Механизмы экспансии и роль уссурийского полиграфа в

Механизмы экспансии и роль
уссурийского полиграфа
в современных сукцессионных
процессах сибирской тайги
С.А. Кривец, И.А. Керчев, Э.М. Бисирова, Е.Н. Пац, Н.А. Чернова
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН
(Томск)
Д.А. Демидко, Л.В. Мухортова, Н.В. Пашенова, В.М. Петько,
Ю.Н. Баранчиков
Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН (Красноярск)
СЛАГАЕМЫЕ ИНВАЗИОННОГО ПРОЦЕССА:
ИНВАЙДЕР, РЕГИОН-ДОНОР, ВЕКТОР ПЕРЕНОСА,
ИНВАЗИОННЫЙ КОРИДОР И РЕГИОНЫ-РЕЦИПИЕНТЫ
В СИБИРИ
1 Invasion
in полиграфа
Siberia
Самка
Current
у входного
Rangeотверстия
of Invasion
Вектор переноса
Томская область
Новосибирская
область
Красноярский
край, ,
Республика
Хакасия
Кемеровская
область
Алтайский край
Республика Алтай
Региондонор
ФАЗЫ ИНВАЗИИ УССУРИЙСКОГО
ПОЛИГРАФА В СИБИРИ
1. Случайное проникновение за пределы естественного ареала
при завозе с лесоматериалами по Транссибирской магистрали
2. Формирование самостоятельных популяций на новой
территории, увеличение численности в пихтовых лесах вдоль
Транссиба (районы Красноярского края и Кемеровской области),
переход здесь же в вспышечное состояние
3. Экспансия – активное расселение из очагов массового
размножения в новые регионы в ходе естественных миграций
МЕХАНИЗМЫ ЭКСПАНСИИ УССУРИЙСКОГО
ПОЛИГРАФА: что способствовало его
успешной натурализации и распространению в
Сибири?
Ресурсы инвазионного процесса
Адаптационные
возможности
инвайдера
Наличие
подходящего
корма
Благоприятный
климат
Особенности экологии уссурийского полиграфа,
способствующие его выживанию и наращиванию
численности во вторичном ареале
Зимовка под корой. Потенциальная бивольтинность.
Сезонная встречаемость стадий развития под корой
Высокие популяционные показатели
Показатель
Конкурентное вытеснение инвайдером
местных видов стволовых дендрофагов
(Томская область)
Очаги инвазии
Томский
Салаирский
Горноалтайский
Плотность
поселения семей,
шт. / дм²
2,7–7,5
1,5–6,3
3,7–5,3
Короедный запас
жуков, шт. / дер.
5136–
26190
1108–
8208
787–3910
37–90*
1,8–19,1
8,8–64,7
Продукция,
шт. /дм²
Низкая активность
естественных врагов:
основные энтомофаги
Личинка Medetera penicillata
Тандем полиграф–офиостомовые
грибы при интенсивных атаках
жуков и их заселении способен
привести дерево к гибели в
течение 2–4 лет после первого
нападения
Некроз луба у пихты, вызванный
офиостомовыми грибами на месте
попыток поселения P. proximus
100
Частота встречаемости, (%)
Важнейшей, установленной
учеными Института леса СО РАН,
особенностью экологии
P. proximus является его связь с
офиостомовыми грибами (как
привнесенными с Дальнего
Востока, так и
заимствованными у местных
стволовых вредителей),
которые распространяются в
сосудистой системе деревьев,
способствуя их ослаблению и
снижению активности защитных
реакций от дендрофага.
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Ophiostoma sp. Ophiostoma sp. Graphium sp. 1 Graphium sp. 2
A
B
Тип колонии (вид гриба)
Встречаемость офиостомовых грибов в ходах
уссурийского полиграфа в Томской области
(по Пашеновой и др., 2012)
Кормовая база уссурийского полиграфа
во вторичном ареале: количественное состояние
Общий ареал пихты сибирской – 13,6 млн га
Запас древесины – более 2 млрд м3
Ареал инвазии
полиграфа в
Сибири – 4,9 млн га
:
588 тыс. га
41,9 тыс. га
263 тыс. га
356,8 тыс. га
1905 тыс. га
5822,8 тыс. га
Площадь лесного фонда, занятая пихтой, в регионах Сибири, в
которых были обнаружены очаги полиграфа
Места находок уссурийского полиграфа в 2012-2013 годах
в Сибири и предполагаемые пути его расселения
Климатические условия:
наложение границ первичного и вторичного ареалов
P. proximus на характеристики поля среднегодовой
температуры Азиатской территории России
• распределение
среднегодовой
температуры (оС);
• распределения
трендов температуры
на АТР в мае за
период 1975–2005 гг.
(оС/10лет)
И.А. Керчев, 2013
по И.И. Ипполитову и др., 2008
Суммарное количество дней с осадками за май-июнь и
динамика площадей очагов массового размножения
стволовых вредителей хвойных на территории
Кемеровской области в период с 2000-2010 гг.
Источники: Российский центр защиты леса, 2010; Интернет-ресурс Климат
городов России: Статистика погоды Кемеровской области, 2013
РОЛЬ УССУРИЙСКОГО ПОЛИГРАФА В ДЕГРАДАЦИИ
ПИХТОВЫХ ДРЕВОСТОЕВ В СИБИРИ:
состояние древостоев в очагах массового
размножения инвайдера
Кемеровская область
Юг Томской области
Салаирский кряж
Северо-Восточный Алтай
Трансформация компонентов экосистем
в поврежденных полиграфом лесах
Изменение виталитетной структуры
древостоев
Атаки жуков на подрост пихты
Занос под кору
офиостомовых грибов
Изменение микроклимата поврежденных лесов
Из-за снижения сомкнутости крон в
древостоях со средней уровнем
деградации до нижних ярусов
растительности проникает до 24%
солнечной радиации, в древостоях с
сильной деградацией – до 32%,
при полной деградации древостоя –
до 41%.
Температура на поверхности почвы
Температуре воздуха в насаждениях разной
поврежденности
Температура (ºC)
35
30
25
20
15
13
8.
20
13
20
8.
.0
19
13
.0
20
8.
ПП 2
12
13
.0
05
7.
20
13
20
7.
.0
29
13
.0
20
7.
.0
22
13
ПП 1
15
7.
20
13
.0
20
08
7.
20
13
.0
01
6.
20
13
.0
24
6.
20
13
.0
17
6.
.0
10
03
.0
6.
20
13
10
СУКЦЕССИОННЫЕ СМЕНЫ РАСТИТЕЛЬНЫХ СООБЩЕСТВ
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УССУРИЙСКОГО ПОЛИГРАФА
мелкотравные и
мелкотравнозеленомошные
крапивные и малиновокрапивные
разнотравные
крупнопапоротниковоразнотравные и
кустарниковые разнотравные
Напочвенный покров в Ларинском заказнике
(Томская область)
в слабо нарушенном насаждении
в полностью деградированном
насаждении
СООТНОШЕНИЕ ЗАПАСОВ ЖИВОЙ ДРЕВЕСИНЫ И
ДРЕВЕСИНЫ КРУПНЫХ ДРЕВЕСНЫХ ОСТАТКОВ
В ПИХТАРНИКАХ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ,
ПОВРЕЖДЕННЫХ УССУРИЙСКИМ ПОЛИГРАФОМ
Доля к омпонента в % от общего запаса
древ есины
80
70
Вклад крупных древесных
остатков (сухостоя и
валежа) в общие запасы
древесины в экосистемах
изменяется от 41% в
слабонарушенном
полиграфом древостое до
86% в древостое сильной
степени повреждения.
60
50
40
30
20
10
0
Слабая
Средняя
Средняя
(Козулька)
Сильная
Степень пов реж дения к ороедом
Ж ив ой древ остой
Сухостой
Валеж
ВЫВОДЫ
1. Натурализации уссурийского полиграфа в Сибири и нарастанию его численности способствовали адаптационные
возмножности инвайдера, ассоциация с агрессивными офиостомовыми грибами, богатая кормовая база и благоприятные
климатические параметры регионов-реципиентов инвазии.
2. В очагах массового размножения P. proximus наблюдается катастрофическое необратимое изменение породной и
виталитетной структуры древостоев, связанное с ослаблением и гибелью деревьев; пихта сибирская выпадает из
насаждений тем быстрее, чем более однороден исходный их состав.
3. На пихтовый подрост полиграф оказывает как прямое воздействие при атаках на молодые растения и вносе под
кору фитопатогенных грибов, ослабляющих растение, так и косвенное – через изменение микроклиматических условий
экотопов. Жизненное состояние подроста в очагах размножения P. proximus напрямую определяется уровнем деградации
древостоя. В полностью деградированных насаждениях отсутствуют всходы пихты, гибель подроста достигает 40%, что
создает предпосылки для смены в будущем темнохвойных насаждений мелколиственными лесами.
4. Массовое усыхание пихты, разрушение кроны из-за опада сухой хвои с поврежденных взрослых деревьев и
обламывания отмерших ветвей, переход сухостоя в валежник отражается на микроклимате насаждений, прежде всего
на освещенности и термических параметрах экотопов. В целом в древостоях со средней уровнем деградации до нижних
ярусов растительности проникает до 24% солнечной радиации, в древостоях с сильной деградацией – до 32%, а при
полной деградации древостоя – до 41% от освещенности на открытом месте. Температура воздуха и температура
поверхности почвы также увеличивается в полностью деградированном древостое по сравнению с менее нарушенным.
Особенно показательно это в отношении температуры поверхности почвы.
5. Значительные изменения наблюдаются в живом напочвенном покрове. В пихтарниках со слабо нарушенным
древостоем еще сохраняются фитоценозы с господством видов таежного мелкотравья. По мере усиления влияния
инвайдера на древостой и снижения сомкнутости крон в растительных сообществах увеличивается доля участия
разнотравья и крупнотравья. При наибольшей степени деградации пихтовых древостоев, когда в них абсолютно
преобладает сухостой, формируются разнотравные и папоротниково-разнотравные фитоценозы с густыми
кустарниковыми зарослями по осветленным участкам и около погибших деревьев, что негативно влияет на естественное
возобновление пихты.
6. Большой запас сухостоя в ближайшем будущем может стать источником катастрофического увеличения запасов
валежа в нарушенных экосистемах, что не только увеличит их пожароопасность, но и значительно изменит соотношение
пулов живого и мертвого органического вещества и бюджет углерода в таких лесах.
Работа выполнена при финансовой поддержке
Российского фонда фундаментальных
исследований (гранты №№ 12-04-00801-а,
№ 12-04-10089-к, № 14-04-10093-к).
Благодарю за внимание!