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 от изумрудный ясеневый бур повреждать

Виды, не обитающие в лесу экосистема может действовать как агент нарушение, изменение динамика леса поскольку они вторгаются и распространяются. 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, в том числе Американский каштан, Американский вяз, болиголов восточный, белая сосна, и родной виды ясеня (см. расширенный список ниже). Исчезновение этих древесных пород обычно происходит быстро и имеет как краткосрочные, так и долгосрочные последствия для лесной экосистемы.[1]

Распространение непарного шелкопряда 1900-2007 гг.
Цыганская моль повреждение в Харперс-Ферри, Западная Вирджиния

Пути и распространение

Пути

Международная торговля является основным путем проникновения инвазивных насекомых и патогенов в Соединенные Штаты.[2]

Живые растения

Ввоз живых растений был причиной, по которой более 60 процентов наиболее разрушительных неместных вредителей попали в Соединенные Штаты.[2] 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 бук весы, каштановый упадок, и белая сосна пузырчатая ржавчина - приехал в Закон о карантине растений 1912 года и постановления от Министерство сельского хозяйства США в 1919 году. Несмотря на эти и последующие постановления, насекомые и патогены продолжали проникать через живые растения.[1]

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.[1]

Другой

Другие менее распространенные пути включают «автостопом» прямо на грузовых судах и контейнерах, а также в багаже ​​авиапассажиров.[1]

Распространять

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.[3]

Естественное рассредоточение

Патогены могут распространяться через воздух, воду или через насекомых и животных-переносчиков (хозяев). Болезнь голландского вяза был распространен короедами вяза, но гибель деревьев была вызвана патогеном.[4] Каштановый упадок это грибок, распространяющийся при ветре и брызгах дождя; болезнь распространялась до 50 миль в год естественным путем.[5] Насекомые-вредители, достигнув взрослой фазы, обладают способностью распространяться путем полета. Изумрудный ясеневый бур жуки могут преодолевать более семи километров в день.[6] Азиатский длиннорогий жук однако обычно остается с деревом, на котором он созрел, сохраняя локальное естественное распространение.[7]

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.[3] 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.[8]

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.[9] 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.[1] Степень воздействия зависит от характеристик как вредителя, так и дерева-хозяина.[10]

Вредители различаются способами поражения и степени поражения. Например, насекомое-дефолиатор (непарный мотылек ) может ослаблять деревья, но не вызывать непосредственной смертности, в то время как надоедая насекомым (Изумрудный ясеневый бур ) часто может вызвать серьезные повреждения. Патоген может медленно ослабить дерево (болезнь коры бука ) или может вызвать быстрое снижение (каштановый упадок ). Вредитель может атаковать определенный вид (болиголов шерстяной адельгид ) или он может атаковать несколько видов (изумрудный ясеневый бур ) или видов многих родов (Азиатский длиннорогий жук ).[10]

Воздействие на лес также различается в зависимости от характеристик принимающего дерева. Упадок более доминирующего дерева (Американский каштан ) или тот, который выполняет уникальную роль (например, азотный фиксатор ) имеет большее влияние. А пионер виды деревьев, способные быстро восстанавливаться после нарушения, могут вновь подтвердить свою роль в лесу, пока кульминация виды деревьев не могут.[10]

Воздействие на лес можно разделить на две фазы: кратковременное физическое нарушение, вызванное непосредственно вредителями, и долгосрочное изменение функций экосистемы в ответ на нарушение.[1]

В ближайщем будущем

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 мотыльком, 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 повышенного количества солнечного света и осадков; или они могут погибнуть, если оставить их слишком незащищенными. Уровень азота в почве увеличивается из-за экскрементов насекомых, мертвых гусениц и опавших листв.[10]

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 специализированные членистоногие), сокращение количества видов, средой обитания которых являются пораженные деревья (зеленогорлая камышевка и болиголов), изменения в составе водных видов в результате перехода ручьев с затененных на более солнечные, усиление эрозии из-за потери корневой массы и древесного покрова.[1][10]

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.[1] Американский каштан составлял до 50 процентов полога во многих лиственных лесах на востоке,[11] Виды ясеня составляют 7 процентов всех лесов Висконсина (например).[12] и до 90 процентов некоторых лесов.[13] Тсуга восточная - наиболее распространенное хвойное дерево во многих северо-восточных лесах.[10] 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, болиголов восточный обычно заменяется на черная береза на северо-востоке - медленнорастущее, теневыносливое и глубокое тенистое вечнозеленое дерево, замененное 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.[10]

Ограничения

Полную картину долгосрочных экологических последствий инвазивных вредителей сложно измерить; и еще слишком рано определять последствия появления множества новых инвазивных вредителей. Большая часть исследований была сосредоточена на биологии вредителей, т.е. жизненный цикл и предпочтения хозяина - к пониманию того, как сдержать их распространение.[10] Однако недавние и быстрые вспышки, такие как изумрудный ясень, усилили интерес к пониманию экологических последствий инвазивных вредителей и способов восстановления пораженных лесов.[14]

Выживание и восстановление

Американский каштан, практически исчезнувший из леса, выжил в небольших изолированных очагах. Выживших скрестили с устойчивыми к болезням Китайский каштан и вновь введен в Национальные леса в пробных исследованиях.[11]

Осы-паразитоиды были одобрены к выпуску USDA бороться с изумрудный ясеневый бур. Пестициды также используются для защиты ясеня от вторжения бурильщиков. Голубой ясень это единственный местный вид ясеня, который проявляет некоторую естественную устойчивость к изумрудному ясенелисту.[15]

Хотя Американский вяз остается восприимчивым к болезни голландского вяза, сохраняется в лесах - таким образом, сохраняется генетическое разнообразие - поскольку он достигает зрелости в молодом возрасте, дает семена, которые разносятся ветром на большие расстояния, могут прижиться в нарушенных районах и устойчивы к суровым условиям.[16] Были произведены и доступны в питомниках сорта американского вяза, устойчивые к болезням голландского вяза, такие как Valley Forge и Princeton.[16][17]

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

Насекомые

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

Патогены

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час Ловетт, Гэри (2016). «Неместные лесные насекомые и патогены в США: воздействия и варианты политики». Экологические приложения. 26 (5): 1437–1455. Дои:10.1890/15-1176. ЧВК  6680343. PMID  27755760.
  2. ^ а б Либхольд, Эндрю М; Brockerhoff, Eckehard G; Гарретт, Линн Дж; Парк, Дженнифер Л; Бриттон, Керри О. (2012-04-01). «Импорт живых растений: основной путь вторжения лесных насекомых и патогенов в США». Границы экологии и окружающей среды. 10 (3): 135–143. Дои:10.1890/110198. ISSN  1540-9309. S2CID  86218354.
  3. ^ а б Краул, Тодд А; Крист, Томас О; Парментер, Роберт Р.; Беловский, Гэри; Луго, Ариэль Э (1 июня 2008 г.). «Распространение инвазивных видов и инфекционных заболеваний как движущие силы изменения экосистемы». Границы экологии и окружающей среды. 6 (5): 238–246. Дои:10.1890/070151. ISSN  1540-9309. S2CID  26815630.
  4. ^ «Вредители деревьев и патогены». Наука. 2017-11-08. ISSN  0036-8075.
  5. ^ «Лесная патология - каштановая гниль». www.forestpathology.org. Получено 2017-11-12.
  6. ^ "Моделирующее распространение изумрудного ясенелиста".
  7. ^ "USDA APHIS | Азиатский длиннорогий жук - О нас". www.aphis.usda.gov. Получено 2017-11-12.
  8. ^ «Изучение роли человека в распространении инвазивных видов - Основные исследования - Исследования и разработки Лесной службы США». www.fs.fed.us. Получено 2017-11-12.
  9. ^ Ласк, Служба рыболовства и дикой природы США, Дженни Эриксон, Майкл. «Часто задаваемые вопросы - Инвазивные виды - Служба рыб и дикой природы США». www.fws.gov. Получено 2017-12-02.
  10. ^ а б c d е ж грамм час М., Ловетт, Гэри; Д., Кэнхэм, Чарльз; А., Артур, Мэри; К. Уэзерс, Кэтлин; Д., Фитцхью, Росс (01.05.2006). «Ответы лесной экосистемы на экзотических вредителей и патогенов в восточной части Северной Америки». Бионаука. 56 (5): 395. Дои:10.1641 / 0006-3568 (2006) 056 [0395: FERTEP] 2.0.CO; 2. ISSN  0006-3568.
  11. ^ а б Кларк, Стейси; Макнаб, Генри; Лофтис, Дэвид; Зарнох, Стэнли (2012-11-09). «Рост и выживаемость американского каштана через пять лет после посадки в двух лесных культурах в Южных Аппалачах, США». Леса. 3 (4): 1017–1033. Дои:10.3390 / f3041017.
  12. ^ "Руководство по ресурсам бурового станка изумрудного ясеня - сельское хозяйство, торговля и защита потребителей". datcpservices.wisconsin.gov. Получено 2017-12-02.
  13. ^ «Восстание из пепла: что происходит, когда деревья исчезают из леса? | Северо-восточный климатический научный центр». necsc.umass.edu. Получено 2017-12-02.
  14. ^ Дикс, Мэри Эллен; Буфорд, Мэрилин; Славичек, Джим; Соломон, Аллен М .; Конард, Сьюзан Г. 2010. Инвазивные виды и нарушения: текущая и будущая роль исследований и разработок лесной службы. В: Дикс, Мэри Эллен; Бриттон, Керри, ред. Видение исследования динамических инвазивных видов: возможности и приоритеты 2009-29 гг. Gen. Tech. Отчет WO-79/83. Вашингтон, округ Колумбия: Министерство сельского хозяйства, лесной службы, исследований и разработок США: 91-102.
  15. ^ "Изумрудно-ясеневый бурильщик: настоящее и будущее - Tree Services". www.treeservicesmagazine.com. Получено 2017-12-02.
  16. ^ а б "Интернет-журнал USDA ARS, том 44, № 7". соглашениеsearchmag.ars.usda.gov. Получено 2017-12-02.
  17. ^ "Вязь - сорта голландского вяза, устойчивые к болезни - Агролесоводство - Расширение Университета Миннесоты". www.extension.umn.edu. Получено 2017-12-02.