Таулық сосны қоңызы және орманға келтірген зияны

Кіріспе

Қабық қоңызы (Dendroctonus ponderosae) – Мексикадан Британдық Колумбияның ортасына дейінгі Солтүстік Американың батыс ормандарында табиғи түрде өсетін қабық қоңызы. Оның қатты қара экзоскелеті бар, шамамен күріш дәнінің мөлшерімен тең. Солтүстік Американың батысында, қоңыз бен оның микробтық серіктестерінің кең таралуы лоджпольді қарағай ормандарының кең аумақтарына, соның ішінде Британдық Колумбиядағы 40 миллион акрдан (16,187,440 км²) астам орманға әсер етті. Колорадодағы Роки таулары ұлттық паркінде 1996 жылы басталган жайылма миллиондаған акр/гектар ponderosa және lodgepole қарағайларын жоюға себеп болды. 2009 жылы жайылманың ең жоғары нүктесінде 4,0 миллион акрдан (1,618,744 км²) астам аумақ зардап шекті. Содан кейін, жақсы экологиялық жағдайлардың арқасында жайылма азайды, бірақ көптеген осал ағаштар бұрыннан-ақ жойылған еді. Тау шыршасы қоңыздары ponderosa, whitebark, lodgepole, Scots, jack, limber, Rocky Mountain bristlecone және Great Basin bristlecone қарағайларында мекендейді. Әдетте, бұл жәндіктер орманның өмірінде маңызды рөл атқарады, ескі немесе әлсіреген ағаштарға шабуылдайды және жас орманның дамуын жылдамдатады. Дегенмен, 2004–2007 жылдары АҚШ және Канададағы ерекше ыстық, құрғақ жаздар мен жұмсақ қыстар, сондай-ақ пісіп-жетілген лоджпольді қарағайларға толы ормандар бұрын-соңды болмаған эпидемияға әкелді. Бұл жайылма Еуропалық отарлаудан бері Солтүстік Америкадағы орман жәндіктерінің ең ірі зардабы болуы мүмкін. Бір түрлі ағаштарды қайта отырғызу және бір ғасыр бойы орман өрттерін басу жайылманың мөлшері мен ауырлығына үлес қосты, ал жайылманың өзі, ұқсас жайылмалармен бірге, солтүстік ормандардың атмосферадан парниктік газдарды (мысалы, CO2) жою қабілетіне елеулі әсер етуі мүмкін. Орман шаруашылығына тигізген әсеріне байланысты, қоңыздың транскриптомы және геномы секвенцияландырылған. Бұл қоңыздың геномы екінші рет секвенцияландырылды.

Өмірлік цикл

Құрттар төрт кезеңнен өтеді: жұмыртқа, дернәсіл, қуыршақ және ересек. Жазда ересек құрттар ұядан шығып, жаңа қонақ ағаштарға шабуылдайтын бірнеше күннен басқа, өмірдің барлық кезеңдері қабықтың астында өтеді. Төменгі биіктіктегі ормандарда және жылы жылдары тау шырша құрты бір ұрпақты аяқтауға бір жыл жұмсайды. Биік тауларда, жазда әдетте суық болатындықтан, өмірлік цикл бірден екі жылға дейін созылуы мүмкін.

Ересек құрттар шабуылды бастайды. Олар қабықтың және қамыттың ішкі қабатын шайнағанда феромондар бөлінеді, бұл осы ағашқа ерекек және ұрғашы құрттарды тартады. Шабуылдаған құрттар одан да көп феромон шығарады, нәтижесінде ағаштың қорғанысын жеңіп, жақын орналасқан ағаштарға шабуыл жасайтын жаппай шабуыл пайда болады. Тау шырша құртына табиғи жауыштарға белгілі бір құстар, әсіресе тоқылдақтар және түрлі жәндіктер жатады.

Әсерлер

Таулық қарағай қоңыздары қарағай ағаштарына қабығының астына жұмыртқа салып зиян келтіреді. Қоңыздар ағаш тініне көк саңырауқұлақты енгізеді, бұл ағаштың шабуылдаушы қоңыздарды шайырмен шығарып, өлтіруіне кедергі келтіреді. Сонымен қатар, саңырауқұлақ ағаш ішінде су мен қоректік заттардың тасымалдануын тоқтатады. Ағаш сыртынан, қоңыздар кірген жерлерде "шайыр түймешіктері" деп аталатын, пішінсіз шайыр жиынтығы пайда болады. Личинкалардың қоректенуі және саңырауқұлақтың отарлануы бірнеше апта ішінде ағаштың өлуіне әкеледі (қоңыздардың қоректенуі және саңырауқұлақтың әсерінен су мен қоректік заттардың ағыны тоқтатылады). Соңғы жылдары құрғақшылық жағдайлары ағаштарды әлсіретіп, оларды шабуылға қарсы қорғанудан мүгеде қалдырды. Шабуылға ұшыраған кезде ағаш жасыл болып қалады. Әдетте, шабуылдан кейін бір жыл ішінде жапырақтары қызыл түске айналады. Бұл ағаш өліп бара жатыр немесе өліп қалды дегенді білдіреді, ал қоңыздар басқа ағашқа көшіп кеткен. Шабуылдан кейін үш-төрт жыл өткен соң, ағаштарда жапырақтар өте аз болады, сондықтан олар сұрғылт көрінеді. Таулық қарағай қоңызы – Солтүстік Американың батысында табиғи түрде өсетін түр. Климаттық және температуралық өзгерістерге дейін таулық қарағай қоңызы негізінен төменгі биіктіктегі лоджполь және пондероза қарағайларына шабуыл жасап, тіршілік етіп, көбейді, өйткені Рокки таулары мен Каскадтар олардың тіршілігі үшін тым суық болды. Қалыпты жағдайда, төменгі биіктіктегі ауа райының суынуы кезінде қарағай қоңыздарының мекендейтін орман экожүйелері ағаштардың қорғаныс механизмдері, қоңыздардың қорғаныс механизмдері және температураның төмендеуі сияқты факторлардың әсерінен тепе-теңдікте сақталады. Бұл – қожайын (орман), агент (қоңыз) және орта (ауа райы мен температура) арасындағы қарапайым қарым-қатынас. Бұл бұрын тіркелген барлық індеттерден әлдеқайда ауқымды. Ағаштардың бұрын-соңды болмаған деңгейде қырылуының себебі – таулық қарағай қоңыздарының жиі індеттерге ұшырамаған аймақтарда өсетін лоджполь қарағайларында көбеюге қабілеттілігінің жоғары болуымен байланысты болуы мүмкін, бұл аймақтар қазіргі індет аймағының көп бөлігін қамтиды. 2007 жылы індет, ерекше күшті желдің арқасында, құрлықтың бөлінісі арқылы Альбертаға тарады. 1999 жылы Колорадо, Вайоминг және Монтана штаттарында да індет тарала бастады. АҚШ Орман қызметінің болжамына сәйкес, 2011-2013 жылдар аралығында Колорадоның диаметрі 127 миллиметрден асатын 5 миллион акр (2 023 430 км²) лоджполь қарағайының барлығы жоғалады. Фермондық жемдеу – бұл әйел қоңыздың иісін еліктейтін синтетикалық гормонмен "жемделген" ағаштарға қоңыздарды тарту. Осылайша, қоңыздарды белгілі бір аумаққа жинап, оларды жою оңайырақ болады. Санитарлық кесу – бұл қоңыздардың басқа аймақтарға таралуын бақылау үшін жұққан ағаштарды жою. "Кесіп алып, сүйреу" – бұл үлкен аумаққа шашырап кеткен жұққан ағаштар тобын жою. Бақыланатын немесе мозаикалық өртеу – бұл жұққан ағаштар шоғырланған аумақты өртеу, аймақтағы қоңыздардың көп болуын азайту немесе өрт қаупін азайту үшін жасалады. 1980 және 1990 жылдардан бері өрт сөндіру технологиясының дамуына байланысты орман өрттерін бақылау едәуір күшейді. Құлатып, өртеу – бұл қоңыздардың басқа аймақтарға таралуын болдырмау үшін жұққан ағаштарды кесіп, өртеу. Бұл әдетте қыс мезгілінде, орман өрттерінің қаупін азайту үшін жасалады. Пестицидтер – хитозан сияқты биопестицидтер таулық қарағай қоңызына қарсы қорғаныс үшін сынақтан өткізілді, ал карбарил, перметрин және бифентрин сияқты пестицидтер кішкентай аумақтарда қолданылады. АҚШ Орман қызметі қарағай ағаштарын МПБ-ға қарсы қорғануға дайындау үшін хитозанды, биологиялық пестицидті сынақтан өткізді. АҚШ Орман қызметінің нәтижелеріне сәйкес, колоидты хитозан оңтүстік қарағайларында қарағай шайырларының 40% -ға өсуіне (P<0,05) әкелді. 10 галлон суға 1 миллилитр хитозанды сортаң қарағайдың тамшылап құю шеңберіне құйды. 2008 жылдың мамыр айынан қыркүйек айына дейін үш рет қайталап қолданды. Хитозан шайырдың көбейген мөлшерін пайдаланып, қарағай қоңыздарының жұмыртқаларының 37% -ын жоюға қабілетті табиғи қорғаныс реакциясын тудырды. Колорадо мемлекеттік университетінің микробиологы Джим Линден хитозанның шайырдың шығысын арттырып, таулық қарағай қоңызын ағаштан шығарып тастағанын, МПБ-ның қарағайға кіруіне және көк түсті саңырауқұлақты таратуына кедергі келтіретінін айтты. Жұққан ағаштардағы личинкаларды іздеп табу, жою және қырып тастау – таулық қарағай қоңыздарының таралуын баяулатудың ең тиімді жолы, бірақ бұл әрбір жеке ағашты қорғамайды. Ағаштарды шабуылдан қорғау үшін шашырату – бұл шағын саны бар, құнды ағаштарды таулық қарағай қоңыздарынан қорғаудың ең тиімді тәсілі. Карбарил, перметрин және бифентрин АҚШ-та қарағай қоңыздарының жұқпауына қарсы қолдануға тіркелген. Карбарилды EPA адамдарға қатерлі ісік тудыруы мүмкін деп санайды. Ол жабайы құстарға орташа деңгейде және су ортасындағы организмдерге жартылайдан жоғары деңгейде улы. Перметрин сүтқоректілердің бауырында оңай метаболизденеді, сондықтан адамдар үшін кем қауіпті. Құстарға да перметрин әсер етпейді. Су экожүйелерінде кері әсерлер байқалуы мүмкін, сондай-ақ ол пайдалы жәндіктерге өте улы. Бифентрин сүтқоректілерге, соның ішінде адамдарға орташа деңгейде қауіпті, перметринге қарағанда құстар мен су экожүйелеріне сәл улы, сондай-ақ пайдалы жәндіктерге өте улы. Альбертада індетті Батыс Канадамен шектеуге, Солтүстік Саскачеванға және шығысқа қарай, жақ пихтасының сезімтал болуы мүмкін Нова-Скотияға таралуына жол бермеуге үміттеніп, құлатып, өртеу тәсілі қолданылуда.

Mountain pine beetles affect pine trees by laying eggs under the bark. The beetles introduce blue stain fungus into the sapwood that prevents the tree from repelling and killing the attacking beetles with tree pitch flow. The fungus also blocks water and nutrient transport within the tree. On the tree exterior, this results in popcorn shaped masses of resin, called "pitch tubes", where the beetles have entered. The joint action of larval feeding and fungal colonization kills the host tree within a few weeks of successful attack (the fungus and feeding by the larvae girdles the tree, cutting off the flow of water and nutrients). In recent years, drought conditions have further weakened trees, making them more vulnerable and unable to defend against attack. When the tree is first attacked, it remains green. Usually within a year of attack, the needles will have turned red. This means the tree is dying or dead, and the beetles have moved to another tree. Within three to four years after the attack, very little foliage is left, so the trees appear grey. Mountain pine beetles are a species native to Western North America. Prior to climatic and temperature changes, the mountain pine beetle predominately lived and attacked lodgepole and ponderosa pine trees at lower elevations, as the higher elevation Rocky Mountains and Cascades were too cold for their survival. Under normal seasonal freezing weather conditions in the lower elevations, the forest ecosystems that pine beetles inhabit are kept in a balance by factors such as tree defense mechanisms, beetle defense mechanisms, and freezing temperatures. It is a simple relationship between a host (the forest), an agent (the beetle) and the environment (the weather and temperature). is an order of magnitude larger than any previously recorded outbreak. One reason for unprecedented host tree mortality may be due to that the mountain pine beetles have higher reproductive success in lodgepole pine trees growing in areas where the trees have not experienced frequent beetle epidemics, which includes much of the current outbreak area. In 2007 the outbreak spread, via unusually strong winds, over the continental divide to Alberta. An epidemic also started, be it at a lower rate, in 1999 in Colorado, Wyoming, and Montana. The United States forest service predicts that between 2011 and 2013 virtually all 5 million acres (2,023,430 km2) of Colorado's lodgepole pine trees over five inches (127 mm) in diameter will be lost. Pheromone baiting – is luring beetles into trees 'baited' with a synthetic hormone that mimics the scent of a female beetle. Beetles can then be contained in a single area, where they can more easily be destroyed. Sanitation harvesting – is removing single infested trees to control the spread of beetle populations to other areas. Snip and skid – is removing groups of infested trees scattered over a large area. Controlled, or mosaic, burning – is burning an area where infested trees are concentrated, to reduce high beetle infestations in the area or to help reduce the fire hazard in an area. Controlling wildfires has significantly increased since the 1980s and '90s due to firefighting technology. Fall and burn – is cutting (felling) and burning beetle infested trees to prevent the spread of beetle populations to other areas. This is usually done in winter, to reduce the risk of starting forest fires. Pesticides – Biopesticides such as chitosan have been tested for protection against the mountain pine beetle, and pesticides such as carbaryl, permethrin, and bifenthrin are used for smaller area applications. The US Forest Service tested chitosan, a biopesticide, to pre arm pine trees to defend themselves against MPB. The US Forest Service results show colloidal chitosan elicited a 40% increase in pine resin (P<0.05) in southern pine trees. One milliliter chitosan per 10 gallons water was applied to the ground area within the drip ring of loblolly pine trees. The application was repeated three times from May through September in 2008. The chitosan was responsible for eliciting natural defense responses of increased resin pitch outs, with the ability to destroy 37% of the pine beetle eggs. Dr. Jim Linden, Microbiologist, Colorado State University, stated the chitosan increased resin pitch outs to push the mountain pine beetle out of the tree, preventing the MPB from entering the pine tree and spreading blue stain mold. Searching out, removing, and destroying the brood in infested trees is the best way to slow the spread of mountain pine beetles; however, it may not protect specific trees. Spraying trees to prevent attack is the most effective way to protect a small number of high value trees from mountain pine beetles. Carbaryl, permethrin and bifenthrin are registered in the United States for use in the prevention of pine beetle infestations. Carbaryl is considered by the EPA to likely be carcinogenic to humans. It is moderately toxic to wild birds and partially to highly toxic to aquatic organisms. Permethrin is easily metabolized in mammalian livers, so is less dangerous to humans. Birds are also practically not affected by permethrin. Negative effects can be seen in aquatic ecosystems, as well as it being very toxic to beneficial insects. Bifenthrin is moderately dangerous to mammals, including humans; it is slightly more toxic to birds and aquatic ecosystems than permethrin, as well as extremely toxic to beneficial insects. Fall and burn is the technique being used in Alberta where there is hope of limiting the outbreak to western Canada, preventing its spread to northern Saskatchewan and further towards eastern Canada where jack pine may be vulnerable as far east as Nova Scotia.

Өрт қаупі

Ауа райы мен құрғақшылық суббореалдық ормандардағы орман өрттерінің маңызды себептері болса, биіктік пен өсімдік жамылғысының төменнен басталатын факторлары, соның ішінде қабық қоңыздарының ошақтауынан қалған отын қалдықтары, өрттің күшті болуына әсер ететін маңызды факторлар болып табылады. 2010 жылдардың басындағы тау шыршасы қоңыздарының ошақтауы бұрынғы ошақтаулардан он есе үлкен болды. Британ Колумбиясының орталық бөлігінің үлкен аудандары мен Альбертаның бір бөлігі қатты зардап шекті, бұл Британ Колумбиясының 40 миллион акрдан (16,187,440 км²) астам орман аумағына әсер етті. Бұл өрт қаупін тудыратын өлі қарағайлардың пайда болуына әкелді, нәтижесінде Британ Колумбиясының үкіметі 2003 жылғы Өрттік дауыл аймақтық сараптамасында ұсынылғандай, қоңыздар зардап шеккен аймақтарда отынды басқару жұмыстарын жүргізуге бағытталды. Бұрын суық ауа райы қабық қоңыздарын өлтірген, бірақ жылы ауа райымен олар орманға шабуыл жасады. Көбею маусымының ұзаруы да қоңыздардың көбеюіне себеп болады. Жылы ауа райының, қоңыздардың шабуылының және өткен жылдардағы тиімсіз басқарудың салдары Монтанадағы орман өрттерінің күштілігінің айтарлықтай артуына әкелді. АҚШ-тың Қоршаған ортаны қорғау агенттігі үшін Гарвард инженерлік және қолданбалы ғылымдар мектебі жүргізген зерттеуге сәйкес, Монтананың кейбір аймақтарында орман өрттерінен өртенген аумақ 200%-ға, ал олардан туындаған ауаның ластануы 80%-ға артуы күтілуде.

Көміртегі айналымы туралы

Канаданың орман шаруашылығы қызметінің зерттеушілері көміртегі айналымы мен орман өрттері, орман шаруашылығы және ағаштардың өлуі арасындағы байланысты зерттеді. Олар 2020 жылға қарай қызылшаң шыбыннан (pine beetle) туындаған жағдай Канада ормандарынан атмосфераға 270 мегатонна көмірқышқыл газын шығаратынын анықтады. Солтүстік Америка ормандары үшін болашақтағы кезеңде көміртегі айналымының әсерін зерттеуге қатысты әлі келісімге келген зерттеу жоқ, бірақ ғалымдар Батыс ормандарымыздың көміртегін сіңіретін ортадан (carbon sink) гөрі көміртегі шығаратын ортаға (carbon source) айналудың "шегіне жеткенін" айтады. Вернер Курцтың (Канаданың орман шаруашылығы қызметі) мәліметінше, 2016 жылдан бастап көмірқышқыл газы деңгейінің артуының тыңайтқыш әсері Британдық Колумбия ормандарын көміртегін сіңіретін ортаға қайтарды.

Су ресурстары туралы

Колорадо университетінің гидрологтары құрттардың зиян келтірген ормандарының су айналымына, әсіресе қар жиналуы мен еруіне тигізетін әсерін зерттеді. Олар өлі ормандарда ағаштардың сиректеуі және қардың булануының азаюы салдарынан қар жиналуының артатынын анықтады. Бұл сиректеген жапырақтар орман төңірегіне көбірек күн сәулесі түсуіне және қар бетіндегі ине жапырақтардың қалдықтарынан қардың альбедосының төмендеуіне алып келіп, қардың жылдам еруіне де ықпал етеді. Көп қар және транспирацияламайтын өлі ағаштардың болуы судың қосымша көлемдеріне әкелуі мүмкін.

Адам мәдениетінде

Оңтүстік Дакота штатының Кастер қаласында әр жылғы қыс мезгілінде тау сосны қоңызының үлкен бейнесі отқа жегіледі.