Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

УСТОЙЧИВОСТЬ БЕРЕЗОВЫХ ЛЕСОВ УРАЛА К ДЕФОЛИАЦИИ НАСЕКОМЫМИ-ФИЛЛОФ АГАМИ ЛЕТНЕ-ОСЕННЕЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГРУППЫ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ САНИТАРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ОЧАГАХ

ВАК РФ 06.01.11, Защита растений

Автореферат диссертации по теме "УСТОЙЧИВОСТЬ БЕРЕЗОВЫХ ЛЕСОВ УРАЛА К ДЕФОЛИАЦИИ НАСЕКОМЫМИ-ФИЛЛОФ АГАМИ ЛЕТНЕ-ОСЕННЕЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГРУППЫ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ САНИТАРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ОЧАГАХ"

#-ЗЯЗо

УДК 632.654 («2.7) На правах рукописи

Соколов Сергей Леонидович

УСТОЙЧИВОСТЬ ВЕРЕЗОВЫХ ЛЕСОВ УРАЛА К ДЕФОЛИАЦИИ НАСЕКОМЫМИ-ФИЛЛОФАГАМИ ЛЕТНЕ-ОСЕННЕЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ГРУППЫ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ САНИТАРНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В

ОЧАГАХ

Специальность 06.01.11 —Зашита растений

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Екатеринбург — 2005

Работа выполнена в лаборатории защиты растений Ботанического сада Уральского отделения Российской Академии Наук

Научный руководитель - доктор биологических наук, с. н. с.

Пономарев В.И. Научный консультант — доктор биологических наук, профессор

Колтунов Е.В.

Официальные оппоненты — доктор биологических наук, профессор

Бабушкина JI. Г.

— кандидат биологических наук Ставишекко ИВ. Ведущая организация — Агентство лесного хозяйства

по Челябинской области Федерального Агентства лесного хозяйства РФ

Зашита диссертации состоится 2- 3 июня 2005 года, на заседании диссертационного совета Д 212.281.01. Уральского государственного лесотехнического университета по адресу: 620100, Екатеринбург, Сибирский тракт, 36, аудит. 320.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральского государственного лесотехнического университета.

Автореферат разослан ш/6 » ¿¿¿Ci<j_2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, J?

д. с.-х. н., проф. с— Л.И. Аткина

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Березовые леса Уральского региона выполняют важнейшие экологически« функции в лесных биогеоценозах: средозащнтные, водорегулирующие, ветрозащитные и др. В Южном Зауралье березовые колкоеые леса являются ключевым элементом агрофнтоценозов. & березовых лесах южной части Уральского региона (Курганская, Челябинская н южная часть Свердловской области) периодически, через 10 — 12 лет, возникают вспышки массового размножения насекомых-филлофагов летне-осенней экологической группы (ЛОЭГ), В отдельные годы масштабы вспышек массового размножения этой группы филлофагов были очень значительны. В начале 70-х очаги возникли на плошади 100 тысяч га. В период вспышки массового размножения 1999-2000 гг. дефолиации подверглись березовые древостой на площади 106 тыс. га. в 1999 г. и 170 тыс. га. в 2000 г. Часть древостоев в очагах усохла. Вместе с тем, несмотря на значительные масштабы очагов, последствия фактора дефолиации крон березы в Зауралье исследованы недостаточно, существуют лишь единичные публикации по этому вопросу. Остаются неизученными также количественные параметры энтоморезистентности н энтомотолерантности березовых лесов в разных лесорастительных условиях, при различных сроках, степени и кратности дефолиации крон. Вследствие этого изучение данной проблемы исключительно актуально.

Цели и задачи исследований. Целью данной работы является изучение основных закономерностей реакции березовых древостоев на дефолиацию насекомыми - филлофагами ЛОЭГ в различных лесорастительных условиях.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучить особенности гидротермнчеекнх условий, предшествующих вспышкам массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ.

2.Изучить основные закономерности динамики годичного радиального прироста березы у древостоев с разной энтомотолерзнтностью и эитоморезистенттюстью, в зависимости от лесорастительных и гидротермических условий

3.Изучить количественные параметры отпада березовых древостоев в очагах массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ и основные закономерности динамики усыхания древостоев после дефолиации в Свердловской области в зависимости от лесорастительных условий, времени дефолиации и кратности дефолнации.

4.Изучитъ основные закономерности процессов лесовозобновления после санитарных рубок в очагах массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ в условиях Свердловской области

Научная новизна работы. Анализ гидротермнческих условий, сопряженных с четырьмя последовательными вспышками массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ в березовых лесах Свердловской области показал, что вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ сопряжены с несколькими засушливыми позднелетннми периодами за 3-4 гола дсгьспышиили холодным весенним и влажным позднелетним пе риодом юН&М&ЗДенно пер<д

¡хроцд научной литературы

вспышкой. Впервые проведены исследования реакции березовых древостоев со сходными таксационными характеристиками на дефолиацию насекомыми-филлофагами ЛОЭК в различных лесорастнтельных условиях. Установлено, что в условиях лесостепной зоны низкая энтомотолерантность характерна для березняков с меньшим радиальным приростом, а высокая - для березняков с большим радиальным приростом. О лесной зоне выявлена обратная закономерность: низкая энтомотолерантность обнаружена у березняков с большим радиальным приростом, а высокая у древостоев с меньшим радиальным приростом. Динамика годичного радиального прироста резистентных и толерантных деревьев более тесно связана с гидротермическими условиями (ГТУ) текущего года, не толерантных — с ГТУ прошлого года. Впервые изучена зависимость естественного возобновления от различных методов проведения санитарных мероприятий в насаждениях, подверженных усы хан ию после дефолиации насекомым и-филлофагам я ЛОЭГ. Установлена пониженная способность к порослевому возобновлению древостоев, усыхающих после дефолиации.

Практическая значимость. Впервые изучены количественные параметры зктоморезистентиости и энтомотолерантности березы в очагах массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ, в зависимости от лесорастнтельных условий, срока дефолиации и почвеиио-здафических факторов, что позволит более точно прогнозировать площади очагов и ожидаемые последствия фактора дефолиации н в зависимости от этого, принимать более обоснованные решения о необходимости проведения мероприятий по лесозащите.

Предлагается дополнить систему лееопатологяческого мониторинга, включив в нее;

• прогнозирование динамики процессов усыхания древостоев при реализации вспышек массового размножения насскомых-филлофзгов ЛОЭГ по критериям устойчивости насаждений к дефолиации

- изготовление карт площадей на основе отнесения участков леса по типологическим и преобладающим таксационным показателям к одной из категорий уровней лесопатологнческой опасности в разрезе фенологической группы насекомых-филлофагов ЛОЭГ;

- изготовление для лесных массивов с высокой вероятностью возникновения вспышек массового размножения насекомых-фитофагов ЛОЭГ карт устойчивости лесных участков к дефолиации на основе критерия динамики радиального прироста.

Предлагается исключить из площадей обработки в случае опасности дефолиации березовые древостой в коренных сосняках с жизнеспособным хвойным подростом.

Предложены рекомендации по времени и характеру санитарных мероприятий, в зависимости от степени усыхания древостоя и типа леса.

Положения, выносимые на защиту

1. Вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ в лесах Свердловской области являются существенным фактором, оказывающим влияние на динамику состояния лесного фонда и вызывающим необходимость проведения хозяйственных мероприятий в значительных объемах.

2. Анализ гидротерм и ческнх условий в период, предшествующий вспышке, лает возможность прогнозировать динамику численности насекомых-филлофагов ЛОЭГ на определенном временном отрезке и вероятность реализации вспышки массового размножения,

3. Последствия сплошной и сильной степени дефолиации для березовых насаждений с близкими таксационными характеристиками и в одних и тех же лесорастительных условиях могут быть разными, в зависимости от уровня энтоморезистентности н энтомотолерзнтности каждого конкретного древостоя. Уровень энтомотолерантности березняков достоверно прогнозируется с помощью анализа высокочастотного спектра радиального прироста.

4. В березовых древостоях на коренных сосновых типах леса, при наличии хвойного подроста, нецелесообразно проводить радикальные меры борьбы с насекомыми-филлофагами ЛОЭГ, так как вспышки массового размножения способствуют ускорению динамики восстановления древостоя, соответствующего коренному типу леса.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на всероссийской научно-практической конференции: «Проблемы устойчивости функционирования лесных экосистем» (Ульяновск, 2001г.), Всероссийской научно-практической конференции: «Лесной комплекс; состояние и развитие» (Брянск, 2001г.), Всероссийской научно-практической конференции: «Лесной и химический комплексы-проблемы и решения» (Красноярск, 2004г.), Всероссийской научно-практической конференции: «Биологическая наука и образование в педагогических вузах» (Новосибирск, 2005г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ.

Личный вклад «втора. Анализ литературных источников, сбор полевого экспериментального материала, проведение лабораторных исследований и анализ полученных результатов осуществлялся автором, или при его непосредственном участии-

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 118 страницах машинописного текста; состоит из введения, б глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа иллюстрирована 12 рисунками н 14 таблицами. Список литературы включает 111 работ, из них 10 на иностранных языках, СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Обзор литературы

В настоящее время одной из основных проблем лесной энтомологии, иопуляционной экологии насекомых н защиты леса являются: совершенствование стратегии лесозащиты, методов прогнозирования вспышек массовых размножений лесных насекомых-филлофагов, методов прогнозирования последствий вспышек массовых размножений на различные компоненты лесного фитоценоза, разработка более точных методов прогнозирования ожидаемой дефолиации крон древостоев в очагах, обоснование и выбор оптимальных вариантов лесозащитных мероприятий и лесохозяйственных мероприятий, снижающих отрицательные последствия возникших патологических процессов.

И если для решения проблемы прогноза развития очагов вредителей в настоящее время существует система мероприятий, основанная на «Положении о защите от вредителей и болезней леса» (Москва, 1998) и «Наставления по

организации и ведению о лесопатологического мониторинга в лесах России» (Москва,2001), то обоснование предлагаемых лесозащитных мер при реализации вспышки массового размножения насекомых-филлофагов основано на прогнозе численности вредителей по результатам учетов вредителя и предполагаемом проценте объедания участков леса, охваченных вспышкой массового размножения насекомых филлофагов.

При этом параметры устойчивости насаждений к дефолиации, их резистентности и толерантности в конкретных лесорастител ьных и климатических условиях, в настоящее время не учитываются.

Вместе с тем, уровень энтомотолерзнтности древостоев является одним из основных факторов, детерминирующих характер последствий воздействия фактора дефолиации крон как на древостой, так и на лесной фитоценоз.

Известно, что березовые древостой выдерживают однократную полную дефолиацию непарным шелкопрядом - филлофагом весенне-летней фенологической группы, кроме тех, которые произрастают на участках с тяжелыми по механическому составу почвам», склонными к переувлажнению (Соколов, 19&8; Колтунов, 1993; 1996; Колтунов и др.,1998). Слабая дефолиация (5 - 10%) практически не влияет на состояние деревьев, а изъятие насекомыми-филлофагами весенне-летней группы <40 — 50% листьев не наносит существенного вреда большинству древесных пород (Воронцов, 1963; Стад ниц кии, 1988; Колтунов ндр., 1998; Иерусалимов, 2004).

Влияние дефолиации листогрызущимн насекомыми ЛОЭГ на устойчивость березовых древостоев изучено в меньшей степени.

Воздействие насекомых-филлофагов ЛОЭГ на березовые насаждения может вызывать разные последствия, в зависимости от степени дефолиации, времени объедания листвы, кратности дефолиации, возраста древостоя, погодных условий, наличия повреждения насекомыми весенне-летнего комплекса (или шелкопрядами), пораженности березы болезнями.

Последствия дефолиации березовых насаждений насекомы м и-фи л лофагами ЛОЭГ, в отдельных случаях весьма серьезные, выражаются в усыхайии древостоев на значительных площадях, что, в свою очередь, приводит к необходимости принятия мер борьбы с очагами.

Разработка проблемы совершенствования мероприятий по борьбе с насекомыми-фи л лофагами ЛОЭГ усложняется следующими факторами: недостаточной изученностью самой проблемы механизмов вспышек массового размножения насеком ых-фнлофагов ЛОЭГ; недостаточной изученностью факторов и количественных параметров энтомотолерантности насаждений в разных лесорастител ьных условиях и при влиянии различных климатических факторов; недостаточной изученностью последствий применения различных методов борьбы для лесного биоценоза, включая воздействие на видовой состав насекомых, на сроки повторяемости вспышек массового размножения насекомых-филлофагов.

Кроме того, при принятии решения о назначении мер борьбы, необходимо учитывать следующие обстоятельства. Полная дефолиация приводит к последующему усыханию, как правило, только в чистых березовых насаждениях с составом 10Б - 9610с - 9Б1С (Федоре нко, 2001), и, как следствие, данные

участки далеко не всегда имеют высокую хозяйственную или защитную ценность. Значительное усы хан ие березовых древостоев (более 50%) происходит, как правило, после неоднократной дефолиации к при неблагоприятном стечении климатических факторов. Разные авторы (Коломиец, Артамонов, 1985; Федоренко, 2001), в зависимости от изучаемого региона, отмечают разные лесорастительные условия, в которых происходит усыхание древостоя после вспышек массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ. Даже при возможности полного усыхания насаждения в очагах необходимо определить целесообразность проведения защитных мероприятий, взвесив масштабы повреждения, хозяйственную ценность насаждений, стоимость мероприятия, возможные последствия для окружающей среды.

Кроме того, нельзя не учитывать относительно низкий хозяйственный вред, причиняемый представителями летне-осенней экологической фуппы (по сравнению с весенне-летней).

Из этого следует, что от политики тотальной обработки всех древостоев, в которых прогнозируется вспышка массового размножения насекомых-фнллофагов необходимо переходить к политике локальной обработки, исходя из опасности усыхания древостоев в зависимости от лесорастительных условий (Колтунов, 1996, 1998).

Приведенный обзор данных по исследованию вспышек: массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ позволяет сделать следующие основные выводы:

Видовой состав насекомых-филлофагов ЛОЭГ, степень доминирования видов в нем, районы вспышек массового размножения, общие последствия для древостоя в зависимости от сроков, кратности дефолиации, сопутствующих условий изучены относительно неплохо (Гниненко, 2003; Ильинский, 1965; Коломнец, Артамонов, ¡985; Крюков, 2001, 2003; Соколов, 2002; Федоренко, 200]).

В то же время, влияние гидротермических условий, предшествующих вспышке, на се реализацию и масштабы остаются малоизученными. Уровень энтомотолерантностн древостоев в зависимости от биоценотических и гидротермических условий изучался фрагментарно н на очень незначительных площадях. Особенности проведения санитарных мероприятий после вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ практически не исследовались.

Глава 2. Объект н методика.

Для выполнения поставленных задач были выбраны два базовых объекта для исследований: Свердловский лесхоз и Каменск - Уральский лесхоз, относящиеся, соответственно, к сосново-березовому предлесостепному округу Зауральской холмисто-предгорной провинции (Свердловский) и северолесостепным (колочном) округе Зауральской равнинной провинции (Каменск-Уральский) по лесорасгнтельному районированию Б.ГГ. Колесникова.

Постоянные пробные площади закладывались на участках леса со сходными таксационными характеристиками. Это были чистые березовые насаждения в возрасте 50 - 70 лет с полнотой 0,7 - 0.9.

s

За период выполнения диссертационной работы с 1999 по 2005 гг. были выполнены следующие работы: заложено б постоянных пробных площадей, две в Свердловском лесхозе н четыре в К-Уральском лесхозе, ({а пробных площадях взято 159 шт. кернов возрастным буравом на высоте груди с южной стороны. Обработка кернов производилась с помощью микроскопа МБС-10, точность измерений 0,05 мм. Всего сделано 18 почвенных разрезов (по 3 на каждую пробную площадь).

Видовой состав и плотность популяций насекомых-фнллофагов ЛОЭГ определялись методом почвенных раскопов, в начале осеннего периода.

Для определения величины порослевого возобновления обследовано 200 пней, по 100 на каждом пробном участке. Для определения влияния дефолиации на естественное возобновление в коренных сосновых типах леса обследовано 60 штук подроста.

Метеоданные для анализа особенностей гидротермического режима в различные фазы популяционной динамики насекомых-фнллофагов ЛОЭГ были взяты на метеостанции в п. В-Дуброво. На основании метеоданных вычислялся гидротерм ическнй коэффициент Селян инова.

Статистическую обработку полученных результатов проводили на основе статистического пакета программ «Statistics». Применялся кластерный, корреляционный, регрессионный, дисперсионный анализы (Рокицкий, 1987). Достоверность различий устанавливалась по t - критерию Стьюдента.

Природно-климатические условия района исследований

В разделе дан детальный анализ природно-климатических условий в районе объектов исследования.

Глава 3. Особенности гндроте рм н ч ее кого режима п различные фазы вспышек массового размножения насекомых-фнллофагов летне-осенней экологической группы на юге Свердловской области.

В березовых лесах Свердловской области наиболее значительные вспышки массового размножения насекомых-фнллофагов ЛОЭГ были отмечены в 1970г и в 2000г. В 1970г очаги массового размножения летне-осенней группы листогрызуших насекомых занимали около 100 000 га в б лесхозах (Белоглазов, 2001). В 2000г очагн распространились на площади 9 тысяч гектар в двух лесхозах. В Каменск-Уральском лесхозе они составляли 6731 га, s Свердловском лесхозе — 2319 га (Акты лесопатологического обследования Свердловской станции защнты леса).

Анализ метеоданных (Верхнее-Дубровская метеостанции) показывает, что гндротермические условия, предшествовавшие вспышке и в период вспышки, в эти годы были очень сходными (рис. 1). Во-первых, начало вспышки сопряжено с холодным поэдневесенним периодом (1969 и 1999гг). Во-вторых, вспышкам предшествует период одинаковых позднелетннх (июль — август) гидротерм я ческих условий за четыре года до вспышки. Сначала два засушливых года, за год до вспышки влажный, затем опять засушливый. В-третьих, вспышки проходят на фоне влажных позднелетннх месяцев (июль-август) с очень теплым июлем.

С гндротермнческими условиями значительно менее масштабных вспышек начала 80-х и 90-х годов эти две вспышки объединяет только холодный позневссенний период и засушливый позднелетний период за два года до вспышки (рис. 1). Остальные параметры отличаются.

Рис. 1. Гидротермические коэффициенты Сепянинова июля-августа в Каменск-Уральском и Белоярском р-нах Свердловской обл. Примечание: жирной чертой отмечены годы вспышек ЛОЭГ

Полученные нами результаты соответствуют данным А.И. Ильинского (1965) и других авторов о том, что вспышке массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ действительно предшествует засушливый позднелетний период. В то же время они показывают, что влажный год за год до реализации вспышки и холодная весна в год реализации вспышки являются характерными при реализации масштабной вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ.

Известно, что для выживания гусениц л исто грызущих насекомых большое значение имеет биохимический состав листа кормового растения (Эдельман, 1953; 1963 Реепу, 1971). Уровень стабильности этого показателя в одни и те же календарные сроки зависят от гидротермнческих условии сезона (Бенкевич, 1984; Ковалевская, 1974; 1977 а, б), что, в свою очередь, влияет на степень адаптнровакности популяции консумента к кормовому растению.

Основной период питания гусениц ЛОЭГ приходится на позднелетний сезон. В засушливых условиях в это время в листве значительно снижается количество белков, аминокислот и углеводов (Ковалевская, 1977 а, б). У популяции, адаптированной к таким условиям несколькими предшествующими сухими летне-осенними сезонами, в более влажный сезон (при более благоприятных условиях питания) должна сужаться норма реакции за счет гибели личинок с замедленным развитием и одновременно увеличиваться выживаемость личинок с быстрым развитием, Повторное наступление влажных условий, а особенно при фенологическом сдвиге листвы кормовой породы, вызванном холодными поздневесенними условиями, приводит к тому, что популяция оказывается в крайне благоприятных трофических условиях, питаясь на листве, богатой питательными веществами. Кроме того, холодные поадневесенние периоды увеличивают синхронность вылета имаго из куколок и, соответственно

синхронность отрождения и развития гусениц. Такая ситуация должна приводить к снижению смертности, вызванной трофическими факторами, особенно при сужении нормы реакции популяций.

Сужение временного интервала лота имаго и откладки яиц, вызванное холодным поздневесениим периодом, должно приводить и к снижению смертности н от паразитов, так как разные их виды специализируются на строго определенных фазах и возрастах лнстогрызущих насекомых (Huffaker, 1976) , что также должно способствовать увеличению плотности насекомых-филлофагов ЛОЭГ.

Таким образом, анализ гидротермических условий реализации вспышек массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ в лесах Свердловской области за тридцатилетний период позволяет сделать вывод, что при наступлении влажного иозднелетнего периода после длительной засухи необходимо усиливать лесопатологический надзор для выявления потенциальных очагов массового размножения насскомых-филлофагов ЛОЭГ.

Глава 4. Последствия вспышки массового размножения насекомых-фнллофагов летне-осенней экологической группы 1999-2 ООО г г. в березовых насаждениях па юге Свердловской области и характер лесовозобновления после санитарных мероприятий

Как показали результаты, особенностью вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ в 1999-2000гг являлось то, что большая часть древостоев в 2000г была дефолиирована к середине августа. Погодные условия августа-сентября 2000 г. спровоцировали набухание почек и начало распускания листьев. Отмечалось осеннее сокодвижение. Последующими заморозками были, по-видимому, повреждены ткани деревьев с повышенной влажностью. В результате дефолиации наблюдалась ослабление древостоя: суховершинность, частичное усыхакне крон, а также диффузное и куртинное усыхание деревьев.

По данным лесопатологического обследования в Свердловском и Каменск-Уральском лесхозах, на начало июня 2001 г в значительном количестве кварталов, подвергшихся дефолиации, облиствлеиие составляло около 30%, от 5 до 15% деревьев на момент обследования не имело листвы полностью. В середине вегетационного сезона деревья 4-5 категорий санитарного состояния составляли в этих кварталах до 50% от всего древостоя.

Для изучения воздействия фактора дефолиации на состояние древостоя в середине летнего сезона 2001 г в Свердловском лесхозе (Белоярский район Свердловской области) были заложены пробные площади. Fla данных пробных площадях проводился учет деревьев, усыхание которых составляло более 50%. Повторное обследование (в середине августа) показало, что часть древостоя, находившегося в середине июля в 4-5 категориях, восстановило листву и перешло в 3 катеюрню (табл. 1).

11а следующий год большая часть деревьев, находившихся в августе 2001 года в 3 категории, перешла во вторую. Санитарное состояние древостоя постепенно восстанавливалось.

Па ППП, заложенных в Каменск-Уральском лесхозе, в середине сезона 2002 шла был проведен учет всех деревьев, вне зависимости от категории санитарного

Таблица 1

Санитарное состояние древостоев, дефо л иированных ЛОЭГ и восстановивших листву к середине июля 2001г менее чем на 50%, Пробные

площади Свердловского лесхоза.

I од (месяц) Категория санитарного состояния Количество деревьев, шт.

1-2 3 4 5

ППП 1 (двукратная дефолиация)

2001 г(ссредина августа) 0% 23% 61% 16% 101

2002г 31% 29% 26% 14% 101

2003г 26% 25% 21% 28% 101

ППП 2 (однократная д ефолиация)

2001 г(середина августа) 0% 45% 46% 9% 100

2002г 42% 31% 21% 6% 100

2003 г 46% 32% 16% 6% 100

состояния. Детальный надзор за древостоем на ППП позволил сделать следующие заключения:

Анализ усыхання деревьев разного диаметра по итогам 2002 г. (через два года после дефолиации) показал, что более высокий уровень усыхання деревьев малого диаметра отмечается только при двукратной дефолиации. Повышенный уровень усыхания деревьев большого диаметра наблюдается только в лесной зоне.

Анализ динамики усыхания деревьев на постоянных пробных площадях показывает, что деревья; хотя бы частично не восстановившие крону через год после дефолиации (санитарная категория которых в конце вегетационного сезона 2001 г была 3 н выше), продолжают усыхать (табл.2).

Таблица 2

Санитарное состояние древостое в, дефол иированных ЛОЭГ.

Пробные площади Каменск-Уральского лесхоза.

Год Категория санитарного состояния Количество деревьев, шт.

1-2 3 4 5

ППП 3 (двукратная дефолиация)

2002г 54% 27% 1 8% 1 10% 371

2003 г 60% 15% | 12% | 14% 371

ППП 4 (однократная де<)юл нация)

2002г 62% 18% 8% | 12% 225

2003 г 62% [ 13% 9% | 16% 225

Доля деревьев, подлежащих санитарной рубке (4-6) категории, составляла на этих ППП от 18 до 20%. Однако в 2003г доля деревьев 4-6 категорий увеличилась до 25- 30%, при этом, доля деревьев 1-2 категорий либо не изменилась, либо увеличилась незначительно (на 5%). Таким образом, результаты исследований

показали, что наблюдается переход деревьев третьей категории в четвертую н пятую,

В связи с тем, что одной из важнейших задач саиитарных рубок является сохранение средообразующих и защитных функций насаждений, крайне большое значение имеет способность к порослевому возобновлению березы после проведения санитарных мероприятий.

В 2001 году, в выделе 4, квартал 78 Свердловского лесхоза, подвергшемся в 1999-2000 г.г. двукратной дефолиации, в конце вегетационного сезона (август-октябрь) была проведена выборка засохших и усыхающих деревьев, соответствующих 4-5 категории по шкале санитарного состояния. Данный выдел имел следующие таксационные характеристики: состав 9Б!Ос, возраст 50 лет, бонитет 2, полнота 0,8, запас 170 м'/га, Деревья смешанного - порослевого и семенного происхождения

На одном из участков • делянка №2 (14,4 га) проводилась выборочная рубка (доля выборки по запасу - 19%), на другом - делянка №1, вследствие куртинного усыхання (0,6 га), - сплошная рубка,

В 2003г на этих участках был проведен учет порослевого возобновления. На каждом из участков было учтено по 100 пней. Среднее количество поросли от одного пня на обоих участках не различалось (4,6 при выборочной рубке и 5,0 при сплошной). В то же время, количество пней с порослью на участке сплошной рубки было почти в два раза выше, чем на участке выборочной рубки (соответственно, 27% и 15%).

В связи с тем, что значительная часть березовых древостоев юга Свердловской области представляет собой коренные сосняки (Колесников, 1969), имеет практический интерес вопрос о влиянии дефолиации верхнего яруса во время вспышек массового размножения насекомых-фнллофагов на хвойный подрост.

Е.Н. Иерусалимовым (2004) приводятся детальные результаты исследований по влиянию в смешанных насаждениях дефолиации насекомыми-фил лофагам и доминирующей породы на прирост и жизнеспособность не дефолиируемых пород, из которых следует, что в подавляющем количестве случаев это влияние является положительным.

Им же отмечается, что, если под пологом лиственных насаждений имеется подрост той породы, которая считается коренной, лесообразующей и хозяйственно важной, то повреждение верхнего полога положительно влияет на судьбу этого подроста.

Установлено, что через год после дефолиации достоверно (Р > 0,0000) очень значительно увеличивается прирост в высоту у подроста до 150см и до 200см (рис. 2), Достоверно, но не так значительно увеличивается прирост в высоту и подроста высотой выше 200см.

и

Рис. 2. Изменение прироста в высоту соснового подроста после дефолиации березового древостоя насекомыми -филлофагами ЛОЭГ в 2000 г Примечание: графики по группам подроста

По результатам проведенной работы сделаны следующие выводы:

1. Для восстановления средообразующнх и защитных функций березовых насаждений, подвергшихся усыханню после дефолиации необходимо снизить категорию санитарного состояния деревьев, отводимых в рубку до третьей (при лесопатологнческом обследовании, проводимом через год после дефолиации).

2. При санитарных рубках в коренных березняках следует проводить содействие естественному возобновлению семенной березы путем сдирания дерна. Кроме того, наиболее оптимально проводить санитарные рубки в летне-осенний период на следующий год, максимум, через год после дефолиации.

И, наоборот, при дефолиации березовых насаждениях в коренных сосновых типах леса, при наличии соснового подроста, санитарные рубки целесообразно проводить в зимнее время.

3. В связи с тем, что усыхающие деревья снижают способность к порослевому возобновлен ню, а также в связи с тем, что положительное действие осветления, вызванного дефолиацией, продолжается два года, санитарные рубки желательно назначать в таких древостоях на второй год после начала усыхания древостоя.

Глава 5. Радиальный прирост как критерий устойчивости березовых древостоев к летне-осенней экологической группе лнстогрызущнх насекомых.

Разработка точных критериев потенциальной устойчивости насаждений к дефолиации насекомым и-вреди тел ям является в настоящее время одной из основных проблем лесной энтомологии н защиты леса. В частности, большое практическое значение имеет проблема оценки и прогнозирования устойчивости березовых насаждений к насекомым фнллофагам летне-осенней фенологической группы в районах периодически повторяющихся вспышек массового размножения данных вредителей.

В настоящей работе установлена взаимосвязь степени знтомотолерантности березовых древостоев, дефолиированных насекомыми-филлофагами ЛОЭГ с динамикой годичного радиального прироста.

Анализ годичного прироста усыхающих и не усыхающих (толерантных) деревьев за период 1984 - 2002 гг. и корреляционный анализ динамики радиального прироста показал;

- величина радиального прироста может являться показателем устойчивости дерева к дефолиации только в привязке к конкретным лесорастительным условиям.

различные по реакции на дефолиацию деревья (резистентные - не подверженные дефолиации, толерантные — не подверженные значительному усыханию и не толерантные, усыхающие) имеют различия по динамике годичного радиального прироста, (таблЗ)

Таблица 3

Годичный радиальный прирост усыхающих и не усыхающих деревьев после дефолиации насекомыми-филлофагами ЛОЭГ

ППП Среднее значение Количество Р

радиального прироста деревьев (досто верность)

1 (усыхающие) 19,2±0,54 28 0,0001

1 (не усыхающие) 16,4*0,39 21

2 (усыхающие) 19,8±0,50 23 0,0000

2 (не усыхающие) 14,3±0,45 19

3 (усыхающие) 1б,0±0,67 8 0,0034

3 (не усыхающие) 18,8±0,б0 13

4 (усыхающие) 193±0,68 10 0,0002

4 (не усыхающий) 23,5±0,91 7

5(толерантная) 24,7*0,81 10 0,0002

6(резистентная) 21 ¿±0,56 20

Примечание: ППП 1,2 — лесная зона; ППП 3,4,5,6 — лесостепная зона; приросты ву.е. — условные единицы измерения (1 единица — 0.2 мм)

В лесостепной зоне усыхают деревья с меньшим радиальным приростом, толерантными оказались деревья с большим радиальным приростом.

В лесной зоне ситуация противоположна, усыхают деревья с большим радиальным приростом, толерантны с меньшим.

При этом динамика радиального прироста резистентных и толерантных древостоев в целом и толерантных деревьев отличается более высокой частотой колебания, то есть активнее реагирует на изменение внешних условий (Табл. 4).

Установлено, что динамика годичного радиального прироста резистентных и толерантных деревьев более тесно связана с ГТУ текущего года, не толерантных -с ГТУ прошлого года.

Таблица 4

Величина высокочастотных колебаний годичного радиального прироста

березы (колебания в год)

№ пробной площади Деревья

толерантные усыхающие

1 0,34 0,31

2 0,37 0,33

3 0,26 0.25

4 0,37 0,34

5 0,35 -

б 0,39 -

Примечание: ППП 1,2 - лесная зона; ППП 3,4,5,6 - лесостепная зона

Анализ усы хани я деревьев разного дкаметра по итогам 2002 г (через два года после дефолиации) показал, что более высокий уровень усыхання деревьев малого диаметра отмечается только ири двукратной дефолиации. Повышенный уровень усыхання деревьев большого диаметра наблюдается только в лесной зоне.

Полученные в ходе исследований данные показывают, что для березовых насаждений с близкими таксационными характеристиками в одних и тех же лесорастительных условиях сплошная и сильная степени дефолиации могут иметь разные последствия. Размер отпада (усыхання) будет зависеть от степени толерантности каждого конкретного древостоя.

Анализ состояния лесных участков после всех известных нам вспышек массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ показал, что на территории Свердловского и Каменск-Уральского лесхозов в процессе коэволюции в системе: «дерево-насекомые» сформировались относительно устойчивые к ЛОЭГ березовые насаждения. При значительном масштабе дефолиации древостоев в ходе реализации вспышки ]999-2001гг. (9 тыс. га) частичное усыхание в период 2001-2003гг. по данным лесхозов произошло лишь на плошадн 350 га. Результаты работы свидетельствуют о том, что при реализации вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ, для принятия решения о целесообразности применении активных мер по снижению их численности, кроме прогноза динамики численности насекомых ЛОЭГ необходимо располагать данными об устойчивости насаждений к дефолиации. Без учета степени устойчивости насаждений предполагаемый прогноз хозяйственного ущерба будет некорректен и, как следствие, примятое решение о применении радикальных мер по снижению численности насекомых-филлофагов ЛОЭГ' недостаточно обоснованно.

Глава Карты толерантности древостоя к дефолиации — как возможное перспективное направление в лесозащите.

При существующей в настоящее время системе организации защиты леса от иасс ко м ых-ф и лофагов при реализации вспышки массового размножения обоснование предлагаемых лесозащитных мер основано на прогнозе численности вредителей по результатам учета численности и предполагаемом проценте объедания участков леса, охваченных вспышкой. Фактор устойчивости насаждений к дефолиации, их резистентности и толерантности в конкретных сложившихся климатических условиях, в настоящее время не учитывается.

Уже накопленные научные данные подтверждают тот факт, что вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ для определенных лесорастительных зон являются типичным природным явлением, повторяющимся с периодичностью 10-15 лет, и не приводящим к глобальным отрицательным последствиям. Лишь в отдельных случаях они приводит к локальным ощутимым потерям — частичному или даже полному (до нескольких сотен гектаров) усыханню.

Одним из вариантов прогнозирования динамики лссопатологических процессов при реализации вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ и последующей дефолиации с учетом фактора устойчивости насаждения к дефолиации было бы разработка методов прогнозирования устойчивости насаждений на основе реакции радиального прироста, в зависимости от лесораститсльных условий.

Детальный прогноз динамики процессов усыхания в древостоях после реализации вспышек массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ на основе критериев устойчивости насаждений, подвергшихся дефолиации позволил бы обеспечить экономию средств и снижение отрицательных экологических последствий т. к. применяемые препараты (пиретроиды, биопрепараты) приводят к массовой гибели всех насекомых (а не только представителей ЛОЭГ),

Следующим этапом должно стать нанесение полученной информации ма картографическую основу с целью создании наглядного информационного материала дифференциации лесных массивов по степени устойчивости к дефолиации насекомыми-филлофагами.

При комплексном подходе к картографированию насаждений с применением предлагаемой методики можно предложить следующую схему действий.

На первом этапе - составить общие обзорные карты площадей по степени вероятности реализации вспышки массового размножения насекомых-филлофагов в зависимости от лесоэкологических особенностей (типа леса, таксационных характеристик) лесных участков.

Данную информацию целесообразно нанести на стандартный картографический материал, нспользуемый в лесоустройстве - схему лесхоза в масштабе 1:100000. Эта схема даст обзорную информацию о степени опасности объекта и облегчит планирование мероприятий, входящих в систему лесопатологического надзора — составной части системы лесопатологического мониторинга. Впоследствии, такие схемы могли бы быть сведены в более мелкомасштабном варианте для составления карт на уровне области.

Для составления данной схемы достаточно разработать методику отнесения того или иного участка леса в пределах целого квартала по преобладающим таксационным показателям к одной из категорий лесопатологической опасности (первичный, вторичный, третичный очаги) в разрезе фенологической группы насекомых-фнллофагов.

Кроме того, на данную схему целесообразно нанести вторым информационным слоем данные о параметрах вспышек массового размножения насекомых* филлофагов со сходными эколого-биологическими особенностями (фенологические группы), например ЛОЭГ. Чисто технически данную работу проделать несложно, проблема заключается в том, что детальные данные о вспышке сохраняются не всегда и часть информации, возможно, уже утеряна.

Сведения о пространственной структуре очагов массового размножения насекомых-фнллофагов, в сочетании с данными о потенциальной степени патологической опасности лесных участков должны служить основой для системы лесопатологического надзора. Они возможность оптимизировать и локализовать лесопатологическнй надзор, ограничившись участками, на которых динамика численности насекомых, отнесенными к вредителям леса, характеризуется вспышками.

Второй этап — составление для лесных массивов, наиболее подверженных вспышкам массового размножения насекомых-фнллофагов (или в оперативном порядке для территорий, на которых вспышка уже реализовалась) карт устойчивости лесных участков к дефолиации.

Данный картографический материал крайне необходим для локализации прогноза динамики патологического состояния лесных участков, подвергшихся дефолиации и для проектирования оптимальных вариантов лесозащитных, а впоследствии и лесохозяйственных мероприятий.

В настоящей работе не предлагается готовой методики, но необходимость определения степени устойчивости насаждений к дефолиации в конкретных гидрометеорологических условиях соответствует требованиям сегодняшнего дня как средство, позволяющее сохранить биоценоз, минимизировать потери лесного хозяйства к рационально использовать средства бюджета, выделяемые на защиту и охрану леса.

В то же время, уже на данном этапе работы можно заключить, что при разработке такой методики для Уральского региона, в частности, для Свердловской области, из площадей, назначаемых к обработке при вспышке массового размножения насекомых-фнллофагов ЛОЭГ необходимо исключать древостой с жизнеспособным хвойным подростом и дрсвосгои, растущие на бедных, хорошо дренированных почвах.

ВЫВОДЫ

1. Впервые исследованы закономерности климатических условий реализации вспышек массового размножения насекомых-фнллофагов летне-осенней группы в березовых лесах Свердловской области. Установлено, что вспышкам . предшествуют позднелетние засухи за 3*4 юда до вспышки, влажные условия за год до вспышки и холодный поздневесенний период непосредственно перед вспышками. Для реализации вспышек необходимо сочетание всех описанных

условий. Мониторинг выявленных последовательностей абиотических факторов позволит увеличить эффективность прогнозирования вспышек

2. Установлено, что в условиях лесостепи низкая энтомоголерантность березы отмечается у древостоев с меньшим радиальным приростом, а высокая — у древостоев с большим радиальным приростом. В лесной зоне выявлена обратная закономерность,

3. Сильная к полная дефолиация крон березы насекомымн-филлофагами ЛОЭГ в условиях Свердловской области сопровождается отпадом древостоя, в среднем, от 8 до 30 %, двукратная — до 100 %; сопровождается ухудшением категории состояния древостоев в очагах. Разработана система санитарных мероприятий в затухших очагах. Для восстановления средообразующнх и защитных функций березовых насаждений рекомендуется снизить категорию санитарного состояния деревьев, отводимых в рубку до третьей.

4. Установлено, что частотные характеристики колебаний годичного радиального прироста за годы, предшествующие вспышке, у березняков с высокой и низкой энтомотолерантностью достоверно различаются. Это дает возможность эффективного прогнозирования последствий дефолиации и снижения обшей площади обработки очагов инсектицидами,

5. Установлена пониженная способность к порослевому, возобновлению древостоев, усыхающих после дефолиации насекомымн-филлофагами ЛОЭГ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. В целом исследования показали, что тотальная обработка очагов массового. размножения насекомых-фил л офагов ЛОЭГ в условиях Среднего Зауралья нецелесообразна. Экологически обоснована только локальная обработка насаждений с низкой энтомотолерантностыо, которая прогнозируется с помощью разработанного нами подхода.

2. В березовых древостоях на коренных сосновых типах леса, при наличии хвойного подроста, нецелесообразно проводить радикальные меры борьбы с насекомыми ЛОЭГ, так как вспышка массового размножения способствует ускорению динамики восстановления древостоя/соответствующего коренному типу леса.

3. Считаем целесообразным дополнить действующую в настоящее время систему лесопатологнческого мониторинга, добавив в нее:

- сведения о пространственной структуре очагов массового размножения насскомых-филлофагов ЛОЭГ прошлых лет, нанесенных на картографическую основу,

- нанесенные на картографию сведения о распределении площадей по уровням вероятности реализации вспышки массового размножения насекомых -филлофагов ЛОЭГ на основе отнесения участков леса к одной из категорий уровней лесопатологическон опасности;

- нанесенные на картографию сведения об устойчивости насаждений к дефолиации насекомыми-филяофагами ЛОЭГ, полученные на основе реакции

радиального прироста на гидротермические условия а зависимости от л есорастител ьн ы х условн Й.

Считаем целесообразным для лесхозов с высокой вероятностью реализации вспышки массового размножения насекомых-филлофагов ЛОЭГ включить в макет лесоустроительного проекта изготовлен не указанного выше картографического материала.

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Соколов СЛ., Пономарев В.И. Летне-осенний комплекс листогрызущих насекомых в Свердловской области в 1999-2000 гг. // Проблемы устойчивого функционирования лесных экосистем: Сборник материалов Всероссийской конференции - Ульяновск. Издательство Ульяновского государственного университета, 2001. С. 134-136.

2. Пономарев В.И., Соколов СЛ. Опыт использования метода принудительного повышения уровня полиморфизма популяции для снижения плотности летне-осеннего комплекса листогрызущих насекомых Н ЛссноЙ комплекс: состояние и перспективы развития. Сборник научных статей. Выпуск 1 - Брянск, Издательство Брянская государственная инженерно-технологическая академия, 2001. С. 26-29. '

3. Соколов СЛ. Проведение санитарных мероприятий в березовых древостоях после вспышки массового размножения летне-осеннего комплекса насекомых фитофагов. У/ Лесной и химический комплексы — проблемы и решения (экологические аспекты): Сборник статей по материалам Всероссийской научно* практической конференции - Красноярск, Издательство СибГТУ, 2004. Т. 1. С. 241 -245.

•4. Соколов СЛ., Пономарев В .И. Карты толерантности древостоев к дефолиации насекомыми-фнллофагами как путь оптимизации лесозащитных мероприятий // Проблемы биологической науки и образования в педагогических вузах: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции -Новосибирск, Издательство Новосибирский государственный педагогический университет, 2005. Выпуск 4. С. 11 - 14.

5. Толкач О.В., Соколов СЛ. Радиальный прирост как критерий устойчивости березовых древостоев к летне-осеннему комплексу листогрызущих насекомых. // Леса Урала и хозяйство в них - Екатеринбург, Издательство УГЛТУ, 2005. С. 5663

Подписано в печать 1105.2005 г. Формат 60*84/1$. Бумаг* тнпогрфскм №1. Усл. п, л. 1,2 . Тир»* 1! 0. Заказ № 70

Размножено с готового оригинал-макет* а типографии УрО РАН. 620219, г. Екатеринбург, ГСП - 169, ул. С. Коиипевской, 18.