Нарушение лесов инвазивными насекомыми и болезнями в США - Forest disturbance by invasive insects and diseases in the United States

Лес с преобладанием ясеня в упадке из-за повреждения изумрудным ясеневым мотыльком

Виды, которые не являются аборигенными для лесной экосистемы, могут действовать как фактор нарушения, изменяя динамику леса по мере их вторжения и распространения. Инвазивные насекомые и патогены (болезни) заносятся в Соединенные Штаты через международную торговлю и распространяются естественным путем и через людей. Инвазивные насекомые и патогены представляют серьезную угрозу для многих лесов в Соединенных Штатах и ​​уничтожили популяции нескольких видов деревьев, включая американский каштан , американский вяз , болиголов восточный , белокорную сосну и местные виды ясеня (см. Расширенный список ниже). Исчезновение этих древесных пород обычно происходит быстро и имеет как краткосрочные, так и долгосрочные последствия для лесной экосистемы.

Распространение непарного шелкопряда 1900-2007 гг.
Повреждение непарного мотылек в Харперс-Ферри, Западная Вирджиния

Пути и распространение

Пути

Международная торговля является основным путем проникновения инвазивных насекомых и патогенов в Соединенные Штаты.

Живые растения

Импорт живых растений был причиной, по которой более 60 процентов наиболее разрушительных неместных вредителей попали в Соединенные Штаты. Живые растения представляют собой особенно эффективный путь распространения, потому что они обеспечивают пищу для вредителей во время длительных путешествий на неприветливых грузовых судах. Известные ранние примеры живых растений, укрывавших вредителей, таких как чешуя бука , каштановая гниль и пузырчатая ржавчина белой сосны, подпадали под действие Закона о карантине растений 1912 года и постановлений Министерства сельского хозяйства США в 1919 году. Несмотря на эти и последующие постановления, насекомые и патогены продолжают поступать через живые растения.

Изделия из дерева

Изделия из древесины, включая древесный упаковочный материал, являются вторым наиболее распространенным путем, на который приходится около 30 процентов наиболее разрушительных неместных вредителей в Соединенных Штатах. Эти низкокачественные деревянные изделия, такие как ящики и поддоны, часто сохраняют внешнюю часть дерева (кору и флоэму), где могут быть обитатели насекомых.

разное

Другие менее распространенные пути включают «автостопом» прямо на грузовых судах и контейнерах, а также в багаже ​​авиапассажиров.

Распространение

Попав в леса США, инвазивные насекомые и патогены могут распространяться двумя путями: естественным путем и с помощью человека. Скорость распространения с помощью человека может быть неустойчивой и заставлять вредителя вторгаться в отдаленные отдельные места. Скорость естественного распространения варьируется в зависимости от адаптации видов вредных организмов, но является более диффузной, распространяясь из зараженной зоны. Типичное распространение инвазивных насекомых и патогенов характеризуется обоими способами: диффузным распространением в сочетании с «прыжками» на большие расстояния в отдельные области.

Естественное рассредоточение

Патогены могут распространяться через воздух, воду или через насекомых и животных-переносчиков (хозяев). Болезнь голландского вяза была распространена короедами вяза, но гибель деревьев была вызвана патогеном. Каштановая болезнь - это грибок, распространяющийся при ветре и брызгах дождя; болезнь распространялась до 50 миль в год естественным путем. Насекомые-вредители, достигнув взрослой фазы, обладают способностью распространяться путем полета. Изумрудно-ясеневые жуки- мотыги могут преодолевать более семи километров в день. Однако азиатский длиннорогий жук обычно остается с деревом, на котором он созрел, сохраняя локальное естественное распространение.

Разгон с помощью человека

Распространение через человека может привести к тому, что инвазивные насекомые или патогены «прыгают» в новые и часто удаленные места. После этого перенесенный вредный организм может распространиться естественным путем, образуя новые отдельные популяции. Важным средством распространения через человека является транспортировка зараженных дров. Например, отдельные популяции мотыльков изумрудного ясеня были прослежены до удаленных стоянок, где естественное распространение было бы невозможно.

Воздействие на лес

Неместные инвазивные виды могут нарушать экосистемы, потому что у них нет естественных хищников или других экологических сдержек и противовесов. Таким образом, при меньшей конкуренции со стороны местных видов неместные популяции могут резко увеличиться. Инвазивные насекомые и патогены уничтожили целые виды деревьев из лесов Соединенных Штатов всего за десятилетия. Такое быстрое изменение состава леса имеет последствия для всей экосистемы. Степень воздействия зависит от характеристик как вредителя, так и дерева-хозяина.

Вредители различаются способами поражения и степени поражения. Например, насекомое-дефолиация ( непарный моль ) может ослаблять деревья, но не напрямую вызывать их гибель, в то время как насекомые-насекомые ( ясень изумрудный мотылек ) могут часто вызывать серьезные повреждения. Возбудитель может медленно ослабить дерево ( болезнь коры бука ) или вызвать быстрое упадок ( гниль каштана ). Вредитель может атаковать определенный вид ( болиголов шерстистый адельгид ) или несколько видов ( изумрудный ясеневый мотылек ) или виды многих родов ( азиатский длиннорогий жук ).

Воздействие на лес также различается в зависимости от характеристик принимающего дерева. Упадок более доминирующего дерева ( американский каштан ) или дерева , выполняющего уникальную роль (например, фиксатора азота ), имеет большее влияние. А пионерские виды деревьев, один , который способен быстро восстанавливаться после нарушения, может быть в состоянии восстановить свою роль в лесу в то время как кульминация древесные породы не могут.

Воздействие на лес можно разделить на две фазы: кратковременное физическое нарушение, вызванное непосредственно вредителями, и долгосрочное изменение функций экосистемы в ответ на нарушение.

Кратковременно

Кратковременные нарушения - это физические повреждения, непосредственно вызванные инвазивными вредителями, которые измеряются по шкале времени от месяцев до лет. Краткосрочная продуктивность леса снижается из-за значительной гибели деревьев. Например, продуктивность смешанных ясеневых лесов, пораженных изумрудным ясеневым мотыгом, после нарушения оценивалась как снижение примерно на 30 процентов. Продуктивность лесов можно снизить даже без повсеместной смертности. Во время нашествия непарного шелкопряда целые леса могут быть дефолиированы, но затем восстановлены. Однако энергия, необходимая для новой листвы, ослабляет деревья. Дубы - излюбленный источник пищи личинок непарного шелкопряда - в течение многих лет после дефолиации дают пониженный урожай желудей. Таким образом страдают животные, питающиеся желудями; но некоторые животные получают выгоду от непарного шелкопряда, а именно те, которые охотятся на гусениц (личинок). Подземные растения также могут извлечь выгоду из увеличения количества солнечного света и осадков; или они могут погибнуть, если оставить их слишком незащищенными. Уровень азота в почве повышается из-за экскрементов насекомых, мертвых гусениц и опавших листв.

К другим краткосрочным воздействиям относятся: изменения микроклимата леса из-за более открытого полога, который увеличивает температуру и снижает влажность, сокращение видов в симбиотических отношениях с пораженным деревом (щелкунчик Кларка и сосна белокорая), сокращение количества специализированных видов (ясень специальные членистоногие), сокращение количества видов, которые зависят от пораженных деревьев в качестве среды обитания ( камышевка и болиголов), изменения в составе водных видов из-за перехода ручьев от затененных к более солнечным, усиление эрозии из-за потери корневой массы и древесного покрова.

Долгосрочное

Долгосрочные нарушения - это изменения в способе функционирования лесной экосистемы в результате нарушения, измеряемые от десятилетий до столетий. Изменения в лесной экосистеме в первую очередь являются результатом изменений структуры леса и видового состава. Американский каштан раньше составлял до 50 процентов полога во многих восточно-лиственных лесах, виды ясеня составляют 7 процентов всех лесов Висконсина (например) и до 90 процентов некоторых лесов. Тсуга восточная - наиболее распространенное хвойное дерево во многих северо-восточных лесах. Исчезновение этих видов из леса представляет собой утрату того вклада, который они внесли в функцию экосистемы. Сосуществующие виды деревьев и растений выиграют в пустоте, оставленной пораженными видами, но часто выполняют разные функции. Например, тсуга восточная на северо-востоке обычно заменяется черной березой - медленнорастущим, теневыносливым и глубоко затененным вечнозеленым деревом, которое заменяется быстрорастущим открытым листопадным деревом. В то время как краткосрочная продуктивность леса обсуждалась выше, долгосрочная продуктивность ясеневых лесов будет зависеть от видов, которые заполняют пустоту; медленнорастущие виды (клены) снизят продуктивность леса, а быстрорастущие виды (самшит) могут повысить продуктивность.

Ограничения

Полную картину долгосрочных экологических последствий инвазивных вредителей сложно измерить; и еще слишком рано определять последствия множества новых интродукций инвазивных вредителей. Большая часть исследований была сосредоточена на биологии вредителей, то есть жизненном цикле и предпочтениях хозяев, для понимания того, как сдержать их распространение. Однако недавние и быстрые вспышки, такие как изумрудный ясень, усилили интерес к пониманию экологических последствий инвазивных вредителей и способов восстановления пораженных лесов.

Выживание и восстановление

Американский каштан, практически исчезнувший из леса, выжил в небольших изолированных очагах. Выжившие были скрещены с устойчивым к фитофторозу китайским каштаном и повторно введены в национальные леса в ходе пробных исследований.

Паразитоидные осы были одобрены к выпуску Министерством сельского хозяйства США для борьбы с изумрудным мотыльком . Пестициды также используются для защиты ясеня от вторжения бурильщиков. Голубой ясень - единственный местный вид ясеня, который проявляет некоторую естественную устойчивость к изумрудному ясенелисту.

Хотя американский вяз остается восприимчивым к болезни голландского вяза, он сохраняется в лесах - таким образом, сохраняя генетическое разнообразие - потому что он достигает зрелости в молодом возрасте, дает семена, которые разносятся ветром на большие расстояния, могут прижиться на нарушенных территориях и устойчивы к суровым условиям. условия. Были произведены и доступны в питомниках сорта американского вяза, устойчивые к болезни голландского вяза, такие как Valley Forge и Princeton.

Список инвазивных насекомых и патогенов, поражающих древесные породы в Северной Америке

Насекомые

Примечание. Патогены, переносимые насекомыми, включены в «Патогены».

Патогены

Рекомендации