<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xml:lang="ru" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="https://metafora.rcsi.science/xsd_files/journal3.xsd">
  <front>
    <journal-meta>
      <journal-id journal-id-type="publisher-id">moitvivt</journal-id>
      <journal-title-group>
        <journal-title xml:lang="ru">Моделирование, оптимизация и информационные технологии</journal-title>
        <trans-title-group xml:lang="en">
          <trans-title>Modeling, Optimization and Information Technology</trans-title>
        </trans-title-group>
      </journal-title-group>
      <issn pub-type="epub">2310-6018</issn>
      <publisher>
        <publisher-name>Издательство</publisher-name>
      </publisher>
    </journal-meta>
    <article-meta>
      <article-id pub-id-type="doi">10.26102/2310-6018/2025.49.2.017</article-id>
      <article-id pub-id-type="custom" custom-type="elpub">1877</article-id>
      <title-group>
        <article-title xml:lang="ru">Математическая модель конкуренции за ограниченный ресурс в экосистемах: численное и аналитическое исследование устойчивости</article-title>
        <trans-title-group xml:lang="en">
          <trans-title>Mathematical model of competition for a limited resource in ecosystems: numerical and analytical study of sustainability</trans-title>
        </trans-title-group>
      </title-group>
      <contrib-group>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0002-0518-094Х</contrib-id>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Гутник</surname>
              <given-names>Дарья Игоревна</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Gutnik</surname>
              <given-names>Daria Igorevna</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>daria_gutnik@mail.ru</email>
          <xref ref-type="aff">aff-1</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0009-0009-2488-3630</contrib-id>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Белых</surname>
              <given-names>Татьяна Ивановна</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Belykh</surname>
              <given-names>Tatyana Ivanovna</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>bti_baikal@mail.ru</email>
          <xref ref-type="aff">aff-2</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <contrib-id contrib-id-type="orcid">0000-0003-0451-2655</contrib-id>
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Родионов</surname>
              <given-names>Алексей Владимирович</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Rodionov</surname>
              <given-names>Aleksei Vladimirovich</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>avr-v@yandex.ru</email>
          <xref ref-type="aff">aff-3</xref>
        </contrib>
        <contrib contrib-type="author">
          <name-alternatives>
            <name name-style="eastern" xml:lang="ru">
              <surname>Букин</surname>
              <given-names>Юрий Сергеевич</given-names>
            </name>
            <name name-style="western" xml:lang="en">
              <surname>Bukin</surname>
              <given-names>Yuri Sergeevich</given-names>
            </name>
          </name-alternatives>
          <email>bukinyura@mail.ru</email>
          <xref ref-type="aff">aff-4</xref>
        </contrib>
      </contrib-group>
      <aff-alternatives id="aff-1">
        <aff xml:lang="ru">Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук</aff>
        <aff xml:lang="en">Limnological Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences</aff>
      </aff-alternatives>
      <aff-alternatives id="aff-2">
        <aff xml:lang="ru">Байкальский государственный университет</aff>
        <aff xml:lang="en">Baikal State University</aff>
      </aff-alternatives>
      <aff-alternatives id="aff-3">
        <aff xml:lang="ru">Байкальский государственный университет</aff>
        <aff xml:lang="en">Baikal State University</aff>
      </aff-alternatives>
      <aff-alternatives id="aff-4">
        <aff xml:lang="ru">Лимнологический институт Сибирского отделения Российской академии наук</aff>
        <aff xml:lang="en">Limnological Institute of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences</aff>
      </aff-alternatives>
      <pub-date pub-type="epub">
        <day>01</day>
        <month>01</month>
        <year>2026</year>
      </pub-date>
      <volume>1</volume>
      <issue>1</issue>
      <elocation-id>10.26102/2310-6018/2025.49.2.017</elocation-id>
      <permissions>
        <copyright-statement>Copyright © Авторы, 2026</copyright-statement>
        <copyright-year>2026</copyright-year>
        <license license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
          <license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License</license-p>
        </license>
      </permissions>
      <self-uri xlink:href="https://moitvivt.ru/ru/journal/article?id=1877"/>
      <abstract xml:lang="ru">
        <p>В работе исследуется динамика взаимодействия двух видов, конкурирующих за ограниченный ресурс, с использованием построенной математической модели, представляющей собой автономную в нормальном виде систему обыкновенных дифференциальных уравнений. Модель построена на основе принципа Гаузе, гипотез Вольтерра, теории конкуренции за ресурсы Тильмана и уравнения Михаэлиса-Ментен для описания роста популяций. Система нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений анализируется на устойчивость в стационарных точках с использованием аналитического метода по первому приближению, предложенного А.А. Ляпуновым и пригодного для исследования систем, состоящих из двух и более уравнений, а также аналитически и численно решается для различных значений параметров модели. Результаты показывают, что выживание и сосуществование видов зависят от уровня лимитирующего ресурса, соотношения коэффициентов рождаемости и смертности и внутривидовой конкуренции, а также концентрации субстрата. Численные симуляции соответствуют сценариям вымирания одного из видов, доминирования одного вида или их сосуществование в зависимости от условий среды. Полученные в работе результаты согласуются с естественными экологическими взаимосвязями и подчеркивают важность учета антропогенных факторов, таких как эвтрофирование, при прогнозировании изменений в экологических системах.</p>
      </abstract>
      <trans-abstract xml:lang="en">
        <p>This paper investigates the dynamics of interaction between two species competing for a limited resource using a mathematical model that is an autonomous system of ordinary differential equations in normal form. The model is based on Gause's principle, Volterra's hypotheses, Tilman's theory of resource competition, and the Michaelis-Menten equation to describe population growth. The system of nonlinear ordinary differential equations is analyzed for stability at stationary points using the first approximation analytical method proposed by A.A. Lyapunov, which is suitable for the study of systems consisting of two or more equations, and analytically and numerically solved for various values of model parameters. The results show that species survival and coexistence depend on the level of the limiting resource, the ratio of fertility and mortality rates and intraspecific competition, and substrate concentration. Numerical simulations correspond to scenarios of extinction of one species, dominance of one species, or their coexistence depending on environmental conditions. The results obtained in this work are consistent with natural ecological relationships and emphasize the importance of considering anthropogenic factors, such as eutrophication, when predicting changes in ecological systems.</p>
      </trans-abstract>
      <kwd-group xml:lang="ru">
        <kwd>динамика популяций</kwd>
        <kwd>лимитирующий ресурс</kwd>
        <kwd>математическая модель</kwd>
        <kwd>метод Ляпунова</kwd>
        <kwd>симуляция</kwd>
        <kwd>собственные значения</kwd>
        <kwd>устойчивость равновесного состояния</kwd>
      </kwd-group>
      <kwd-group xml:lang="en">
        <kwd>population dynamics</kwd>
        <kwd>limiting resource</kwd>
        <kwd>mathematical model</kwd>
        <kwd>Lyapunov method</kwd>
        <kwd>simulation</kwd>
        <kwd>eigenvalues</kwd>
        <kwd>stability of equilibrium state</kwd>
      </kwd-group>
      <funding-group>
        <funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке Государственного задания № 0279-2021-0015 (121032300269-9).</funding-statement>
        <funding-statement xml:lang="en">The work was carried out with the support of State Assignment No. 0279-2021-0015 (121032300269-9).</funding-statement>
      </funding-group>
    </article-meta>
  </front>
  <back>
    <ref-list>
      <title>References</title>
      <ref id="cit1">
        <label>1</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Yanez-Montalvo A., Aguila B., Gómez-Acata E.S., Guerrero-Jacinto M., Oseguera L.A., Falcón L.I., Alcocer J. Shifts in Water Column Microbial Composition Associated to Lakes with Different Trophic Conditions: "Lagunas de Montebello" National Park, Chiapas, México. PeerJ. 2022;10(1). https://doi.org/10.7717/peerj.13999</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit2">
        <label>2</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Xie G., Zhang Yu., Gong Yi, Luo W., Tang X. Extreme Trophic Tales: Deciphering Bacterial Diversity and Potential Functions in Oligotrophic and Hypereutrophic Lakes. BMC Microbiology. 2024;24. https://doi.org/10.1186/s12866-024-03488-x</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit3">
        <label>3</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Bukin Yu.S., Bondarenko N.A., Rusanov I.I., et al. Interconnection of Bacterial and Phytoplanktonic Communities with Hydrochemical Parameters from Ice and Under-Ice Water in Coastal Zone of Lake Baikal. Scientific Reports. 2020;10. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66519-3</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit4">
        <label>4</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Verkhozina V.A., Verkhozina E.V., Verkhoturov V.V. Evaluation of Results of Changes in Bacterial Strains in Ecosystem of Lake Baikal. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: International Conference on Construction, Architecture and Technosphere Safety, 25–27 September 2019, Chelyabinsk, Russia. IOP Publishing; 2019. https://doi.org/10.1088/1757-899X/687/6/066019</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit5">
        <label>5</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Wilburn P., Shchapov K., Theriot E.C., Litchman E. Environmental Drivers Define Contrasting Microbial Habitats, Diversity, and Community Structure in Lake Baikal, Siberia. [Preprint]. bioRxiv. URL: https://doi.org/10.1101/605899  [Accessed 5th February 2025].</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit6">
        <label>6</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Timoshkin O.A., Samsonov D.P., Yamamuro M., et al. Rapid Ecological Change in the Coastal Zone of Lake Baikal (East Siberia): Is the Site of the World's Greatest Freshwater Biodiversity in Danger? Journal of Great Lakes Research. 2016;42(3):487–497. https://doi.org/10.1016/j.jglr.2016.02.011</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit7">
        <label>7</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Белых О.И., Гладких А.С., Сороковикова Е.Г., Тихонова И.В., Потапов С.А., Бутина Т.В. Сакситоксин-продуцирующие цианобактерии в озере Байкал. Сибирский экологический журнал. 2015;22(2):229–237.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit8">
        <label>8</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Сороковикова Е.Г., Тихонова И.В., Найданова Я.А., Белых О.И. Идентификация цианобактерий-продуцентов микроцистина в планктоне озера Байкал и Иркутского водохранилища. Limnology and Freshwater Biology. 2024;(4):1101–1108. https://doi.org/10.31951/2658-3518-2024-A-4-1101</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit9">
        <label>9</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Белых О.И., Фёдорова Г.А., Кузьмин А.В., Тихонова И.В., Тимошкин О.А., Сороковикова Е.Г. Обнаружение микроцистинов в цианобактериальных обрастаниях различных субстратов прибрежной зоны озера Байкал. Вестник Московского университета. Серия 16. Биология. 2017;72(4):262–269.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit10">
        <label>10</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Tikhonova I., Kuzmin A., Fedorova G., et al. Toxic Cyanobacteria Blooms of Mukhor Bay (Lake Baikal, Russia) During a Period of Intensive Anthropogenic Pressure. Aquatic Ecosystem Health &amp; Management. 2022;25(4):85–97. https://doi.org/10.14321/aehm.025.04.85</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit11">
        <label>11</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Jørgensen S.E., Fath B.D. Fundamentals of Ecological Modelling: Applications in Environmental Management and Research. The Netherlands: Elsevier; 2011. 399 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit12">
        <label>12</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Malthus Th.R. An Essay on the Principle of Population, as it Affects the Future Imporvement of Society, with Remarks on the Speculations of Mr. Godwin, M. Condorcet, and Other Writers. London: J. Johnson; 1798. 430 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit13">
        <label>13</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Lotka A.J. Elements of Physical Biology. Baltimore: Williams &amp; Wilkins Company; 1925. 495 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit14">
        <label>14</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Volterra V. Leçons sur la théorie mathématique de la lutte pour la Vie. Paris: Gauthier-Villars; 1931. 222 p. (In French).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit15">
        <label>15</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Gauze G.F. The Struggle for Existence. Baltimore: Williams &amp; Wilkins Company; 1934. 188 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit16">
        <label>16</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Колмогоров А.Н. Качественное изучение математических моделей динамики популяций. Проблемы кибернетики. 1972;25(2):101–106.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit17">
        <label>17</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Tilman D. Resource Competition and Community Structure. Princeton: Princeton University Press; 1982. 296 p.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit18">
        <label>18</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Verhulst P.F. Notice sur la loi que la population suit dans son accroissement. Correspondance Mathématique et Physique. 1838;10:113–121. (In French).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit19">
        <label>19</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Базыкин А.Д. Нелинейная динамика взаимодействующих популяций. Москва–Ижевск: Институт компьютерных исследований; 2003. 368 с.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit20">
        <label>20</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Johnson K.A., Goody R.S. The Original Michaelis Constant: Translation of the 1913 Michaelis-Menten Paper. Biochemistry. 2011;50(39):8264–8269. https://doi.org/10.1021/bi201284u</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit21">
        <label>21</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Monod J. The Growth of Bacterial Cultures. Annual Review of Microbiology. 1949;3:371–394. https://doi.org/10.1146/annurev.mi.03.100149.002103</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit22">
        <label>22</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Ляпунов А.М. Общая задача об устойчивости движения. Москва: Издательство Академии наук СССР; 1956. 473 с.</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit23">
        <label>23</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Virtanen P., Gommers R., Oliphant T.E., et al. SciPy 1.0: Fundamental Algorithms for Scientific Computing in Python. Nature Methods. 2020;17:261–272. https://doi.org/10.1038/s41592-019-0686-2</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit24">
        <label>24</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Dormand J.R., Prince P.J. A Family of Embedded Runge-Kutta Formulae. Journal of Computational and Applied Mathematics. 1980;6(1):19–26. https://doi.org/10.1016/0771-050X(80)90013-3</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit25">
        <label>25</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Harris Ch.R., Millman K.J., Van Der Walt S.J., et al. Array Programming with NumPy. Nature. 2020;585:357–362. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2649-2</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit26">
        <label>26</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Waskom M.L. Seaborn: Statistical Data Visualization. Journal of Open Source Software. 2021;6(60).</mixed-citation>
      </ref>
      <ref id="cit27">
        <label>27</label>
        <mixed-citation xml:lang="ru">Андронов А.А., Понтрягин Л.С. Грубые системы. Доклады Академии наук СССР. 1937;14(5):247–250.</mixed-citation>
      </ref>
    </ref-list>
    <fn-group>
      <fn fn-type="conflict">
        <p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p>
      </fn>
    </fn-group>
  </back>
</article>