graduate student
Arkhangelsk, Russian Federation
graduate student from 01.01.2016 until now
Russian Federation
Russian Federation
employee from 01.01.2016 until now
Yuzhno-Kuril'sk, Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
Climate change has a major impact on forest pest outbreaks. In recent years, there have been several major climatic events in the South Kuril Islands that have cascaded impacts on forest pests. One of these effects was exerted by the typhoon of 2014, after which the coniferous forests began to dry out in the Kurilskiy Nature Reserve, as well as in the protected zone. Drying of forests on the island of Kunashir is one of the main problems. The aim of this study was to detect and study the sites of attack of eight-dentated bark beetle (Ips typographus) in the reserve, laying test areas in the distribution foci. This study showed that spruce aged 50-70 are mainly susceptible to the attacks of eight-dentated bark beetle. However, it is worth noting that the attack of the bark beetle was seen more on Sakhalin spruce (Piceaglehnii), less - on Yezo spruce (Piceajezoensis) in the places where the test plots were laid. In addition, the study has identified significant differences between healthy, weakened trees and neighboring dead trees attacked by Ipstypographus. These differences were most pronounced in: individual shading, collective shading, and distance and tier factors. Forest pests have not been relatively studied previously. This study will give a new understanding of its ecology, as well as practical opportunities for its management
forest pathological monitoring, eight-dentated bark beetle, Ipstypographus, protected areas, windfall timber, spruce drying
Введение
Изменение климата оказывает большое влияние на вспышки лесных вредителей. В последние годы произошло несколько крупномасштабных климатических явлений, которые имели каскадное воздействие на вредителей леса. Засуха, штормовые ветра и ледяные бури - некоторые из катастрофических событий происходят в больших масштабах. Однако, каждый из них по-разному влияет на экосистему. Засуха оказывает сильное влияние на жизнеспособность дерева, но это во многом зависит от устойчивости вида к засухе [5,6]. Большое воздействие на Курильские острова оказал тайфун 2014 года, после которого началось массовое усыхание хвойных лесов. Однако, все перечисленные типы событий имеют сходный результат: крупномасштабные вспышки короеда на деревьях.
Нападение и распространение короеда на Курильских островах практически не изучалось до недавнего времени. В литературе имеется лишь отрывочная информация (Куренцов, 1941, 1950; Stark, 1952; Криволуцкая, 1956, 1958) [8,9,10,11,12] о нахождении нескольких видов на Курильских островах, но без указания конкретных мест, где они были найдены. В 1965 г. была опубликована статья (Криволуцкая, 1965а) [13], в которой для Южно-Курильских островов были названы 48 видов короедов с данными об их распространении, биотопическом разграничении, трофических звеньях, фенологических периодах развития и т.д. Всего на Курильских островах в настоящее время известно 53 вида короедов, относящихся к 20 родам [12,13]: Scolytus (5 видов), Hylesinus (1), Hyorrhynchus (1), Hylurgops (1), Alniphagus (1), Polygraphus (6), Crypturgus (2), Cryphalus (6), Ernoporicus (2), Eocryphalus (2), Phellodendrophagus (1), Hypothenemus (1), Dryocoetes (8), Pityophthorus (1), Trypodendron (4), Pityogenes (3), Ips (2), Orthotomicus (2), Xyleborus (2), и Scolytoplatypus (2). На острове Кунашир самым распространенным видом можно считать Ips typographus. Фауна короедов Курильских островов заметно истощена, по сравнению с прилегающими островами и континентальными районами Дальнего Востока. Так, на Сахалине известно 68 видов короедов, 95 на Хоккайдо и 128 в Приморском крае [2]. По своему происхождению фауну короеда Курильских островов можно разделить на два основных комплекса: бореальный (23 вида) и палеарктический (30 видов). Они, в свою очередь, делятся на несколько групп и подгрупп, в зависимости от характера ареалов видов, включенных в эти комплексы.
На Курильских островах благодаря недавним мощным тайфунам в 2014 г. были созданы благоприятные условия для появления очагов массового размножения короедов на больших площадях. Почти во всех типах лесов, особенно в насаждениях, включающих хвойные породы, существуют предпосылки появлений колоний короедов. В настоящее время, очаги размножения короедов расположены на участках деятельности тайфунов и ураганов, в районах с перестойными и ослабленными деревьями, а также на мертвых деревьях, вблизи от сольфатаров на деревьях, которые были угнетены постоянными сбросами сероводорода и другими вредными газами, на прибрежных склонах, подавленных продолжительным воздействием ветров, дующих с моря. Одним из самых распространенных видов короеда является Ips typographus. Он способен массово размножаться в условиях Курильских островов на хвойных видах деревьев.
Ips typographus - один из распространенных видов в темнохвойных лесах Южных Курил, повреждает различные виды ели. Массово размножается в местах ветровалов и образует колонии [3,7,9,10,19]. Полет жуков продолжается с середины июня до середины июля [3,8,9]. Формирование гнезд и яйцекладка происходят в тот период времени, после которого жуки покидают гнездо, которое они создали, и подвергаются дополнительному питанию до созревания [1]. В конце июля - начале августа они начинают размножаться и производить второе родственное поколение. К концу августа молодые жуки массово встречаются в семьях первого круга размножения. Многие остаются под корой на зиму. Ips typographus распространен в районах с влажным морским климатом, характерным для морских побережий и островов. Фенологические периоды развития короедов на Кунашире совпадают с Сахалином и несколько задерживаются, по сравнению с континентальными районами Дальнего Востока [3,4]. Причиной этому является среда обитания в морской климатической среде, которая характеризуется поздней весной, влажным и относительно теплым летом и продолжительной теплой осенью.
Целью данного исследования было обнаружение и изучение мест нападения короеда-типографа (Ips typographus) на территории заповедника «Курильский», а также закладывание пробных площадей в очагах. Ранее вредители леса были относительно не изучены, и это исследование даст новое понимание его экологии, а также практические возможности для его управления. Кроме того, в дальнейшем исследовании будет представлена модель прогнозирования нападения короеда на хвойные леса заповедника «Курильский».
Методы и материалы
Район исследования охватывает всю поверхность острова Кунашир (Курильские острова), территория заповедника «Курильский». Полевые исследования проводились в июне – сентябре 2019 года. Почти 61% острова занято лесами (рис. 1). Кроме того, Кунашир разделен на различные биогеографические регионы. На Южных Курильских островах, на Кунашире, расположены темнохвойные леса, состоящие из пихты сахалинской (Abies sachalinensis), ели аянской (Picea jezoensis) и ели глена (P. glehnii), а также тис. В южной половине Кунашира произрастают широколиственные и темные хвойно-широколиственные леса. Особенно выделяются территории на юго-западном побережье острова и в районе кальдеры вулкана Головнина. Эти леса представляют собой сложную комбинацию различных древесных пород, которые характерны для различных зон растительности, и которые принадлежат к различным географическим группировкам. В условиях влажного, относительно теплого климата возможно совместное произрастание ели, пихты, тиса, кедра, магнолии, дуба, ольхи, гортензии и березы.
Начальным этапом исследования было определение зараженных участков еловых насаждений на территории заповедника «Курильский» по космическим снимкам. Для изучения и закладывания пробных площадей были выбраны три участка на разных частях острова – кальдера вулкана Головнина, ур. Даниловское и участок в северной части острова – пойма реки Саратовка. На всех участках было заложено 11 пробных площадей с радиусом 20 метров. Кроме того, на каждой пробной площади было выполнено подробное лесопатологическое обследование деревьев и определение факторов, влияющих на деятельность короеда-типографа.
Результаты и обсуждения
Усыхание лесов на острове Кунашир является одной из главных проблем. Исследование показало, что одной из причин возникшей проблемы стало нападение короеда-типографа на леса острова. В результате чего, было произведено закладывание пробных площадей в разных частях острова для подробного изучения короеда-типографа (рис. 2-3).
Лесопатологическое обследование показало, что в основном, подвержены нападению ели возраста 50-70 лет. Однако, стоит отметить, что нападение короеда-типографа было замечено больше на ели глена (Picea glehnii), меньше на ели аянской (Picea jezoensis). Исследование пробных площадей показало, что в процентном соотношении, усыхающих и заселенных деревьев – 42,24%, здоровых – 16,57%, ослабленных – 12,29% (таблица 1).
Рис. 1. Растительный покров острова Кунашир; Global Forest Watch, 2019
Рис. 2. Пробные площади на территории заповедника «Курильский», Google maps, 2019
Рис. 3. Пробные площади на территории заповедника «Курильский»; Фото авторов, 2019
Таблица 1
Результаты перечета на пробных площадях
|
Категория деревьев |
Число деревьев |
% |
|
1 - здоровые |
62 |
16,57 |
|
2 - ослабленные |
46 |
12,29 |
|
3 - сильно ослабленные |
26 |
6,95 |
|
4 - усыхающие заселенные |
158 |
42,24 |
|
5 - свежий сухостой заселенный |
35 |
9,39 |
|
6 - старый сухостой |
47 |
12,56 |
|
Итого |
374 |
100 |
Собственная разработка авторов, 2019
Категории деревьев (здоровые, ослабленные и сильно ослабленные) имели разные характеристики, связанные с геометрией кроны, затенения коллективных насаждений, расстояния между деревьями, высоты и первичной структуры, чем соседние мертвые деревья. Эти характеристики взаимосвязаны. Расстояние от ближайшего атакованного дерева оказалось не значимым. Это можно объяснить массовой атакой Ips typographus. При массовой атаке, жуки нападают на соседние деревья [5,7]. Небольшое расстояние от ранее атакованного дерева способствует дополнительным атакам. Параметры, связанные с затенением стволов деревьев, от прямого солнечного излучения показали хорошие возможности для разграничения выживших и мертвых деревьев.
При нормальных условиях ствол дерева защищен от прямого солнечного излучения своими собственными ветвями или кронами соседних деревьев (коллективное затенение) [7]. В случае плотных насаждений с небольшими кронами, большие части ствола, в свою очередь, будут подвержены воздействию солнца. Это может повлиять на транспирацию и вызвать дефицит воды. Более высокие температуры на коре могут также увеличить выбросы первичных аттрактантов для короеда [7]. Такие деревья и насаждения могут иметь снижение устойчивости к атакам короеда.
В рамках исследования, было определено несколько видов факторов [16,18], влияющих на деятельность короеда-типографа:
1) Климатические факторы. Данные факторы определяют географическое распространение короеда и его кормовой породы – ели.
2) Погодные факторы (температурные условия и количество осадков) – факторы для определения успешности заражения, развития и выживаемости короеда-типографа на разных этапах его жизни.
3) Стихийные факторы. Повреждения лесов ветром создают условия для появления очагов массового размножения короеда-типографа и поддерживают сохранность его популяции.
4) Биотические факторы. Это комплекс энтомофагов и болезней короеда-типографа.
В ходе исследования было выявлено, что короед-типограф может зимовать как под корой в местах своего развития, так и в лесной подстилке под отработанными ими деревьями, в кусках опавшей коры. Большая часть короеда-типографа, зимующая в подстилке, сосредоточена на расстоянии до 1.0 м от усохшего дерева, а основная масса жуков зимует на глубине до 8 см, на границе подстилки с минеральным слоем почвы. На глубине 10 см жуков нет. Под деревом может зимовать более 5 тыс. жуков, что позволяет осуществлять борьбу с ними путём опрыскивания подстилки инсектицидами весной перед их вылетом [15,16,17]. Кроме того, на развитие короеда-типографа в условиях Курильских островов большое влияние оказывают погодные явления.
По наблюдениям, короед-типограф предпочитает свежие ветровальные и буреломные деревья, которые заселяются им более чем на 80%.
Мониторинг, т.е. постоянное слежение за состоянием популяции короеда-типографа на острове Кунашир, его размножением и влиянием на санитарное состояние еловых насаждений, является важнейшим условием для эффективной защиты в зоне периодических усыханий. Мониторинг осуществляется путём использования всех современных способов и средств оценки санитарного состояния еловых насаждений, состояния и численности популяции короеда, а именно – дистанционными методами, наземными лесопатологическими обследованиями и наблюдениями, с использованием феромонов.
Последствия массовых размножений короеда-типографа и обусловленных этим катастрофических усыханий ельников на острове Кунашир в полной мере не изучены.
Heidger и Lieutier (2002) [1] в своем исследовании предлагали рекомендацию прореживания деревьев для уменьшения внутривидовой конкуренции, тем самым снижение уровня стресса и повышение доступа к воде, питательным веществам и свету. Это позволит ускорить фотосинтез с большим количеством питательных веществ, которые доступны для роста и защиты. Результаты показывают, что посадка елей с более длинными кронами и большими расстояниями между деревьями может значительно увеличить устойчивость к нападениям короеда. Большие расстояния между деревьями могут быть достигнуты за счет прореживания или посадки на больших расстояниях. Посадка смешанных насаждений будет лучшим решением.
Заключение
Фенологические периоды развития у большинства видов на острове Кунашир отстают примерно на месяц, по сравнению с континентальными районами аналогичной широты. Время массового полета короеда-типографа приходится, как правило, на вторую половину июля - первую половину августа.
В результате исследования можно сделать выводы. Важным аспектом является тот факт, что короед-типограф (Ips typographus) нападет в основном на ель глена (Picea glehnii) в заложенных пробных площадях. Также, был исследован возрастной фактор – к нападению короеда-типографа подвержены ели в возрасте 50-70 лет.
Кроме того, были определены существенные различия между здоровыми, ослабленными деревьями и соседними мертвыми деревьями, атакованные Ips typographus. Эти различия были наиболее выражены в:
1) Индивидуальном затенении: деревья с более высоким уровнем индивидуального затенения (размер кроны) имели большую тенденцию к выживанию.
2) Коллективном затенении: в лесном массиве деревья имеют большую устойчивость к водному стрессу, чем отдельно стоящие деревья.
3) Факторах расстояния: небольшие расстояния до ранее атакованного дерева.
4) Ярусности: деревья нижних ярусов менее подвержены стрессу.
1. Heidger, M., Lieutier, F. Possibilities to utilize tree resistance to insects in forest pest management in central and western Europe / M. Heidger F. Lieutier // Trees Mechanisms and deployment of resistance in tree to insects. Dor-drecht: Kluwer Academic Publishers. - 2002. - P. 239-263. - DOI:https://doi.org/10.1007/0-306-47596-0_11.
2. The International Kuril Island Project (IKIP). IKIP Databases and NSF Reports. - URL: https://www.burkemuseum.org/static/okhotskia/ikip/index.htm (data obrascheniya 09.12.2019)
3. Akkuzruu, E., Sariyrildiz, T., Kucugk, M., Dumaan, A. Ips typographus and Thanasimus formicarius popu-lations influenced by aspect and slope position in Artvin-Hatila valley national park / E. Akkuzruu, T. Sariyrildiz, M. Kucugk, A. Dumaan // Afr J Biotechnol. - 2012. - No.8(5). - P. 877-882.
4. Baier, P. Defence reactions of Norway spruce to controlled attacks of Ips typographus in relation to tree pa-rameters / P. Baier // J Appl Entomol. - 1996. - No.120. - P. 587-593. - DOI:https://doi.org/10.1111/j.1439-0418.1996.tb01656.x.
5. Jakus, R. Bark beetle communities and host and site factors on tree level in Norway spruce primeval natural forest / R. Jakus // J Appl Entomol. - 1995. - No.119. - P. 643-651. - DOI:https://doi.org/10.1111/j.1439-0418.1995.tb01352.x.
6. Jakus, R. Types of bark beetle infestation in spruce forest stands affected by air pollution, bark beetle out-break and honey fungus (Armillaria mellea) / R. Jakus // J Appl Entomol. - 1999. - No.71. P. 41-49. - DOI:https://doi.org/10.1007/bf02770619.
7. Jakus, R., Grodzki, W., Jezı´k, M., Jachym, M. Definition of spatial patterns of bark beetle Ips typographus outbreak spreading in Tatra mountains, using GIS / R. Jakus, W. Grodzki, M. Jezı´k, M. Jachym // Survey and Man-agement of Forest Insects. - 2005. - Gen Tech Rep NE-311. - P. 25-32.
8. The bark beetles / V. Stark // Fauna of the USSR, the Coleopterans. - 1952. - Vol. XXXI. - P. 52.
9. Kurencov, A.I. Vrednye nasekomye hvoynyh porod Primorskogo kraya / A.I. Kurencov // Tr. DVF AN SSSR, ser. zool. - 1950. - T. 1 (4). - S. 256.
10. Kurencov, A.I. Koroedy Dal'nego Vostoka / A.I. Kurencov. - SSSR. Moskva, 1941. - 234 s.
11. Krivoluckaya, G.O. Koroedy (Coleoptera, Ipidae) hvoynyh lesov o. Sahalina / G.O. Krivoluckaya // Entomol. obozrenie. - 1956. - T.35(4). - S. 328.
12. Krivoluckaya, G.O. Koroedy ostrova Sahalina / G.O. Krivoluckaya. - Moskva, 1958. - 195 s.
13. Krivoluckaya, G.O. Fauna koroedov (Coleoptera, Ipidae) Yuzhnyh Kuril'skih ostrovov / G.O. Krivo-luckaya // Lesovodstvennye issledovaniya na Dal'nem Vostoke. - 1965. - №1. - S. 219-244.
14. Altman, J., Dolezal, J., Cerný, T. & Song, J-S. Forest response to increasing typhoon activity on the Korean peninsula: Evidence from oak tree rings / J. Altman, J. Dolezal, T. Cerný & J-S. Song // Global Change Biology. - 2013. - No.19(2). - P. 498-504. - DOI:https://doi.org/10.1111/gcb.12067.
15. Altman, J., Fibich, P., Leps, J., Uemura, S., Hara, T & Dolezal, J. Linking spatiotemporal disturbance his-tory with tree regeneration and diversity in an old-growth forest in northern Japan / J. Altman, P. Fibich, J. Leps [et al.] // Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics. - 2016. - No.21. - P. 1-13. - DOI:https://doi.org/10.1016/j.ppees.2016.04.003.
16. Maslov, A.D. Koroed-tipograf i usyhanie elovyh lesov: monogr. / A.D. Maslov; Vserossiyskiy na-uchno-issledovatel'skiy institut lesovodstva i mehanizacii lesnogo hozyaystva (FGU VNIILM). - Pushkino, 2010. - 143 s. - ISBN 978-5-94219-170-2.
17. Maslov, A. D. Vliyanie temperatury i vlazhnosti na stvolovyh vrediteley lesa / A. D. Maslov; Vserossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut lesovodstva i mehanizacii lesnogo hozyaystva (FGU VNIILM). - Pushkino, - 2008. - 26 s.
18. Metodicheskie rekomendacii po nadzoru, uchetu i prognozu massovyh razmnozheniy stvolovyh vre-diteley i sanitarnogo sostoyaniya lesov / MPR RF FALH; Vserossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut lesovodstva i mehanizacii lesnogo hozyaystva (FGU VNIILM). - Pushkino, - 2006. - 108 s.
19. Rekomendacii po ispol'zovaniyu feromonov dlya monitoringa chislennosti osnovnyh vrediteley lesa v Rossii / Vserossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut lesovodstva i mehanizacii lesnogo hozyay-stva (FGU VNIILM). - Pushkino, - 2007. - 23 s.
