and rivers. European beaver Castor fiber, European otter L. lutra, the white stork Ciconia ciconia, and reed warblers are thought to be the key species in semiaquatic ecosystems. The presented data about the key species need further research on their population and consortive organizations, as well as their functional role in the support of ecosystem stability under the environmental stochasticity, has to be clarified.

show abstract

A plankton community: a zooplankton effect in phytoplankton dynamics

Cited by 4 publications

References 24 publications

Discrete-Time Model of Seasonal Plankton Bloom

Discrete-Time Model of Seasonal Plankton Bloom

Modeling the dynamics of plankton community considering the trophic characteristics of zooplankton

Animal key species of the ecosystems of western Ukraine

Contact Info

Product

Resources

About