Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Биоценотическая роль и лесопатологическое значение дубовой хохлатки (Notodonta anceps Goeze) в условиях Центральной лесостепи

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата биологических наук, Киреев, Николай Михайлович, Воронеж

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

КИРЕЕВ Николай Михайлович

БИОЦЕНОТИЧЕСКАЯ РОЛЬ И ЛЕСОПАТОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДУБОВОЙ ХОХЛАТКИ (NOTODONTA ANCEPS GOEZE) В УСЛОВИЯХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ.

. А •

11. 00. 11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование

природных ресурсов

диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель - академик РАЕН, доктор биологических наук, профессор ХАРЧЕНКО H.A.

Воронеж -1999

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ..................................................................7

2. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ И МЕТОДИКА РАБОТЫ................................................................................................16

2.1. Район исследования..........................................................16

2.2. Климатические условия......................................................17

2.3. Методика и объем работ....................................................21

2.3.1. Методика математического анализа (моделирования) .......................................................................25

3. БИОЦЕНОТИЧЕСКАЯ РОЛЬ ДУБОВОЙ ХОХЛАТКИ В ДУБРАВАХ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЛЕСОСТЕПИ............................................................26

3.1. Характеристика насаждений и особенности образования очагов массового размножения........................................26

3.2. Анализ жизнеспособности дубрав в очагах массового размножения дубовой хохлатки..............................................37

3.3. Дендрохронологический анализ влияния дубовой хохлатки на радиальный прирост дуба черешчатого........................54

3.3.1. Многолетняя динамика и изменчивость величины прироста дуба........................................................55

3.3.2. Влияние климатических факторов и инвазии дубовой хохлатки на радиальный прирост дуба...........61

3.3.2.1. Влияние климатических факторов на прирост дуба......................................................61

3.3.2.2. Влияние солнечной активности на динамику очагов массового размножения дубовой хохлатки.....................................................74

3.3.2.3. Влияние инвазий дубовой хохлатки на радиальный прирост дуба..............................76

4. ВЫДЕЛЕНИЕ И ОЦЕНКА АКТИВНОСТИ ИЗОЛЯТОВ ЭНТОМО-ПАТОГЕННЫХ БАКТЕРИЙ ИЗ ГУСЕНИЦ ДУБОВОЙ ХОХЛАТКИ.............................................................................................................84

4.1. Выделение и отбор высоковирулентных культур кристалло-

образующих бацилл...........................................................88

4.2 Идентификация культур......................................................89

4.3. Оценка активности выделенных изолятов энтомопатоген-ных бактерий.......................................................................93

5. БИОЛОГИЧЕСКАЯ БОРЬБА С ДУБОВОЙ ХОХЛАТКОЙ...........96

ВЫВОДЫ......................................................................................................98

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ........................................................102

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.................................103

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................................114

Диссертационная работа выполнена на кафедре экологии, защиты леса и лесного охотоведения Воронежской государственной лесотехнической академии в 1988 - 1998 гг.

Актуальность темы. Вопросы сохранения и приумножения природных ресурсов, улучшение состояния окружающей среды становятся одними из актуальнейших проблем современности. Важное место в их решении отводится сохранению и приумножению лесных богатств, поддержанию устойчивых лесных биоценозов в первую очередь за счет сбалансированности всех компонентов, входящих в эту биологическую систему. В связи с этим вопрос о роли фитофагов в сложных процессах, происходящих в биогеоценозах, приобретает огромное значение, на фоне периодических вспышек массового размножения.

Цель и задачи исследований. Изучение биоценотической роли и лесо-патологического значения дубовой хохлатки позволит принять решение о целесообразности проведения активных мер борьбы, направленных на поддержание и сохранение ценных дубравных биоценозов.

Программа исследований включала следующие этапы:

1. Изучение особенностей образования очагов массового размножения и распределения дубовой хохлатки в насаждениях;

2. Выявление роли дубовой хохлатки в динамике жизнеспособности и потерь прироста поврежденных дубрав;

3. Выявление зависимости между приростом позднораспускающегося дуба и основными метеорологическими факторами.

4. Выделение изолятов энтомопатогенных бактерий из объектов лесных биоценозов;

5.Идентификацию выделенных штаммов и оценку их по инсектицид-ности.

6. Изучение влияния биопрепарата на популяцию дубовой хохлатки.

Научная новизна. Дана детальная оценка воздействию дубовой хохлатки на жизнеспособность и прирост деревьев дуба. На основе дендро-климатического анализа установлена степень влияния и форма зависимости между радиальным приростом позднораспускающегося дуба и метеорологическими факторами. Установленные диагностические признаки радиального прироста, дают возможность осуществить реконструкцию времени и интенсивности воздействия вспышек массового размножения дубовой хохлатки. На основе микробиологического анализа выявлены патогены вызывающие эпизоотии дубовой хохлатки.

Обоснованность и достоверность выводов подтверждается значительным фактическим материалом, полученным в результате длительного периода исследований с использованием современных методик. Полученный в результате исследований экспериментальный материал обрабатывался с использованием методов математической статистики, и расчеты выполнялись на ЭВМ (IBM PC) с использованием специализированных статистических пакетов.

Практическая ценность работы. Результаты имеют практическое значение для ведения лесного хозяйства в дубравах центральной лесостепи. Разработанные рекомендации позволят более обоснованно принимать решение о целесообразности проведения активных мер борьбы с дубовой хохлаткой. Установленные причины локализации очагов массового размножения дубовой хохлатки должны учитываться при организации системы надзора за этим видом в дубравах. Выделенные новые изоляты энтомопатогенных бактерий с высокой биологической активностью, могут быть использованы для борьбы с дубовой хохлаткой.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований были доложены, обсуждены и получили одобрение на заседаниях

кафедры, на Всероссийской конференции "Научные основы ведения лесного хозяйства в дубравах" (Воронеж, 5-7 июня 1991), на Всероссийской научно-технической конференции "Охрана лесных экосистем и рациональное использование лесных ресурсов" (Москва, 1994 г.), на Всероссийской конференции "Комплексная продуктивность лесов и организация многоцелевого (многопродуктивного) лесопользования" (Воронеж, 13-14 декабря 1995 г.), на Всероссийской научно-технической конференции "Рациональное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе" (Воронеж, 1998 г.), на международном симпозиуме "Биологическая и интегрированная защита леса" (Москва, 7-11 сентября 1998 г.).

Данная диссертационная работа является частью многолетней научно-исследовательской работы кафедры по теме "Восстановление гомеоста-за лесных биогеоценозов и охрана окружающей среды". Полученные результаты докладывались и получили одобрение на ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ВГЛТА по итогам НИР за 1990,1991,1992, 1993,1994,1995,1996,1997 годы.

По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Диссертационная работа изложена на 135 страницах машинописного текста, иллюстрирована 12 таблицами и 31 рисунком, в ней имеется 12 приложений и список из 108 использованных литературных источников, в том числе 6 иностранных.

В заключение хотелось бы высказать слова благодарности за помощь со стороны научного руководителя, заслуженного лесовода России, академика РАЕН, доктора биологических наук, профессора Харченко Н. А., ведущего научного сотрудника лаборатории защиты леса ВНИИЛМ Кутеева Ф. С. Выразить искреннюю признательность всем кто оказал помощь во время работы над диссертацией.

Сохранение ценных дубравных биоценозов в условиях сильного антропогенного воздействия, вызывающего дигрессию лесных биосистем, является одной из основополагающих задач настоящего времени. Особенно остро, встает этот вопрос на фоне периодических волн усыхания дубрав, отмечаемых многими исследователями начиная с 1901 года (Енькова, Верченко, 1975; Лукьянец, Ащеулов, 1976 и др.). При этом регистрируются четыре волны наиболее интенсивного отмирания дуба: 1901-1906; 19271930; 1941-1944; 1964-1980. Усыхание наблюдалось и в другие годы, но на сравнительно небольших территориях и в меньших объемах.

Причины вызывающие усыхание дубрав до конца не выяснены, однако многие исследователи предполагают, что на санитарное состояние дубрав оказывает влияние комплекс факторов. Среди которых называются в первую очередь атмосферные и почвенные засухи, бесснежные зимы, падение уровня грунтовых вод и другие экологические факторы. Причем, начало усыхания связывается с климатическими аномалиями и прежде всего с наметившимся потеплением климата, начиная с середины 30-х годов, частой повторяемостью засушливых лет в период с 1950-1980 годов - 1951, 1954, 1961-1965, 1967, 1969, 1971, 1972, 1975, 1979, 1981 (Костин, 1972; Лобанов, 1975 и др.).

Исследования С.И. Костина (1972), А.И. Воронцова (1962) и других авторов, показали зависимость погоды от типов циркуляции атмосферы, которая, в свою очередь, определяется характером солнечной активности. Частые засухи происходят при восточной и меридиональной (с севера на юг) циркуляциях атмосферы, несущих сухой воздух. Такой тип циркуляции преобладал в начале века до 1907 года и с 1935 по 1970 год. В период же проявления широтных (западных) циркуляций, несущих влажный воздух (с

1907 по 1935), выпадает достаточное количество осадков (Костин, 1972; Воронцов, 1962 и др.).

Проявление меридиональной циркуляции в 30-х годах и ее возрастание в 60-70 годы связано с усилением солнечной активности. В текущем столетии этот процесс, помимо усыхания лесов, сопровождался потеплением Арктики, уменьшением льда в полярных широтах, повышением Каспийского моря вследствие уменьшения осадков в бассейне Волги, увеличением числа засух (Костин, 1972). От интенсивности и характера циркуляции атмосферы зависят многолетние колебания осадков, относительной влажности воздуха, испарение с почвы и других процессов.

Наиболее сильно пострадали дубравы, ослабленные в результате неправильной хозяйственной деятельности. В большей степени были подвержены усыханию дубравные фитоценозы порослевого происхождения, а также изреженные, нарушенные неумеренной пастьбой скота. Не правильное ведение лесного хозяйства , по мнению многих авторов, негативно сказывается на устойчивости дубрав и активизирует процессы усыхания (Флеров, 1975; Горохов, 1975 и др.).

Многие исследователи, наряду с другими факторами, считают вспышки массового размножения листогрызущих насекомых одной из основных причин усыхания и гибели дубрав (Турчинская, 1963; Воронцов, Иерусалимов, Мозолевская, 1967, и др.). Устойчивость лесных биоценозов в первую очередь обеспечивается за счет сбалансированности всех компонентов, входящих в эту биологическую систему. Нарушения, происходящие в результате воздействия внешних факторов, вызывают подчас необратимые последствия, приводящие к вспышкам массового размножения насекомых фитофагов. Уничтожение листогрызущими насекомыми листвы приводит к самым различным изменениям в жизни лесных экосистем, в том числе и к потере прироста и ослаблению насаждения в целом (Воронцов, Иерусалимов, Мозолевская, 1967). Это в полной мере относится к дубовой хохлатке.

Дубовая хохлатка (Notodonta anceps Goeze, или N. trepida Esp., или N. trémula Hb.) относится к группе массовых листогрызущих вредителей, распространена на юге европейской части бывшего СССР, в средней ее полосе, в Закавказье, южном Приморье (Ильинский, 1958). Первые указания на серьезность наносимых повреждений дубравам этим фитофагом начали появляться только в начале нашего столетия (Конаков, Онисимова, 1928; Керзина, 1949; Нашиванко, 1953 и др.). В последующие годы изучению биологии дубовой хохлатки уделяли внимание Лозинский В.А., Загайкевич И.К. (1955), Кравченко Р.В. (1955), Ильинский А.И. (1958), Егоров H.H., Соложеникина Т.Н. (1960), Малый Л.П., Солонович Д.И. (1982), Тудор И.П. (1963, 1964), Королькова Г.Е. (1963), Мозолевская Е.Г., Тудор И.П. (1967), Прокопенко Н.И. (1969), Иерусалимов E.H. (1965,1990), и др.

По литературным данным, кратко биология дубовой хохлатки может быть представлена следующим образом.

Лет в мае, когда среднесуточная температура воздуха достигает 17°С, а сумма эффективных температур 360-370°С. Самки откладывают яйца на тонких веточках в кронах и на стволах деревьев в один слой. Плодовитость одной самки в среднем до 300 яиц.

Фаза яйца длится около 10 дней. Вышедшие из яиц гусеницы скелети-руют листья дуба, во втором возрасте начинают объедать их с краев, а затем съедают целиком, оставляя толстые жилки. Питаются гусеницы только листьями дуба. Они линяют четыре раза и имеют пять возрастов. Общая продолжительность развития 36-43 дня.

Окукливание происходит в начале июля под кронами в лесной подстилке на глубине до 5 см. Куколка зимует. Генерация одногодовая, однако, в фазе куколки наблюдается частичная диапауза, которая может длиться несколько лет.

Очаги дубовой хохлатки возникают обычно в молодых и средневозрастных дубовых насаждениях преимущественно порослевого проис-

хождения, произрастающих на супесчаных и щебнистых бедных почвах в лесостепи и степи. Очаги носят локальный характер.

На колебание численности большое влияние оказывают эпизоотии у гусениц, а также птицы, активно истребляющие гусениц и куколок.

В большинстве своем работы, посвященные дубовой хохлатке, носят характер специальных статей, затрагивающих биологические особенности развития этого вида. В основном это наблюдения длительностью 2-3 года и не затрагивают период после затухания вспышки.

Небольшое количество публикаций, посвященных дубовой хохлатке, не может охватить все особенности экологии этого вида, в связи с этим отдельные вопросы остаются еще недостаточно изученными.

В первую очередь это вопросы, касающиеся воздействия вспышек массового размножения дубовой хохлатки на санитарное состояние дубрав. Повреждение листьев нарушает в них нормальные процессы водообмена и ассимиляции, ведет к потерям прироста древесины и ослаблению деревьев. Данные о последствиях повреждения листвы имеют большой теоретический и практический интерес, поскольку являются основой при определении степени вредоносности фитофагов и планировании активных лесозащитных мероприятий.

Прирост древесины по своей природе является комплексным показателем, величина которого зависит от многих регулярных и случайных процессов, происходящих в лесном биогеоценозе. Существенно влияет на величину прироста и динамика абиотических факторов.

Так к настоящему времени имеется большое количество публикаций по определению потерь прироста в поврежденных насаждениях, но единой общепринятой методики пока не выработано. Затруднения возникающие при определении этого показателя обусловлены тем, что невозможно определить тот прирост дерева, который мог бы быть при отсутствии повреждения листвы (Воронцов, 1963).

Обычно степень снижения прироста рассчитывается путем сравнения с не поврежденным насаждением (Ляпченков, 1966; Иерусалимов, 1967 и др.); сопоставлением прироста в одном и том же насаждении в годы с повреждением и без повреждения листвы (Березина, 1960; Турчинская, 1963; Мозолевская, Тудор, 1967; Duncan, Hodson, 1958 и др.); сопоставлением фактического прироста насаждения с теоретическим ожидаемым по уравнению регрессии, где в качестве независимой переменной используются метеоданные (Воронцов и др., 1966; Рубцов, 1984 и др.).

Трудность применения перечисленных методов заключается в невозможности найти идентичные участки неповрежденных насаждений в непосредственной близости от очагов (Иерусалимов, 1966). Так как оказываются заселенными все даже малопригодные стации для жизни данного вида. Использование для сравнения приростов насаждения различных фе-ноформ дуба, повреждавшихся и не повреждавшихся фитофагами (Juttner, 1959), невозможно, так как различные феноформы дуба в один и тот же год могут иметь значительные отклонения в приросте. Это доказано на примере ранораспускающегося и позднораспускающегося дуба летнего В.Е. Вихровым (1954).

Так же заведомо большую ошибку при вычислении потерь прироста, дает использование метода сравнения фактического прироста со средним за 5-7 предшествующих повреждению лет (Турчинская, 1963; Мозолевская, Тудор, 1967 и др.). В данном случае не учитывается цикличность колебаний прироста деревьев, которая характерна для всех древесных пород (Костин, 1965; Битвинскас, 1974 и др.).

Всегда требуется учитывать прошлые, а при необходимости и будущие (прогнозные) колебания климатических факторов, так или иначе оказывающих влияние на изменение естественного хода развития экосистем. Известны случаи, когда увеличение теку