Влияние уссурийского полиграфа на онтогенетическую структуру пихтовых лесов Западной Сибири

УДК

630*(453+22)

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2018.5.116

Аннотация

Проблема инвазий насекомых в лесные экосистемы является широко распространен-ной в мире. В предлагаемой статье рассматривается воздействие инвайдера – уссурийского полиграфа Polygraphus proximus Blandf. – на онтогенетическую структуру лесов с доминированием пихты сибирской Abies sibirica Ledeb. Исследования проведены в западносибирском очаге инвазии в 2016–2017 гг. Установлено, что наименее подвержены воздействию уссурийского полиграфа насаждения с левосторонней онтогенетической структурой. Пихтачи с правосторонней структурой менее устойчивы и за редким исключением достаточно быстро деградируют. Насаждения со смешанным типом онтогенетической структуры занимают промежуточное положение. Отмечена высокая резистентность пихтовых лесов с постгенеративным типом и в целом сообществ с долевым участием деревьев постгенеративного отногенетического состояния выше 30...40 %. Показано, что существует единый механизм инвазии уссурийского полиграфа для насаждений всех типов онтогенетической структуры, который заключается в первоочередной атаке короедов на поздние виргинильные и молодые генеративные пихты. С течением времени эти деревья могут полностью выпадать из состава сообществ, а средневозрастные и старые генеративные деревья – повреждаться в значительной степени. Во время массового размножения полиграфа наблюдается значительная гибель также ранних виргинильных пихт (до 50 %), что приводит к эффекту искусственного омоложения подроста и снижению его морфологических параметров.

Сведения об авторах

Н.М. Дебков, канд. с.-х. наук, науч. сотр.
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, просп. Академический, д. 10/3, г. Томск, Россия, 634055; e-mail: nikitadebkov@yandex.ru

Ключевые слова

пихта сибирская Abies sibirica Ledeb., уссурийский полиграф Polygraphus proximus Blandf., онтогенетическая структура, инвазия, Западная Сибирь

Источник финансирования

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 16-44-700782 р-а).

Для цитирования

Дебков Н.М. Влияние уссурийского полиграфа на онтогенетическую структуру пихтовых лесов Западной Сибири // Лесн. журн. 2018. № 5. С. 116–125 . (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.116

Литература

1. Баранчиков Ю.Н., Петько В.М., Астапенко С.А., Акулов Е.Н., Кривец С.А. Уссурийский полиграф – новый агрессивный вредитель пихты в Сибири // Вестн. МГУЛ–Лесн. вестн. 2011. № 4. С. 78–81.
2. Глотов Н.В. Об оценке параметров возрастной структуры популяций растений // Жизнь популяций в гетерогенной среде. Йошкар-Ола: Периодика Марий Эл, 1998. Ч. 1. С. 146–149.
3. Дебков Н.М. Природный потенциал возобновления в пихтовых лесах, повре-жденных в ходе инвазии уссурийского полиграфа // Лесотехн. журн. 2017. Т. 7, № 1(25). С. 58–68.
4. Животовский Л.А. Онтогенетические состояния, эффективная плотность и классификация популяций растений // Экология. 2001. № 1. С. 3–7.
5. Кривец С.А., Бисирова Э.М., Керчев И.А., Пац Е.Н., Чернова Н.А. Трансформация таежных экосистем в очаге инвазии полиграфа уссурийского Polygraphus proximus Blandford (Сoleoptera: Curculionidae, Scolytinae) в Западной Сибири // Росс. журн. биол. инвазий. 2015. № 1. С. 41–63.
6. Лямцев Н.И., Исаев А.С. Модификация типов вспышек массового размножения непарного шелкопряда в зависимости от эколого-климатической ситуации // Лесоведение. 2005. № 5. С. 3–9.
7. Махатков И.Д. Пространственная структура ценопопуляций пихты сибирской в черневых пихтовых лесах Салаира: дис. … канд. биол. наук. Новосибирск, 1998. 125 с.
8. Методические подходы к экологической оценке лесного покрова в бассейне малой реки / отв. ред.: Л.Б. Заугольнова, Т.Ю. Браславская. М.: Т-во науч. изд. КМК. 2010. 383 с.
9. Пальникова Е.Н., Метелева М.К., Суховольский В.Г. Влияние модифицирующих факторов на динамику численности лесных насекомых и развитие вспышек массового размножения // Лесоведение. 2006. № 5. С. 29–35.
10. Уранов А.А. Возрастной спектр фитоценопопуляции как функция времени и энергетических волновых процессов // Науч. докл. высш. шк. Биол. науки. 1975. № 2. С. 7–34.
11. Bacon S.J., Bacher S., Aebi A. Gaps in Border Controls are Related to Quarantine Alien Insect Invasions in Europe // PLOS ONE. 2012. Vol. 7, iss. 10. Pp. 1–9. Режим до-ступа: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0047689 (дата об-ращения: 24.10.2012).
12. Bidart-Bouzat M.G., Imeh-Nathaniel A. Global Change Effects on Plant Chemical Defenses Against Insect Herbivores // Journal of Integrative Plant Biology. 2008. Vol. 50, no. 11. Pp. 1339–1354. Режим доступа: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ j.1744-7909.2008.00751.x (дата обращения: 23.10.2008).
13. Binimelis R., Born W., Monterroso I., Rodriguez-Labajos B. Socio-Economic Impact and Assessment of Biological Invasions // Ecological Studies. 2007. Vol. 193. Pp. 331–347.
14. Boege K., Marquis R.J. Plant Quality and Predation Risk Mediated by Plant On-togeny: Consequences for Herbivores and Plants // Oikos. 2006. Vol. 115, no. 3. Pp. 559–572. Режим доступа: http://www.oikosjournal.org/sites/oikosjournal.org/files/appendix/ o15076.pdf (дата обращения: 16.11.2006).
15. Hoque S., Avila-Sakar G. Trade-offs and Ontogenetic Changes in Resistance and Tolerance to Insect Herbivory in Arabidopsis // International Journal of Plant Sciences. 2015. Vol. 176, no. 2. Pp. 150–158.
16. Hulme P.E., Pysek P., Nentwig W., Vila M. Will Threat of Biological Invasions Unite the European Union? // Science. 2009. Vol. 324. Pp. 40–41.
17. Marquis R.J., Salazar D., Baer C., Reinhardt J., Priest G., Barnett K. Ode to Ehr-lich and Raven or how Herbivorous Insects Might Drive Plant Speciation // Ecology. 2016. Vol. 97, no. 11. Pp. 2939–2951. Режим доступа: https://esajournals.onlinelibrary. wiley.com/doi/epdf/10.1002/ecy.1534 (дата обращения: 03.11.2016).
18. Poland T.M., McCullough D.G. Emerald Ash Borer: Invasion of the Urban Forest and the Threat to North America’s Ash Resource // Journal of Forestry. 2006. Vol. 104, no. 3. Pp. 118–124. Режим доступа: https://www.nrs.fs.fed.us/pubs/jrnl/2006/nc_2006_Poland_ 003.pdf (дата обращения: 11.08.2006).
19. Rozendaal D.M.A., Kobe R.K. A Forest Tent Caterpillar Outbreak Increased Re-source Levels and Seedling Growth in a Northern Hardwood Forest // PLOS ONE. 2016. Vol. 11, no. 11. Режим доступаt: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal. pone.0167139 (дата обращения: 21.11.2016).
20. Santos J.C., Fernandes G.W. Mediation of Herbivore Attack and Induced Re-sistance by Plant Vigor and Ontogeny // Acta Oecologica. 2010. Vol. 36, no. 6. Pp. 617–625.

Поступила 13.10.17

Ссылка на английскую версию:

Four-Eyed Fir Bark Beetle Influence on the Ontogenetic Structure of Fir Forests in Western Siberia

UDC 630*(453+22)
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.116

Four-Eyed Fir Bark Beetle Influence on the Ontogenetic Structure of Fir Forests in Western Siberia

N.M. Debkov, Candidate of Agricultural Sciences, Research Scientist
Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, pr. Akademicheskiy, 10/3, Tomsk, 634055, Russian Federation;
e-mail: nikitadebkov@yandex.ru

The problem of insect invasion in forest ecosystems is world-wide. The article considers the influence of four-eyed fir bark beetle (Polygraphus proximus Blandf.) on the ontogenetic structure of Siberian fir (Abies sibirica Ledeb.) forests. The studies were held in West Siberian invasion source in 2016–2017. It had been founded that plantations with a left-sided ontoge-netic structure are least vulnerable to the influence of four-eyed fir bark beetle. Fir forests with a right-sided ontogenetic structure are more vulnerable and degrade rapidly almost without any exception. Plantations with a mixed ontogenetic structure are in-between. It was registered that fir forests with post-generative type of trees and forest communities, which consist of more than 30–40 % of trees in post-generative ontogenetic condition, have high resistance. It is shown that there is a single mode of action of four-eyed fir bark beetle invasion of plantations of all ontogenetic structure types, which primarily aims to attack the late virginal and young generative firs. Over the time, these trees will fall out of forest communities and middle-aged and old generative trees will have an extensive damage. Significant mortality of early virginal firs (up to 50 %) is observed during mass reproduction that leads to the effect of artificial reju-venation of undergrowth and reduction of its morphological features.

Keywords: Siberian fir Abies sibirica Ledeb., four-eyed fir bark beetle Polygraphus proxi-mus Blandf., ontogenetic structure, invasion, Western Siberia.

REFERENCES

1. Baranchikov Yu.N., Pet'ko V.M., Astapenko S.A., Akulov E.N., Krivets S.A. Us-suriyskiy poligraf – novyy agressivnyy vreditel' pikhty v Sibiri [Polygraphus proximus – a New Aggressive Invasive Pest of Firs in Siberia]. Lesnoy vestnik [Forestry Bulletin], 2011, no. 4(80), pp. 78–81.
2. Glotov N.V. Ob otsenke parametrov vozrastnoy struktury populyatsiy rasteniy [On the Estimation of the Age Structure Parameters of Plant Populations]. Zhizn’ populyatsiy v geterogennoy srede [Life of Populations in a Heterogeneous Environment], Yoshkar-Ola, Periodika Mariy El Publ., 1998, vol. 1, pp. 146–149. (In Russ.)
3. Debkov N.M. Prirodnyy potentsial vozobnovleniya v pikhtovykh lesakh, pov-rezhdennykh v khode invazii ussuriyskogo poligrafa [Natural Potential of Fir Forest Regen-eration Caused by Four-eyed Fir Bark Beetle Invasion]. Lesotehnicheskij zhurnal [Forest Engineering Journal], 2017, vol. 7, no. 1(25), pp. 58–68.
4. Zhivotovskiy L.A. Ontogeneticheskiye sostoyaniya, effektivnaya plotnost’ i klassi-fikatsiya populyatsiy rasteniy [Ontogenetic States, Effective Density and Classification of Plant Populations]. Ekologiya [Russian Journal of Ecology], 2001, no. 1, pp. 3–7.
5. Krivets S.A., Bisirova E.M., Kerchev I.A., Pats E.N., Chernova N.A. Transformatsi-ya tayezhnykh ekosistem v ochage invazii poligrafa ussuriyskogo Polygraphus proximus Blandford (Soleoptera: Curculionidae, Scolytinae) v Zapadnoy Sibiri [Taiga Ecosystem Trans-formation in Invasion Source of Four-Eyed Fir Bark Beetle Polygraphus proximus Blandford (Coleoptera: Curculionidae, Scolytinae) in Western Siberia]. Rossijskij zhurnal biologicheskih invazij [Russian Journal of Biological Invasions], 2015, vol. 6, no. 1, pp. 41–63.
6. Lyamtsev N.I., Isayev A.S. Modifikatsiya tipov vspyshek massovogo razm-nozheniya neparnogo shelkopryada v zavisimosti ot ekologo-klimaticheskoy situatsii [Modi-fication of the Gypsy Moth Outbreaks Related to Environmental and Climatic Situation]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2005, no. 5, pp. 3–9.
7. Makhatkov I.D. Prostranstvennaya struktura tsenopopulyatsiy pikhty sibirskoy v chernevykh pikhtovykh lesakh Salaira: dis. … kand. biol. nauk [Spatial Structure of Siberian Fir Coenopopulations in the Dark Fir Forests of Salair: Kand. Biol…Sci. Diss.]. Novosi-birsk, 1998. 125 p.
8. Metodicheskiye podkhody k ekologicheskoy otsenke lesnogo pokrova v basseyne maloy reki [Methodological Approaches to Environmental Assessment of the Forest Canopy Cover in a Small River Basin]. Ed. by L.B. Zaugol’nova, T.Yu. Braslavskaya, Moscow, Tovarishchestvo nauchnykh izdaniy KMK Publ., 2010. 383 p. (In Russ.)
9. Pal’nikova E.N., Meteleva M.K., Sukhovol’skiy V.G. Vliyaniye modifitsiruyush-chikh faktorov na dinamiku chislennosti lesnykh nasekomykh i razvitiye vspyshek masso-vogo razmnozheniya [Influence of Modifying Factors on the Forest Insect Population Dy-namics and Development of Their Outbreaks]. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Sci-ence], 2006, no. 5, pp. 29–35.
10. Uranov A.A. Vozrastnoy spektr fitotsenopopulyatsiy kak funktsiya vremeni i en-ergeticheskikh volnovykh protsessov [Age Spectrum of Coenopopulations as a Function of Time and Energy Wave Processes]. Biologicheskiye nauki [Biological Sciences], 1975, no. 2, pp. 7–34.
11. Bacon S.J., Bacher S., Aebi A. Gaps in Border Controls are Related to Quaran-tine Alien Insect Invasions in Europe. PLOS ONE, 2012, vol. 7, iss. 10, pp. 1–9. Available at: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0047689 (accessed 24.10.2012).
12. Bidart-Bouzat M.G., Imeh-Nathaniel A. Global Change Effects on Plant Chemi-cal Defenses Against Insect Herbivores. Journal of Integrative Plant Biology, 2008, vol. 50, no. 11, pp. 1339–1354. Available at: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ j.1744-7909.2008.00751.x (accessed 23.10.2008).
13. Binimelis R., Born W., Monterroso I., Rodriguez-Labajos B. Socio-Economic Impact and Assessment of Biological Invasions. Ecological Studies, 2007, vol. 193, pp. 331–347.
14. Boege K., Marquis R.J. Plant Quality and Predation Risk Mediated by Plant On-togeny: Consequences for Herbivores and Plants. Oikos, 2006, vol. 115, no. 3, pp. 559–572. Available at: http://www.oikosjournal.org/sites/oikosjournal.org/files/appendix/o15076.pdf (accessed 16.11.2006).
15. Hoque S., Avila-Sakar G. Trade-offs and Ontogenetic Changes in Resistance and Tolerance to Insect Herbivory in Arabidopsis. International Journal of Plant Sciences, 2015, vol. 176, no. 2, pp. 150–158.
16. Hulme P.E., Pysek P., Nentwig W., Vila M. Will Threat of Biological Invasions Unite the European Union? Science, 2009, vol. 324, pp. 40–41.
17. Marquis R.J., Salazar D., Baer C., Reinhardt J., Priest G., Barnett K. Ode to Ehr-lich and Raven or how Herbivorous Insects Might Drive Plant Speciation. Ecology, 2016, vol. 97, no. 11, pp. 2939–2951. Available at: https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/ epdf/10.1002/ecy.1534 (accessed 03.11.2016).
18. Poland T.M., McCullough D.G. Emerald Ash Borer: Invasion of the Urban For-est and the Threat to North America’s Ash Resource. Journal of Forestry, 2006, vol. 104, no. 3, pp. 118–124. Available at: https://www.nrs.fs.fed.us/pubs/jrnl/2006/nc_2006_Poland_ 003.pdf (accessed 11.08.2006). 003.pdf (accessed 11.08.2006).
19. Rozendaal D.M.A., Kobe R.K. A Forest Tent Caterpillar Outbreak Increased Re-source Levels and Seedling Growth in a Northern Hardwood Forest. PLOS ONE, 2016, vol. 11, no. 11. Available at: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal. pone.0167139 (accessed 21.11.2016).
20. Santos J.C., Fernandes G.W. Mediation of Herbivore Attack and Induced Re-sistance by Plant Vigor and Ontogeny. Acta Oecologica, 2010, vol. 36, no. 6, pp. 617–625.

Received on October 13, 2017

---

For citation: Debkov N.M. Four-Eyed Fir Bark Beetle Influence on the Ontogenetic Struc-ture of Fir Forests in Western Siberia. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2018, no. 5, pp. 116–125. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2018.5.116