Введение к работе
Актуальность проблемы. Антропогенное воздействие на лесные биогеоценозы постоянно возрастает (Виноградов, 1988; Писаренко, 1989). Это оказывает воздействие и на популяции хвое-листогрызущих насекомых-фитофагов (Катаев, 1982; Исаев и др, 1984). Одной из основных проблем популяционной экологии является изучение закономерностей пространственно-временной структуры, динамики популяций лесных насекомых-фитофагов и механизмов взаимодействия в системе: "дерево-фитофаг" в условиях антропогенного воздействия. Интерес к этой проблеме постоянно возрастает (Козлов, 1987, 1992; Катаев, 1982, 1992; Мо-золевская и др., 1992; Селиховкин, 1992; Яновский, 1992, 1993; Колтунов, 1993, 1996; Mattson, 1996). Ключевым, но недостаточно разработанным в ней является изучение роли антропогенных факторов в популяционной экологии насекомых-фитофагов с широким фазовым портретом динамики численности. От успехов в решении этого вопроса во многом зависит дальнейший прогресс популяционной экологии насекомых, популяционной биологии и защиты леса. Актуальность проблемы определяется не только необходимостью изучения закономерностей антропогенной эхо-логии насекомых в условиях постоянно возрастания антропогенного воздействия на лесные биогеоценозы, но и научного обоснования стратегии защиты леса в условиях антропогенного воздействия и охраны природы.
Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы является изучение закономерностей развития очагов массового размножения хвое-листогрызущих насекомых в лесах Зауралья, нарушенных антропогенным воздействием и разработка научного обоснования мер борьбы с ними. Для реализации этой цели были поставлены следующие задачи:
- изучить закономерности динамики численности и пространственно-временной структуры популяций непарного шелкопряда (Lymantria
dispar L.), шелкопряда-монашенки (Lymantria monacha L.) и сибирского шелкопряда (Dendrolimus sibirica Tschetv.) в лесах Зауралья в условиях различного уровня антропогенной трансформации;
- изучить основные факторы энтоморезистентности и энтомотоле-
рантности лиственных и хвойных древостоев и их ранговую структуру в
очагах массового размножения насекомых в условиях антропогенного
воздействия и разработать количественные критерии их прогнозирова
ния;
на количественном уровне изучить роль антропогенных факторов в механизмах взаимодействия в системе: "дерево-насекомое" в различных лесорастительных зонах Урала у популяций с широким фазовым портретом динамики численности;
проанализировать закономерности последействия фактора дефолиации крон древостоев насекомыми-фитофагами на структурно-функциональные параметры лесных фитоценозов при различных уровнях антропогенной трансформации;
разработать более эффективные и экологически обоснованные меры борьбы с очагами в лесах Зауралья, ослабленных антропогенными факторами.
Научная новизна результатов исследований.
-
Впервые на количественном уровне исследована роль антропогенных факторов и их место в ранговой структуре факторов динамики численности, пространственной структуры популяций и устойчивости древостоев к дефолиации у хвое- листогрызущих насекомых с широким фазовым портретом динамики численности.
-
Изучены закономерности фазовых портретов динамики численности популяций непарного шелкопряда и шелкопряда-монашенки за длительный период, и особенности динамики численности популяций в разных частях ареала в условиях возрастающего антропогенного воздей-
ствня. Установлено, что у популяций насекомых с широким фазовым портретом механизм циклической динамики численности контролируется, преимущественно, внутрипопуляционными, а не экзогенными факторами. Но возникновение очагов с сильной дефолиацией кроны тесно сопряжено с воздействием на древостой абиотического стресса (засух) перед эруптивной фазой вспышек и стрессовой реакцией древостоя.
-
Впервые изучена ранговая структура факторов энтоморезистентности и энтомотолерантности ценопопуляцин березы бородавчатой в лесостепи Зауралья, нарушенной антропогенным воздействием и разработаны регрессионные модели прогнозирования этих параметров.
-
Установлена тесная взаимосвязь количественной реакции сосны обыкновенной и березы бородавчатой на засуху (торможение текущего радиального прироста) с уровнем падения их энтоморезистентности в период вспышек, что открывает перспективы разработки методов мониторинга лесов по степени их энтоморезистентности в условиях антропогенного воздействия.
-
Впервые изучены особенности развития вспышек в сопряженных очагах непарного шелкопрада и бактериальной водянки березы в условиях антропогенного воздействия.
-
Изучены закономерности потерь радиального прироста у хвойных и лиственных древостоев в очагах в зависимости от степени сопряженности засух и дефолиации и стадий антропогенной трансформации.
Практическая ценность работы. Разработаны основные элементы региональной стратегии защиты леса в условиях антропогенного воздействия. Разработаны более точные критерии обоснования необходимости применения активных мер борьбы в очагах в различных типах леса Зауралья, ослабленных антропогенным воздействием, количественные критерии прогнозирования параметров энтоморезистентности и энтомотолерантности древостоев в очагах и методы лесоэнтомологического кар-
тирования лесов по устойчивости к вспышкам массового размножения насекомых.
Защищаемые положения.
1. В лесных биогеоценозах, нарушенных антропогенными факторами,
закономерности пространственно-временной структуры очагов непарно
го шелкопряда, шеяхопряда-монашенки и сибирского шелкопряда опре
деляются сочетанием эдафо-ценотических, популяционных, и в меньшей
степени - антропогенных факторов. Они обусловлены дифференциацией
отклика древостоев, растущих в разных лесорастительных условиях по
типу, скорости, уровню и продолжительности реакции на абиотический
стресс (засуху). Это детерминирует матрицу пространственной структуры
очагов.
-
Механизм начала подъема численности у трех видов насекомых-фитофагов с широким фазовым портретом имеет внутрипопуляционньш характер. Но к эруптивной фазе вспышки возможность интенсивного роста плотности популяции и сильной дефолиации кроны тесно связана с временной сопряженностью этой фазы с фактором абиотического стресса (засухой) и уровнем реакции древостоев на стресс.
-
Возрастание уровня и масштабов антропогенного воздействия на лесные биогеоценозы Зауралья не оказало влияния на ареал популяций, цикличность крупномасштабных вспышек этих насекомых-фитофагов и площадь очагов. При существующем уровне антропогенной трансформации лесных фнтоценозов региона антропогенное воздействие не является однозначно доминирующим фактором динамики численности популяций насекомых-фитофагов, подверженных циклическим крупномасштабным вспышкаммассового размножения.
-
Энтоморезистентносгь ценопопуляции березы в лесостепи Зауралья, нарушенной антропогенными факторами, определяется сочетанием фитоценотическнх и эдафотопических факторов и мало связана с
различиями в уровнях антропогенной трансформации. Структура факторов энтоморезистентности в динамике вспышки нестабильна. Уровень энтомотолерантности березы, наоборот, тесно связан с уровнем нару-шенности древостоя антропогенными факторами, параметрами эдафото-па (обеспеченностью N, Р, К) и биопродуктивностью. В динамике вспышки ранговая структура основных факторов энтомотолерантности стабильна.
5. В комплексных сопряженных очагах массового размножения непарного шелкопряда и бактериальной водянки березы в лесостепи Зауралья устойчивость к дефолиации резко снижается, а длительность и уровень последействия фактора дефолиации возрастает.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на международных, всероссийских и региональных научных конференциях и симпозиумах: научно-практической конференции: "Оптимизация ведения хозяйства в лесах рекреационного назначения" (Москва, 1989); Всесоюзном совещании: "Экология лесов Севера" (Сыктывкар, 1989); Республиканской научно-практической конференции: "Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов" (Йошкар-Ола, 1989); Международном симпозиуме IUFRO: "Forest insect guilds: Pattern of interaction with host trees" (Абакан, 1989); Всесоюзной научной конференции: "Проблемы лесоведения и лесной экологии" (Москва, 1990); Всесоюзной школе: "Проблемы устойчивости биологических систем" (Севастополь, 1990); Всесоюзном научно-техническом совещании: "Защита питомников и молодняков от вредителей и болезней" (Москва, 1990); научно-технической конференции: "Вклад ученых и специалистов в развитие химико-лесного комплекса" (Свердловск, 1991, 1993, 1995); Всесоюзной научной конференции: "Устойчивость лесов к воздействию насекомых" (Красноярск, 1991); на 1У Совещании энтомологов Урала: "Насекомые в естественных и антропогенных биогеоценозах Урала" (Пермь, 1992); на
У1 Совещании по программе ЮНЕСКО: "Вид и его продуктивность в ареале" (С-Петербург,І993); научно-практической конференции: "Реализация Государственной программы Российской Федерации по радиационной реабилитации Уральского региона (Екатеринбург, 1993); Всероссийском совещании: "Экология популяций: структура и динамика" (Москва, 1994); региональном совещании: "Формирование лесного кадастра, системы плат за лесопользование и аренды лесов Урала" (Екатеринбург, 1995); научно-техническом совещании: "Проблемы экологии и охраны окружающей среды (Екатеринбург, 1996).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, заключения, приложения и списка литературы. Общий объем рукописи составляет 544 страницы, в том числе: 409 страниц основного текста, 63 таблицы, 99 рисунков. Список цитируемой литературы включает 433 библиографических источника,
