Спутниковые данные предскажут нашествие лесных насекомых-вредителей

Красноярские ученые вместе с коллегами разработали метод прогнозирования вспышек лесных насекомых-вредителей. Данные дистанционного зондирования Земли позволяют предсказать массовое размножение насекомых за два года до появления видимых повреждений деревьев. Это позволит вовремя принять меры по повышению устойчивости лесов и минимизировать ущерб и потерю деревьев. Результаты исследования опубликованы в журналe Forests.

Одна из главных причин ослабления и гибели лесов — массовое размножение насекомых. Они происходят во всех основных лесных экосистемах и приводят к значительным экономическим и экологическим потерям из-за усыхания и гибели лесов. Особенно активны эти процессы в лесах Северного полушария. Изменение климата также способствует развитию вспышек. При этом наземные обследования численности вредителей и оценка риска их массового размножения затруднительны из-за большой площади и труднодоступности сибирских лесов. К тому же признаки ослабления деревьев, ухудшение состояния крон и повреждение стволов, обнаруживаются на поздних стадиях, когда контролировать вредителей почти невозможно. Поэтому прогнозирование массового размножения насекомых и повышение устойчивости лесов должны быть основными задачами в борьбе с вредителями.

Ученые Красноярского научного центра СО РАН совместно с коллегами из Москвы и Новосибирска предложили оригинальный метод прогнозирования вспышек насекомых-вредителей в сибирских лесах до наступления видимых повреждений деревьев. Он основан на данных дистанционного зондирования Земли. «Единственным реальным способом оценки состояния лесов на больших территориях является использование данных дистанционного зондирования со спутников. Разработка методов прогнозирования массового размножения насекомых необходима, поскольку важно определить области будущих вспышек их численности по крайней мере за один или два сезона до начала ущерба. Такая информация может улучшить прогнозы будущих последствий и позволит заранее разработать эффективные превентивные меры для сокращения потерь леса», — рассказывает Владислав Суховольский, доктор биологических наук, профессор, ведущий научный сотрудник Института леса имени В. Н. Сукачева СО РАН.

Исследование проводилось на данных численности сибирского шелкопряда Dendrolimus sibiricus Tschetv, белопятнистого усача Monochamus urussovi Fischer и полиграфа Polygraphus proximus Blandford в таежных лесах Красноярского края. Кроме того, ученые изучили одно потенциальное место вспышки в Красноярском крае, где повреждения деревьев еще не были заметны, но в феромонных ловушках, которые ученые разработали ранее, были обнаружены особи сибирского шелкопряда.

Предлагаемый подход отличается тем, что основан на оценке реакции системы фотосинтеза растений на изменение условий окружающей среды. В качестве индикатора используется параметр чувствительности вегетационного индекса NDVI к температуре поверхности земли, который позволяет оценить состояние растений и их реакцию на климатические условия.

Исследования показали, что за два года до видимых повреждений деревьев насекомыми, реакция деревьев на изменения окружающей среды, в частности на температуры почвы, замедляется. Таким образом, сдвиги этих параметров могут служить индикаторами изменений состояния лесных массивов и их реакции на внешние факторы. Предлагаемый показатель может быть использован для прогнозирования нашествия насекомых-вредителей. С его помощью можно предсказать активное распространение вредителей в определённом регионе и повысить эффективность защиты лесов.

«Наша задача предсказать очаги массового размножения вредителей до начала повреждения деревьев. Причем в нашем случае спектральные характеристики деревьев до вспышки не отличаются от спектральных характеристик деревьев на участке, где эпизоды массового размножения вредителей не происходили. Поэтому для выявления зон будущих вспышек использовались не данные мультиспектрального анализа, а реакция спектральных характеристик в ответ на изменение температуры. Для оценки функций отклика нам было необходимо было изучить сезонные кривые выбранных показателей. В этом специфика нашего подхода. Предлагаемая методика, связывающая чувствительность вегетационного индекса с температурой поверхности Земли, способна обнаруживать очень ранние стадии увеличение популяции насекомых, прежде чем ущерб станет очевидным, что позволяет осуществлять ранние меры по защите лесов. При этом для оценки характеристик нам требуется один день работы на компьютере без посещения леса. Этот результат открывает возможности для оценки таких параметров для любой территории, покрытой растительностью. Дальнейшие исследования, вероятно, помогут точнее оценить риск увеличения численности сибирского шелкопряда», — отметил Владислав Суховольский.

В работе также участвовали специалисты из Центра по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (Москва) и Института систематики и экологии животных СО РАН (Новосибирск). Исследование поддержано Российским научным фондом (грант № 23-66-10015). Материал подготовлен при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».