Vyrušování lesů invazivním hmyzem a chorobami ve Spojených státech - Forest disturbance by invasive insects and diseases in the United States

Les s dominancí popela klesá od smaragdový popelník poškození

Druhy, které nejsou původem z lesa ekosystém může působit jako agent porucha, změna lesní dynamika jak napadají a šíří se. Invazivní hmyz a patogeny (nemoci) se do Spojených států dostávají prostřednictvím mezinárodního obchodu a šíří se prostřednictvím přirozeného a lidského šíření. Invazivní hmyz a patogeny jsou vážnou hrozbou pro mnoho lesů ve Spojených státech a mají zdecimovanou populaci několika druhů stromů, včetně Americký kaštan, Americký jilm, jedlovec východní, bílá kůra borovice a nativní druhy popela (viz rozšířený seznam níže). Ztráta těchto dřevin je obvykle rychlá s krátkodobými i dlouhodobými dopady na lesní ekosystém.[1]

Šíření cikánské můry 1900-2007
Cikánská můra poškození v Harper's Ferry, WV

Cesty a šíření

Cesty

Mezinárodní obchod je primární cestou pro zavádění invazivního hmyzu a patogenů do Spojených států.[2]

Živé rostliny

Dovoz živých rostlin byl cestou přisuzovanou více než 60 procentům nejškodlivějších nepůvodních škůdců do Spojených států.[2] Živé rostliny jsou obzvláště účinnou cestou, protože poskytují živobytí škůdci na dlouhých cestách na jinak nehostinných nákladních lodích. Pozoruhodné rané příklady živých rostlin chovaných škůdci - jako např stupnice buku, kaštanová plíseň, a rzi puchýře z bílé borovice —Ledoval do Zákon o karanténě rostlin z roku 1912 a předpisy z Ministerstvo zemědělství USA v roce 1919. Navzdory těmto a následujícím předpisům byl hmyz a patogeny nadále zaváděny živými rostlinami.[1]

Dřevěné výrobky

Dřevěné výrobky - včetně dřevěného obalového materiálu - jsou druhou nejběžnější cestou a představují asi 30 procent nejškodlivějších nepůvodních škůdců do Spojených států. Tyto nekvalitní výrobky ze dřeva, jako jsou bedny a palety, často zadržují vnější část stromu (kůru a floém), kde lze ukrýt život hmyzu.[1]

jiný

Mezi další méně běžné cesty patří „stopování“ přímo na nákladních lodích a kontejnerech a v leteckých zavazadlech.[1]

Šíření

Jakmile jsou invazivní hmyz a patogeny zavlečeny do lesů Spojených států, mohou se šířit dvěma způsoby: přirozeným a lidským šířením. Rychlost šíření pomocí člověka může být nestálá a způsobit napadení škůdců na vzdálená, diskrétní místa. Rychlost přirozeného šíření se liší v závislosti na adaptaci druhů škůdců, ale je rozptýlenější a šíří se ven z napadené oblasti. Typické rozptýlení invazivního hmyzu a patogenů je charakterizováno oběma způsoby: difúzní šíření spojené s dálkovými „skoky“ do jednotlivých oblastí.[3]

Přirozené rozptýlení

Patogeny se mohou šířit vzduchem, vodou nebo na hmyzích a zvířecích vektorech (hostitelích). Holandská nemoc jilmu byl rozšířen kůrovci, ale úmrtnost stromů byla způsobena patogenem.[4] Kaštanová plíseň je houba šířící se větrem a deštěm; plíseň cestovala přirozeným způsobem až 50 mil za rok.[5] Hmyzí škůdci, jakmile dosáhnou fáze dospělosti, mají schopnost se rozptýlit letem. Vrták smaragdového popela brouci mohou cestovat přes sedm kilometrů denně.[6] Asijský brouk rohatý obvykle však zůstává u stromu, na kterém dospěl, a udržuje lokální přirozené šíření.[7]

Rozptýlení za pomoci člověka

Šíření za pomoci člověka může způsobit, že invazivní hmyz nebo patogeny „skočí“ na nová a často vzdálená místa. Přepravovaný škůdce se pak může šířit přirozenými prostředky a vytvářet nové, oddělené populace.[3] Významným prostředkem šíření pomocí člověka je přeprava infikovaného palivového dřeva. Například diskrétní populace vrtáku smaragdového popela byla vysledována do odlehlých kempů, kde by přirozené šíření nebylo možné.[8]

Dopady lesa

Nepůvodní invazivní druhy mohou narušit ekosystémy, protože nemají přirozené predátory nebo jiné ekologické kontroly a rovnováhy. S menší konkurencí původních druhů tedy mohou nepůvodní populace explodovat.[9] Invazivní hmyz a patogeny eliminovaly celé druhy stromů z lesů Spojených států za pouhých desetiletí. Tato rychlá změna ve složení lesa má důsledky pro celý ekosystém.[1] Rozsah dopadu závisí na vlastnostech škůdce i hostitelského stromu.[10]

Škůdci se liší způsoby útoku a rozsahem poškození. Například defoliující hmyz (cikánská můra ) může oslabit stromy, ale ne přímo způsobit úmrtnost, zatímco nudný hmyz (Vrták smaragdového popela ) může často způsobit vážné škody. Patogen může pomalu oslabit strom (nemoc bukové kůry ) nebo to může způsobit rychlý pokles (kaštanová plíseň ). Škůdce může napadnout určitý druh (hemlock vlněný adelgid ) nebo může napadnout několik druhů (smaragdový popelník ) nebo druhy v mnoha rodech (Asijský brouk rohatý ).[10]

Dopady na les se také liší v závislosti na vlastnostech hostitelského stromu. Úpadek dominantnějšího stromu (Americký kaštan ) nebo ten, který plní jedinečnou roli (například a dusíkový ustalovač ) má větší dopad. A průkopník dřeviny, které se po narušení rychle regenerují, mohou být schopny znovu potvrdit svoji roli v lese, zatímco vyvrcholení druhy stromů nemusí.[10]

Dopady lesa lze rozdělit do dvou fází: krátkodobé fyzické narušení způsobené přímo škůdcem a dlouhodobé změny funkcí ekosystému v reakci na narušení.[1]

Krátkodobý

Krátkodobé poruchy jsou fyzické škody přímo způsobené invazivním škůdcem a měří se v časovém měřítku měsíců až let. Krátkodobá produktivita lesů je snížena významnou úmrtností stromů. Například produktivita smíšených lesů popela zasažených vrtákem smaragdového popela byla měřena při přibližně 30% snížení po rušení. Produktivitu lesů lze snížit i bez rozšířené úmrtnosti. Během vypuknutí cikánského můry mohou být celé lesy odlistěny, ale pak se zotavit. Energie potřebná pro nové listy však stromy oslabuje. Duby - oblíbený zdroj potravy pro larvu cikánského můry - produkují po létech po odlistění sníženou úrodu žaludu. Tím jsou ovlivněna zvířata, která se spoléhají na žaludy; ale některým zvířatům cikánská můra prospívá, jmenovitě ta, která se živí housenkami (larvami). Rostliny podzemí mohou také těžit ze zvýšeného slunečního světla a srážek; nebo by mohly zahynout, pokud budou ponechány příliš exponované. Hladiny dusíku v půdě se zvyšují z exkrementů hmyzu, mrtvých housenek a opadaných listů.[10]

Mezi další krátkodobé dopady patří: změny v mikroklimatu lesa z otevřenějšího vrchlíku, který zvyšuje teplotu a snižuje vlhkost, úbytek druhů v symbiotických vztazích s postiženým stromem (Clarkův louskáček a borovice bělokorá), úbytek speciálních druhů (popel speciální členovci), úbytek druhů, které se jako stanoviště spoléhají na postižené stromy (černohrdlý zelený pěnice a jedlovec), změny ve složení vodních druhů od toků přecházejících ze stínu na více slunce, zvýšená eroze způsobená ztrátou kořenové hmoty a pokryvem stromů.[1][10]

Dlouhodobý

Dlouhodobé poruchy jsou změny ve fungování lesního ekosystému v důsledku události narušení a jsou měřeny v desetiletích až stoletích. Změny v lesním ekosystému jsou primárně výsledkem změn ve struktuře lesů a druhovém složení.[1] Americký kaštan tvořil v mnoha východních listnatých lesech až 50 procent vrchlíku,[11] Například druhy jasanu tvoří 7 procent všech lesů ve Wisconsinu.[12] a až 90 procent některých lesů.[13] Jedlovec východní je nejběžnějším jehličnanem v mnoha severovýchodních lesích.[10] Ztráta těchto druhů z lesa představuje ztrátu příspěvků, které přispěli k fungování ekosystému. Koexistující druhy stromů a rostlin získají prázdnotu zanechanou postiženým druhem, ale často poskytují různé funkce. Například východní hemlock je obvykle nahrazen černá bříza na severovýchodě - pomalu rostoucí, stínu tolerantní a hluboký stín produkující vždyzelený strom, nahrazený rychle rostoucím, otevřeným, listnatým stromem. Zatímco krátkodobá produktivita lesů byla diskutována výše, dlouhodobá produktivita jasanových lesů bude záviset na druzích, které zaplňují prázdnotu; pomalu rostoucí druh (javory) by snížil produktivitu lesů, zatímco rychle rostoucí druh (bezový) by mohl zvýšit produktivitu.[10]

Omezení

Je obtížné měřit celkový obraz dlouhodobých ekologických účinků invazivních škůdců; a je příliš brzy na stanovení účinků mnoha nových invazivních zavlečení škůdců. Velká část výzkumu se zaměřila na biologii škůdců - tj. životní cyklus a preference hostitele - směrem k pochopení toho, jak omezit jejich šíření.[10] Nedávná a rychlá ohniska, jako je vypalovačka smaragdového popela, však vzbudila zájem o porozumění ekologickým důsledkům invazivních škůdců a o tom, jak obnovit zasažené lesy.[14]

Přežití a zotavení

Americký kaštan, prakticky vyřazený z lesa, přežil v malých izolovaných kapsách. Přeživší byli kříženi s odolností proti plísni Čínský kaštan a znovu do Národní lesy ve zkušebních studiích.[11]

Parazitoidní vosy byly schváleny k propuštění USDA bojovat proti smaragdový popelník. Aplikace pesticidů se také používají k ochraně jasanů před invazí vrtáků. Modrý popel je jediný původní druh popela, který vykazuje určitou přirozenou odolnost vůči vřetenu smaragdového popela.[15]

Ačkoli Americký jilm zůstává náchylný k nemoci jilmu nizozemského, přetrvává v lesích - a tím zachovává genetickou rozmanitost - protože v dospělosti dosáhne dospělosti, produkuje osivo, které se šíří větrem na velké vzdálenosti, může se usazovat v narušených oblastech a snáší drsné podmínky.[16] Byly vyprodukovány kultivary jilmu amerického a jsou k dispozici v obchodě s mateřskými školkami, které jsou odolné vůči holandským jilmům, jako například „Valley Forge“ a „Princeton“.[16][17]

Seznam invazivního hmyzu a patogenů ovlivňujících dřeviny v Severní Americe

Hmyz

Poznámka: Patogeny přenášené hmyzem jsou zahrnuty pod patogeny

Patogeny

Reference

  1. ^ A b C d E F G h Lovett, Gary (2016). „Nepůvodní lesní hmyz a patogeny ve Spojených státech: Dopady a možnosti politiky“. Ekologické aplikace. 26 (5): 1437–1455. doi:10.1890/15-1176. PMC  6680343. PMID  27755760.
  2. ^ A b Liebhold, Andrew M; Brockerhoff, Eckehard G; Garrett, Lynn J; Parke, Jennifer L; Britton, Kerry O (01.04.2012). „Živé dovozy rostlin: hlavní cesta pro invazi lesního hmyzu a patogenů do USA“. Hranice v ekologii a životním prostředí. 10 (3): 135–143. doi:10.1890/110198. ISSN  1540-9309. S2CID  86218354.
  3. ^ A b Crowl, Todd A; Crist, Thomas O; Parmenter, Robert R; Belovský, Gary; Lugo, Ariel E (01.06.2008). „Šíření invazivních druhů a infekčních chorob jako hybné síly změny ekosystému“. Hranice v ekologii a životním prostředí. 6 (5): 238–246. doi:10.1890/070151. ISSN  1540-9309. S2CID  26815630.
  4. ^ „Škůdci a patogeny stromů“. Věda. 2017-11-08. ISSN  0036-8075.
  5. ^ „Forest Pathology - Chestnut Blight“. www.forestpathology.org. Citováno 2017-11-12.
  6. ^ „Modelovací šíření smaragdového popela“.
  7. ^ "USDA APHIS | Asian Longhorned Beetle - About". www.aphis.usda.gov. Citováno 2017-11-12.
  8. ^ „Zkoumání role člověka v šíření invazních druhů - nejdůležitější výsledky výzkumu - Výzkum a vývoj lesních služeb v USA“. www.fs.fed.us. Citováno 2017-11-12.
  9. ^ Lusk, US Fish and Wildlife Service, Jenny Ericson, Michael. „Časté dotazy - Invazivní druhy - Americká služba pro ryby a divokou zvěř“. www.fws.gov. Citováno 2017-12-02.
  10. ^ A b C d E F G h M., Lovett, Gary; D., Canham, Charles; A., Arthur, Mary; C., Weathers, Kathleen; D., Fitzhugh, Ross (01.05.2006). „Lesní ekosystém reaguje na exotické škůdce a patogeny ve východní Severní Americe“. BioScience. 56 (5): 395. doi:10.1641 / 0006-3568 (2006) 056 [0395: FERTEP] 2.0.CO; 2. ISSN  0006-3568.
  11. ^ A b Clark, Stacy; McNab, Henry; Loftis, David; Zarnoch, Stanley (09.11.2012). „Růst a přežití amerického kaštanu pět let po výsadbě ve dvou pěstebních procedurách v jižních Apalačských pohoří, USA“. Lesy. 3 (4): 1017–1033. doi:10,3390 / f3041017.
  12. ^ „Průvodce zdroji Emerald Ash Borer - zemědělství, obchod a ochrana spotřebitele“. datcpservices.wisconsin.gov. Citováno 2017-12-02.
  13. ^ „Povstání z popela: Co se stane, když stromy zmizí z lesa? | Severovýchodní klimatické vědecké centrum“. necsc.umass.edu. Citováno 2017-12-02.
  14. ^ Dix, Mary Ellen; Buford, Marilyn; Slavicek, Jim; Solomon, Allen M .; Conard, Susan G. 2010. Invazivní druhy a poruchy: Současné a budoucí role výzkumu a vývoje lesních služeb. In: Dix, Mary Ellen; Britton, Kerry, eds. Vize dynamického výzkumu invazivních druhů: Příležitosti a priority 2009–29. Gen. Tech. Rep. WO-79/83. Washington, DC: Americké ministerstvo zemědělství, lesnické služby, výzkumu a vývoje: 91-102.
  15. ^ „Emerald Ash Borer: Současnost a budoucnost - stromové služby“. www.treeservicesmagazine.com. Citováno 2017-12-02.
  16. ^ A b „Online magazín USDA ARS, svazek 44, č. 7“. agresearchmag.ars.usda.gov. Citováno 2017-12-02.
  17. ^ „Jilmy - Holandské odrůdy odolné vůči jilmům - Agrolesnictví - Rozšíření University of Minnesota“. www.extension.umn.edu. Citováno 2017-12-02.