Loha hmyzu a patogenů při oslabování a odumírání jehličnatých porostů na severozápadě Ruské federace: kvantitativní hodnocení a monitorování | Lesnická univerzita
Hlavním cílem projektu je studovat roli fytopatogenních organismů a škůdců při oslabování a odumírání jehličnatých porostů v ekosystémech severní tajgy evropské části Ruska a dále vyvinout metody pro kvantitativní hodnocení odezvy jehličnatých porostů a dálkové metody monitorování lesní patologie pro severní lesy, umožňující identifikovat počáteční fáze oslabení lesních porostů. To nám pomůže pochopit, kteří škůdci a choroby významně ohrožují severní porosty jehličnatých lesů, v jakém okamžiku je nutné přijmout opatření k regulaci počtu škůdců a šíření patogenů a jak rychle odhalit počáteční fáze patogenního procesu. A samozřejmě důležitým aspektem je posouzení těchto momentů v kontextu změny klimatu. Problém je akutnější výskytem invazních škůdců, kteří dokážou rychle zničit jehličnaté porosty na velkých plochách.
Výzkum je založen na úkolu vytvořit poledníkovou (jižně od Leningradské oblasti – Murmanská oblast) pozorovací síť na základě trvalých vzorových ploch. V roce 2022 bude dokončena tvorba kompletní poledníkové pozorovací sítě. Tato síť zahrnuje 143 vzorových ploch (SP) – 60 v borových porostech a 83 ve smrkových porostech, rozmístěných v zeměpisné šířce od 59°19′ do 67°09′ ve vzdálenosti více než 1000 km od krajních bodů od jihu k severu.
Byly získány následující shluky zeměpisné šířky:
- Jižní část Leningradské oblasti (Vzdělávací a experimentální lesnictví)
59°19′ — 59°34′ N – 30 PP smrk; - Karelská šíje (lesy Roshchinskoye a Severozápad)
60°18′ — 61°00’N – 30 PP borovice, 28 PP smrk; - Střední Karélie
62°55′-62°57’N – 10 PP borovice, 10 PP smrk; - Severní Karélie. 64°55′-65°18’N – 10 PP borovice, 10 PP smrk;
- Murmanská oblast. 67°09′-66°57’N – 10 PP borovice, 5 PP smrk.
V republice Komi, na 61°‘ s. š. a 51°‘ východní délky, bylo vysazeno 10 dalších borovicových a 5 smrkových PP.
Pro všechny vzorové oblasti pozorovací sítě pokrývající Leningradskou oblast, Karéliskou republiku, Murmanskou oblast a Komiskou republiku bylo získáno hodnocení stavu borovice a smrku, stanovena druhová skladba dominantních škůdců a patogenů, vypočteny hlavní populační charakteristiky pro klíčové druhy kmenových škůdců a zhodnocen výskyt hlavních druhů dendropatogenních hub.
Na základě tohoto obrovského množství informací provádíme analýzu prostorové dynamiky vlivu škůdců, patogenů a klimatických faktorů na stav lesních porostů. Porovnání charakteristik stavu lesních porostů získaných terénními metodami a metodami dálkového průzkumu země (DPZ) umožňuje nalézt hranice efektivního fungování metod PSE pro sledování stavu lesních porostů, jakož i rozšířit možnosti metody.
Kombinace metodiky ICP-Forests a klasických metod lesnických patologických průzkumů umožnila získat komplexní informace o lesním patologickém stavu jehličnatých porostů, druhovém složení, šíření chorob a množení škůdců a posoudit možnosti využití metod dálkového průzkumu Země. Pro zvýšení zastoupení tříd stavu plantáže byly využity i lesní hospodářské plochy s odumírajícími a odumřelými plantážemi. Pomocí obrázků s otevřeným přístupem s vysokým prostorovým rozlišením (Bing, Google, Yandex) bylo provedeno posouzení vhodnosti vybraných oblastí pro další analýzu. Po prvotním zpracování byl vytvořen jeden vícezónový snímek se čtyřmi kanály, který byl následně použit pro klasifikaci. Provedené hodnocení ukázalo, že použití metod k-NN a podpůrných vektorů pro automatizovanou klasifikaci studovaného území podle stavu dřevinné vegetace dává pozitivní výsledky. Vegetační index SWVI navíc vykazoval poměrně vysokou citlivost na změny v agregovaných třídách stavu. Například jeho hodnota od zdravých po odumřelé výsadby se mění více než 3x. Byl stanoven vztah mezi agregovanými třídami poškození lesních porostů a průměrnými hodnotami vegetačního indexu. Získaná závislost má vysoký koeficient determinace a lze z ní připravit tematické mapy podmínek lesa ve studovaných oblastech, což je důležitý prvek monitoringu lesní patologie.
Získaná data nám současně s řešením hlavního úkolu studie umožňují analyzovat změnu struktury komplexů patogenů a škůdců v závislosti na klimatických faktorech, lesních typech, stavu lesního porostu atd. Současně jsou prováděny terénní a laboratorní studie chorob a škůdců jehličnatých dřevin, spojené se stanovením druhové skladby patogenů a škůdců jak mezi sebou, tak interakcí mezi jednotlivými druhy a biologiemi jejich druhů a charakteristikami jejich druhů.
Účastníci projektu shrnuli a analyzovali všechny dostupné informace o škůdcích a patogenech, kteří se mohou významně podílet na zhoršování stavu lesních porostů. Jedná se především o kmenové škůdce – kůrovce Ips typographus, kůrovce rytce Pityogenes chalcographus, kůrovce borového Tomicus piniperda, T. minor, tesaříka rodu Monochamus a řadu dalších druhů. V roce 2021 začala epidemie kůrovce, která se stala středem našeho výzkumu. Jeho vývoj jsme mohli sledovat od samého počátku. Výsledkem bylo zjištění řady zajímavých skutečností. Zejména v Leningradské oblasti a jižní Karélii byl v této geografické zóně poprvé zjištěn hromadný výskyt bivoltinity (vývoj ve dvou generacích během jednoho vegetačního období) u kůrovce.
Potenciální nebezpečí představuje invazní druh – příbuzný kůrovec Ips amitinus, jehož masové rozmnožování vedlo k úhynu plantáží sibiřských borovic na rozsáhlých územích západní Sibiře. Tento škůdce se rozšířil po celém území lesů severní tajgy evropské části Ruska. Populační hustota tohoto škůdce v oblasti našeho výzkumu je však velmi nízká, a proto byl jako modelový objekt přijat jasan smaragdový Agrilus planipennis. Tento extrémně nebezpečný škůdce se náhle objevil v okolí Petrohradu, když urazil přibližně 500 km.
Na základě terénních studií v roce 2022 na borových a smrkových plantážích v Karélské republice, Murmanské oblasti a Komiské republice byly identifikovány hlavní patogeny způsobující nekroticko-rakovinná onemocnění a hnilobu stonků. Ohniska šíření dendropatogenních hub, zejména kořenových, smrkových a borových, medonosných a dalších, jsou nejvýznamnějším faktorem přispívajícím k oslabení porostů dřevin, následnému přemnožení škůdců a odumírání stromových porostů. Během studie bylo objeveno několik ložisek kořenové houby a byly stanoveny jejich hranice. Nejčastějším onemocněním smrku je ranná (vředová) rakovina smrku.
Otázka původce ulcerózní rakoviny zůstává otevřená, ale k vyřešení tohoto problému jsme blízko. Při rozvoji onemocnění dochází k interakci řady druhů hub, které rozvoj tohoto onemocnění podporují i zastavují. Druhové složení Mycosynusia bylo studováno v různých geografických oblastech pomocí 115 vzorků odebraných námi v republice Komi, Karélii a Leningradské oblasti. Bylo stanoveno druhové složení hlavních mykokomponent synusie ulcerózní rakoviny smrku v Leningradské oblasti a Karélii. Na základě srovnání výskytu různých druhů hub byla vyslovena hypotéza o zdroji druhové skladby hub v ulcerózně-rakovinných útvarech na kmenech smrků. Jedná se o mykosynuzie smrkových suků. Bylo zjištěno, že nejdůležitějšími složkami těchto společenstev jsou houby Zalerion arboricola Buczacki a Sorocybe resinae (Fr.) Fr. Mezi běžné houby patří Gliocladium viride Matr., Penicillium spp., Trichoderma spp. Méně stabilními složkami jsou Septonema lohmanii G. Delgado & Koukol, Thysanophora penicillioides (Roum.) WB Kendr., Lachnellula calycina (Vuill.) Sacc., Mariannaea elegans (Corda) Samson, Oidiodendron sp. Houby žijící ve vrhu byly extrémně vzácné: Alternaria spp., Cladosporium spp. a další saprotrofové – Hysterium angustatum Pers. Dále byly identifikovány hlavní patogeny smrkové a borové hniloby: plíseň smrková (Phellinus chrysoloma) a plíseň borovice (Phellinus pini (Brot.:Fr.) A. Ames.). Získané výsledky naznačují, že máme co do činění s některými novými druhy, alespoň pro tuto oblast.
V červenci 2021 začal proces izolace patogenů do kultury. V listopadu byl v polních podmínkách proveden experiment s cílem otestovat druhy izolované v kultuře jako možného původce ulcerózní rakoviny. V mladém smrkovém porostu byly kmeny 20 smrků naočkovány dvěma houbovými kulturami: Botrypmonilla sp. a Thysanophora nicillioides. Zkoumání experimentálních stromů odhalilo komplexní obraz. Infekce se rozvíjí, ale jak aktivně je, není zatím zcela jasné.
V roce 2023 nás čeká spousta práce se zobecněním a analýzou získaného materiálu, včetně metod dálkového průzkumu Země. To je hlavní úkol. Kromě toho samozřejmě plánujeme pokračovat v laboratorních studiích patogenů jehličnatých stromů, abychom zhodnotili jejich roli při oslabování a odumírání porostů stromů a také procesy interakce mezi dendropatogenními houbami a hmyzem. Bude provedeno přezkoušení PP položených v roce 2021. To poskytne informace o dynamice stavu, což je zvláště důležité vzhledem k vypuknutí hromadné reprodukce škůdců stonků. Některé druhy přestaly produkovat nejen ohniska masové reprodukce, ale dokonce i jakýkoli významný nárůst hustoty populace za posledních 30 let nebo více. Dalším novým směrem je hledání severní hranice areálů některých hromadných jehličnatých škůdců, které plánujeme uskutečnit v příštím roce.
Díky tomu bylo nasbíráno velké množství materiálu, který nám umožňuje blíže přiblížit problematiku role patogenů a škůdců při změně stavu lesních plantáží severní tajgy a včasnou diagnostiku nástupu procesů patogeneze a rozmnožování škůdců.