Горный сосновый короед ( Dendroctonus ponderosae ) — вид короедов, произрастающих в лесах западной части Северной Америки от Мексики до центральной Британской Колумбии . Он имеет твердый черный экзоскелет и имеет размеры около 5 миллиметров ( 1 ⁄ 4 дюйма), что примерно соответствует размеру рисового зерна.
В западной части Северной Америки вспышка жука и его микробных сообщников затронула обширные площади лесов сосновых мхов, включая более 160 000 км 2 (40 миллионов акров) леса в Британской Колумбии. [1] Вспышка в Национальном парке Роки-Маунтин в Колорадо началась в 1996 году и привела к уничтожению миллионов акров/гектаров деревьев желтых и сосновых мхов. На пике вспышки в 2009 году было затронуто более 16 000 км 2 (4,0 миллиона акров). [2] Затем вспышка пошла на спад из-за улучшения условий окружающей среды, но многие уязвимые деревья уже были уничтожены. [2] [3]
Горные сосновые жуки обитают на соснах пондероза , белокорая , скрученная широкохвойная , шотландская , джек , [4] лимбер , щетинистоконовая сосна Скалистых гор , [5] и щетинистоконовая сосна Большого бассейна [6] . Обычно эти насекомые играют важную роль в жизни леса, нападая на старые или ослабленные деревья и ускоряя развитие молодого леса. Однако необычно жаркое, сухое лето и мягкая зима в 2004–2007 годах по всей территории Соединенных Штатов и Канады, а также леса, заполненные зрелой скрученной широкохвойной сосной, привели к беспрецедентной эпидемии. [7]
Вспышка, возможно, стала крупнейшим лесным насекомым- вредителем, наблюдавшимся в Северной Америке со времен европейской колонизации. [8] Монокультурная пересадка и столетие борьбы с лесными пожарами способствовали масштабу и серьезности вспышки, а сама вспышка может, при схожих заражениях, оказать значительное влияние на способность северных лесов удалять парниковые газы (такие как CO2 ) из атмосферы. [9]
Из-за его влияния на лесное хозяйство были секвенированы транскриптом [10] и геном [11] жука. Это был второй геном жука, который был секвенирован.
Жуки развиваются через четыре стадии: яйцо , личинка , куколка и взрослая особь . За исключением нескольких дней летом, когда взрослые особи вылетают из деревьев-выводков и летят, чтобы атаковать новые деревья-хозяева, все стадии жизни проходят под корой. [12]
В низкорослых насаждениях и в теплые годы горным сосновым лубоедам требуется один год, чтобы завершить поколение. На больших высотах, где лето обычно прохладнее, жизненные циклы могут варьироваться от одного до двух лет
Самки жуков начинают атаки. Когда они вгрызаются во внутреннюю кору и флоэму, выделяются феромоны, привлекающие самцов и самок жуков к одному и тому же дереву. Атакующие жуки производят еще больше феромонов, что приводит к массовой атаке, которая преодолевает защиту дерева и приводит к атакам на соседние деревья.
Естественными хищниками горного соснового короеда являются некоторые птицы, особенно дятлы, и различные насекомые.
Горные сосновые жуки поражают сосны, откладывая яйца под корой. Жуки вносят в заболонь грибок синевы , который не позволяет дереву отпугивать и убивать атакующих жуков потоком смолы дерева. Гриб также блокирует транспорт воды и питательных веществ внутри дерева. На внешней стороне дерева это приводит к образованию масс смолы в форме попкорна, называемых «смоляными трубками», куда проникли жуки. [13] Совместное действие питания личинок и колонизации грибов убивает дерево-хозяина в течение нескольких недель после успешной атаки (гриб и питание личинок опоясывают дерево, перекрывая поток воды и питательных веществ). В последние годы засушливые условия еще больше ослабили деревья, сделав их более уязвимыми и неспособными защищаться от нападения. Когда дерево впервые подвергается нападению, оно остается зеленым. Обычно в течение года после нападения иголки становятся красными. Это означает, что дерево умирает или мертво, и жуки переместились на другое дерево. В течение трех-четырех лет после нападения остается очень мало листвы, поэтому деревья кажутся серыми. [7]
По мере увеличения популяции жуков или увеличения количества деревьев, подвергающихся стрессу из-за засухи или других причин, популяция может быстро увеличиваться и распространяться. Затем нападают на здоровые деревья, и огромные площади зрелых сосновых насаждений могут оказаться под угрозой или погибнуть. Теплое лето и мягкая зима играют роль как в выживании насекомых, так и в продолжении и усилении вспышки. Неблагоприятные погодные условия (например, зимние минимумы -40°) могут сократить популяцию жуков и замедлить распространение, но насекомые могут быстро восстановиться и возобновить свою атаку на в остальном здоровые леса.
Изменение климата и связанные с ним изменения погодных условий, происходящие во всем мире, оказывают прямое влияние на биологию, популяционную экологию и популяцию насекомых-вредителей, таких как горный сосновый короед. Это связано с тем, что температура является фактором, определяющим развитие насекомых и успешность популяции. [14] Горные сосновые короеды являются видом, произрастающим в западной части Северной Америки. [15] До климатических и температурных изменений горный сосновый короед в основном жил и нападал на сосны скрученные широкохвойные и желтую на более низких высотах, поскольку более высокие высоты Скалистых гор и Каскадных гор были слишком холодными для их выживания. [16] При нормальных сезонных морозных погодных условиях на более низких высотах лесные экосистемы, в которых обитают сосновые короеды, поддерживаются в равновесии такими факторами, как защитные механизмы деревьев, защитные механизмы жуков и отрицательные температуры. Это простая связь между хозяином (лесом), агентом (жуком) и окружающей средой (погодой и температурой). [15] Однако, поскольку изменение климата приводит к тому, что горные районы становятся теплее и суше, у сосновых лубоедов появляется больше возможностей заражать и разрушать лесные экосистемы, такие как сосновые леса с белой корой в Скалистых горах. [15]
Повышенные температуры также позволяют сосновому лубоеду увеличить свой жизненный цикл на 100%: для развития соснового лубоеда требуется всего один год вместо двух. Поскольку Скалистые горы не адаптировались к нашествию соснового лубоеда , у них нет защиты для борьбы с жуками. [15] Более теплые погодные условия , засуха и защитные механизмы жуков вместе приводят к высыханию сока в соснах , который является основным механизмом защиты деревьев от жука, поскольку он топит жуков и их яйца. [15] Это облегчает жуку заражение и выделение химических веществ в дерево, заманивая других жуков в попытке преодолеть ослабленную систему защиты сосны. В результате хозяин (лес) становится более уязвимым для возбудителя болезни (жука). [15]
Сосновые леса в Британской Колумбии были опустошены нашествием соснового лубоеда , которое беспрепятственно расширялось с 1998 года, по крайней мере, отчасти из-за отсутствия суровых зим с тех пор; несколько дней экстремально холодных дней убивают большинство горных сосновых лубоедов и сдерживали вспышки в прошлом естественным образом. Заражение, которое (к ноябрю 2008 года) уничтожило около половины скрученных широкохвойных сосен провинции (33 миллиона акров или 135 000 км 2 ) [17] [18] , на порядок больше, чем любая ранее зарегистрированная вспышка. [19] Одной из причин беспрецедентной смертности деревьев-хозяев может быть то, что горные сосновые лубоеды имеют более высокий репродуктивный успех на скрученных широкохвойных соснах, растущих в районах, где деревья не подвергались частым эпидемиям жуков, что включает большую часть нынешней области вспышки. [20] В 2007 году вспышка распространилась через необычно сильные ветры через континентальный водораздел в Альберту . Эпидемия также началась, хотя и с меньшей скоростью, в 1999 году в Колорадо , Вайоминге и Монтане . Лесная служба США прогнозирует, что между 2011 и 2013 годами будут потеряны практически все 5 миллионов акров (20 000 км 2 ) деревьев скрученной широкохвойной сосны Колорадо диаметром более пяти дюймов (127 мм). [18]
Белокорые леса Скалистых гор — не единственные леса, пострадавшие от горного соснового лубоеда. Из-за изменений температуры и ветрового режима сосновый лубоед теперь распространился через континентальный водораздел Скалистых гор и вторгся в хрупкие бореальные леса Альберты . [15]
Методы борьбы включают сбор урожая на переднем крае «зеленой атаки», а также другие методы, которые можно использовать для борьбы с заражениями в меньших масштабах, в том числе: [21]
На рубеже тысячелетий Лесная служба США провела испытания хитозана [22] [ 23], биопестицида , для предварительной подготовки сосен к защите от MPB. Результаты Лесной службы США показывают, что коллоидный хитозан вызвал 40%-ное увеличение сосновой смолы (P < 0,05) в южных соснах. Один миллилитр хитозана на 10 галлонов воды был нанесен на поверхность земли в пределах капельного кольца ладанной сосны . Применение повторялось три раза с мая по сентябрь 2008 года. Хитозан был ответственен за возникновение естественных защитных реакций в виде увеличения выделения смолы, способных уничтожить 37% яиц соснового лубоеда. [24] Доктор Джим Линден, микробиолог из Университета штата Колорадо, заявил, что хитозан увеличил выделение смолы, чтобы вытолкнуть горного соснового лубоеда из дерева, предотвратив проникновение MPB в сосну и распространение синей плесени. [25]
Поиск, удаление и уничтожение выводка в зараженных деревьях — лучший способ замедлить распространение горных сосновых короедов; однако это может не защитить определенные деревья. Опрыскивание деревьев для предотвращения нападения — самый эффективный способ защиты небольшого количества ценных деревьев от горных сосновых короедов. Карбарил, перметрин и бифентрин зарегистрированы в Соединенных Штатах для использования в профилактике нашествия сосновых короедов. EPA считает, что карбарил, вероятно, канцерогенен для человека. Он умеренно токсичен для диких птиц и частично высокотоксичен для водных организмов. Перметрин легко метаболизируется в печени млекопитающих, поэтому менее опасен для человека. Птицы также практически не подвержены влиянию перметрина. Отрицательные эффекты могут наблюдаться в водных экосистемах, а также он очень токсичен для полезных насекомых. Бифентрин умеренно опасен для млекопитающих, включая человека; он немного более токсичен для птиц и водных экосистем, чем перметрин, а также чрезвычайно токсичен для полезных насекомых. [26]
В 2015 году метод «опада и сжигания» использовался в Альберте , где есть надежда ограничить вспышку в западной Канаде, предотвратив ее распространение на север Саскачевана и далее в сторону восточной Канады, где сосна Джека может быть уязвима вплоть до Новой Шотландии . [27] По данным лесной службы Альберты, к 2022 году популяция жука в Альберте сократилась на 94 процента по сравнению с пиком в 2019 году. [28]
В то время как погода и засуха являются важными факторами, способствующими лесным пожарам в суббореальных лесах, факторы, влияющие на высоту и растительность снизу вверх, включая топливное наследие вспышек короедов, являются решающими факторами, влияющими на высокую интенсивность пожаров. [29] Вспышка горного соснового лубоеда в начале 2010-х годов, в десять раз более масштабная, чем предыдущие вспышки, [30] привела к появлению мертвых сосновых насаждений, представляющих потенциальную опасность пожара, что побудило правительство Британской Колумбии направить деятельность по управлению топливом в районах распространения жуков, как рекомендовано в Обзоре провинциальных пожаров 2003 года. [31] Огромные участки центральной Британской Колумбии (БК) и части Альберты сильно пострадали, при этом пострадало более 40 миллионов акров (160 000 км 2 ) лесов Британской Колумбии. [32]
Раньше холода убивали короедов , но с наступлением тепла они атаковали леса. [33] [34] Более длительный сезон размножения является еще одним фактором, способствующим размножению жуков. Сочетание более теплой погоды, атак жуков и неправильного управления в последние годы привело к существенному увеличению интенсивности лесных пожаров в Монтане. [34] [35] Согласно исследованию, проведенному для Агентства по охране окружающей среды США Гарвардской школой инженерии и прикладных наук, в некоторых частях Монтаны площадь выжженных лесных пожаров увеличится на 200%, а загрязнение воздуха из-за этих пожаров увеличится на 80%. [36] [37]
Исследователи из Канадской лесной службы изучили связь между углеродным циклом и лесными пожарами, вырубкой леса и гибелью деревьев. Они пришли к выводу, что к 2020 году вспышка соснового лубоеда выделит в атмосферу 270 мегатонн углекислого газа из канадских лесов. Пока еще не существует общепринятого исследования влияния углеродного цикла на будущий период времени для североамериканских лесов, но ученые полагают, что мы находимся в «переломном моменте» того, что наши западные леса станут источником выбросов углерода, который больше, чем «углеродный сток » . [30] Другие ученые говорят, что этот «переломный момент» изменится сам собой по мере того, как будет устанавливаться новая лесная жизнь. Этот новый рост будет удалять больше углекислого газа, чем взрослые деревья, которые они заменяют. Согласно исследованию Тихоокеанского института климатических решений, проведенному в 2016 году, повышение уровня углекислого газа может свести на нет воздействие соснового лубоеда в Британской Колумбии к 2020 году. [38] Эффект удобрения от повышения уровня CO2 вернул леса Британской Колумбии к поглотителям углерода по состоянию на 2016 год, по словам Вернера Курца из Канадской лесной службы. [39]
Гидрологи из Университета Колорадо исследовали влияние лесов, зараженных жуками, на водный цикл , в частности, накопление и таяние снега. Они пришли к выводу, что мертвые леса будут накапливать больше снежного покрова из-за более тонких пологов деревьев и снижения сублимации снега . Эти истонченные полога также вызывают более быстрое таяние снега , пропуская больше солнечного света к лесной подстилке и снижая альбедо снежного покрова из-за опавших иголок на поверхности снега. [40] Увеличенный снежный покров в сочетании с мертвыми деревьями, которые больше не испаряют воду , вероятно, приведет к большему количеству доступной воды.
В Кастере, Южная Дакота, каждую зиму сжигают гигантское чучело горного соснового лубоеда. [41]
{{cite news}}: Отсутствует или пусто |title=( помощь )
