Горный сосновый жук ( Dendroctonus ponderosae ) представляет собой вид короеда , обитающего в лесах западной части Северной Америки от Мексики до центральной части Британской Колумбии . У него твердый черный экзоскелет, его размер составляет примерно 5 миллиметров ( 1 ⁄ 4 дюйма), что соответствует размеру рисового зернышка.
В западной части Северной Америки вспышка жука и его микробных партнеров затронула обширные территории сосновых лесов, 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 пондерозы и сосновых деревьев. На пике вспышки в 2009 году было поражено более 16 000 км 2 (4,0 миллиона акров). [2] Затем вспышка пошла на убыль из-за улучшения экологических условий и того факта, что многие уязвимые деревья уже были уничтожены. [2] [3]
Горные сосновые жуки обитают на соснах пондероза , белокорка , лоджпол , шотландская , джек , [4] передок , щетинистая сосна Скалистых гор , [5] и щетинистая [6] Грейт -Бейсин. 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 2004–2007 годов на всей территории США и Канады, а также леса, заполненные зрелой сосной, привели к беспрецедентной эпидемии. [7]
Вспышка, возможно, стала крупнейшим заболеванием лесных насекомых , наблюдавшимся в Северной Америке со времен европейской колонизации. [8] Монокультурная пересадка и столетие борьбы с лесными пожарами способствовали размаху и серьезности вспышки, а сама вспышка может, вместе с аналогичными заражениями, оказать значительное влияние на способность северных лесов удалять парниковые газы (например, CO 2 ) из атмосферы. [9]
Из-за его влияния на лесное хозяйство были секвенированы транскриптом [10] и геном [11] жука. Это был второй секвенированный геном жука.
Жуки развиваются в четыре стадии: яйцо , личинка , куколка и взрослая особь . За исключением нескольких дней летом, когда взрослые особи выходят из выводковых деревьев и летят, чтобы атаковать новые деревья-хозяева, все этапы жизни проходят под корой. [12]
В невысоких насаждениях и в теплые годы жукам-соснякам горным требуется один год для формирования поколения. На больших высотах, где лето обычно прохладнее, жизненный цикл может варьироваться от одного до двух лет.
Самки жуков инициируют нападения. Когда они прогрызают внутреннюю кору и флоэму, высвобождаются феромоны, привлекающие к одному и тому же дереву самцов и самок жуков. Атакующие жуки производят больше феромонов, что приводит к массовой атаке, которая преодолевает защиту дерева и приводит к атакам соседних деревьев.
К естественным хищникам горного соснового жука относятся некоторые птицы, особенно дятлы, и различные насекомые.
Горные сосновые жуки поражают сосны, откладывая яйца под кору. Жуки вносят в заболонь гриб с синей окраской , который не позволяет дереву отталкивать и убивать атакующих жуков потоком древесной смолы. Гриб также блокирует транспорт воды и питательных веществ внутри дерева. На внешней стороне дерева это приводит к образованию масс смолы в форме попкорна, называемых «смольными трубками», куда и проникли жуки. [13] Совместное действие питания личинок и колонизации грибов убивает дерево-хозяин в течение нескольких недель после успешного нападения (гриб и питание личинками опоясывают дерево, перекрывая поток воды и питательных веществ). В последние годы засуха еще больше ослабила деревья, сделав их более уязвимыми и неспособными защититься от нападения. Когда дерево впервые подвергается нападению, оно остается зеленым. Обычно в течение года после нападения иглы становятся красными. Это означает, что дерево умирает или погибло, и жуки перебрались на другое дерево. В течение трех-четырех лет после нападения остается очень мало листвы, поэтому деревья кажутся серыми. [7]
По мере того, как популяция жуков увеличивается или все больше деревьев подвергаются стрессу из-за засухи или других причин, популяция может быстро увеличиваться и распространяться. Здоровые деревья подвергаются нападению, а 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 морозы -40°) могут сократить популяцию жуков и замедлить распространение, но насекомые могут быстро восстановиться и возобновить нападение на 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, таких как горный сосновый жук. Это связано с тем, что температура является фактором, определяющим развитие насекомых и успех популяции. [14] Горные сосновые жуки — вид, обитающий в западной части Северной Америки. [15] До климатических и температурных изменений горный сосновый жук преимущественно жил и нападал на сосновые деревья и сосны пондерозы на более низких высотах, поскольку более высокие Скалистые горы и Каскады были слишком холодными для их выживания. [16] В обычных сезонных морозных погодных условиях на нижних возвышенностях лесные экосистемы, в которых обитают сосновые жуки, поддерживаются в равновесии с помощью таких факторов, как защитные механизмы деревьев, механизмы защиты жуков и низкие температуры. Это простые отношения 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, сосновые жуки имеют больше возможностей заражать и разрушать лесные экосистемы, такие как белокорые сосновые леса Скалистых гор. [15]
Повышенные температуры также позволяют сосновому жуку увеличить свой жизненный цикл на 100%: для развития соснового жука требуется всего один год вместо двух. Поскольку Скалистые горы не приспособились к борьбе с заражением сосновыми жуками , им не хватает средств защиты для борьбы с жуками. [15] Более теплые погодные условия , засуха и механизмы защиты от жуков вместе высушивают сок сосен , что является основным механизмом защиты деревьев от жуков, поскольку он топит жуков и их яйца. [15] Это облегчает жуку заражение и выделение химикатов в дерево, заманивая других жуков в попытке преодолеть ослабленную защитную систему сосны. В результате хозяин (лес) становится более уязвимым для возбудителя болезни (жука). [15]
Сосновые леса в Британской Колумбии были опустошены нашествием сосновых жуков , которое беспрепятственно распространилось с 1998 года, по крайней мере частично, из-за отсутствия с тех пор суровых зим; Несколько дней сильного холода убивают большинство жуков горной сосны и позволяют естественным образом сдерживать вспышки в прошлом. Заражение, в результате которого (к ноябрю 2008 г.) погибло около половины сосен ложчатых в провинции (33 миллиона акров или 135 000 км 2 ) [17] [18], на порядок превышает любую ранее зарегистрированную вспышку. [19] Одна из причин беспрецедентной смертности деревьев-хозяев может быть связана с тем, что горные сосновые жуки имеют более высокий репродуктивный успех на соснах ложчатых, растущих в районах, где деревья не подвергались частым эпидемиям жуков, что включает большую часть территории нынешней вспышки. [20] В 2007 году вспышка распространилась благодаря необычно сильным ветрам над континентальным водоразделом до провинции Альберта . Эпидемия также началась, хотя и с меньшими темпами, в 1999 году в Колорадо , Вайоминге и Монтане . Лесная служба США прогнозирует, что в период с 2011 по 2013 год практически все 5 миллионов акров (20 000 км 2 ) плоских сосен Колорадо диаметром более пяти дюймов (127 мм) будут потеряны. [18]
Белоковые леса Скалистых гор — не единственные леса, пострадавшие от горного соснового жука. Из - за изменений температуры и характера ветра сосновый жук 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 заражением в меньших масштабах, в том числе: [21]
Лесная служба США протестировала хитозан , [22] [ 23] биопестицид , чтобы подготовить сосны к защите от MPB. Результаты Лесной службы США показывают, что коллоидный хитозан вызвал увеличение содержания сосновой смолы на 40% (P<0,05) в южных соснах. Один миллилитр хитозана на 10 галлонов воды наносился на участок земли внутри капельного кольца дольных сосен. Обработку повторяли трижды с мая по сентябрь 2008 года. Хитозан вызывал естественные защитные реакции в виде увеличения выделения смолы и был способен уничтожить 37% яиц соснового жука. [24] Доктор Джим Линден, микробиолог из Университета штата Колорадо, заявил, что хитозан увеличивает выделение смолы, выталкивая горного сосновый жука из дерева, предотвращая попадание MPB в сосну и распространение плесени с синими пятнами. [25]
Поиск, удаление и уничтожение расплода на зараженных деревьях — лучший способ замедлить распространение жуков горной сосны; однако он может не защитить определенные деревья. Опрыскивание деревьев для предотвращения нападения — наиболее эффективный способ защитить небольшое количество ценных деревьев от жуков-сосерей горных. Карбарил, перметрин и бифентрин зарегистрированы в США для использования в профилактике заражения сосновыми жуками. Агентство по охране окружающей среды считает, что карбарил, вероятно, канцерогенен для человека. Умеренно токсичен для диких птиц и частично высокотоксичен для водных организмов. Перметрин легко метаболизируется в печени млекопитающих, поэтому менее опасен для человека. На птиц перметрин также практически не действует. Негативные последствия можно наблюдать 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]
Метод «Падение и ожог» используется в Альберте, где есть надежда ограничить вспышку западной Канадой, предотвращая ее распространение на север Саскачевана и далее в восточную Канаду, где сосна обыкновенная может быть уязвима вплоть до Новой Шотландии. [27]
В то время как погода и засуха являются важными причинами лесных пожаров в суббореальных лесах, решающими факторами, влияющими на масштабные пожары, являются восходящие факторы, влияющие на высоту над уровнем моря и растительность, включая топливное наследие вспышек короедов. [ 28] Вспышка горных сосновых жуков в начале 2010-х годов превзошла предыдущие вспышки в десять раз . 2 ) пострадавших лесов Британской Колумбии. [30] создали мертвые сосновые насаждения, представляющие потенциальную опасность пожара, что побудило правительство Британской Колумбии принять меры по управлению топливом в районах обитания жуков, как рекомендовано в Провинциальном обзоре Firestorm 2003 года. [31]
Раньше короеды погибали от похолоданий , но с потеплением они напали на леса. [32] [33] Более продолжительный сезон размножения является еще одним фактором, способствующим распространению жуков. Сочетание более теплой погоды, нападения жуков и неэффективного управления в последние годы привело к значительному увеличению силы лесных пожаров в Монтане. [33] [34] Согласно исследованию, проведенному Гарвардской школой инженерных и прикладных наук по заказу Агентства по охране окружающей среды США , в некоторых частях Монтаны площадь, сожженная лесными пожарами, увеличится на 200%, а количество воздуха в воздухе увеличится на 80%. загрязнение от этих пожаров. [35] [36]
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 жука приведет к выбросу в атмосферу 270 мегатонн углекислого газа из канадских лесов. Еще предстоит провести общепризнанное исследование влияния углеродного цикла на будущий период времени для лесов Северной Америки, но ученые считают, что мы находимся на «переломном моменте», когда наши западные леса станут источником еще больших выбросов углерода. чем у « поглотителя углерода ». [29] Другие ученые говорят, что этот «переломный момент» изменится с появлением новой лесной жизни. Этот новый рост удалит больше углекислого газа, чем зрелые деревья, которые они заменяют. Согласно исследованию Тихоокеанского института климатических решений, проведенному в 2016 году, повышение уровня углекислого газа может свести на нет воздействие соснового жука в Британской Колумбии к 2020 году. [37] Эффект удобрения, вызванный повышенным уровнем CO 2 , вернул леса Британской Колумбии в поглотитель углерода. по состоянию на 2016 год, по данным Вернера Курца из Канадской лесной службы. [38]
Гидрологи из Университета Колорадо исследовали влияние лесов, зараженных жуками, на круговорот воды , в частности, на накопление и таяние снега. Они пришли к выводу, что мертвые леса будут накапливать больше снежного покрова в результате более тонких кроны деревьев и уменьшения сублимации снега . Эти утонченные пологи также вызывают более быстрое таяние снега , пропуская больше солнечного света к лесной подстилке и снижая альбедо снежного покрова из-за игольчатого опада на поверхности снега. [39] Увеличенный снежный покров в сочетании с мертвыми деревьями, которые больше не испаряются , вероятно, приведут к увеличению доступности воды.
В Кастере, Южная Дакота, каждую зиму поджигают гигантское чучело горного соснового жука. [40]
