Изменение радиального прироста древесных растений после теплового стресса в Прихоперье

Золотухин А.И., Афанасьева С.С., Занина М.А.

Изменение радиального прироста древесных растений

после теплового стресса в Прихоперье

Введение

Радиальный прирост древесных растений является важным индикатором их жизненного состояния и отражает влияние экологических условий среды обитания (Шаталов, Акимов, 1999). Данный показатель используется при изучении энтоморезистентности при патологиях и адаптации древесных растений в условиях техногенного загрязнения (Бастаева, Колтунова, 2006; Демаков, 2008; Суховольский, 1992;). В последние годы становится актуальным изучение адаптации древесных растений к высоким температурам в связи с часто повторяющимися аномальной жарой и засухами. Установлена значительная дифференциация поврежденности различных видов древесных растений летом 2010 года высокими температурами и засухой (Кузьмичев, Золотухин, 2012). В последующие годы происходило улучшение жизненного состояния большинства видов древесных растений (Золотухин, Занина, 2015). Целью данной работы стало изучение возможности использования радиального прироста в качестве маркера адаптации древесных растений после теплового стресса.

Объекты и методы исследования

Исследования проведены на трех участках защитных лесных насаждений в Балашовском районе: участок №1 – полезащитная лесная полоса из тополя черного около поселка Садовый. Насаждения повреждены локально лесным пожаром в 2008 году, многие деревья отмирают; участок №2 - дубовая лесная полоса на границе поля и балки, на дне которой имеется пруд (Большой пруд около п. Октябрьский). В составе древостоя кроме дуба растет клен остролистный, изредка встречается береза повислая.; №3 - березовая садозащитная лесная полоса, высотой 15 м. Полнота – 0,5 – 0,6, многие деревья усыхают после лета 2010 года (5 рядов). Изредка имеются молодые деревья березы (10-15 лет, выросли самосевом). Около поселка Садовый. Характеристика лесных насаждений на пробных площадях лесных культур приведена в таблице.

На участках культур произведена глазомерная таксация насаждений по общепринятым методикам. Диагностика жизненного состояния древесных растений определялась по методике В. А. Алексеева []. Изучался радиальный прирост березы повислой (Betula pendula Roth), тополя черного (Populus nigra L.), дуба обыкновенного (Quercus robur L.), клена остролистного (Acer platanoides L.) . Для этого срезались сучья диаметром 2- 3 см с 10 деревьев, имеющих одинаковые размеры и хорошее состояние, в количестве 3 с одного дерева. Работа проведена в конце июня 2014 года. Толщина годичных слоев измерялась миллиметровой линейкой при двукратном увеличении лупой в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Результаты заносились в таблицу по видам и отдельным экземплярам деревьев.

Лесотаксационная характеристика защитных лесных насаждений

Обозначения: Тч – тополь черный; Кло – клен остролистный; Б – береза повислая

Результаты и их обсуждение

Летом 2010 года в Прихоперье отличалось необычайно высокими температурами в сочетании с сильнейшей засухой и сильными ветрами. Все это сказалось отрицательно на состоянии древесных растений. Нами проведена оценка тепловых повреждений по специальной шкале, которая опубликована ранее (Кузьмичев, Золотухин, 2012). Была обнаружена значительная дифференциация тепловой устойчивости наиболее древесных растений, распространенных в естественных лесах и культурах различного назначения. Для изучения радиального прироста нами выбраны виды деревьев, имеющие различные уровни повреждений. Наиболее сильно пострадали древостои березы повислой, особенно в изреженных и заросших степными злаками лесных полосах. Культуры клена остролистного также получили сильные и средние температурные повреждения листьев, особенно в условиях города. Дуб обыкновенный имел слабые повреждения в культурах и оказался здоровым в пойменных лесах. Тополь черный оставался здоровым в культурах и в естественных лесах, в пойме Хопра (рисунок 1).

Рис. 1. Уровни тепловых повреждений древесных растений летом 2010 года: 1 – тополь черный; 2 – дуб обыкновенный; 3, 4 – клен остролистный в городе и лесной полосе; 5 - береза повислая.

При проведении исследований жизненного состояния древостоев в период с 2011 по 2014 годы нами установлено, что большинство местных видов деревьев и интродуцентов сохранили удовлетворительное состояние. На фоне более благоприятных погодных условий, чем летом 2010 года улучшается состояние их древостоев, восстанавливаются кроны за счет роста водяных побегов, наблюдается обильное плодоношение (Золотухин, Занина, 2015). Древесные растения, у которых мы изучали изменения радиального прироста, летом 2014 года на пробных площадях имели индекс жизненного состояния древостоев от 76,9 до 94,6%, что характеризует его как удовлетворительное и хорошее (рисунок 2). Отмечается адаптация культур березы и клена остролистного после климатического теплового стресса, а тополя черного от лесного пожара. Дуб обыкновенный оказался наиболее устойчивым. Его древостои были здоровыми.

Рис.2. Жизненное состояние древостоев на пробных площадях, % (2014 г.): 1 –тополь черный; 2 – дуб обыкновенный; 3 – береза повислая; 4 – клен остролистный.

На рисунке 3 приведены данные об изменении радиального прироста древесных растений, имеющих различный уровень тепловых повреждений летом 2010 года и их адаптации в последующие годы. Во всех вариантах заметна тенденция увеличения размеров радиального прироста в 2011-2014 годы. Это, возможно, связано с возрастной динамикой формирования стебля. На первых его этапах прирост ниже, чем в последующие годы. В 2010 году у всех видов деревьев произошло снижение прироста, что стало следствием отрицательного влияния высоких температур и засухи. Величина прироста и динамика его изменений значительной отличаются по вариантам, что связано с видовыми особенностями древесных растений и их реакцией на изменения условий среды. Наименьший прирост имеет береза повислая. Это

Рис. 3. Изменение радиального прироста древесных растений

мезогигрофит, находящийся в Саратовской области на южной границе своего ареала. Похожая динамика в изменении рассматриваемого показателя проявилась у мезофитного вида – клена остролистного. Эти деревья имели значительные температурные повреждения летом 2010 года. Последствия теплового стресса сказыватся у них и в последующие годы с более благоприятными погодными условиями, что отразилось на особенностях изменений радиального прироста.

Прирост дуба увеличивается более динамично. Этот вид оказался наиболее устойчивым к высоким температурам и засухе, что соответствует его базовым экологическми свойствам. Дуб обыкновенный – ксеромезофит, он относится к умеренно теплолюбивым растениям. Наиболее высокие темпы увеличения радиального прироста наблюдаются у тополя черного, который является мезогигрофитом, растет в поймах рек. Удивительно, что тополь черный оказался высокоустойчивым к тепловому стрессу и во внепойменных условиях города Балашова.

Летом 2014 года изучение радиального прироста проведено в конце июня, то есть его полные размеры не отражены, что в большинстве вариантов сказалось на динамике изменений кривых. По данным С.А. Мамаева и соавторов прирост березы повислой, дуба обыкновенного и клена остролистного продолжается довольно интенсивно в течении июля и августа, (Мамаев и др., 1993). Таким образом, полные размеры годичного радиального прироста в наших наблюдениях могли быть больше, чем их фактические показатели на момент проведения исследований. Последовательное увеличение радиального прироста после 2010 года во всех вариантах согласуется с улучшением жизненного состояния древостоев и может служить индикатором адаптации древесных растений после теплового стресса. Установлено, что виды деревьев, менее устойчивые к тепловому стрессу имели более низкий уровень увеличения величины годичного радиального прироста с увеличением возраста и восстановления жизненного состояния после тепловых повреждений.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности по Заданию № 2014/203, код проекта: 1287.

Список литературы

1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. №4. С.51-57.

2. Бастаева Г.Т., Колтунова А.И. Влияние техногенного загрязнения на радиальный прирост искусственных насаждений // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. Оренбург: ФГОУ ВПО «Оренбургский государственный аграрный университет». 2006, №12-1/Том 4. С.217-219.

3. Демаков Ю.П. Сосновая вершинная смолевка: биология, экология и роль в лесных экосистемах Марийского Полесья // Научные труды Государственного природного заповедника «Большая Кокшага». Вып. 3. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2008. – С. 274-344.

4. Золотухин А.И., Занина М.А. Адаптация древесных растений после теплового стресса // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Химия. Биология, Экология. 2015. Т. 1, вып. 1. С. 93-98.

5. Кузьмичев, А. .И, Золотухин А.И. Повреждения древесных растений экстремально высокими температурами и засухой летом 2010 г. в Среднем Прихоперье // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. 2012. № 1. С. 32-36.

6. Мамаев С.А., Дорофеева Л.М., Александрова М.С., Звиргзд А.В., Лоскутов Ф.Н., Морякина В.А., Петухова И.П., Таран И.В., Шкутко Н.В., Фурст Г.Г. Адаптация и изменчивость древесных растений в лесной зоне Евразии. Екатеринбург: Наука, 1993. 137 с.

7. Суховольский В.Г., Артемьева Н.В. Радиальный прирост хвойных как прогнозный показатель их устойчивости к повреждению филлофагами //Лесоведение. -1992. -№ 3. -С. 33-39.

8. Шаталов В.Г., Акимов П.В. Динамика радиального прироста пойменных древостоев при нарушенном гидрологическом режиме реки // Лесное хозяйство Поволжья: Межвуз. сборник научных работ, вып. 3. Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова, 1999. С. 17-25.