Hidden parameters of time series of the forest insects’ population dynamics and patterns of formation of insect complexes

Abstract

Рассмотрены подходы к использованию некоторых дополнительных (скрытых) параметров для анализа популяционной динамики лесных насекомых. Проведен анализ данных по динамике численности комплекса насекомых - филлофагов сосны обыкновенной, полученных в ходе непрерывных учетов с 1979 по 2016 г. численности пяти видов филлофагов на территории Краснотуранского бора (юг Красноярского края), данных по динамике численности насекомых в лесных насаждениях Швейцарии в долине Oberengadin, а также данных по динамике численности сибирского шелкопряда Dendrolimus sibsiricus Tschetv. в таежных лесах Сибири. Для анализа особенностей динамики численности рассматривались ранговые распределения многолетней плотности видов в отдельном местообитании, характеристики распределения особей на деревьях, рассматриваемые с точки зрения модели фазовых переходов второго рода, а также параметры авторегрессионных уравнений динамики численности популяции с учетом порядка авторегрессии, знака коэффициентов модели и запаса по устойчивости. Показано, что показатели конкуренции между видами в сообществе слабо связаны с изменением плотности популяций в сообществе и коэффициент конкуренции b можно рассматривать как независимый показатель состояния сообщества. Использование скрытого параметра b позволяет сравнить конкуренцию между видами в комплексе насекомых в Краснотуранском бору и между видами в комплексе хвоегрызущих насекомых в лиственничных лесах Альп. Используя модель фазового перехода второго рода, показано, что расселение вида на учетных единицах (деревьях) на пробной площади носит групповой характер и, следовательно, на часть деревьев вредитель оказывает повышенное воздействие. Рассмотрена возможность использования авторегрессионных уравнений для описания динамики численности популяций отдельных видов. Показано, что AR-модели достаточно хорошо описывают динамику численности популяций в различных урочищах. В качестве скрытых параметров динамики можно рассматривать коэффициенты AR-уравнений и величины запаса по устойчивости этих уравнений. Полученные «скрытые» закономерности динамики численности характеризуют многолетнюю динамику численности сообществ лесных насекомых. С помощью этих скрытых параметров (непосредственно не измеряемых при учетах численности популяций насекомых) рассмотрены долгосрочные свойства популяций насекомых, которые необходимо учитывать при оценке типа динамики численности видов. С помощью «скрытых» показателей можно получить дополнительную информацию о свойствах и динамике изучаемых популяций. The paper considers approaches to the use of some additional (hidden) parameters to analyze population dynamics of forest insects. The study presents the analysis of data on the population dynamics of phyllophagous insects of Scots pine obtained during a long-term continuous monitoring (1979-2016) of five phyllophagous species on the territory of the Krasnoturansk pine forest (south of Krasnoyarsk Territory), data on abundance dynamics of insects in forest stands in Switzerland (Oberengadin valley), and data on abundance dynamics of the Siberian silkworm Dendrolimus sibsiricus Tschetv.in the taiga forests of Siberia. To analyze the features of the population dynamics we used the rank distribution of the long-term density of species in a particular habitat, the characteristics of the distribution of individuals on trees, considered from the point of view of the model of second order phase transitions, as well as the parameters of autoregressive equations for the dynamics of the population, with the account of the order of autoregression, the sign of the model coefficients, and the stability margin. It is shown that the indicators of competition between species in a community are weakly related to the changes in population density in the community, and the competition coefficient b can be considered as an independent indicator of the state of the community. The use of the hidden parameter b makes it possible to estimate the competition between species in the insect complex in the Krasnoturansk pine forest and between species in the complex of the species of insects in the larch forests of the Alps. Using a phase transition model of the second kind, it is shown that the dispersal of the species on the accounting units (trees) on the trial plot is of a group nature and, therefore, the pest has an increased effect on some trees. The possibility of using autoregressive equations to describe the dynamics of the populations of certain species is considered. It is shown, that AR-models describe well enough the dynamics of the population size in various natural boundaries. Coefficients of AR-equations and the values of the stability margin of these equations can be considered hidden parameters of dynamics. The «hidden» patterns of the population dynamics characterize the long-term dynamics of the number of forest insect communities. The long-term properties of insect populations are considered with the help of these “hidden” parameters (not directly measured). These parameters must be taken into account when assessing the type of species dynamics. With the help of “hidden” indicators, it is possible to obtain additional information about the properties and dynamics of the studied populations.