ЦИКЛИЧНОСТЬ  В  ДИНАМИКЕ  ЧИСЛЕННОСТИ  РЯБЧИКА  (BONASA  BONASIA  L,  1758)  ИЗ  НОВОСИБИРСКОЙ  ОБЛАСТИ

Ердаков  Лев  Николаевич

доцент,  д-р  биол.  наук  Новосибирского  педагогического  университета,  профессор  кафедры  педагогики  и  методики  начального  образования, 
инженер  Института  систематики  и  экологии  животных  СО  РАН,  РФ,  г.  Новосибирск

E -mail:  microtus@  yandex.ru

Телепнев  Владимир  Геннадьевич

канд.  биол.  наук,  Всероссийский  научно-исследовательский  институт  охотничьего  хозяйства  и  звероводства  имени  профессора  Б.М.  Житкова  РАСХН, 
директор  Западно-Сибирского  филиала,  Государственного  научного  учреждения,  РФ,  г.  Новосибирск

E-mail: 

CYCLICITY   IN  NUMBERS  OF  HAZEL  GROUSE  (BONASA  BONASIA  L,  1758)  FROM  NOVOSIBIRSK  REGION

Lev  Erdakov

Sc.D.,   Associate  Professor.  Professor  of  the  Department  of  pedagogy  and  methodology  of  primary  education  of  Federal  State  Educational  Institution  of  Higher  Professional  Education  Novosibirsk  State  Pedagogical  University,  Novosibirsk,

Engineer   of  the  Institute  of  of  Systematics  and  Ecology  of  Animal  SB  RAS,   Russia,  Novosibirsk

Vladimir  Telepnev

candidate  of  biology,  Director  of  the  West-Siberian  branch  of  State  Scientific  Institution  –  Prof.  B.M.  Zhitkov  Russian  Research  Institute  of  Game  Management  and  Fur  Farming  RAAS,  Russia,  Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Изучалась  многолетняя  цикличность  (1971—2013  гг.)  динамики  численности  рябчика  из  Кыштовского  района  Новосибирской  области.  Численность  оценивали  по  ежегодным  учетам.  Для  выявления  скрытых  циклов  пользовались  спектральным  анализом.  Установлено,  что   спектр  ритмов  рябчика  содержит  5  хорошо  проявленных  гармоники  разной  величины  и  мощности,  наиболее  мощные  из  них  —  3,6-,  2,7-,  6,4-  и  9-летняя.  Имеются  природные  ритмы  среды,  способные  затягивать  обнаруженные  циклы  динамики  численности  этого  вида.  Полученные  данные  могут  служить  для  построения  прогнозных  моделей  .

ABSTRACT

The  long-term  cyclicity  of  hazel  grouse  population  dynamics  from  Kyshtovsky  District  of  Novosibirsk  region  was  studied  on  the  data  for  1971—2013  years.  The  number  was  estimated  by  the  annual  accounting.  To  identify  hidden  cycles  used  spectral  analysis.  It  is  established  that  the  spectrum  of  rhythms  hazel  grouse  contains  5  well  manifested  harmonics  of  different  size  and  power,  the  most  powerful  of  them  —  3,6,  2,7-,  6,4-  and  9.

Ключевые  слова :  рябчик;  численность;  цикличность ;  период;  спектр  ритмов;  циклы;  ритмы;  периодические  составляющие.

Keywords :  grouse;  the  number  of  birds;  cyclicity;  period;  spectrum  of  rhythms;  cycles;  rhythms;  periodic  components.

Еще  с  середины  прошлого  века  у  тетеревиных  отмечали  цикличность  в  динамике  численности  в  самых  разных  географических  точках.  В  Америке  описывали  10-цикличность  воротничкового  рябчика  [14],  в  Англии  —  8  летний  цикл  численности  шотландской  куропатки  [15],  в  Финляндии  —  3—4-летнюю  цикличность  динамики  у  всех  тетеревиных  птиц  [16]  В  своей  монографии  и  А.Н.  Формозов  [11]  отметил  4—5  летние  циклы  в  численности  белой  куропатки  и  тетерева.  Описание  цикличности  в  численности  рябчика  и  в  настоящее  время  можно  встретить  в  литературе  [12],  хотя,  как  и  прежде,  этот  феномен  отмечается  учеными,  но  не  становится  центральным  объектом  изучения. 

Мысль  о  том,  что  имеется  определенная  временная  организация  биологической  системы  (например,  популяции)  и  характеристикой  которой  является  её  спектр  периодов,  остается  по  сей  день  экзотической  гипотезой  [7].

Отсюда  и  формулируется  цель  исследования:  выяснение  периодических  составляющих  в  динамике  численности  рябчика.

Задачи  же  сводятся  к  следующим:

·     построить  спектр  ритмов  численности  рябчика;

·     определить  количество  и  мощность  периодических  составляющих  в  многолетней  динамике  численности  рябчика;

·     найти  возможные  внешние  синхронизаторы  циклов  динамики,  позволяющие  им  не  затухать  (найти  агенты  среды,  затягивающие  ритмы  динамики  численности  рябчика).

Материал,  который  мы  использовали,  представляет  собой  данные  маршрутных  учетов  численности  этого  вида.  Они  проводились  на  протяжении  1972—2013  гг.  на  территории  научно-опытного  хозяйства  ВНИИОЗ  по  стандартной  методике  [10].

Для  выявления  скрытых  колебаний  в  численности  был  использован  анализ  временных  рядов  [2].  Параметры  счета  эмпирически  определяемые:  шаг  суммирования,  длина  автокорреляционной  функции,  форма  и  ширина  корреляционного  окна,  подробное  описание  техники  счета  биологических  ритмов  дано  в  книгах  А.А.  Сорокина  [9]  и  Л.Н.  Ердакова  [5]. 

При  проведении  счетных  операций  мы  пользовались  программами  спектрального  анализа,  находящиеся  в  собственности  ИСиЭЖ  СО  РАН.  Данные  были  обработаны  методом  Уэлча,  окна:  8,  16,  24,  с  перекрытием  95  %.  Отобраны  наиболее  устойчивые  картины  распределения  спектральной  плотности  (мощности).  Для  статистической  обработки  использован  пакет  программ  Past.

Изучение  многолетней  динамики  численности  может  производиться  на  основании  сравнения  интегрального  показателя,  например  средней  плотности  птиц  за  год.  В  этом  случае  мы  получаем  хронограмму  многолетних  изменений  численности,  то  есть  распределение  результатов  учетов  на  шкале  времени.  Она  дает  возможность  оценить,  насколько  сильны  были  флуктуации  численности  у  этого  вида.  За  все  время  наблюдений  максимальная  численность  была  достигнута  один  раз  в  1987  году,  кроме  того,  в  1998  году  численность  рябчика  тоже  была  велика.  В  то  же  время  минимальные  значения  этот  показатель  имел  гораздо  чаще.  Еще  одна  особенность  многолетней  динамики  у  этого  вида  —  необычайная  сложность  кривой  описывающей  этот  процесс.  Последнее  характерно  практически  для  всех  иллюстраций  динамики  численности  на  шкале  времени.  На  этом  же  материале  можно  получить  новые  данные  о  многолетней  динамике  численности  этого  промыслового  вида.  Для  этого  нужно  преобразовать  наши  данные,  переместив  их  с  временной  шкалы  на  частотную  и  тогда  изменения  численности  будут  выглядеть  как  спектр  некоторого  количества  периодов. 

Для  модельного  ряда  наблюдений  за  численностью  (43  года)  был  получен  частотный  спектр  ее  динамики  у  рябчика  (рис.).  Несмотря  на  сложный  вид  эмпирической  кривой  хода  численности,  она  содержит  относительно  немного  хорошо  выраженных  гармонических  составляющих.  Еще  одна  особенность  спектра  ритмов  рябчика  отсутствие  многолетних  или  даже  полувековых  циклов  численности.  И  это  несмотря  на  сорокалетний  срок  слежения,  ведь  наш  метод  позволяет  обнаружить  цикличность  сопоставимую  по  периоду  со  временем  наблюдения. 

У  рябчика  оказалось  всего  5  основных  цикличностей,  наложением  которых  и  достигается  столь  сложная  многолетняя  динамика.  Все  они  имеют  значительную  мощность  и  очень  хорошо  выражены  (экспоненциальные  пики  с  узкими  основаниями). 

Рисунок  1.  Спектр  ритмов  численности  рябчика  на  территории  НОХ  ВНИИОЗ

Были  рассчитаны  точные  периоды  этих  ритмов  численности  и  их  мощности  в  единицах  спектральной  плотности  (табл.),  и  появилась  возможность  поискать  во  внешней  среде  синхронизаторы  этим  ритмам.  Ведь  для  достижения  устойчивости  эндогенный  ритм  должен  затягиваться  близким  ему  по  периоду  внешним  синхронизирующим  фактором.  Для  того  чтобы  популяция  рябчика  сохраняла  устойчивость  своих  ритмов  численности  каждый  из  ее  циклов  должен  иметь  природный  ритм  и  к  нему  подстраиваться.  Обычно  это  важный  для  регуляции  динамики  численности  природный  ритм  какого-либо  важного  фактора  или  ресурса. 

Таблица  1.

Соотношение  величины  и  мощности  периодических  составляющих  динамики  численности  рябчика

Примечание:  первая  цифра,  период,  вторая  —  мощность  (ед.  спектр.  плот.)

Мощная  периодическая  составляющая  в  динамике  рябчика  –  9-летняя  (табл.).  Видимо,  она  важна  для  его  динамики.  Поддерживать  такую  цикличность  может  проявленный  на  этой  территории  7—11-летний  цикл  климата  [4],  относящийся  к  «семейству»  вековых  и  внутривековых  брикнеровских  циклов.  Несомненно,  затягиваться  эта  цикличность  может  и  температурным  7—9-летним  циклом  [6].  Приблизительно  этот  же  период  имеет  и  один  из  георитмов  Земли  [13]  влияющий  на  все  живое.  При  таком  количестве  датчиков  времени  в  этом  диапазоне  частот  9-летний  цикл  рябчика  может  быть  очень  устойчивым.

Еще  больший  по  мощности  цикл  характерный  для  хода  численности  этого  вида  —  6,4-годовой.  Его  может  поддерживать  цикл  суровости  зим,  с  характерной  для  него  цикличность  в  5—7  лет  [1].  Вполне  вероятным  синхронизатором  для  него  может  выступать  примерно  7-летний  ритм  атмосферной  циркуляции  [6].

Самый  мощный  ритм  динамики  численности  рябчика  —  около  4-летний  может  поддерживаться  температурной  цикличностью  [3],  ритмом  атмосферной  циркуляции  [6]. 

Еще  один  ритм  динамики  тоже  очень  мощный,  примерно  2,7  летний,  а  кроме  него  имеется  и  маломощный,  но  проявленный  около-2-летний  цикл.  Эти  ритмы  наиболее  распространены  в  природе  и  связаны  практически  со  всеми  природно-климатическими  факторами.  Они  описаны  многими  из  приведенных  выше  авторов. 

Около  4-летнюю  цикличность  у  тетеревиных  отмечали  многие  авторы  в  разных  географических  точках  [8],  замечен  этот  цикл  и  у  динамики  рябчика  в  национальном  парке  республики  Коми  [12].

Стоит  упомянуть  и  о  том,  что  популяционная  цикличность  может  быть  использована  как  один  из  прогностических  параметров  изменений  численности.  Такой  прогноз  может  строиться  методом  формальной  экстраполяции  на  основе  изучения  конкретных  временных  рядов  численности.  Предполагается,  что  в  будущем  на  некотором  отрезке  времени  популяционная  динамика  сохраняет  свои  прошлые  и  настоящие  тенденции  развития.  Предварительно  же  для  популяционной  динамики  за  весь  срок  наблюдений  рассчитываются  (с  помощью  анализа  временных  рядов)  ее  периодические  составляющие

1.  Динамика  численности  может  быть  кроме  шкалы  времени  представлена  на  частотной  шкале,  тогда  выявляется  еще  одна  характеристика  ее  –  цикличность  хода  численности.

2.  Для  рябчика  впервые  рассчитаны  периодические  составляющие  его  динамики  численности 

3.  Гармонических  составляющих  динамики  численности  у  этого  вида  всего  5  и  все  они  имеют  значительную  мощность.

4.  Наиболее  мощная  цикличность  на  спектре  позволяет  предполагать,  что  численность  этого  вида  нарастает  каждый  третий-четвертый  год.

Список  литературы:

1.Бялко  А.В.,  Гамбургцев  А.Г.  Статистика  погоды  //Природа  —  2000.  —  №  12.  —  С.  6.

2.Дженкинс  Г.,  Ваттс  Д.  Спектральный  анализ  и  его  приложения.  М.:  Мир  1971.  —  317  с.

3.Дроздов  О.В.,  Григорьева  А.С.  Многолетние  циклические  колебания  атмосферных  осадков  на  территории  СССР.  Л.:  Гидрометеоиздат.  1971.  —  С.  316.

4.Дружинин  И.П.  Долгосрочный  прогноз  и  информация.  Новосибирск:  Наука,  Сиб.  отделение.  1987.  —  С.  246.

5.Ердаков  Л.Н.  Биологические  ритмы  и  принципы  синхронизации  в  экологических  системах  (хроноэкология).  Томск,  Изд.  ТГУ.  1991.  —  216  с.

6.Коротина  Е.Ф.  Многолетние  колебания  температурного  режима  Южного  Урала  автореферат  канд.  дисс.  Челябинск  2002.  —  21  с.

7.Мартынюк  В.С.,.  Владимирский  Б.М,  Темурьянц  Н.А.  Биологические  ритмы  и  электромагнитные  поля  среды  обитания.  Бюллетень  ВСНЦ  СО  РАМН,  —  2007,  —  №  2  (54).  —  С.  143—146.

8.Потапов  Р.Л.  Тетеревиные  птицы .  Л.:  Изд-во  Ленингр.  ун-та,  1990.  —  240  с.

9.Сорокин  А.А.  Ультрадианные  составляющие  при  изучении  суточного  ритма.  Фрунзе:  Илим,  1981.  —  82  с.

10.Телепнев  В.Г.,  Ердаков  Л.Н.  Описание  цикличности  динамики  численности  в  популяции  глухаря  (Tetrao  Urogallus  L.,  1758)  при  многолетнем  ее  мониторинге  //  Сибирский  экологический  журнал.  —  2014.  —  №  5.  —  С.  703—710.

11.Формозов  А.Н.  Колебания  численности  промысловых  животных.  М.-Л.:  КОИЗ,  1935.  —  108  с.

12.Шубина  Н.С.  Динамика  численности  Тетеревиных  (Tetraonidae)  птиц  в  Национальном  парке  «Югыд  ва»  //Всероссийская  заочная  научно-практическая  конференция  «Современное  состояние  и  стратегии  сохранения  природных  и  антропогенных  экосистем».  (г.  Ахтубинск)  /  Мин-во  природных  ресурсов  и  экологии  РФ,  ГПЗ  «Богдинско-Баскунчакский»  и  др.  Волгоград:  Царицын,  2010.  —  С.  51—56.

13.Якушев  Д.И.  Алгоритмы  математического  моделирования/Д.И.  Якушев.  СПб.:  МГП  "Поликом",  2002  г.  —  100  с. 

14.Elton  C.S.,  Nicholson  M.  Fluctuations  in  numbers  of  muskrat  (Ondatra  zibetica)  in  Canada.  Ibid.,  —  1942,  —  Vol.  11,  —  №  1,  —  P.  96—126.

15.Middleton  A.D.  Periodic  fluctuations  in  British  game  populations.  J.  Anim.  Ecol.,  —  1934,  —  Vol.  3  (2),  —  P.  231—249.

16.Siivonen  L.  Some  essential  features  of  short-term  population  fluctuations.  J.  Wildl.  Mgmt,  —  1954,  —  Vol.  18,  —  №  1,  —  P.  38—45.