Лесопатологическая ситуация в лесах Южного Прибайкалья
Лесопатологическая ситуация в лесах Южного Прибайкалья
Аннотация
В Южном Прибайкалье более 20 лет (в период с 2006 по 2025 годы) проводилось комплексное изучение проблемы усыхания темнохвойных лесов на северном макросклоне хребта Хамар-Дабан, причиной этого стало заболевание «бактериальная водянка», вызванное комплексом бактерий (Pectobacterium carotovorum, Pseudomonas sp., Xanthomonas sp., Erwinia nimipressuralis). Запуском развития заболевания послужило маловодье, которое наблюдалось в этот период на этой территории. Для оценки масштабов повреждения темнохвойников был использован ландшафтный подход и было сделано ранжирование лесов по трем степеням пораженности древостоя: сильная (наибольшая), средняя, единичная (слабая), проведена оценка площадей распространения заболевания. Основные участки нарушенных лесов сосредоточены в восточной и западной части хребта Хамар-Дабан в средней и верхней полосе горно-таежного пояса. Установлено, что наиболее повреждены кедрачи, пихта — меньше, но в ряде мест нарушение кедрового и пихтового древостоя сопоставимо, усыхания елового древостоя не обнаружено. Резкое снижение радиального прироста в кедровых лесах приходится на период 2006–2009 гг. Кроме этого, отмечается уменьшение содержания питательных веществ в пыльцевых зернах кедра и снижение активности их прорастания, наблюдаются избыточное засмоление и недоразвитость шишек кедра, что является одним из диагностических признаков бактериальной водянки. Данные нарушение генеративной сферы негативно сказываются на вызревании семян и значительно сокращают процесс его естественного возобновления. В 2018 году был обнаружен опаснейший инвайдер, повреждающий пихту — уссурийский полиграф, деятельность которого усугубила данный процесс. Ранее нами по дендрохронологическим данным было показано, что внедрение уссурийского полиграфа в пихтачи региона Прибайкалья произошло в 2004 г. Заселению вредителем здоровых деревьев способствовало два обстоятельства: 1) затяжной маловодный период на Байкале и 2) предварительное ослабление деревьев бактериальной водянкой. Начиная с 2020 г. были обнаружены новые очаги размножения уссурийского полиграфа в пихтовых лесах Хамар-Дабана.
1. Введение
Неблагополучие темнохвойных лесов Южного Прибайкалья в виде его пожелтения и усыхания изучается уже более 40 лет. В начале эти изменения связывали с деятельностью Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, а именно исключительно с химическим повреждением от атмосферных выбросов Байкальского ЦБК
, , . По мере изучения ситуации данный процесс стал выглядеть не таким однозначным. В частности, выяснилось, что в большинстве случаев непосредственная причина пожелтения крон деревьев региона вызвана не химическим отравлением, а массовыми грибными эпифитотиями и размножением насекомых-дендрофагов . В последние годы картина еще более усложнилась в связи с обнаружением в регионе больших очагов бактериозов хвойных . На протяжение которых наблюдается устойчивое ухудшение санитарного состояния темнохвойных лесов этого региона. Масштабы данного явления значительны, счет идёт уже на десятки тысяч гектаров. Безусловно, в этой ситуации возрастает роль лесопатологического мониторинга, позволяющего дать оценку влияния на санитарное состояние лесов того или иного повреждающего фактора.Бактериальные заболевания хвойных пород Сибири были наиболее полно изучены Т.М. Рыбалко и А.Б. Гукасяном
, которые считают, что бактериоз является самым вредоносным заболеванием для хвойных пород 100% снижает качество древесины, приводит к образованию некрозов, раковых разрастаний и трещин, которые способствуют проникновению и дальнейшему заражению деревьев грибными болезнями, после чего ослабленные деревья заселяются стволовыми вредителями.Бактериальная водянка — системный, сосудисто-паренхиматозный бактериоз, поражающий все органы, ткани и части растения. Возбудителем бактериальной водянки является неспороносная, грамотрицательная энтеробактерия, имеющая несколько характерных видо- и родоспецифичных биохимических свойств по которым данный вид резко отличается от других близких видов
. Ее биохимическая специфичность опосредованно проявляется в характерной симптоматике и вредоносности, бактерия активно сбраживает большинство углеводных сред с образованием кислоты и газа за счет выработки большого количества протеолитических, пектолитических и целлюлолитических ферментов, которые обусловливают важнейшие и основные факторы патогенности — высокую агрессивность и полифагию.Кроме того бактериальные болезни лесов, получившие широкое распространение в последние десятилетия с большой долей вероятности вызваны климатическими изменениями. На это прямо указывают наши экспериментальные данные, полученные ранее
. Поэтому следует ожидать расширения регионального распространения данного грозного явления, которое ранее не изучалось в достаточной степени. Соответственно, детально не был изучен ни состав возбудителей патологического процесса, ни начальные условия его возникновения и, наконец, не определены радикальные способы борьбы с этими заболеваниями.2. Результаты и обсуждение
Были проведены комплексные исследования эпидемической вспышки бактериальной водянки в Прибайкалье и осуществлен ряд экспериментов по более точной идентификации доминирующей бактерии, вызывающей бактериальную водянку, и ее патогенности. При этом выявлен комплекс нескольких видов бактерий (Pectobacterium carotovorum, Pseudomonas sp., Xanthomonas sp., Erwinia nimipressuralis)
. Возбудители бактериальной водянки могут стать иногда непосредственно первопричиной усыхания деревьев, причем чаще всего такое происходит в благоприятных условиях произрастания, порою без участия вредных насекомых и патогенных грибов. Для выяснения триггера процесса ослабления темнохвойных лесов был проведен анализ динамики радиального прироста кедра и пихты. Установлено, что при поражении бактериальной водянкой общим моментом для пихты и кедра является короткий отрезок пролетального снижения радиального прироста, приходящийся на период долговременного снижения количества летнего атмосферного увлажнения в регионе. Таким образом, темнохвойные древостои повреждаются бактериальной водянкой и могут быстро погибнуть при возникновении продолжительной засухи.Установлено, что в настоящее время в очагах, где в прежние годы шло активное развитие бактериальных болезней, свежий сухостой и выпавшие деревья составляют 65–70%, а здоровые деревья практически отсутствуют. В среднем, погибшие деревья могут составлять 30% древостоя и более, деревья с повреждением кроны 5–10% составляют 7–10%, с повреждением кроны 11–40% до 25%, и до 40% древостоя составляют деревья с повреждением кроны более чем на 40%. Это характерно как для кедра, но и, в равной степени, для пихты. Погибшие деревья затем активно заселяются стволовыми вредителями, микромицетами и трутовыми грибами. Таким образом, можно уверенно говорить о распаде кедрово-пихтовых древостоев в средней части горно-таежного пояса Хамар-Дабана на всем его протяжении.
В этих темнохвойных лесах наиболее тяжелая фитопатологическая обстановка складывается в кедрово-пихтовых чернично-травяных насаждениях, имеющих хорошую теплообеспеченность и увлажнение: на пихте здесь в массе проявляется увядание побегов (Delрhiniella balsameae) и раковые заболевания ветвей (Lachnellula pini, L.calyciformis); хвоя кедра поражается обыкновенным шютте (Lophodermium pinastri), ветви — раковым заболеванием (L.pini). Последний возбудитель имеет высокую вредоносность и в кедровых чернично-зеленомошных лесах, а также в подгольцовых кедровостланиковых зарослях. В темнохвойных кустарничково-моховых лесах отмечается массовое поражение пихты бурым шютте (Herpotrichia juniperi). В древостоях, ослабленных бактериальной водянкой, эти грибные заболевания получают широкое распространение.
Всего нами было выделено три области поражения лесов:
1) леса с наибольшим поражением древостоя;
2) леса со средними показателями пораженности;
3) леса с единичными поражениями древостоя .
В первую категорию нами отнесены леса, где доля поврежденных составляет 60% и более. Характерным является тот факт, что наибольшее повреждение испытывают кедровые древостои, ранее входившие в группу орехопромысловых. Деревья здесь имеют обширные участки механических повреждений стволов от ударов колотом (шрамы). Именно через эти шрамы и происходит проникновение бактериальных агентов внутрь ствола деревьев, о чем свидетельствуют некрозные зоны древесины в месте их дислокации.
Вторая категория представлена лесами с повреждением кедра от 20% до 60%. В лесах третьей категории повреждение кедра носит единичный характер или не наблюдается совсем. Кроме кедра бактериальная водянка повреждает пихту, но в меньшей степени. Повреждения ели бактериальной водянкой нами не отмечено.
Предварительная оценка площадей поврежденных темнохвойных лесов Хамар-Дабана следующая:
1) леса с наибольшим поражением кедрового древостоя — 1950 км2;
2) леса со средними показателями пораженности — 310 км2;
3) леса с единичными поражениями древостоя — 1370 км2.
Анализ данных космосъемки и проведенных натурных исследований показал, что основная часть поврежденного древостоя находится в западном и восточном районах хребта, тогда как в центральной части Хамар-Дабана древостои повреждены в гораздо меньшей степени. Оценка пространственного распределения поврежденного древостоя показала, что основная часть поврежденных древостоев приходится на геосистемы горных склонов произрастающих на абсолютных отметках от 600 м над ур. м. по градиенту. Кедры в нижней части горно-таежного пояса практически не повреждены или встречаются лишь единичные усыхающие деревья.
Такое распределение лесов по усыханию кедрового древостоя коррелирует с распределением осадков по району исследования, поскольку наименьшее повреждение кедровых лесов происходит как раз в наиболее влажной центральной области, нижней части горно-таежного пояса, как наиболее подверженного увлажняюще-охлаждающему влиянию оз. Байкал, а также в долинных лесах. Бактериальные болезни лесов, получившие широкое распространение в последние десятилетия с большой долей вероятности вызваны климатическими изменениями. На это прямо указывают наши экспериментальные данные
. И нам следует ожидать расширения географии и масштабов данного грозного явления, которое ранее не изучалось в достаточной степени. Соответственно, не изучены детально ни состав возбудителей патологического процесса, ни начальные условия его возникновения и, наконец, не определены радикальные способы борьбы с этими заболеваниями.Анализ изменчивости радиального прироста кедра и пихты на ключевом участке в восточной части Хамар-Дабана, в наиболее поврежденных древостоях (Бабушкинское лесничество) позволил установить начальный период развития болезни и выяснить динамику ослабления темнохвойных лесов. Установлено, что при поражении бактериальной водянкой общим для пихты и кедра является короткий отрезок пролетального снижения радиального прироста. В нашем случае у пихты он обозначился в 2003 г. С этого года в Прибайкалье начался период долговременного снижения количества летнего атмосферного увлажнения. Негативные тенденции радиального прироста кедра проявились чуть позже, с 2006 г., когда количество осадков стало существенно ниже средней нормы. Анализируемые деревья кедра погибли в 2009 г., после трехлетнего дефицита атмосферного увлажнения. Аналогичные результаты были получены при исследовании реакции темнохвойных древостоев на изменения климата в этом же районе хребта Хамар-Дабан при дистанционном изучении динамики состояния лесов, сопряженном с анализом динамики индекса сухости — Standardized Precipitation Evapotranspiration Index (SPEI).
. По данным авторов, спад радиального прироста кедра фиксируется с середины 1980-х, далее после засухи 2003 года, сильно повлиявшей на прирост, происходит разделение деревьев на две когорты — «выжившие» и «усыхающие» деревья. Тренды падения прироста и индекса сухости проявляются в один период и обладают синхронностью. Индекс прироста кедра когорты «усыхающих» деревьев и индекс сухости SPEI за вегетационный период связаны значимой корреляционной зависимостью (r=0.89). Таким образом, древостои, поврежденные бактериальной водянкой, могут быстро погибнуть при наступлении неблагоприятной погодной ситуации, в нашем случае, при возникновении продолжительной засухи.Повреждения лесов на Байкальской природной территории приняли широкомасштабный характер, а методы борьбы с новой болезнью деревьев неизвестны. Специалистам ФГБУ Рослесозащита было предложено проводить превентивную вырубку лесов с целью подавления эпидемии. Нами же было высказано предположение, что эпидемия миновала эруптивную фазу и должна пойти на спад, поскольку в Южном Прибайкалье наступил период повышенного атмосферного увлажнения, а поэтому превентивная вырубка пока не является необходимой. Исследования, начиная с 2019–2020 гг. по настоящее время, не выявили бактериальные агенты, вызывающие бактериальную водянку деревьев старших возрастов, что подтвердило наше предположение вывод о переходе болезни в латентную стадию. Но в то же время было обнаружено резкое ухудшение состояния кедрового подроста в поврежденных древостоях, количество которого и так невелико в силу повреждения генеративной сферы кедра бактериальной инфекцией (около 3000 экз/га). При изучении генеративной сферы поврежденных кедров установлено, что бактериальная водянка привела к деградации шишек и снижению их генеративного качества. Поврежденные шишки отличаются обильным выделением смолы, которое происходит при полном отсутствии повреждений, какими бы то ни было насекомыми, и является точным диагностическим признаком бактериальной зараженности. В 2019–20 гг. было установлено, что до 50% подроста возраста 8-13 лет повреждено бактериальной водянкой. Повреждение выражается в ленточном некрозе луба по направлению от корня к кроне, что позволяет предполагать почвенную передачу инфекции. Таким образом, перспективы возобновление кедрачей исходной породой крайне противоречивы. Похоже на то, что после распада поврежденных кедрачей на их месте образуются вторичные древостои из лиственных пород (осина, береза) с участием пихты. Таким образом, значительное ухудшение семенного материала поврежденных бактериальной водянкой деревьев кедра, снижение качества пыльцы негативно отражаются на лесовозобновительном процессе темнохвойных лесов Хамар-Дабана, который может быть очень существенно нарушен в результате интенсивного крупномасштабного лесного пожара при наличии значительного количества сухого горючего материала погибших лесов.
Не менее важным результатом негативного развития лесопатологической ситуации является обнаружение нами в 2018 г. опаснейшего инвайдера вредителя пихты — уссурийского полиграфа. По дендрохронологическим данным внедрение его в пихтовую тайгу Южного Прибайкалья произошло не позднее 2004 г. Заселению вредителем здоровых деревьев способствовало два обстоятельства:
1) затяжной маловодный период на Байкале;
2) предварительное ослабление деревьев бактериальной водянкой.
В настоящее время он начал экспансию в пихтовые леса Хамар-Дабана и на всем протяжении хребта были обнаружены новые очаги размножения инвайдера в пихтовых древостоях.
3. Заключение
В Южном Прибайкалье в кедрово-пихтовых лесах наблюдается значительное повреждение древостоев от бактериальных болезней, с тенденцией к переходу в хронический характер течения болезней, прерываемых латентными фазами в результате циклического улучшения атмосферного увлажнения. Это явление служит первичным стресс-фактором и существенно ослабляет иммунитет темнохвойных лесов. Вторичными факторами ослабления этих древостоев выступает поражение от патологических грибов-микромицетов, а затем и насекомых-вредителей, среди которых особенно опасны инвазии уссурийского полиграфа (Polygraphus proximus). Особую тревогу вызывает бактериальное поражение подроста кедра, что может привести к перерыву лесовозобновительного процесса кедрово-пихтовых лесов и образованию на их месте длительнопроизводных мелколиственных лесов. В настоящее время атмосферное увлажнение в Южном Прибайкалье входит в фазу спада интенсивности и ближайшие десятилетия может произойти очередное существенное снижение уровня атмосферных осадков, которое в совокупности с первичными и вторичными стресс-факторами вновь запустят процесс массового усыхания темнохвойных лесов в этом регионе. Перечисленные выше факторы ставят под угрозу само существование темнохвойных лесов Южного Прибайкалья как целостной экосистемы. Положение усугубляется тем, что эта территория относится к центральной экологической зоне Байкальской природной территории с особо жёстким природохранным режимом. Химические методы борьбы с вредителями здесь категорически запрещены, а биологические методы борьбы с уссурийским полиграфом пока практически не разработаны. Против же эпидемии бактериальной водянки вообще не существует каких-либо методов борьбы, кроме санитарных рубок, которые опять же затруднены в данном регионе и, в немалой степени, из-за горного рельефа и отсутствия развитой дорожной сети, не говоря уже о природоохранных ограничениях. Таким образом, проблему дальнейшего сохранения темнохвойной тайги Южного Прибайкалья предстоит еще решать и разрабатывать методы действенных способов борьбы с болезнями и вредителями кедра и пихты.