VIVOS VOCO: Гродницкий Д.Л., "Сибирский шелкопряд и судьба пихтовой тайги"

Сибирский шелкопряд
и судьба пихтовой тайги

Д.Л. Гродницкий

Дмитрий Львович Гродницкий, доктор биологических наук,
зав. каф. естественных дисциплин Ин-та повышения квалификации работников образования (Красноярск).

Кто не слышал о прожорливости саранчи, которая при массовом размножении объединяется в многомиллионные стаи, перелетает в поисках корма на сотни километров и в считанные часы уничтожает посевы зерновых и хлопчатника, сады и виноградники, причем объедает не только листья, но и ветки, и даже кору с деревьев? Много раз саранча обрекала на голодную смерть сотни тысяч людей. Те, кому повезло пережить нашествие, ставили памятники в честь своего спасения. Однако саранча свирепствует преимущественно в тропиках и субтропиках, для сибирских же лесов настоящим бедствием становится массовое размножение хоть и менее известного, но не менее прожорливого насекомого - сибирского шелкопряда (Dendrolimus sibiricus). Впервые его описал С.С.Четвериков сто с лишним лет назад. В наши дни шелкопряд перестал быть исключительно сибирским: западная граница его ареала давно миновала Урал и продолжает медленно продвигаться по европейской части России.

Взрослый сибирский шелкопряд - крупная бабочка до 10 см (обычно четыре-семь) в размахе крыльев; самцы мельче самок. Бабочки не питаются (у них даже нет хоботка), зато у гусениц отменный аппетит. Они объедают кроны всех растущих в Сибири видов хвойных деревьев, но более всего предпочитают хвою лиственницы, пихты и кедра, чуть менее - ели, и еще менее сосны. При этом гусеницы ведут себя довольно странно: в течение одной-двух недель активно кормятся и прибавляют в весе, после чего наступает непонятный период покоя (диапауза), когда они почти не едят. К слову, гусеницы другого вредителя (тоже достаточно крупного размера) - непарного шелкопряда (Lymantria dispar) - питаются непрерывно и полностью завершают развитие в течение полутора месяцев, а вот жизненный цикл сибирского шелкопряда обычно растягивается на два года. Биологический смысл кратковременной диапаузы летом, когда, казалось бы, все благоприятствует росту и развитию личинки, пока неясен.

Экологическая катастрофа?

Сибирский шелкопряд - обычный обитатель лесных экосистем; в здоровом лесу он постоянно встречается в небольшом количестве (одна-две гусеницы на десяток деревьев) и, соответственно, вреда от него немного. Другое дело, когда происходит массовое размножение насекомого или, как еще называют это состояние популяции, вспышка численности. Причины тому могут быть самыми разными. Например, засуха: после двух-трех теплых сухих сезонов гусеницы вместо обычных двух лет успевают развиться за год. В результате в текущем году откладывают яйца бабочки, родившиеся в прошлом и в позапрошлом годах. Плотность популяции удваивается, и естественные враги - насекомые-энтомофаги, обычно уничтожающие почти всех особей шелкопряда, - успевают поразить только половину его яйцекладок и гусениц, а остальные беспрепятственно развиваются, окукливаются, превращаются в бабочек и дают потомство. Кроме того, рост численности шелкопряда может быть связан с весенними низовыми пожарами. Дело в том, что гусеницы проводят зиму под лесной подстилкой, откуда выходят с первыми проталинами и устремляются в кроны деревьев. В подстилке зимует и злейший враг шелкопряда - микроскопический яйцеед теленомус (Telenomus). Его самки прикрепляются к телу шелкопряда (до 50 теленомусов на одной бабочке), путешествуют на значительные расстояния к месту откладки яиц, после чего поражают их. Поскольку шелкопряд откладывает яйца ближе к середине лета, яйцееды не спешат выходить из подстилки. Даже легкий пожар, прошедший ранней весной по подсохшей траве, губит большую часть популяции этих насекомых, что способствует возникновению очагов массового размножения шелкопряда. Через два-три года гусеницы полностью уничтожают хвою даже на самом крупном дереве и затем в поисках корма расползаются на соседние участки.

В Сибири такие очаги массового размножения (шелкопрядники) образуются в лесах двух типов: чистых (однопородных) лиственничниках (в Якутии, Хакасии и Туве) и в темнохвойной тайге (на Алтае, в Новосибирской, Кемеровской, Томской, Иркутской областях и Красноярском крае). Последствия вспышек численности в этих двух типах лесов совершенно различны, поскольку разные виды деревьев по-разному переносят нашествие шелкопряда.

Лиственница в течение месяца после повреждения способна образовывать вторичную (компенсационную) хвою, которая длиннее, светлее изначальной и обладает меньшей фотосинтетической активностью. Тем не менее и этой хвои достаточно, чтобы помочь дереву пережить потерю кроны. Как правило, лиственница переносит одно- и двукратное повреждение гусеницами. Исключение составляют местности с неблагоприятными условиями произрастания: аридными, как Тува, или вечномерзлотными, как Эвенкия.

В темнохвойной сибирской тайге лиственница если и есть, то в незначительном количестве, листву осины и березы шелкопряд не ест, поэтому судьба тайги зависит от устойчивости пихты сибирской (60-100% древостоя), ели и кедра. Пихта и ель не способны к образованию вторичной хвои и усыхают после однократного объедания. Кедр же при одинаковом диаметре ствола обладает вдвое большей биомассой хвои, чем у пихты [1]. Соответственно, чтобы уничтожить крону кедра, гусеницам необходимо в два раза больше времени или двукратная численность. Однако эта особенность кедра не меняет положения.

Считается, что темнохвойные леса после гибели рано или поздно восстановятся естественным образом благодаря сукцессии - последовательной смене одних биоценозов другими (травяного сообщества - лиственным и, наконец, хвойным лесом). Это справедливо, но только не в случае, когда гибель тайги вызвана массовым размножением шелкопряда. К сожалению, заблуждаются не только обыватели, не видящие причин для беспокойства, но и работники лесного хозяйства.

В реальности после вспышки численности шелкопряда происходит следующее. Все хвойные деревья, включая и подрастающее поколение, погибают, остатки крон осыпаются. Количество света, доходящее до земли, увеличивается вдвое. В результате начинают разрастаться лесные травы, прежде находившиеся в угнетенном состоянии из-за затенения, и через год-два почва скрывается под густым травяным покровом. Среди трав преобладает вейник (Calamagrostis) - злак, вызывающий быстрое образование дернины (поверхностного слоя почвы, пронизанного густо переплетенными корнями и подземными побегами). Мертвый древостой не забирает влагу из почвы, вследствие чего под шелкопрядниками постепенно образуется болото. Стволы погибших деревьев гниют и через пять-семь лет после вспышки численности начинают падать. В течение 10 лет зона массового размножения шелкопряда превращается в свалку гниющей древесины. Такие участки непроходимы не только для человека, но и для зверя.

Смена растительности в таежной экосистеме, где хвоя была уничтожена сибирским шелкопрядом.
Цифрами указано приблизительное число лет, необходимое для прохождения каждого этапа сукцессии.

Необходимо 10-20 лет, чтобы микроорганизмы разрушили остатки древесины и постепенно освободилось место для молодых берез. Однако в большинстве случаев росту нового поколения деревьев препятствуют пожары. Известно, что шелкопрядники горят по нескольку раз, поэтому пока в бывшем очаге остаются горючие остатки, деревья там не растут. Фактически в течение первых трех десятков лет шелкопрядники не продуцируют древесину [2]. Лишь после исчезновения пожарной опасности начинается рост березы.

Еще через 50 лет после массового размножения шелкопряда бывший таежный участок покрывается густыми зарослями березы с диаметром ствола 2-8 см. Под березой - все тот же покров из вейника, под вейником - дернина, под дерниной- переувлажненная почва (грунтовые воды залегают на глубине всего около 20 см). Сколько времени нужно, чтобы на таком участке восстановилась исходная таежная растительность?

Для начала должна снизиться влажность грунта, поскольку главный вид, определяющий облик темнохвойных лесов на равнине, - пихта, которая не переносит переувлажнения. Можно ожидать, что в течение нескольких десятилетий растущий березняк осушит почву и она станет пригодна для всходов пихты.

Только откуда в шелкопряднике взяться семенам? Какое-то количество кедровых орехов может быть принесено птицами, но их роль нельзя переоценивать. Семена ели, высевающиеся из шишек зимой, могут быть принесены ветром по насту. Однако важнее всего естественный посев пихты - основной лесообразующей породы. Пихтовые шишки распадаются осенью. При этом семена не летят далеко: специальные измерения показывают, что дальность их распространения не превышает 100 м, а основная масса оседает в 50-60 м от материнских деревьев [3]. Получается, что шелкопрядники имеют шанс рано или поздно быть засеянными, только если они имеют небольшую площадь.

Так оно и есть, но у проростков хвойных, даже если они смогли укорениться в дернине (что маловероятно), нет возможности конкурировать с вейником, который растет несравнимо быстрее. Это обстоятельство полностью отвечает установленному факту: на границе шелкопрядника все молодые хвойные деревья сосредоточены в стометровой полосе вдоль лесной опушки, ежегодно дающей семена пихты, ели и кедра. При этом в подросте представлены только кедр и ель; пихта присутствует единично. Более того, плотность подроста составляет всего 200-300 экземпляров на гектар, а для восстановления леса их количество должно быть хотя бы в десять раз больше.

Слева - участок темнохвойного леса,
усохший после повреждения сибирским шелкопрядом.

Выше - гусеница незадолго перед окукливанием.

Здесь и далее фото автора

Итак, вопреки бытующему мнению, естественное восстановление темнохвойных лесов после их уничтожения шелкопрядом маловероятно: редкие деревья появляются лишь в непосредственной близости со здоровым лесом. Добавим к этому, что площадь 20-30 тыс. га - не предел для шелкопрядника. Ясно, что вероятность попадания в шелкопрядник достаточного количества семян низка, а успешное развитие проростков и дальнейший рост нового поколения хвойных пород практически невозможны. В итоге после многократных пожаров, роста и последующего естественного прореживания зарослей березы приблизительно на шестое-восьмое десятилетие после массового размножения шелкопряда на месте темнохвойной тайги возникает березовое редколесье.

Существует другое заблуждение: вспышки численности шелкопряда происходят с периодичностью 11-13 лет [4]. Чтобы усомниться в этом, достаточно взглянуть на простую хронику последних событий. В течение десятилетия с 1992 по 2001 г. очаги шелкопряда отмечены в Новосибирской обл. (1995-1999), в Томской (1995-1996 и 2000-2001), на Алтае и в Туве (1992-2001), в Кемеровской обл. (1998-2000), в Хакасии (1999-2000), в Красноярском крае (1992-1997 и 2000-2001), в Иркутской обл. (1995-2001), в Бурятии (1992 и 1997-2001), в Читинской обл. (1999-2001), в Якутии (2000-2001) [5]. При этом очаги общей площадью более 50 тыс. га были обнаружены на Алтае, в Туве, Иркутской обл. и др. Только в Красноярском крае за три года (1992-1995) от шелкопряда погибли пихтарники на площади 260 тыс. га; в отдельных районах исчезла чуть ли не пятая часть всех темнохвойных лесов. Замечу, это сведения официальной лесохозяйственной статистики, сообщающие лишь о найденных, но не обо всех действующих очагах.

Вывод очевиден: в Сибири ежегодно шелкопряд наносит ущерб лесам на площади в среднем около 100 тыс. га, значительная часть которых превращается в обширные безлесные пространства; соответственно, деятельность шелкопряда трудно охарактеризовать иначе как экологическую катастрофу.

Теория и практика

Говорят, предотвратить болезнь легче, чем ее лечить, и с этим нельзя не согласиться. Вспышки численности фитофага - очевидная патология биоценоза, от которой страдают все населяющие его организмы. Сам вредитель - не исключение: в течение многих лет после массового размножения шелкопряда трудно обнаружить в окрестностях очагов.

Для установления начала массового размножения проводят мониторинг - комплекс мероприятий по слежению за численностью вредителя. Если численность превысила определенный порог, то назначают обработку (как правило, с воздуха) формирующихся очагов химическими или бактериальными инсектицидами.

Теория хороша, но действительность сложнее. Леса Сибири в лучшем случае труднодоступны, поэтому мониторинг можно проводить только на сравнительно немногочисленных участках. Даже если возрастание численности отмечено на некоторых из них, то установить истинные границы начинающейся вспышки практически невозможно. Именно так обстояло дело в Красноярском крае в 1990-1992 гг., когда надвигающаяся катастрофа была упреждена за два года и были приняты соответствующие меры. Однако последовавшее массовое размножение привело к образованию очагов на территории 250ґ120 км; охватить такую площадь авиационными обработками технически невозможно, не говоря уже о стоимости подобных мероприятий. Резонно предположить, что очаги сибирского шелкопряда будут образовываться и впредь. Что же делать?

Темнохвойный лес через год после массового размножения сибирского шелкопряда. Живые зеленые листья сохранились только на молодых рябинах.

Средства из арсенала лесного хозяйства России немногочисленны. Один из методов, активно обсуждающихся в наши дни, - так называемое “контролируемое выжигание”, - технология, импортированная в практику лесного хозяйства России, как всегда, из США, где выжигание используется достаточно часто. Однако даже при американской технике и организованности огонь не всегда удается удержать под контролем, и тогда сгорает много больше, чем было запланировано. В России при существующих обстоятельствах у огня гораздо больше возможностей уйти в окружающие леса. Последствия возгорания сухих древостоев на площади в несколько тысяч гектаров достаточно очевидны. В силу этих обстоятельств едва ли можно ожидать, что выжигание шелкопрядников займет в отечественной практике сколько-нибудь значительное место.

Атмосферный взрыв скопления недоокисленных веществ,
образовавшихся при горении в условиях недостатка кислорода, -
одно из явлений, сопровождающих крупные лесные пожары.
Фото В.И.Заболотского

Остается только рубить шелкопрядники; к этому выводу приводят как экономические, так и экологические соображения. Иначе шелкопрядник будет гнить и представлять постоянную пожарную угрозу. Достаточно сказать, что объем погибшей древесины в уже упомянутых красноярских шелкопрядниках составил около 50 млн м³. Какое влияние астрономическое количество продуктов гниения и горения, выделяемых в атмосферу, окажет на климатические процессы? Каков будет географический охват этого влияния? Значение этого аспекта деятельности шелкопряда еще предстоит оценить.

Очевидно, что сибирский шелкопряд представляет реальную угрозу самому существованию пихтовой тайги на равнинах Западной и Восточной Сибири. Следовательно, требуется введение режима особо охраняемой территории хотя бы для той части лесов, где доминирует пихта сибирская, если эти леса находятся в зоне вредоносного действия популяций сибирского шелкопряда.

Антропогенный кризис?

Предполагается, что вспышки численности сибирского шелкопряда - естественное, эволюционно обусловленное явление [4]. Иначе пришлось бы поверить, что экосистема способна к саморазрушению: ведь сибирский шелкопряд - не чуждый вид, не вселенец, а исконный таежный обитатель, т.е. часть экосистемы. Но как же в таком случае могла возникнуть темнохвойная тайга Сибири - коренная лесная формация - в условиях постоянно действующих крупных очагов размножения шелкопряда? Более реально выглядит другое объяснение: вспышки численности этого насекомого возникли сравнительно недавно в результате нарушения сбалансированного функционирования таежных экосистем, что могло быть вызвано сельскохозяйственной и лесозаготовительной деятельностью человека, которая началась в Сибири менее четырех веков назад [6]. Огневое земледелие привело к фрагментации биоценозов и образованию прогреваемых опушек. Внезапное осветление кроны угнетающе действует на пихту и подавляет ее защитную реакцию на повреждение насекомыми. Возможно, что повышение температуры и подавление иммунитета кормового растения однажды ускорили развитие сибирского шелкопряда и позволили ему ускользнуть от многочисленных природных врагов, регулирующих его численность. В итоге система вышла из равновесия - деятельность человека послужила пусковым механизмом для процесса, разрушающего природный биоценоз.

Такая точка зрения хорошо согласуется с фундаментальным представлением В.В.Жерихина об эволюции биологических сообществ, разработанным на основе глубокого сравнительного изучения смены ископаемых фаун [7]. Развитие жизни на Земле неоднократно проходило через периоды массового вымирания одних и возникновения других существ. Изменение состава фауны происходило на фоне (и по причине) экологического кризиса, вызванного депрессией и исчезновением доминантов (эдификаторов) - растений, определявших облик и структуру экосистем далекого прошлого. На месте вымерших сообществ возникали новые. В частности, все стабильные травяные сообщества (степи, прерии, пампы) исторически образовались на месте сукцессионных рядов с лесными климаксами за счет утраты последних стадий, где доминировали деревья. Последнее понятно: в любом ряду смены сообществ наиболее уязвимой стадией является начальная; будь она устойчива, то сукцессии не было бы вовсе. Поэтому если конечные стадии регулярно уничтожаются каким-либо фактором и сукцессионная система возвращается в исходное состояние, то существует вероятность захвата экологического пространства иными видами, которые не допустят дальнейшей смены ценозов по накатанному пути. “Иные виды” - не пришельцы, а обитатели местных экосистем, обычно находящиеся в угнетенном состоянии, но способные быстро разрастаться и удерживать территорию при наступлении подходящих условий. В ситуации с тайгой и сибирским шелкопрядом роль вида-захватчика играет вейник.

Наблюдаемая картина не идентична известным из палеоэкологии. Ископаемые леса исчезли при активном участии крупных листоядных млекопитающих, тогда как темнохвойную тайгу уничтожает насекомое. И все же принципиальная схема повторяется: консумент первого порядка переводит лесную экосистему на начальную стадию сукцессии, после чего положение эдификатора в растительном сообществе занимает один из распространенных, но прежде не доминировавших видов, который модифицирует среду таким образом, что путь к бывшей климаксной экосистеме оказывается закрыт.

Если отмеченное сходство не поверхностно, то представленный пример иллюстрирует процесс антропогенного биосферного кризиса, о котором неоднократно говорил В.В.Жерихин, - коренной перестройки всей биоты, вызванной деятельностью человека. Конечно, кризис начался не сейчас: вспышки численности саранчи преследовали людей задолго до нашей эры. Но биоценотические кризисы и не происходят в одночасье. Аномальные природные явления тысячелетиями следуют за развитием цивилизации, сложившаяся структура биосферы расшатывается медленно и понемногу, однако думать о последствиях все же нужно.

Литература

1. Коломиец Н.Г. Сибирский шелкопряд - вредитель равнинной тайги // Тр. по лесн. хоз-ву. Новосибирск, 1957. Вып.3. С.61-76.

2. Кузьмичев В.В., Черкашин В.П., Корец М.А., Михайлова И.А. // Лесоведение. 2001. №4. С.8-14

3. Савченко А.М. О дальности разлета семян пихты сибирской в равнинных лесах // Тр. СибНИИЛП. 1966. Вып.14. С.3-5.

4. Кондаков Ю.П. Закономерности массовых размножений сибирского шелкопряда // Экология популяций лесных животных Сибири. Новосибирск, 1974. С.206-265.

5. Официальные данные Российского центра защиты леса.

6. Тальман П.Н. Влияние среды и преобразующей ее роли человека в связи с размножением сибирского шелкопряда // Тр. ЛТА. 1957. Вып.81. Ч.3. С.75-86.

7. Жерихин В. В. Избранные труды по палеоэкологии и филоценогенетике. М., 2003.