Связь между сезонной динамикой чистой первичной
продукции (MODIS NPP) и вспышкой размножения насекомых-филлофагов (Енисейский район Красноярского края)

Для оценки риска нападения насекомых-филлофагов на насаждения рассматривается возможность использования интегральных показателей сезонной динамики процессов, происходящих у деревьев в насаждении, в частности, характеристики сезонной динамики чистой первичной продукции (MODIS NPP).

В настоящее время в энтомологическом лесном мониторинге дистанционные методы используются для выявления местоположения, площади и границ очагов массового размножения насекомых-филлофагов (Солдатов и др., 2013; Порядок организации…, 2015). Такие оценки важны для выработки стратегии лесозащиты (в случае, если очаг вспышки расширяется), подсчета потерь лесных ресурсов, определения зон риска вспышек массового размножения насекомых-ксилофагов и лесных пожаров.
В настоящее время наблюдения со спутника MODIS/Terra позволяют надежно выявить территории, на которых насекомые-филлофаги повредили свыше 20-25% листового аппарата деревьев (Крылов, Владимирова, 2011). Однако гораздо более важной задачей является выявление с помощью дистанционных методов территорий, на которых через несколько лет возможны вспышки массового размножения насекомых-филлофагов. Особенно это важно в условиях Сибири, где вести регулярный наземный лесоэнтомологический мониторинг на территории в миллионы квадратных километров просто физически невозможно.
Однако возможности прямого выявления на космических снимках зоны будущих очагов филлофагов ограничены. При однократных дистанционных наблюдениях территории, где во время наблюдений никаких повреждений листьев или хвои деревьев еще не было, а только через несколько лет происходили вспышки массового размножения насекомых, было показано, что по рассмотренным характеристикам эти наблюдения не отличаются от характеристик территорий, где таких вспышек затем не происходило. В связи с этим, для оценки риска нападения насекомых-филлофагов, в настоящей работе рассматривается возможность использования данных не отдельных однократных наблюдений, а интегральные показатели сезонной динамики процессов, происходящих у деревьев в насаждении, в частности, характеристики сезонной динамики чистой первичной продукции (NPP) насаждений.
Объектом исследований являлись очаги массового размножения сибирского шелкопряда Dendrolimus superans sibiricus Tschetv. на территории Енисейского района Красноярского края, обнаруженные в 2015 г. Для оценки рисков возникновения вспышек на территории использовались данные со спутника MODIS/Terra (продукт MOD17, пространственное разрешение 1 км2). Были взяты 8-ми дневные композиты величины NPP на рассмотренных территориях за период 2010-2015гг.
Для анализа различий роста деревьев на территориях, повреждавшихся и не повреждавшихся насекомыми, было предложено использовать спектральные характеристики рядов сезонной динамики NPP(t) территорий. Так как ряды NPP(t) нестационарны, то для оценки спектра временных рядов сезонной NPP использовались стандартная процедура перехода к рядам первых разностей NPP(i, j).
Спектры временных рядов NPP(i, j) вычислялись с использованием стандартной опции пакета Statistica 6.0). Для интегральной оценки спектров сезонного ряда NPP(i, j) j-го участка в i–ом году использовались два показателя – стандартное отклонение S(ij) от среднего значения временного ряда NPP(i, j) и частота F(ij) максимального по амплитуде пика спектра ряда NPP(i, j). Как следует из расчетов для территорий, на которых в 2015 г. возникли очаги массового размножения, характерны существенно меньшие значения S(ij) и несколько меньшие значения F(ij) при более широком диапазоне значений F(ij) по сравнению с характеристиками неповрежденных территорий.
Как можно объяснить наблюдаемые сдвиги показателей NPP? Меньшие значения S(ij) указывает на то, что в насаждениях, неустойчивых к нападению насекомых, физиологические процессы, связанные с ростом деревьев, регулируются в течение вегетационного сезона более «жестко», но несколько медленнее во времени, по сравнению с процессами в неповрежденных насаждениях. Интересно, что сходные различия были ранее отмечены при анализе динамики рядов радиального прироста поврежденных и неповрежденных насекомыми деревьев. У неповрежденных насекомыми деревь-ев спектр многолетней динамики ширин годичных колец оказался сдвинутым в более высокочастотную сторону, а дисперсия рядов ширин годичных колец была меньше по сравнению с этим показателем для поврежденных насекомыми деревьев (Суховольский, Артемьева, 1992). Безусловно, и наземные наблюдения радиального прироста, и дистанционные наблюдения NPP характеризуют разные стороны одного и того же процесса роста деревьев, и характер регуляции этого процесса отражается на данных радиального прироста и на данных NPP.
Однако следует иметь в виду, что отсутствие повреждений в 2015 г. на некоторых участках не означает, что это насаждение будет устойчивым к атакам насекомых в 2016 г. или позднее. И неясно, являются ли характеристики рядов NPP(i, j), наблюдаемых у неповрежденных насаждений, достаточным условием энтомоустойчивости насаждения. Вместе с этим, можно ли рассматривать показатели рядов NPP(i, j) для насаждений, затем поврежденных насекомыми, как необходимые (но недостаточные!) условия пригодности этих насаждений для заселения филлофагами. Для более детального анализа необходимы дальнейшие наблюдения в формирующихся очагах массового размножения лесных насекомых вместе с анализом сезонной динамики NPP в очагах, наблюдавшихся в последние 5-7 лет. Однако расчеты NPP по наблюдениям со спутника MODIS/Terra начались в 2000 году и более ранних данных, которые можно было бы использовать для ретроспективного анализа, просто не существует. Подводя итог, нужно подчеркнуть, что наблюдаемые различия показателей рядов NPP(i, j) уже сейчас могут оказаться полезными для дистанционного энтомологического мониторинга лесных насаждений, тем более, что затраты на анализ характеристик рядов NPP минимальны в связи со свободным доступом к данным со спутника MODIS/Terra.
***
Работа поддержана совместными грантом РФФИ и Красноярского краевого фонда науки № 15-45-04034 р_сибирь_а.