Аннотация результатов, полученных в 2021 году
Значение хвойных лесов европейского севера России трудно переоценить. Именно лесные экосистемы играют огромную роль в формировании климата и водного баланса рек и озёр Ленинградской области, Карелии, Кольского полуострова, Республики Коми и Архангельской области. От состояния лесов на этих территориях зависит возможность сохранения биоразнообразия. Несмотря на постоянную вырубку лесов на этих территориях, они остаются источником древесины, ягод, грибов, охотничьих животных и предоставляют уникальные рекреационные возможности. Леса севера сегодня – это место отдыха сотен тысяч Россиян. Однако состояние северо-таёжных лесов вызывает всё большую тревогу. Ветровалы, пожары, далеко не всегда обоснованная вырубка – известные и вполне изученные негативные факторы. Роль вредителей и болезней в процессе ослабления и гибели древостоев не вполне ясна. Изучению именно этой проблемы посвящён данный проект. Основная цель проекта – исследовать роль фитопатогенных организмов и вредителей в ослаблении и гибели хвойных древостоев в северотаёжных экосистемах европейской части России, разработать методы количественной оценки ответных реакций насаждений хвойных и предложить дистанционные методы лесопатологического мониторинга для лесов севера, позволяющих выявить начальные стадии ослабления древостоев. Это позволит понять, какие именно вредители и болезни представляют существенную угрозу для хвойных древостоев севера, в какой момент необходимо принять меры для регулирования численности вредителей и распространения патогенов, как своевременно обнаружить начальные стадии патогенного процесса. И, конечно, важный аспект – оценка этих моментов в условиях изменения климата. Кроме того, остроту проблеме придаёт появление инвазионных вредителей, способных в короткие сроки уничтожить древостои хвойных на больших площадях. Поставленные задачи решались полевыми и лабораторными методами исследований, а также дистанционными методами зондирования Земли (ДЗЗ) и применением специальных процедур статистической обработки дистанционных данных в комплексе с наземными. Наибольшее внимание уделялось трём регионам – Ленинградской области, Республике Карелия и Мурманской области, т.к. эти регионы расположены в меридионально близких районах и имеют сходные типы климата, что позволяет провести сравнительный анализ исследуемых характеристик лесных экосистем в условиях изменения климата. Именно в этих регионах нами проводится основной объём полевых и экспериментальных исследований. Мы провели обобщение и анализ всех имеющихся сведений о вредителях и болезнях и их возбудителях, которые могут играть существенную роль в ухудшении состояния древостоев. Это в первую очередь стволовые вредители – короед-типограф Ips typographus, короед-гравёр Pytiogenes chalcographus, сосновые лубоеды Tomicus piniperda, T. minor, жуки-усачи рода Monochamus и ряд других видов. Потенциальную опасность представляет инвазионный вид – союзный короед Ips amitinus. Вспышки массового размножения этого вредителя привели к гибели насаждения сосны кедровой на больших площадях в Западной Сибири. Союзный короед распространился по всей территории северо-таёжных лесов европейской части России, но пока не наносит значимого вреда ельникам и соснякам в этом регионе. Очаги распространения дендропатогенных грибов, в частности, корневой, еловой и сосновой губок, опёнка и других видов – важнейший фактор, способствующий ослаблению древостоев, последующему размножению вредителей и гибели древостоев. Однако наиболее распространённым заболеванием оказался язвенный рак ели. Вопрос о возбудителе этого заболевания не решён. К настоящему времени в литературе описано множество грибов-кандидатов, вызывающих некрозно-раковые поражения коры елей. Методика полевых исследований сочетала маршрутные исследования и наблюдения на постоянных пробных площадях. Маршрутные обследования были проведены в ельниках и сосняках в следующих лесничествах: Учебно-опытное (Лисинское, Перинское и Кастенское участковые лесничества); Северо-Западное и Рощинское (Ленинградксая область);– Кемское, Калевалское и Лоухское (Республика Карелия) и Кандалакшское (Мурманская область). В результате нам удалось оценить лесопатологическую ситуацию и подобрать насаждения для закладки пробных площадей. В качестве метода для закладки пробных площадей была принята методика ICP Forests, дополненная классической методикой лесопатологических обследований. При этом фиксировалось центральное дерево, для которого осуществлялась координатная привязка, затем по четырём сторонам света на расстоянии 25 м от центрального дерева фиксировались четыре точки, вокруг которых отмечались 6 ближайших к этой точке деревьев 1 и 2 классов Крафта и определялась их категория состояния. В квадрате, углы которого соответствовали этим четырём точкам проводился полный перечет всех хвойных деревьев с диметром от 8 см и более. Для каждого дерева оценивалась категория состояния, наличие вредителей и их видового состава, гнилей, плодовых тел грибов, механических повреждений и нарушений развития. В общей сложности нами было заложено и обследовано 87 пробных площадей – 57 в ельниках и 30 в сосняках. Сочетание методики ICP Forests и классических методов лесопатологических обследований позволило получить комплексную информацию, с одной стороны о лесопатологическом состоянии хвойных древостоев, видовом составе, распространении болезней и размножении вредителей, а с другой – оценить возможность применения применение методов ДЗЗ, в частности метода k-NN и чувствительность вегетационного индекса SWVI к изменению агрегированных состояний. Проведённая оценка показала, что применение метода k-NN для классификации изучаемой территории по состоянию древесной растительности дает положительный результат. Вегетационный индекс SWVI показал достаточно высокую чувствительность к изменениям агрегированных классов состояния, например, его величина от здоровых до погибших насаждений меняется более чем в 3 раза. Установлена зависимость между агрегированными классами повреждения древостоев и средними значениями вегетационного индекса. Полученная зависимость имеет высокий коэффициент детерминации и может быть использована для получения тематических карт состояния лесов на изучаемых территориях – важный элемент для лесопатологического мониторинга. Это исследование нами проведено в приграничной зоне России и Финляндии на 153 пробных площадях, заложенных по программе ICP-Forests. Для увеличения представленности классов состояния насаждений к данным ППУ были добавлены лесоустроительные выделы с отмирающими и погибшими насаждениями. Использовались материалы лесоустройства – повыдельные геоинформационные базы данных Северо-Западного лесничества. С помощью программ WinGIS и PLP-2015 были отобраны насаждения, для которых при лесоустройстве 2019 г. была указана степень повреждения более 50%. Набор полигонов-выделов с поврежденными и погибшими насаждениями был экспортирован в ГИС. С помощью снимков высокого пространственного разрешения открытого доступа (Bing, Google, Yandex), выполнялась оценка пригодности выбранных выделов для дальнейшего анализа. Пробные площади были разделены на две равные части: тренировочные (для классификации территории по степени повреждения растительности) и контрольные (для оценки качества классификации). Для проведения классификации использовался снимок Sentinel-2B. После проведения первичной обработки был сформирован единый многозональный снимок с четырьмя каналами, который в дальнейшем использовался для классификации. Классификация космических снимков методом k-NN проводилась с помощью ГИС QGIS Desktop 2.14.12 с плагином kNN classifier. Качество определения состояния древостоев на основе классификации территории методом k-NN определялось путем сравнения ее результатов с данными контрольных пробных площадей путем вычисления систематических и случайных ошибок. На постоянных пробных площадях были получены данные о состоянии каждого дерева и древостоя в целом, о видовом составе и популяционных характеристиках вредителей и патогенов. Преобладал короед-типограф Ips typographus и чёрные усачи Monochamus spp. Довольно часто встречался блестящегрудый усач Tetropium castaneum. Среди заболеваний преобладающим был язвенный рак. Довольно часто встречались сосновая и еловая губки, а также опёнок. В ходе маршрутных обследований выявлено 11 крупных очагов массового размножения стволовых вредителей в ельниках, образовавшиеся в 2021 году. Проведено дополнительное исследование, в ходе которого был выявлен видовой состав вредителей, получены популяционные характеристики доминирующих видов, определены площади очагов и выполнена их географическая привязка к местности. Популяционные характеристики короеда-типографа получены путём обследования 20 модельных деревьев с учётом того, что развитие этого вредителя проходило в двух генерациях. При этом массовое развитие второй генерации для Карельского перешейка было установлено впервые. Исследование возбудителей язвенного рака проводилось на 115 образцах, отобранных нами в Карелии и Ленинградской области. Мы установили, что наиболее распространенный тип этого заболевания, связан с появлением отмерших сучков, вокруг которых часто начинается смолотечение и образование язвы. Развитие раковых язв может усугубляться при поселении новых патогенов. В частности, на язвах были зарегистрированы плодоношения Lachnellula calycina (Vuill.) Sacc., Hysterium angustatum Pers., а также ходы короедов и плодоношение Leptographium sp. В ходе лабораторных исследований охарактеризовано несколько грибов-гифомицетов, наиболее часто встречающихся в язвах выявленного типа заболевания, а также сопутствующие виды грибов. Полученные результаты, говорят о том, что мы имеем дело с новыми, по крайней мере, для данного региона видами. В июле 2021 года начат процесс выделения возбудителей в культуру. В ноябре в полевых условиях заложен эксперимент по проверке выделенных в культуру видов, как возможных возбудителей язвенного рака. В молодом древостое ели стволы 20 елей были инокулированы двумя культурами грибов: Botryomonilia sp. и Thysanophora penicillioides. В результате исследований, проведённых в 2021 году сформирована база данных вспышек размножения и распространения вредителей и патогенов, проведены маршрутные обследования, оценена лесопатологическая ситуация и подобраны насаждения для закладки пробных площадей, заложено 87 пробных площадей по методике ICP Forests и классической методике, принятой для леспатологических обследований. На 153 пробных площадях с добавлением лесоустроительных выделов с отмирающими и погибшими насаждениями исследована эффективность метода автоматизированной классификации материалов. В итоге, в 2021 году сформирована основа сети объектов для проведения экспериментальных наблюдений, отвечающая целям и задачам данного исследования, которую в следующем году мы планируем расширить. Выявлен новый тип раковых заболеваний ели. Проведены лабораторные исследования по установлению возбудителей этого заболевания и уже сейчас установлено два новых вида, по крайней мере, для данного региона. Заложен эксперимент по проверке выделенных в культуру видов, как возможных возбудителей язвенного рака. Разработан алгоритм и создана основа для проведения исследований по разработке метода дистанционного мониторинга размножения вредителей и патогенов хвойных древостоев. Опубликовано 3 статьи, индексирующихся в СКОПУС, и 5 работ в материалах международных конференций (4 индексируются в РИНЦ); на основе сформированной базы данных подготовлена к печати обзорная статья по вредителям леса северо-таёжных лесов европейской части России. Подготовка аналогичной работы по болезням леса находится в стадии завершения. По результатам полевых исследований вредителей и болезней готовится 3 публикации.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Основная цель проекта – исследование роли фитопатогенных организмов и вредителей в ослаблении и гибели хвойных древостоев в северо-таежных экосистемах европейской части России, а также разработка методов количественной оценки ответных реакций насаждений хвойных и дистанционных методов лесопатологического мониторинга для лесов севера, позволяющих выявить начальные стадии ослабления древостоев. В основе исследований лежит задача формирования меридиональной (юг Ленинградской области – Мурманская область) сети наблюдения на основе постоянных пробных площадей. В 2022 году завершено формирование полной меридиональной сети наблюдений. Эта сеть включает 143 пробных площади (ПП) – 60 в сосновых древостоях и 83 в еловых, распределённых по широте от 59°19' до 67°09' на расстоянии от крайних точек с юга на север более 1000 км. Получены следующие широтные кластеры: (1) Южная часть Ленинградской области (Учебно-опытное лесничество) 59°19' - 59°34' N – 30 ПП ель; (2) Карельский перешеек (Рощинское и Северо-западное лесничества) 60°18' - 61°00'N – 30 ПП сосна, 28 ПП ель; (3) Центральная Карелия 62°55'-62°57'N – 10 ПП сосна, 10 ПП ель; (4) Северная Карелия. 64°55'-65°18'N – 10 ПП сосна, 10 ПП ель; (5) Мурманская область. 67°09'-66°57'N – 10 ПП сосна, 5 ПП ель. В Республика Коми на широте 61°'N и долготе 51°'E дополнительно заложено 10 ПП сосна и 5 ПП ель. Для всех пробных площадей сети наблюдения, получены оценки состояния сосны и ели, установлен видовой состав доминирующих вредителей и патогенов, рассчитаны основные популяционные характеристики для ключевых видов стволовых вредителей, оценена встречаемость основных видов дендропатогенных грибов. На основе этого массива информации нами проводится анализ пространственной динамики воздействия вредителей, патогенов и климатических факторов на состояние древостоев. Сопоставление характеристик состояния древостоев, полученных полевыми методами и методами дистанционного зондирования земли (ДЗЗ), позволяет найти границы эффективной работы методов ДЗЗ для контроля состояния древостоя, а также расширить возможности метода. Сочетание методики ICP–Forests и классических методов лесопатологических обследований позволило получить комплексную информацию о лесопатологическом состоянии хвойных древостоев, видовом составе, распространении болезней и размножении вредителей и оценить возможность применения методов ДЗЗ. Проведенная оценка показала, что применение методов k-NN и опорных векторов для автоматизированной классификации изучаемой территории по состоянию древесной растительности дает положительный результат. Кроме этого вегетационный индекс SWVI показал достаточно высокую чувствительность к изменениям агрегированных классов состояния. Так, например, его величина от здоровых до погибших насаждений меняется более чем в 3 раза. Установлена зависимость между агрегированными классами повреждения древостоев и средними значениями вегетационного индекса. Полученная зависимость имеет высокий коэффициент детерминации и была использована для подготовки тематических карт состояния лесов на изучаемых территориях, что является важным элементом лесопатологического мониторинга. Полученные данные позволяют проанализировать изменение структуры комплексов патогенов и вредителей в зависимости от климатических факторов, типов леса, состояния древостоя и др. Проводятся полевые и лабораторные исследования, связанные с установлением видового состава патогенов и вредителей, особенностей их биологии, взаимодействия различных видов насекомых и грибов как между собой, так и внутри своих систематических групп. Проведены обобщение и анализ всех имеющихся сведений о вредителях и возбудителях болезней, которые могут играть существенную роль в ухудшении состояния древостоев. Это в первую очередь стволовые вредители - короед-типограф, короед-гравер, сосновые лубоеды жуки-усачи рода Monochamus и ряд других видов. В 2021 году началась вспышка размножения короеда типографа. Нам удалось проследить её развитие с самого начала. Впервые для Ленинградской области и южной Карелии установлено массовое появление бивольтинности (развитие в двух поколениях в течение одного вегетационного сезона) у короеда-типографа. Получены данные о структуре популяционных показателей по мере развития вспышки массового размножения короеда-типографа. Потенциальную опасность представляет инвазионный вид – союзный короед Ips amitinus, вспышки массового размножения которого привели к гибели насаждения сосны кедровой на больших площадях в Западной Сибири. Этот вредитель распространился по всей территории северо-таежных лесов европейской части России. Однако плотность популяции этого вредителя в районе наших исследований очень мала, поэтому в качестве модельного объекта была принята ясеневая узкотелая изумрудная златка Agrilus planipennis. Этот чрезвычайно опасный вредитель неожиданно появился в окрестностях Санкт-Петербурга, преодолев примерно 500 км. В результате полевых исследований в 2022 году сосновых и еловых насаждений Республики Карелия, Мурманской области и Республики Коми, выявлены основные патогены, вызывающие некрозно-раковые заболевания и стволовые гнили. Очаги распространения дендропатогенных грибов, в частности корневой, еловой и сосновой губок, опенка и других – важнейший фактор, способствующий ослаблению древостоев и последующему размножению вредителей. В ходе исследования обнаружено несколько очагов корневой губки и установлены их границы. Наиболее распространенное заболевание ели – раневой (язвенный) рак ели. Вопрос о возбудителе язвенного рака остаётся открытым, но мы близки к решению этой проблемы. В процессе развития заболевания взаимодействует несколько видов грибов, как способствующих развитию этого заболевания, так и останавливающих его. Исследован видовой состав микосинузии в разных географических районах на 115 образцах, отобранных нами в Республике Коми, Карелии и Ленинградской области. Установлен видовой состав основных микокомпонентов синузии язвенного рака ели в Ленинградской области и Карелии. На основе сравнения встречаемости разных видов грибов высказано предположение об источнике видового состава грибов в язвенно-раковых образованиях на стволах ели. Это микосинузии сучков ели. Установлены их важнейшие компоненты в – это грибы Zalerion arboricola и Sorocybe resinae. Выявлены основные возбудители стволовой гнили ели и сосны: еловая губка и сосновая губка. Полученные результаты говорят о том, что мы имеем дело с некоторыми видами грибов, ранее не зарегистрированными в данных регионах. Процесс выделения возбудителей в культуру был начат в июле 2021 г. В ноябре в полевых условиях заложен эксперимент по проверке выделенных в культуру видов, как возможных возбудителей язвенного рака. 20 елей были инокулированы двумя культурами грибов. Обследование экспериментальных деревьев показало сложную картину. Процесс развития инфекции идёт, насколько активно в разных вариантах опыта – пока не вполне ясно. В 2023 г. планируется продолжение лабораторных исследований возбудителей заболеваний хвойных древесных растений для оценки их роли в ослаблении и гибели древостоев, а также процессов взаимодействия дендропатогенных грибов с насекомыми. В 2023 году нам предстоит большая работа по обобщению и анализу полученного материала, включая дистанционные методы и ГИС-технологии. Кроме того, будет проведено повторное обследование ПП, заложенных в 2021 г. Ещё одно новое направление – поиск северной границы ареалов некоторых массовых хвоелистогрызущих вредителей, которое мы планируем провести в следующем году.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Проведённые в 2023 году исследования позволили провести анализ полученных за три прошедших года данных и подвести итог проведённой работы. Проведено повторное обследование 87 пробных площадей (ПП), заложенных в 2021 г. на юге Ленинградской области и на Карельском перешейке. В результате удалось получить динамику изменения структуры комплексов вредителей и патогенов. Проведён анализ всего массива накопленных данных. Установлено снижение активности фитопатогенных грибов и вредителей при продвижении с севера на юг. Самое распространённое заболеванием на исследуемой территории – язвенный рак ели. Установлено, что изменение встречаемость и интенсивность поражения деревьев язвенным раком ели в широтном распределении не различаются. На втором месте по распространенности - опенок осенний. Структура комплексов стволовых вредителей претерпевает существенные изменения в пространстве и во времени. Например, встречаемость большого сосновый лубоед в целом имеет высокую встречаемость на всём исследованном широтном диапазоне (59°-67° с.ш.), а малого сосновый лубоед при продвижению к северу становится редким видом. Со временем увеличилась встречаемость сосновой златки Phaenops cyanea и вершинного короеда Ips acuminatus. Впервые в условиях Карельского перешейка Ленинградской области удалось провести детальный анализ развития очага массового размножения короеда-типографа Ips typographus от начала до завершения вспышки. Прослежена динамика площадей нескольких очагов, на модельных деревьях исследована динамика популяционных показателей, с помощью феромонных ловушек изучена фенология и уточнены данные по развитию типографа. Впервые достоверно установлено появление двух массовых поколений в течение одного вегетационного сезона и исследовано теплообеспеченности на формирование второго и сестринских поколений. Установлена критическая численность короеда-типографа и энергия размножения, которые обеспечивает возможность перехода популяции в эруптивную фазу динамики численности в условиях Ленинградской области. Наблюдение за развитием очагов размножения короеда-типографа от начальной фазы до их затухания позволили определить возможность фиксации начала вспышек массового размножения дистанционными методами и сформировать рекомендации по изменению нормативно-правовой базы по проведению лесопатологического мониторинга и санитарно-оздоровительных мероприятий. Изучение динамики популяции ясеневой узкотелой изумрудной златки Agrilus planipennis – фатального инвазионного вредителя ясен, показало, что при увеличении теплообеспеченности сохраняется высока опасность размножения этого вредителя и уничтожения ясеня в Санкт-Петербурге и окрестностях. Рекомендованные меры по защите насаждений дали положительный эффект. Для инвазионных вредителей и патогенов впервые проведена экономическая оценка ущерба, возникшего в результате их распространения для конкретного субъекта Российской Федерации. Исследование ареалов вредителей ассимиляционного аппарата деревьев показало нехарактерную картину распределения вспышечной активности. Некоторые виды, ранее дававшие вспышки массового размножения на северо-западе России, в последние 40-50 лет имеют низкую плотность популяции. Учёт непарного шелкопряда Lymantria dispar с помощью феромонных ловушек показал что, непарный шелкопряд, вопреки ожиданиям, сократил ареал и не встречается на территории Ленинградской области. В некрозно-раковых (язвенных) образованиях на стволах елей в ассоциациях грибов мы обнаружили больше 15 различных видов, но эти грибы оказались сапротрофными или грибами со слабыми патогенными свойствами. Часто встречались два вида Sorocybe resinae и Penicillium glauco-albidum. Обнаружили и патогенные грибы – Lachnellula calycina, Leptographium spp., Graphium sp., но на единичных образцах. В условиях Ленинградской области гриб S. resinae является практически неотъемлемым компонентом микобиоты засмоленной язвы на стволе ели. С двумя изолятами грибов (P. glaucoalbidum и Oidiodendron sp.), полученными из язвенных образований, были поставлены фитотесты, которые продемонстрировали слабые патогенные свойства этих видов и стимуляцию смолоотделения. Отсутствие среди обнаруженных нами видов грибов явных паразитов, которым можно было бы приписать развитие патологии, в целом соответствует литературным данным – разные авторы сообщают о находках разных грибов, и не выдвигают единого кандидата на ведущую роль в патогенезе этого заболевания. Это позволило нам предположить, что феномен язвенного рака может и не являться патологическим процессом.С жуков большого соснового лубоеда были выявлены офиостомовые грибы Ophiostoma minus (Hedgc.) Syd. & P. Syd., Pesotum piceae J.L. Crane & Schokn. и Ophiostoma sp., Leptographium wingfieldii M. Morelet., Leptographium sp.1, Leptographium sp., а также большое количество сапротрофных грибов. В 2023 году мы исследовали трансмиссию грибов сосновыми лубоедами на разных стадиях жизненного цикла жуков и получили уникальные данные, которые готовятся к публикации. Завершена разработка общей модели взаимосвязи состояния растений, климатических факторов и активности вредителей и патогенов. Задавая возможные изменения метеоклиматических характеристики можно прогнозировать последующий эффект воздействия повреждающих факторов на состояние древостоев. Градиентный анализ показали, что более суровые климатические условия в северном и восточном направлениях в целом препятствуют катастрофическому повреждению древостоев хвойных пород вредителями и болезнями, однако эта картина может существенно измениться в случае продолжения тенденции к потеплению климата. Разработана методика создания тематических карт состояния (повреждения) насаждений на основе данных ДЗЗ и материалов наземных обследований древостоев хвойных пород. На основе этой методики построена тематическая карта, которая может быть использована для обнаружения очагов повреждения древостоев. Установлена возможность раннего обнаружения начальных стадий повреждения хвойных пород. Снижение значений вегетационных индексов NDVI и SWVI ниже определенных пороговых значений и нарушение их сезонной динамики служит прогностическим сигналом о наступлении начальной стадии в повреждении или развития заболеваний насаждений. Дана оценка эффективности нормативно-правовой базы, регулирующей проведение лесопатологических обследований, назначение и проведение санитарно оздоровительных мероприятий. Подготовлены и опубликованы предложения по оптимизации нормативно-правовых документов с учётом региональных особенностей. По результатам исследований опубликовано 16 статей, из которых 13 в изданиях входящих в базы цитирования Web of Science и Scopus (две статьи в изданиях первого квартиля – журналы Forests и Insects). Материалы многократно представлены на международных и всероссийских конференциях (27 публикаций). Данные, полученные в ходе выполнения проекта, были использованы при подготовке учебных пособий по лесной энтомологии и защите леса. Создана и частично опубликована база данных, включающая характеристики и сведения о состоянии каждого дерева основной породы на пробных площадях, встречаемости вредителей и болезней, активности язвенного рака и другие характеристики древостоя. В 2024 г. планируется регистрация полной базы данных. На основе полученных данных уточнена база данных по вспышкам массового размножения вредителей на северо-западе европейской части России. Участники гранта Мамаев Н.А. и Мартирова М.Б. в 2023 г. поступили в аспирантуру, Санкт-Петербургского лесотехнического университета, продолжая начатые в ходе выполнения гранта исследования.