Делают ли сильные лесные пожары леса на западе США более уязвимыми для будущих вспышек короедов?
Ответ в исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, отрицательный. Приводя к изменчивости плотности и размера деревьев, которые растут во время восстановления, крупные пожары снижают будущую уязвимость лесов для нападений короедов и широкомасштабных вспышек.
«Огонь создает очень разнородный ландшафт», - говорит соавтор исследования Кеннет Раффа, профессор энтомологии Висконсинского университета в Мэдисоне.«Жуки могут размножаться на отдельном дереве только один раз, поэтому они используют этот участок деревьев и тот участок деревьев по мере их появления, но когда количество и размер деревьев сильно различаются, крупная вспышка трудно развивается.."
Жуки-короеды нападают на деревья, чтобы размножаться, и вспышки происходят в основном в лесах, в которых деревья-хозяева жука большие и многочисленные. Молодым после пожара деревьям могут потребоваться десятилетия, чтобы достичь желаемого размера. Но исследователи, в том числе профессор зоологии Университета Вашингтона в Мэдисоне Моника Тернер, предположили, что если одновременно появится большое количество подходящих деревьев, леса после пожара могут стать более восприимчивыми к вспышкам.
Однако исследователи также рассмотрели другую возможность: если леса восстанавливаются в виде мозаики подходящих деревьев на ландшафте (в зависимости от размера и плотности), хотя отдельные деревья могут подвергаться нападению жуков-короедов, эта изменчивость также может защитить леса от широкомасштабных вспышек.
В исследовательскую группу также входят ведущий автор Руперт Зайдл из Университета природных ресурсов и наук о жизни в Вене (который провел свой творческий отпуск в Университете Вашингтона в Мэдисоне в 2015 году) и Дэниел Донато из Департамента природных ресурсов штата Вашингтон, бывший научный сотрудник лаборатории Тернера.
Чтобы проверить свои вопросы, команда использовала долгосрочные данные о крупных и сильных пожарах, которые сожгли 36 процентов территории Йеллоустонского национального парка в 1988 году.
«Часто считается, что Йеллоустонские пожары открыли новую эру пожарной активности на западе», - говорит Тернер, и с тех пор она, ее студенты и коллеги изучают восстановление этих лесов.
С помощью данных они смоделировали 130-летний рост после Йеллоустонских пожаров, используя компьютерную модель, откалиброванную для исследуемой области и используемую лесными и земельными менеджерами в США, называемую Симулятором лесной растительности.
«Мы используем модели, потому что с точки зрения человека деревья растут медленно, и мы не сможем наблюдать эти изменения в течение 100 лет», - говорит Тернер.
Они измерили, насколько леса будут подвержены вспышкам короеда каждый год после пожара, основываясь на характеристиках доминирующих пород деревьев в Большом Йеллоустоуне: скрученной сосне и пихте Дугласа. Они сравнили это с восприимчивостью к эпидемии, предполагая, что леса восстанавливаются однородно, другими словами, если плотность и размер деревьев не различаются..
Для сосны обыкновенной модель показала, что потребуется 79 лет, чтобы первые послепожарные насаждения стали очень восприимчивыми к вспышкам короеда, и 115 лет, чтобы половина насаждений стала уязвимой. К 130 годам 89% насаждений окажутся под угрозой эпидемии.
Для пихты Дугласа первый древостой стал уязвимым для вспышки короеда через 99 лет после начала послепожарной регенерации, согласно модели. Через 130 лет только половина насаждений была восприимчива.
«Эта вариация сохраняется более 130 лет», - говорит Тернер. «Напротив, однородные насаждения становятся уязвимыми рано и одновременно».
Исследователи зафиксировали огромную изменчивость плотности, размера и темпов роста деревьев на территориях, сгоревших в 1988 году.
Тернер и Раффа говорят, что управляющие земельными и лесными ресурсами могут захотеть рассмотреть возможность поощрения и поддержания этой естественной изменчивости, чтобы помочь защитить леса от вспышек короедов. Когда большое количество деревьев относительно однородно в ландшафте, внезапный или даже хронический стресс, такой как старость, может сделать значительный лесной ресурс доступным для всех популяций жуков одновременно.
После пожара менеджеры иногда прореживают восстанавливающиеся леса, что может стимулировать рост больших деревьев и даже снизить восприимчивость отдельных насаждений к нападениям жуков. Тем не менее, Раффа и Тернер говорят, что прореживание, проводимое равномерно на больших площадях, может непреднамеренно увеличить риск вспышки, если все деревья сразу станут восприимчивыми. Густые заросли «собачьей шерсти» (названные так из-за большого количества низкорослых деревьев, растущих близко друг к другу, как шерсть собаки) обычно не ценятся, но они могут играть важную экологическую роль, ранее не признанную, добавляет Тернер.
На американском западе жуки и их хорошо адаптированные деревья-хозяева вовлечены в постоянно меняющуюся гонку вооружений. Жуки-короеды нападают на дерево, и дерево выделяет смолу, чтобы помешать жуку. Жуки используют химические феромоны, чтобы призывать других жуков в качестве подкрепления, когда они находят хорошее дерево, но дерево впоследствии меняет свой химический состав, делая себя менее привлекательным и более токсичным, убивая при этом часть собственных тканей.
«Дерево запускает защиту выжженной земли от жука, но жук превращает токсины дерева в аттрактанты, как ранняя версия джиу-джитсу», - говорит Раффа.
Деревья, находящиеся в состоянии стресса - из-за засухи, возраста, дефолиации и т. д. - подвергаются повышенному риску нападения жуков-короедов и, как следствие, гибели. По мере потепления климата западные леса пострадали как от увеличения стресса, так и от увеличения выживаемости жуков во время зимовки, что дает преимущество короедам. В лесах также стали чаще возникать сильные пожары.
«Изменение климата создает больше возможностей для жуков», - говорит Тернер. «Поскольку температура выше, жуки не умирают зимой, а жуки могут расширять свой ареал, поражая деревья, которые менее приспособлены к защите от нападения».
Например, Раффа говорит, что жуки-короеды «преодолели исторический барьер», появляясь в обычно более прохладных местах, таких как Альберта, Канада. «Теперь бореальные леса впервые обеспечивают связь между горным сосновым жуком и лесами Среднего Запада, и никто не знает, как быстро жук будет продвигаться вперед или насколько большой проблемой это станет», - говорит он.
Жуки-короеды также могут создавать проблемы в Висконсине. Раффа работает с Департаментом природных ресурсов штата Висконсин над уточнением руководящих принципов и проведением текущих исследований жуков-короедов в штате. Некоторые виды давно существуют здесь, говорит он, но они менее агрессивны, чем виды, обнаруженные на западе.