Биологические науки/7.зоология

¹Туралиева М., д.б.н.²Ешибаев А.А.,³ доктор PhD Дигель И.Э., к.б.н. ¹Сапарбекова А.А., ²Раимкулова Д.А.

1. Южно-Казахстанский государственный университет им. М.Ауезова. 2.Шымкентский университет, Казахстан.

3.Аахенский Университет Прикладных наук, Германия.

Представители отряда жесткокрылых (Coleoptera) – основные вредители урбанодендрофлоры Южного Казахстана

Актуальность исследования. В условиях аридного климата урбанофлора в городской экосистеме занимает особое место. Она выполняет функцию фильтра очищения воздуха от токсичных примесей и регулирует микроклимат местности [1,2]. Дендрофлора Южно-Казахстанской области представляет собой эксклюзивное сообщество, включающее в себя исконно местные и интродуцированные виды деревьев. По данным департамента по благоустройству жилищного сектора г. Шымкент, начиная с середины 90-х годов, наметилась тенденция ухудшения дендропатологической ситуации в регионе. Развитие неизвестных видов вредителей и болезней привело к увеличению числа погибших деревьев и доли суховершинности в древостоях. Выяснение причин резкого ухудшения дендропатологической ситуации, изучение видового состава и биологии развития вредителей составили цель наших исследований.

Объект исследования. Объектом наших исследований послужили сообщества древесных пород урбанофлоры Южно-Казахстанской области и инвазийные виды вредителей и болезней деревьев. Основа современной дендрофлоры Южно-Казахстанской области была заложена в начале 20-х годов прошлого века [3]. Это сообщество тогда насчитывало не более 70 видов древесных и полукустарниковых пород. Увеличение видового разнообразия дендрофлоры связана с организацией первого в регионе дендрологического парка в 1979 году. В результате внедрения хорошо акклиматизированных пород деревьев, в настоящее время видовой состав дендрофлоры области насчитывает более 250 видов, из которых около 55% интродуцированы из разных физико-географических районов мира [4]. В настоящее время многие из интродуцированных видов составляют основу древесных сообществ населенных пунктов и естественных ценотических образований [5].

Методы исследования. Экологическое состояние дендрофлоры региона и диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев нами изучалось в маршрутных исследованиях, проведенных в городах Шымкент, Туркестан, Арысь и населенных пунктах Аксукент, Шаян, Чулак-Корган, Т.Рыскулов, Тамерлановка . Исследования проводились в весенне-летние месяцы 2010-2012 годов, были учтены количество погибших и частично погибших деревьев, изучены причины гибели и ухудшения их жизненного состояния, анализирована степень и характер поврежденности деревьев в разрезе их видовой принадлежности и таксономический анализ основных вредителей и болезней дендрофлоры региона.

Оценку экологического и диагностику жизненного состояний деревьев и древостоев проводили с использованием методик В.А.Ковды и А.С.Керженцева [6], Алексеева В.А. [7]. Таксономический анализ видового состава деревьев проводили с использованием иллюстрированного определителя «Флора Казахстана, 9 томов» [8]. Таксономический анализ видового состава вредителей был проведен по морфологическим признакам взрослых особей и личинок, с использованием определителя вредителей древесных пород Е.Г. Мозолевской [9]. Таксономический анализ фитопатогенной микрофлоры пораженных частей деревьев были проведены на основе анализа морфологических и физиологических признаков микроорганизмов, выделенных в чистую культуру, с использованием определителя патогенных и условно патогенных грибов Д. Саттона с соавторами [10], Ванина С.И. с соавторами [11].

Результаты исследования. В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

1) Доля сухостоя в сообществах деревьев урбанофлоры исследованных нами населенных пунктов колеблется от 4,7±0,22 до 8,5±0,31%. В процессе учета к этой категории были отнесены только полностью погибшие деревья. К категории частично погибших относились деревья, у которых имеются одна и более погибших крупных ярусных стволов. Доля таких деревьев в наших исследованиях составила от 9,7±0,36 до 12,5±0,54%. Наибольшие значения этих показателей были установлены в дендрофлоре городов Шымкент (соответственно 8,5±0,31% и 12,5±0,54%), Туркестан (7,2±0,21% и 10,7±0,36%), Арысь (6,9±0,42 и 9,8±0,42%), и населенного пункта Чулак-Корган (5,8±0,26% и 8,6±0,45%);

2) Исследование причин гибели деревьев показал, что 88,8±4,56% погибших деревьев имеют следы повреждения стволов вредителями. В процессе исследования в коре и подкорковых щелях нами были обнаружены многочисленные виды насекомых и их разновозрастные личинки. Было установлено, что деревья повреждают личинки облигатных ксилофагов, которые живут внутри ствола, развиваясь до стадии взрослого имаго. Вредители питаются древесиной и подкорковой флоэмой, проделывая ходы в стволе глубиной до 8-12 см. Повреждения встречаются только в крупных стволах деревьев, диаметр которых превышает 15-17 см. В результате полного уничтожения подкорковой флоэмы верхняя часть ствола остается отрезанной от корневой системы, что вызывает ее гибель. В случае повреждения ярусного ствола погибает часть дерева, что внешне проявляется как суховершинность, а в случае повреждения главного ствола дерево погибает полностью. При морфологическом анализе было установлено, что на поврежденных частях деревьев имеет место процесс гниения и патологические изменения тканей. Результаты фитопатологических исследований показали, что на поврежденных тканях развиваются фитопатогенные и полуфитопатогенные микромицеты, вызывающие гниение и деформацию тканей, что способствует ускорению гибели дерева. Сок дерева, выделяющийся из поврежденных тканей, экскременты личинок вредителей и живая ксилема служат питательной средой для размножения патогенных микроорганизмов. В данном случае дерево, вредители и фитопатогенные микроорганизмы составляют систему «Паразит - хозяин». Личинки вредителей, повреждая древесину, открывают путь к размножению патогенной микрофлоры, взрослые имаго вредителей, питаясь сокотечью и посещая другие деревья, способствуют их распространению. Таким образом, поврежденные деревья становятся живым природным инкубатором для размножения фитопатогенной микрофлоры;

3) Результатами таксономических анализов было установлено, что в дендрофлоре нашего региона встречаются 25 видов вредителей - ксилофагов и листоедов. Из которых 17 видов являются представителями отряда перепончатокрылых (Lepidoptera L.) и 8 отряда жесткокрылых (Coleoptera L.). Было выявлено, что наиболее вредоносными из них являются шесть видов; облигатные ксилофаги - Monochamus urussovi F., Monochamus sutor L., Acanthocinus aedelis L., Cossus cossus L., Cetonia aureta L.) и один вид листоеда - Xanthogaleruca luteolа Muller. Из ксилофагов у C. Cossus взрослое имаго является бабочкой, а у остальных жуками крупных размеров. Вредящей фазой у всех ксилофагов являются их личинки, которые питаются древесиной и жувут в стволе до 4-5 лет. В конце личиночной фазы они окукливаются осенью и весной следующего года из них вылупляются взрослые особи. Имаго этих вредителей питаются соком, вытекающихся из поврежденных мест ствола и вскоре откладывают яйца в расщелины стволов деревьев, что обеспечивает повторения их цикла развития. Эти виды не приурочены к конкретному виду дерева. В наших исследованиях было установлено их развитие в шести видах деревьев. Однако соотношение их частоты встречаемости разное. Структурный анализ установленных видов на изученных видах деревьев показал следующее соотношение - 10 : 3 : 5 : 1 : 2.

В отличие от предыдущих, X. luteolа или ильмовый листоед узко приурочен только к вязу мелколистному. Листьями этого вида дерева питаются как взрослые жуки, так и их личинки. Взрослые жуки живут только один год. В климатических условиях Южного Казахстана они успевают дать пять генерации. Зимуют куколки в расщелинах коры деревьев. В 2009 и 2011 годах было зарегистрировано их эпизоотическое развитие, в результате которого вяз мелколистный полностью потерял зеленый покров. Результатами таксономического анализа микрофлоры пораженных частей деревьев было установлено 7 видов микромицетов, относящихся к родам Mucorales Fr., Aspergillus Micheli ex Haller, Fusarium Link. и Penicillium Thom классов Hyphomycetes и Zygomycetes Winter. Это Aspergilus nidulans G Winter, Fusarium chlamydosporum Wollenw. & Reinking , Fusarium semitectum Berkeley and Ravenel, Mucor circinelloides Tiegh., Aspergillus flavus Linck, Aspergillus niger Tiegh. и Penicillium purpurogenum Stoll.;

4) Анализ результатов исследования по оценке жизненного состояния деревьев показал, что вышеуказанные виды вредителей в основном повреждают шесть аборигенных видов деревьев: платан восточный (Platanus orientalis L.), ива козья (Salix alba L., тополь белый (Populus alba L.), тополь черный (Populus nigra L), ива плакучая (Salix babilonica L.), вяз мелколистный (Ulmus pumila L.) и вяз крупноплодный (Ulmus macrocarpa Hance). Среднее значение показателей поврежденности этих видов в дендрофлоре области составила соответственно 34,2±0,18%; 29,7±1,1%; 44,6 ±2,2%; 74,5±3,1%; 69,7±2,3%; 85,4±1,8%; 21,4±1,1%. Эти показатели характеризуют высокую степень поврежденности взрослых деревьев этих видов. Анализ степени заселенности стволов поврежденных деревьев показал, что в стволе каждого поврежденного взрослого дерева встречаются в среднем от 25,6±1,3 до 56,8±2,1 разновозрастных личинок вредителей.

Обсуждение результатов исследования. Глобализация экономики между разными физико-географическими зонами способствует ускорению процесса намеренной и спонтанной интродукции, что, в конечном счете, может привести не только к унификации видового состава флор различных регионов, но и также к существенному изменению биоценотических связей в исконном сообществе. Известно, что поведение инвазийных видов в новой экологической ситуации неоднозначно. Оно зачастую агрессивное и может повлечь не поправимые изменения в ценозах различного порядка. Поэтому, изучение стратегии поведения иноземных видов имеет важное значение для сохранения целостности и устойчивости исторически сложившихся сообществ. В нашем случае дальнейшее бесконтрольное развитие дендропатологической ситуации может привести к полному уничтожению самых распространенных видов дендрофлоры Южного Казахстана.

Анализ научной литературы показал, что развитие и высокая вредоносность этих вредителей в нашем регионе ранее зарегистрирован не был. Естественным ареалом распространения этих видов насекомых является северные регионы Казахстана и сибирские леса России, где они развиваются преимущественно на хвойных породах деревьев [12,13]. В наш регион они инвазийрованы вместе со стройматериалами во время строительного бума 90-х годов. Вредители, оказавшись в новой экологической ситуации, хорошо приспособились к новому пищевому субстрату и за этот период времени первая партия вредителей, предположительно, успели сменить пять поколений. В настоящее время размножение этих вредителей происходит по закону геометрической прогрессии, чему способствуют благоприятные климатические и трофические условия. Аналогичная ситуация была описана в работе О.С.Телегиной [14], которая в сообществах вяза мелколистного западного, северного и юго-восточного регионов Казахстана регистрировала эпизоотическое развитие новых видов вредителей как Apocheima cinerarius Rofl. , Lycia hirtaria Clerck и Exаereta ulmi Denis & Schiffermüller. Как было сказано выше, изменение энтомопатологической ситуации сопряжено и с изменением фитопатологической обстановки в дендрофлоре региона, которая нуждается в более подробном исследовании. Кроме того, некоторые из идентифицированных нами видов фитопатогенных микромицетов, по мнению H.Brahm с соавторами [15] являются возбудителями болезни человека под названием «Апластическая анемия».

Выводы. Основными вредителями дендрофлоры Южно-Казахстанской области являются инвазийные виды отрядов жесткокрылых (Coleoptera L.) и чешуекрылых (Lepidoptera L.). Вредители хорошо адаптированы к условиям местного климата, пищевому субстрату и развиваются в эпизоотической степени. В сильной степени повреждены шесть аборигенных видов деревьев, экологическое состояние которых требует организации срочных мер борьбы с вредителями.

Литература

1 Соловьева О.С. Пылезадерживающая способность древесных растений в зонах разного загрязнения г. Йошкар-Олы / О.С. Соловьева // Актуальные проблемы экологии и охраны окружающей среды. Ч. 1.- Тольятти: ВуиТ, 2004. – С. 256 – 261.

2 Николаевский В.С. Роль растительности в регуляции чистоты атмосферного воздуха / В. С. Николаевский. – Л., 1978. – 277 с.

3 Демидовская Л.Ф. Озеленение Шымкента // Изв. АН КазССР. Сер. ботаническая. – 1950. – Вып. 5. – С. 47-63.

4 Сихымбаев Ә.Е., Керімбекова Т.Қ., Сихимбаева С.М. Оңтүстік Қазақстан облысындағы интродукцияланған өсімдіктер. Оқу-әдістемелік құрал. – Шымкент, 2005. – С.- 31.

5 Сихимбаева С.М. Шымкент қаласы урбанофлорасының систематикалық түрлік құрамы // Ізденіс. Жарат. және тех.ғыл. сериясы. – 2006. – № 4. – 123-125 б.

6 Региональный экологический мониторинг. (На примере Верхнеокского бассейна) Под ред. В.А.Ковды и А.С.Керженцева. М., Наука, 1983.

7 Алексеев, В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев / В.А. Алексеев // Лесоведение. - 1989. - №4. – С.51-57.

8 «Флора Казахстана» 9 томов. 1969.-Алматы.

9 Мозолевская Е. Г., Белова Н. К., Лебедева Г. С. Практикум по лесной энтомологии М.:Экология,1991. Определитель насекомых европейской части СССР. Т. 2. М.-Л.: Наука, 1965. — 668 с.

10 С. Саттон, А. Фотергилл и М. Ринальдидің «Определитель патогенных и условно патогенных грибов». Изд. «Мир». 2001.- 469 с.

11 Ванин, С.И. Определитель болезней древесных пород и кустарников, применяемых для полезащитных насаждения. /С.И. Ванин, И.И. Журавлев, Д.В. Соколов. - М.-Л.: Гослесбумиздат, 1950. - 148 с.

12 Россия Катаев О. А., Мозолевская Е. Г. Экология стволовых вредителей (Очаги, их развитие, обоснование мер борьбы). Л., 1981. - 86 с.

13 Кривошеина Н. П., Компанцев А. В. Основные группировки стволовых насекомых в лесах Вологодской области // Животный мир южной тайги. Проблемы и методы исследований., 1984,-С. 84-118

14 Телегина О.С. - Инвазии чуждых видов фитофагов хвойных в Северный Казахстан // Бюллетень №4 Постоянной комиссии по биологической защите леса «Экологически безопасная защита растений  от вредителей и болезней», ВПРС МОБББ, Пушкино, 2004, с.118-121.

15 Brahm H. Segal, Thomas J, Walsh, Johnson M. Liu, Jon D. Wilson, Kyung J.Kwon-Chung. Invastve infection with Fusarium chlamydosporum in a Patient with Aplastic Anemia. Clin Microbiol. 1998 June; 36(6): 1772–1776.