Динамика состояния древостоев пихты сибирской, поврежденных уссурийским полиграфом Polygraphus proximus Blandf. в Томской области | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. № 44. DOI: 10.17223/19988591/44/7

Динамика состояния древостоев пихты сибирской, поврежденных уссурийским полиграфом Polygraphus proximus Blandf. в Томской области

Приведены результаты шестилетних мониторинговых исследований (2012-2017 гг.) пихтовых древостоев Томской области, поврежденных уссурийским полиграфом Polygraphus proximus, инвазионным короедом дальневосточного происхождения. Выявлена отрицательная динамика в их состоянии, обусловленная деятельностью инвайдера и заключающаяся в повсеместном уменьшении доли здоровых особей пихты, увеличении доли ослабленных, сильно ослабленных и погибших деревьев, а также в массовом образовании валежа. Показано, что различия в степени и темпах деградации древостоев обусловлены как особенностями насаждений, в первую очередь качественным и количественным состоянием кормовой базы полиграфа, так и локальных очагов его размножения. Обнаружена значимая корреляционная взаимосвязь гибели деревьев в 2012-2014 гг. со среднемесячной температурой воздуха в 2011-2013 гг. в период развития P. proximus. Полученные данные являются базой для экологического мониторинга пихтарников Томской области и прогнозирования регионального лесообразовательного процесса.

Dynamics of the state of Siberian fir tree stands damaged by the four-eyed fir bark beetle Polygraphus proximus B.pdf Введение Проблема биологических инвазий в связи с наблюдаемым во многих странах мира интенсивным вселением чужеродных видов в аборигенные экосистемы приобрела статус одной из приоритетных и фундаментальных проблем в исследованиях экосистем [1]. Среди животных-вселенцев насекомые занимают лидирующую позицию по количеству видов [2], а насекомые-дендрофаги во вторичном ареале способны вызвать дестабилизацию лесных экосистем и наносить значительный ущерб экономике [3]. Инвазии дендрофильных видов приводят к разнообразным экологическим эффектам, в том числе к таким долгосрочным последствиям, как снижение биологического разнообразия, изменение состава, структуры, функций биотических сообществ, нарушение местообитаний, распространение патогенов, не свойственных местным древесным популяциям, трансформация циклов биогенов, гидрологического и энергетического балансов, которые создают угрозу продуктивности фитоценозов и вызывают их необратимые изменения [4-7]. Наиболее впечатляющие примеры колоссального ущерба экономике и природе связаны со стволовыми дендрофагами [8]. В Сибири в последние десятилетия зафиксированы активные процессы деградации пихтовых лесов, вызванные агрессивным поведением инвазионного короеда дальневосточного происхождения - уссурийского полиграфа Polygraphusproximus Blandford, 1894 (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae). Широкомасштабное усыхание пихтарников в результате формирования очагов массового размножения инвайдера отмечено в Кемеровской, Новосибирской, Томской областях, Алтайском и Красноярском краях, в Республике Алтай [9]. В связи со скрыто проходившей инвазией в сибирские темнохвойные экосистемы после случайного заноса с лесоматериалами уссурийский полиграф идентифицирован на территории Западной и Средней Сибири лишь в конце первого десятилетия нынешнего века [10, 11]. Однако с помощью методов дендрохронологии удалось установить, что P. proximus проник в пихтовые леса Красноярского края уже в 70-х годах прошлого столетия. Первые 30-40 лет после появления полиграфа его популяция проходила адаптацию в новых условиях, и лишь в начале 2000-х гг. образовались очаги массового размножения [12]. В Томской области наиболее ранние случаи гибели деревьев Abies sibirica Ledeb. от уссурийского полиграфа датируются, по дендрохронологическим данным, значительно позднее - в 2000 г., предполагается, что проникновение инвайдера на территорию области произошло в середине 1990-х годов [13]. Необычно сильное усыхание пихты в южных районах области отмечалось лесопатологами Томского центра защиты леса начиная с 2010 г. [14], что потребовало организации детальных научных исследований, в том числе длительных стационарных наблюдений за этим явлением для разработки технологии комплексного экологического мониторинга и прогнозирования состояния пихтарников в зоне инвазии уссурийского полиграфа. Центральное место в этих исследованиях занимают наблюдения за состоянием основного компонента лесных экосистем - древостоя. Цель настоящего сообщения - выявление пространственно-временных особенностей динамики состояния поврежденных полиграфом пихтовых древостоев на юге Томской области на основе анализа результатов наземного мониторинга за шестилетний период исследований (2012-2017 гг.). Материалы и методика исследований Оценку состояния древостоев пихты сибирской и наблюдения за происходящими в них динамическими процессами осуществляли на 7 постоянных пробных площадях (ППП), заложенных на 3 модельных полигонах, где в условиях особого режима пользования (ограничения рубок) возможно проведение длительного мониторинга. Первый модельный полигон (56°12'34"N 85°02'21"E) - особо охраняемая природная территория (ООПТ) государственный ландшафтный заказник областного значения «Ларинский» (в составе Коларовского участкового лесничества Томского лесничества, урочище Коларовское). Заказник находится на расстоянии 30 км к югу от г. Томска, расположен в нижнем течении р. Тугояковки (правого притока р. Томи), включает в себя эталонный участок переходной зоны от равнинной южной тайги к горной тайге Кузнецкого Алатау с фрагментами коренных тем-нохвойных лесов, в которых преобладает Abies sibirica. В этой части территории заказника заложены 4 пробные площади в квартале 16: ППП 1-12 (в выделе 13), ППП 2-12 (в выделе 15), ППП 3-12 (в выделе 14) и ППП 4-12 (в выделе 12). Второй полигон (56°17'32"N 85°28'25"E) - окрестности пос. Басандайка (Межениновское участковое лесничество Томского лесничества, квартал 31, выдел 14). Модельный полигон представляет собой особо защитный участок леса вокруг населенного пункта с высокой долей пихты в составе дре-востоев, на котором заложена пробная площадь ППП 5-12. Третий полигон (56°27'59"N 85°06'09"E) - ООПТ местного значения муниципального образования «Город Томск» Заварзинская лесная дача, расположенная у с. Заварзино, юго-восточнее г. Томска, на правом берегу р. Ушайки; крупный массив пригородных зеленых насаждений, в основном природного происхождения, имеет важное значение для рекреации, защиты территории от неблагоприятных природно-климатических и антропогенных факторов, в том числе от эрозионных процессов. На этой территории заложены две пробные площади: ППП 6-12 и ППП 7-12. Пробные площади заложены в 2012 г. в соответствии с ОСТ 56-69-83, имеют прямоугольную форму, размеры 0,15-0,35 га в зависимости от густоты, полноты древостоя и его породного состава, с числом деревьев от 102 до 190. Выбор участков для закладки пробных площадей осуществлялся исходя из разнообразия породного состава, возрастной структуры и с учетом поврежденности инвайдером, выявленной в результате предварительных рекогносцировочных обследований модельных полигонов. Таксационные показатели древостоев, определенные по стандартным методикам лесовод-ственных исследований [15], представлены в табл. 1. Таблица 1 [Table 1] Таксационные показатели древостоев пихты сибирской на пробных площадях [Inventory data of Siberian fir stands on sample plots] (M±m) № Древостои Средний диаметр пихты, см [Average fir tree diameter, cm] Средняя Средний Полнота [Stand density] Класс ШШ [No. of sample plot] Состав древостоя [Stand composition] пихтовых элементов леса [Tree stands of fir forest elements] высота пихты, м [Average fir tree height, m] возраст пихты, лет [Average fir tree age, year] бонитета [Quality class] Тип леса [Forest type] 1-12 8A1Pns1P+Pn 28,6±0,9 24,1±0,9 90 1,1 II мтр [phb] 2-12 6A3Pns1P 18,6±0,8 17,6±0,7 55 0,9 II мтр [phb] I поко 3-12 5P3AJ1AJJ1Pns+Pn ление [I generation] 30,5±1,3 22,7±0,7 95 1,2 II ртр II поколение [II generation] 13,3±0,5 13,6±0,4 55 [vhb] I поко- 4-12 6AI1AII2Pns1P+Pt ление [I generation] 30,2±1,1 26,5±0,6 95 1,0 I мтр II поколение [II generation] 12,7±0,5 13,3±0,6 50 [phb] 5-12 10A+P, single Pns, Pt, B 27,9±0,8 24,7±0,7 60 1,0 I ртр [vhb] 6-12 5A3P2Pns 27,9±1,5 20,1±1,2 70 1,2 II мш [ms] 7-12 5Pns3A2P+Pn 22,1±0,8 20,5±2,6 115 0,6 III ртр [vhb] Примечание. А - пихта сибирская Abies sibirica Ledeb., Pns - сосна кедровая сибирская (кедр сибирский) Pinus sibirica Du Tour, P - ель сибирская Picea obovata Ledeb., Pn - сосна обыкновенная Pinus sylvestris L., Pt - осина Populus tremula L.; B - береза повислая Betula pendula Roth. A/и An - первое и второе поколение пихты. Типы леса: мтр - мелкотравный, ртр - разнотравный, мш - мшистый (указаны до возникновения очагов массового размножения P. proximus). [Note. A- Abies sibirica Ledeb., Pns - Pinus sibirica Du Tour, P - Picea obovata Ledeb., Pn - Pinus sylvestris L., Pt - Populus tremula L., B - Betula pendula Roth. Arabic numerals denote the percentage of species in the stand composition. Ap An - first and second generation of fir. Forest type: phb - parviherbetum, vhb - variiherbetum, ms - mosses (forest types are indicated before the emergence of P. proximus foci)]. Все деревья (особи с диаметром 8 см и выше) на пробной площади нумеровали белой масляной краской, что позволило проследить их индивидуальную судьбу в ходе ежегодных мониторинговых наблюдений. Каждое дерево в древостое оцештали по комплексу визуалышх признаков с н^сг^с^льзс^]^;^-ниемшт-ры категорик жизненрого состояни-разработанно йс;учет^мв^с^-имоотнкшений инвайдера и кормовой породы [16]. К I категории состояния относилиздоровыедеревья (безпризнаковослаблешы,неатакованесполи-графом).И кааегодю! - ослаблзнные дер^^^^^ (атактваны ползвгрифвм, ьзсв не заселены, с единичными или умеренными потёками смолы из мест попыток поселения, с засмоленными входными отверстиями жуков). III катего-риа- иилнию ^crc^j^eia^^e] деревья (ег сбкорш^юи потезтми смлчь^аыритоа-^1^1г^(^личраЧкн^,]^!1за^лс^^з вхогок1еоивврсааЯ] уаб оас^^шногти^а^(^^1]еео]я ж^овна деибза-. УаравьябПи ПI категсфслй аотчют-ся жизнеспособными. IV категория - усыхающие деревья (заселены полиграфом). V категория - деревья, погибшие в текущам году (свежий сухостой, атрббтгасныЬ ]iccjeaieo^r^(ry(. V( баагсорку- ^еазснт, в гууы(снпигш сужсби-С. -тч oьыcтcтвчижcпюв, по которым проиоводигтя вияo»таидeнoифиyaция, нагрресьях VиV[кaтeзеыийюoк;игапльcтгoм уча-ст!ьсуыск-ийскооо полиырвфа в ихги£>ели являлгаь нaлоашe»таpылпотBкoг рмолы cглиpe и ынзцифoчвркил пproнaкoгpiЫвиг^-[ Р. />нчргов,с жодкороС Гырмегы и юнфюгыpaцмя масрванхи галере^ аччетатанных mccr-TOier, ч угк°бленные в з аб олоно Долю де^веыа кaждoукеыггopии оввтвашрв в овлвоетоepaББЧIУЫIвП( випо cyммeтыaт-зтoв гглoщcceйпoпepeякогoсылыуиra с^з^р^-^з^с^в на высоте 1,3 м - показателю, коррелирующему с объемом стволов [17]. Вкачес-са ^шаагpcгьнзIж показателей cрыооoнсо^юигтзтpыиcпoльзoиc-чыгндекс-язнeнн0ШГРCP0PШУIи c»гoнeвзвeшpe;нaяыао»аoвк»cocтoялкlт кау,!^: L _ 100 Е х2 + 70 Е gl + 40 Е + 5Е g2v (1) (2) Е G,2 AWC _ Е gI +2Е g2 +3Е gh +4Е g2ir +5Е gy +6Е g2 Е GI где L - индекс жизненного состояния; 'Lg21, Sg22, Xg23, 2g24, Xg25, Xg26 - сумма Ia(е^фттoбпквщoдeй r^c^iy^j^i^'^noro сеыюния ооррвьрв здоровых, омаMжpннымJ pиквyoc]Глaблpннып(-зыxaющvк и зyиoлтоы Cpважpг0 - pтap030)ичзpлp) лo»мoмжэ»гoиыаc; 22Ы2 - суммткоа(ИJaтoвыюoщcиPЙпoпpppчнa»o ррчрнит ссутвуев всох категорий popтрынв[в;lBO,Са, 4а, 5- кoэИфгщтemы,вcфаpcаc ч-цкс жизнpшюpаopвoяниpодоиoзь»x,oилaблpнAЬIx,pильнoпoвpржу»нyьIю иотмир ающих деревьев, %; AWC - средневзвешенная категория состояния дн°езого с дpeлеcтаc. Эти покаютели характеризуют состояние древостоев в разных аспектах г дoгюлН20)т eрЧгЫрюло:JHo:фвжаре его «здopoвгp»,г(Ыаа - тскквзыгармра

Ключевые слова

биологические инвазии, насекомые-дендрофаги, мониторинг состояния лесных экосистем, Abies sibirica Ledeb., biological invasions, dendrophagous insects, monitoring the state of forest ecosystems, Abies sibirica Ledeb., Tomsk oblast , Western Siberia, Томская область, Западная Сибирь

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Бисирова Эльвина МихайловнаИнститут мониторинга климатических и экологических систем СО РАН; Томский филиал Всероссийского центра карантина растенийн.с. лаборатории мониторинга лесных экосистем; н.с.bissirovaem@mail.ru
Кривец Светлана АрнольдовнаИнститут мониторинга климатических и экологических систем СО РАНканд. биол. наук, в.н.с. лаборатории мониторинга лесных экосистемkrivec_sa@mail.ru
Всего: 2

Ссылки

Sutherland W. J., Freckleton R.P., Godfray H.C.J., Beissinger S.R., Benton T., Cameron D.D., Carmel Y., Coomes D.A., Coulson T., Emmerson M.C., Hails R.S., Hays G.C., Hodgson D.J., Hutchings M.J., Johnson D., Jones J.P.G., Keeling M.J., Kokko H., Kunin W.E., Lambin X., Lewis O.T., Malhi Y., Mieszkowska N., Milner-Gulland E. J., Norris K., Phillimore A.B., Purves D.W., Reid J.M., Reuman D.C., Thompson K., Travis J.M.J., Turnbull L.A., Wardle D.A., Wiegand T. Identification of 100 fundamental ecological questions // Journal of Ecology. 2013. Vol. 101. PP. 58-67. doi: 10.1111/1365-2745.12025
Roques A., Lees D. Introductory notes to factsheets. Chapter 14 // BioRisk. 2010. Vol. 4, Iss. PP. 855-1021. doi: 10.3897/biorisk.4.69
Pimentel D., Zuniga R., Morrison D. Update on the environmental and economic costs associated with alien-invasive species in the United States // Ecological Economics. 2005. Vol. 52. PP. 273-288. doi: 10.1016/j.ecolecon.2004.10.002
Lovett G.M., Canham C.D., Arthur M.A., Weathers K.C., Fitzhugh R.D. Forest ecosystems responses to exotic pests and pathogens in eastern North America // BioScience. 2006. Vol. 56, № 5. PP. 395-405.
Kenis M., Auger-Rosenberg M.-A., Roques A., Timms L., Pere C., Cock M.J.W., Setelle J., Augustin S., Lopez-Vaamonde C. Ecological effects of invasive alien insects // Biological Invasions. 2008. Vol. 11, Iss. 1. PP. 21-45. doi: 10.1007/978-1-4020-9680-8_3
0kland B., Erbilgin N., Scarpaas O., Christiansen E., Langstrom B. Inter-species interactions and ecosystems effects of non-indigenous invasive and native tree-killing bark beetles // Biological Invasions. 2011. Vol. 13, iss. 5. PP. 1151-1164. https://doi.org/10.1007/s10530-011-9957-2
Баранчиков Ю.Н. Инвазии дендрофильных насекомых - источник хозяйственных проблем и полигон для эколого-эволюционных исследований // Экологические и экономические последствия инвазий дендрофильных насекомых: мат. Всеросс. конф, Красноярск, 25-27 сентября 2012 г. / отв. ред. Ю.Н. Баранчиков. Красноярск : ИЛ СО РАН, 2012. С. 6-11.
Aukema J.E., Leung B., Kovacs K., Chivers C., Britton K.O., Englin J., Frankel S.J., Haight R.G., Holmes T.P., Liebhold A.M., McCullough D.G., Von Holle B. Economic impacts of non-native forest insects in the continental United States. PLoS ONE. 2011. Vol. 6, iss. 9. PP. 1-7. doi:10.1371/journal.pone.0024587
Кривец С.А., Керчев И.А., Бисирова Э.М., Демидко Д.А., Петько В.М., Баранчиков Ю.Н. Распространение уссурийского полиграфа Polygraphus proximus Blandf. (Coleoptera, Curculionidae: Scolytinae) в Сибири // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2015. Вып. 211. С. 33-45.
Баранчиков Ю.Н. Коэволюционные аспекты инвазийности лесных дендрофильных насекомых // Известия Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии. 2010. Вып. 192. С. 30-39.
Баранчиков Ю.Н., Петько В.М., Астапенко С.А., Акулов Е.Н., Кривец С.А. Уссурийский полиграф - новый агрессивный вредитель пихтовых лесов Сибири // Лесной вестник. Вестник Московского государственного университета леса. 2011. Вып. 4. С. 78-81.
Баранчиков Ю.Н., Демидко Д.А., Лаптев А.В., Петько В.М. Динамика отмирания деревьев пихты сибирской в очаге уссурийского полиграфа // Лесной вестник. Вестник Московского государственного университета леса. 2014. Т. 18, вып. 6. С. 132-138.
Демидко Д.А. Датировка инвазии полиграфа уссурийского Polygraphus proximus Blandford (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae) на территорию Томской области // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2014. Вып. 207. С. 225-234.
Кривец С.А., Керчев И.А., Кизеев Ю.М., Кожурин М.А., Козак Р.Г., Филимонов М.Н., Чемоданов А.В., Чугин В.С. Уссурийский полиграф Polygraphus proximus Blandf. (Coleoptera, Scolytidae) в пихтовых лесах Томской области // Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Болезни и вредители в лесах России: XXI век» и V ежегодных чтений памяти О.А. Катаева. Екатеринбург, 20-24 сентября 2011 г. Красноярск : ИЛ СО РАН, 2011. С. 53-55.
Чмыр А.Ф., Маркова И.А., Сеннов С.Н. Методология лесоводственных исследований : учеб. пособие. СПб. : ЛТА, 2001. 96 с.
Krivets S.A., Bisirova E.M., Kerchev I.A., Pats E.N., Chernova N.A. Transformation of Taiga ecosystems in the Western Siberian invasion focus of four-eyed fir bark beetle Polygraphus proximus Blandford (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae) // Russian Journal of Biological Invasions. 2015. Vol. 6, № 2. PP. 94-108. doi: 10.1134/S2075111715020058
Демидко Д.А. Состояние кедровых древостоев Северо-Восточного Алтая и методы его оценки // Лесоведение. 2011. № 1. С. 19-27.
Alexeyev V. Forest health diagnosis and its application in air pollution impact studies // Air pollution effects on vegetation including forest ecosystems. Proceedings of the Second US-USSR Symposium. 1989. PP. 135-140.
Методы мониторинга вредителей и болезней леса: справочник «Болезни и вредители в лесах России» / под общ. ред. В.К. Тузова. М. : ВНИИЛМ, 2004. Т. III. 200 с.
Алексеев В.А. Определение жизненного состояния древостоев // Труды Санкт-Петербурского научно-исследовательского института лесного хозяйства. Вып. 2 (12). СПб., 2004. С. 24-33.
Кендалл М., Стьюарт А. Статистические выводы и связи. М. : Наука, 1973. 899 с.
Лойко С.В., Герасько Л.И., Куликова О.Р. Сукцессии растительности на дерново-подзолистых почвах подтайги Томь-Яйского междуречья // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2010. № 4. С. 32-40.
Фалалеев Э.Н. Пихта. М. : Лесная промышленность, 1982. 86 с.
Ярмишко В.Т., Горшков В.В., Ставрова Н.И. Виталитетная структура Pinus sylvestris L. в лесных сообществах с разной степенью и типом антропогенной нарушенности (Кольский полуостров) // Растительные ресурсы. 2003. Т. 39, вып. 4. С. 1-18.
Дебков Н.М. Особенности возобновительных процессов пихтовых лесов в связи с трансформацией их микромозаичной организации под воздействием уссурийского полиграфа // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2017. № 1 (33). С. 5-16. doi: 10.15350/2306-2827.2017.1.5
Bark and wood boring insects in living trees in Europe, a synthesis / еd. by F. Lieutier, K.R. Day, A. Battisti, J.-C. Gregoire and H.F. Evans. Springer, 2004. 569 p. doi: 10.1007/978-1-4020-2241-8
Bark beetles. Biology and ecology of native and invasive species / еd. by F.E. Vega and R.W. Hofstetter. Academic Press of Elsevier, 2015. 620 p. doi: 10.1016/C2013-0-04752-4
Лямцев Н.И., Малахова Е.Г. Динамика санитарного состояния еловых лесов Подмосковья после засухи 2010 г. // Лесной вестник. Вестник Московского государственного университета леса. 2013. Т. 18, вып. 6. С. 82-89.
 Динамика состояния древостоев пихты сибирской, поврежденных уссурийским полиграфом <i>Polygraphus proximus </i> Blandf. в Томской области | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. №  44. DOI: 10.17223/19988591/44/7

Динамика состояния древостоев пихты сибирской, поврежденных уссурийским полиграфом Polygraphus proximus Blandf. в Томской области | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2018. № 44. DOI: 10.17223/19988591/44/7