Эколого-географическое моделирование распределения массовых видов саранчовых (Orthoptera, Acrididae) на юге Сибири и в сопредельных регионах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Два массовых вида саранчовых, Chorthippus apricarius и Locusta migratoria, широко распространены на юге Сибири. Оценки пригодности местообитаний, полученные методом максимальной энтропии, для современного периода хорошо соответствуют распределению точек нахождения каждого вида. Основные факторы, объясняющие характер расселения, — температурные показатели, особенно зимнего сезона. Прогнозные модели для периодов 2021–2040 и 2041–2060 гг. и сценария высокого уровня эмиссии парниковых газов демонстрируют явные различия между двумя модельными видами. Вероятно, что условия для обитания Ch. apricarius на юге Сибири станут менее благоприятными, тогда как для L. migratoria можно ожидать резкого расширения зоны наиболее благоприятных местообитаний на юге Западной Сибири и на севере Казахстана. Есть вероятность того, что данная тенденция станет еще более заметной во второй половине XXI в. Оптимальная для перелетной саранчи область может охватить обширную территорию между 50° и 62° с. ш. и между Уралом и северо-западными окраинами Алтае-Саянской горной системы. Здесь может появиться новая область массовых размножений L. migratoria. В сопредельных регионах и даже в расположенном на значительном удалении Приморском крае площадь территорий, пригодных для этого вида, также может значительно увеличиться. Таким образом, общее сохранение тренда глобального потепления с большой вероятностью приведет к существенному изменению распространения на юге Сибири некоторых потенциальных вредителей из числа саранчовых.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. Г. Сергеев

Новосибирский государственный университет; Институт систематики и экологии животных СО РАН

Email: mgs@fen.nsu.ru
Россия, Новосибирск; Новосибирск

В. В. Молодцов

Новосибирский государственный университет

Email: vv@fen.nsu.ru
Россия, Новосибирск

Н. С. Батурина

Новосибирский государственный университет

Email: natalya.s.baturina@gmail.com
Россия, Новосибирск

О. В. Ефремова

Новосибирский государственный университет

Email: oxana@fen.nsu.ru
Россия, Новосибирск

В. Д. Жарков

Новосибирский государственный университет

Email: arthropodae01@gmail.com
Россия, Новосибирск

К. В. Попова

Новосибирский государственный университет

Email: kristin_belle@mail.ru
Россия, Новосибирск

С. Ю. Стороженко

Федеральный научный центр биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН

Email: storozhenko@biosoil.ru
Россия, Владивосток

А. А. Шамычкова

Новосибирский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.shamychkova@g.nsu.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Бей-Биенко Г. Я. 1932. Руководство по учету саранчовых. Л.: Всесоюзное государственное объединение по борьбе с вредителями и болезнями в сельском и лесном хозяйстве, 195 с.
  2. Бережков Р. П. 1956. Саранчовые Западной Сибири. Томск: Издательство Томского университета, 175 с.
  3. Лачининский А. В., Коканова Э. О., Гаппаров Ф. А., Чильдебаев М. К., Темрешев И. И. 2015. Вредные саранчовые и изменения климата. Вестник КазНУ, серия экологическая, 44 (2/2): 641–648.
  4. Лачининский А. В., Сергеев М. Г. 2023. Вредные саранчовые России и сопредельных стран: проблемы мониторинга популяций. Защита и карантин растений 9: 23–31. https://doi.org/10.47528/1026-8634_2023_9_23
  5. Лачининский А. В., Сергеев М. Г., Федотова А. А., Чильдебаев М. К., Темрешев И. И., Гаппаров Ф. А., Коканова Э. О. 2023. Мароккская саранча Dociostaurus maroccanus (Thunberg, 1815). Морфология, распространение, экология, управление популяциями. Рим: ФАО, xxviii + 561 с. https://doi.org/10.4060/cc7159ru
  6. Лачининский А. В., Сергеев М. Г., Чильдебаев М. К., Черняховский М. Е., Локвуд Дж. А., Камбулин В. Е., Гаппаров Ф. А. 2002. Саранчовые Казахстана, Средней Азии и сопредельных территорий. Ларами: Университет Вайоминга и Международная ассоциация прикладной акридологии, vi + 387 с.
  7. Лисовский А. А., Дудов С. В. 2020. Преимущества и ограничения методов экологического моделирования ареалов. 2. MAXENT. Журнал общей биологии 81 (2): 135–146. https://doi.org/10.31857/S0044459620020049
  8. Мищенко Л. Л. 1972. Отряд Orthoptera (Saltatoria) – прямокрылые (прыгающие прямокрылые). В кн.: О. Л. Крыжановский, Е. М. Данциг (ред.). Насекомые и клещи — вредители сельскохозяйственных культур. Т. 1. Насекомые с неполным превращением. Л.: Наука, с. 16–115.
  9. Предтеченский С. А., Жданов С. П., Попова А. А. 1935. Вредные саранчовые в СССР (обзор за 1925–1933 гг.). Труды по защите растений, 1-я сер. 18: 1–168.
  10. Пшеницына Л. Б., Резникова Ж. И., Сергеев М. Г. 1993. Количественные методы исследования экологии насекомых. Новосибирск: Издательство Новосибирского государственного университета, 76 с.
  11. Сергеев М. Г. 1986. Закономерности распространения прямокрылых насекомых Северной Азии. Новосибирск: Наука, 237 с.
  12. Сергеев М. Г. 1989. Зонально-ландшафтное распределение зоомассы прямокрылых насекомых в Срединном регионе СССР. География и природные ресурсы 2: 89–93.
  13. Сергеев М. Г. 2010. Вредные саранчовые России и сопредельных регионов: прошлое, настоящее, будущее. Защита и карантин растений 1: 16–22.
  14. Сергеев М. Г. 2017. Перелетная саранча Locusta migratoria (Linnaeus, 1758) (Orthoptera: Acrididae) у края ареала: юг Сибири как область возможных массовых размножений. Евразиатский энтомологический журнал 16 (5): 407–415. https://doi.org/10.15298/euroasentj.16.5.02
  15. Сергеев М. Г., Ким-Кашменская М. Н., Молодцов В. В., Ефремова О. В., Попова К. В., Соколова (Батурина) Н. С. 2023. Картографирование и экомоделирование распространения редких видов насекомых на юге Сибири и в сопредельных регионах (на примере надсемейства саранчовых). География и природные ресурсы 5: 128–134. https://doi.org/10.15372/gipr20230516
  16. Сергеев М. Г., Лачининский А. В. 2007. Вредные саранчовые: мировой обзор. Защита и карантин растений 11: 24–28.
  17. Сергеев М. Г., Чильдебаев М. К., Ванькова И. А., Гаппаров Ф. А., Камбулин В. Е., Коканова Э. О., Лачининский А. В., Пшеницына Л. Б., Темрешев И. И., Черняховский М. Е., Соболев Н. Н., Молодцов В. В. 2022. Итальянская саранча Calliptamus italicus (Linnaeus, 1758). Морфология, экология, распространение, управление популяциями. Рим: ФАО, xviii + 333 c. https://doi.org/10.4060/cb7921ru
  18. Уваров Б. П. 1925. Саранчовые Европейской части СССР и Западной Сибири. Москва: Новая деревня, 120 с.
  19. Филипьев И. Н. 1926. Вредители общего значения. Саранчовые. Acridiodea. Труды по прикладной энтомологии 13 (2): 57–176.
  20. Цыпленков Е. П. 1970. Вредные саранчовые насекомые в СССР. Л.: Колос, 272 с.
  21. Araújo M. B., Guisan A. 2006. Five (or so) challenges for species distribution modelling. Journal of Biogeography 33: 1677–1688. https://doi.org/10.1111/j.1365-2699.2006.01584.x
  22. Çıplak B., Uluar O. 2024. Anatolian short-horned grasshoppers unveiled: integrating biogeography and pest potential. Insects 15 (1): 55. https://doi.org/10.3390/insects15010055
  23. Dey L. S., Simões M. V. P., Hawlitschek O., Sergeev M. G., Xu S.-Q., Lkhagvasuren D., Husemann M. 2021. Analysis of geographic centrality and genetic diversity in the declining grasshopper species Bryodemella tuberculata (Orthoptera: Oedipodinae). Biodiversity and Conservation 30: 2773–2796. https://doi.org/10.1007/s10531-021-02221-8
  24. Fick S. E., Hijmans R. J. 2017. WorldClim 2: new 1 km spatial resolution climate surfaces for global land areas. International Journal of Climatology 37 (12): 4302–4315. https://doi.org/10.1002/joc.5086
  25. Gause G. F. 1930. Studies on the ecology of the Orthoptera. Ecology 11 (2): 307–325. https://doi.org/10.2307/1930266
  26. Hijmans R. J., Elith J. 2021. Spatial Distribution Models. 96 p. URL: https://rspatial.org/raster/sdm/SDM.pdf (дата обращения 12 февраля 2024 г.).
  27. Kimathi E., Tonnang H. E. Z., Subramanian S., Cressman K., Abdel-Rahman E.-M., Tesfayohannes M., Niassy S., Torto B., Dubois T., Tanga C. M., Kassie M., Ekesi S., Mwangi D., Kelemu S. 2020. Prediction of breeding regions for the desert locust Schistocerca gregaria in East Africa. Scientific Reports 10, Article number: 11937. https://doi.org/10.1038/s41598-020-68895-2
  28. Kindt R. 2018. Ensemble species distribution modelling with transformed suitability values. Environmental Modelling & Software 100: 136–145. https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2017.11.009
  29. Klein I., van der Woude S., Schwarzenbacher F., Muratova N., Slagter B., Malakhov D., Oppelt N., Kuenzer C. 2022. Predicting suitable breeding areas for different locust species — A multi-scale approach accounting for environmental conditions and current land cover situation. International Journal of Applied Earth Observations and Geoinformation 107: 102672. https://doi.org/10.1016/j.jag.2021.102672
  30. Koch F. H. 2021. Considerations regarding species distribution models for forest insects. Agricultural and Forest Entomology 23: 393–399. https://doi.org/10.1111/afe.12458
  31. Le Gall M., Overson R., Cease A. 2019. A global review on locusts (Orthoptera: Acrididae) and their interactions with livestock grazing practices. Frontiers in Ecology and Evolution 7, Article 263. https://doi.org/10.3389/fevo.2019.00263
  32. Ma C., Yang P., Jiang F., Chapuis M.-P., Shali Y., Sword G. A., Kang L. 2012. Mitochondrial genomes reveal the global phylogeography and dispersal routes of the migratory locust. Molecular Ecology 21: 4344–4358.
  33. Malakhov D. V., Tsychuyeva N. Yu., Kambulin V. E. 2018. Ecological modeling of Locusta migratoria L. breeding conditions in South-Eastern Kazakhstan. Russian Journal of Ecosystem Ecology 3 (1). https://doi.org/10.21685/2500-0578-2018-1-5
  34. Malakhov D. V., Zlatanov B. V. 2020. An ecological niche model for Dociostaurus maroсcanus, Thunberg, 1815 (Orthoptera, Acrididae): the nesting environment and survival of egg-pods. Biosis: Biological Systems 1 (1): 8–24. https://doi.org/10.37819/biosis.v1i1.48
  35. Meinshausen M., Nicholls Z. R. J., Lewis J., Gidden M. J., Vogel E., Freund M., Beyerle U., Gessner C., Nauels A., Bauer N., Canadell J. G., Daniel J. S., John A., Krummel P. B., Luderer G., Meinshausen N., Montzka S. A., Rayner P. J., Reimann S., Smith S. J., van den Berg M., Velders G. J. M., Vollmer M. K., Wang R. H. J. 2020. The shared socio-economic pathway (SSP) greenhouse gas concentrations and their extensions to 2500. Geoscientific Model Development 13: 3571–3605. https://doi.org/10.5194/gmd-13-3571-2020
  36. Morales N. S., Fernándex I. C., Baca-González V. 2017. MaxEnts’s parameter configuration and small samples: are we paying attention to recommendations? A systematic review. PeerJ 5, e3093. https://doi.org/10.7717/peerj.3093
  37. Olfert O. O., Mukerji M. K. 1983. Effects of acute simulated and acute grasshopper (Orthoptera: Acrididae) damage on growth rates and yield of spring wheat (Triticum aestivum). Canadian Entomologist 115 (6): 629–636.
  38. Olfert O., Weiss R. M., Kriticos D. 2011. Application of general circulation models to assess the potential impact of climate change on potential distribution and relative abundance of Melanoplus sanguinipes (Fabricius) (Orthoptera: Acrididae) in North America. Psyche: A Journal of Entomology 2011, Article ID: 980372. https://doi.org/10.1155/2011/980372
  39. Phillips S. J., Anderson R. P., Schapire R. E. 2006. Maximum entropy modeling of species geographic distributions. Ecological Modelling 190: 231–259. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2005.03.026
  40. Popova K. V., Baturina N. S., Molodtsov V. V., Yefremova O. V., Zharkov V. D., Sergeev M. G. 2022. The handsome cross grasshopper Oedaleus decorus (Germar, 1825) (Orthoptera: Acrididae) as a neglected pest in the south-eastern part of West Siberian Plain. Insects 13 (1), 49. https://doi.org/10.3390/insects13010049
  41. Saha A., Rahman S., Alamc S. 2021. Modeling current and future potential distributions of desert locust Schistocerca gregaria (Forskål) under climate change scenarios using MaxEnt. Journal of Asia-Pacific Biodiversity 14: 399–409. https://doi.org/10.1016/j.japb.2021.05.001
  42. Séférian R., Nabat P., Michou M., Saint‐Martin D., Voldoire A., Colin J., Decharme B., Delire C., Berthet S., Chevallier M., Sénési S., Franchisteguy L., Vial J., Mallet M., Joetzjer E., Geoffroy O., Guérémy J.-F., Moine M.-P., Msadek R., Ribes A., Rocher M., Roehrig R., Salas‐y‐Mélia D., Sanchez E., Terray L., Valcke S., Waldman R., Aumont O., Bopp L., Deshayes J., Éthé C., Madec G. 2019. Evaluation of CNRM Earth‐System model, CNRM‐ESM2‐1: Role of Earth system processes in present‐day and future climate. Journal of Advances in Modeling Earth Systems 11: 4182–4227. https://doi.org/10.1029/2019MS001791
  43. Sergeev M. G. 1998. Conservation of orthopteran biological diversity relative to landscape change in temperate Eurasia. Journal of Insect Conservation 2 (3/4): 247–252. https://doi.org/10.1023/A:1009620519058
  44. Sergeev M. G. 2010. Concepts of classic and modern biogeography: contribution of Russian entomologists. Entomological Review 90 (3): 311–332. https://doi.org/10.1134/S0013873810030036
  45. Sergeev M. G. 2021. Distribution patterns of grasshoppers and their kin over the Eurasian steppes. Insects 12 (1), 77. https://doi.org/10.3390/insects12010077
  46. Sergeev M. G., Denisova O. V., Vanjkova I. A. 2000. How do spatial population structures affect grasshopper and locust management? In: J. A. Lockwood, A. V. Latchininsky, M. G. Sergeev (eds). Grasshoppers and Grassland Health. Dordrecht et al.: Kluwer Academic Publishers, p. 71–87. https://doi.org/10.1007/978-94-011-4337-0_5
  47. Sergeev M. G., Storozhenko S. Yu., Benediktov A. A. 2020. An annotated check-list of Orthoptera of Tuva and adjacent regions. Part 3. Suborder Caelifera (Acrididae: Gomphocerinae: Gomphocerini; Locustinae). Far Eastern Entomologist 402: 1–36. https://doi.org/10.25221/fee.402.1
  48. Stebaev I. V. 1972. Periodic changes in the ecological distribution of grasshoppers in the temperate and the extreme continental steppe regions, and their importance for the local ecosystems. In: C. F. Hemming, T. H. C. Taylor (eds). Proceedings of the International Study Conference on the Current and Future Problems of Acridology. London: Centre of Overseas Pest Research, p. 207–218.
  49. Stebaev I. V., Naplekova N. N., Volkovincer V. V. 1968. Epigäische Zoo-Mikrobionten-Komplexe mit Orthopteren und Tenebrioniden im Südöstlichen Altaj-Gebirge und ihre Beziehungen zu bodenbildenden Prozessen. Pedobiologia 8: 345–386.
  50. Sun Z., Ye H., Huang W., Qimuge E., Bai H., Nie C., Lu L., Qian B., Wu B. 2023. Assessment on potential suitable habitats of the grasshopper Oedaleus decorus asiaticus in North China based on MaxEnt modeling and remote sensing data. Insects 14 (2), 138. https://doi.org/10.3390/insects14020138
  51. Uvarov B. P. 1921. A revision of the genus Locusta L. (= Pachytylus Fieb.) with a new theory as to periodicity and migrations of locusts. Bulletin of Entomological Research 12: 135–163.
  52. Uvarov B. P. 1977. Grasshoppers and Locusts. Vol. 2. London: Centre for Overseas Pest Research, 613 p.
  53. Waloff Z. V. 1940. The distribution and migrations of Locusta in Europe. Bulletin of Entomological Research 31 (3): 211–246.
  54. Warren D. L. 2012. In defense of ‘niche modeling’. Trends in Ecology and Evolution 27 (9): 497–500. http://dx.doi.org/10.1016/j.tree.2012.03.010
  55. Zhang L., Lecoq M., Latchininsky A., Hunter D. 2019. Locust and grasshopper management. Annual Review of Entomology 64: 15–34. https://doi.org/10.1146/annurev-ento-011118-112500
  56. Zhang X., Huang W., Ye H., Lu L. 2023. Study on the identification of habitat suitability areas for the dominant locust species Dasyhippus barbipes in Inner Mongolia. Remote Sensing 15 (6), 1718. https://doi.org/10.3390/rs15061718
  57. Zhu G., Men Y., Han X. 2021. Potential distribution of Schistocerca gregaria gregaria in southwestern Asia. Agricultural and Forest Entomology 23: 388–391. https://doi.org/10.1111/afe.12440
  58. Zimmermann N. E., Edwards T. C. Jr., Graham C. H., Pearman P. B., Svenning J.-C. 2010. New trends in species distribution modelling. Ecography 33: 985–989. https://doi.org/10.1111/j.1600-0587.2010.06953.x

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Распространение Chorthippus apricarius (L.) на юге Сибири и в сопредельных регионах

Скачать (455KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Распространение Locusta migratoria (L.) на юге Сибири и в сопредельных регионах (без учета точек, зафиксированных во время подъемов численности или связанных с залетами вида)

Скачать (474KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оценка пригодности местообитаний Chorthippus apricarius (L.) (1) и Locusta migratoria (L.) (2) на юге Сибири и в сопредельных регионах (все биоклиматические переменные для периода 1970–2000 гг.; средние по пикселям по 25 повторностям с кросс-валидацией)

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Оценка пригодности местообитаний Chorthippus apricarius (L.) (1) и Locusta migratoria (L.) (2) по всем данным о распространении каждого вида и прогнозным биоклиматическим переменным для 2021–2040 гг. по глобальной климатической модели CNRM-ESM2-1 (средние по пикселям по 25 повторностям с кросс-валидацией) и по сценарию социально-экономического развития 3–7.0 (высокий уровень эмиссии парниковых газов)

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Оценка пригодности местообитаний Chorthippus apricarius (L.) (1) и Locusta migratoria (L.) (2) по всем данным о распространении каждого вида и прогнозным биоклиматическим переменным для 2041–2060 гг. по глобальной климатической модели CNRM-ESM2-1 (средние по пикселям по 25 повторностям с кросс-валидацией) и по сценарию социально-экономического развития 3–7.0 (высокий уровень эмиссии парниковых газов)

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024