Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ К УСЛОВИЯМ СУХОЙ СТЕПИ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

Зеленяк А.К. 1 Иозус А.П. 2 Морозова Е.В. 2
1 ГНУ Нижневолжская станция по селекции древесных пород Всероссийского НИИ агролесомелиорации
2 Камышинский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Волгоградский государственный технический университет»
Адаптивное лесоаграрное природопользование предусматривает обогащение дендрофлоры перспективными видами и формами древесных пород. Одной из таких пород для защитного лесоразведения в Нижнем Поволжье является занимающая наибольшую площадь в Российской Федерации долговечная и устойчивая порода лиственница сибирская. Лиственница является листопадным деревом и сбрасывает хвою на зиму, что снижает вероятность повреждения деревьев зимой от снеголома и оптимизирует снегоотложение. Лиственница также обладает ярко выраженной способность к самоочищению от нижних сучьев, что позволяет создавать необходимые конструкции в защитных лесных полосах. В публикации приводятся материалы отбора лиственницы сибирской на засухоустойчивость методом изучения особенностей водного режима в условиях сухой степи. Ожидаемый результат – селекционный отбор перспективного материала для дальнейшего его введения на лесосеменные плантации и защитные насаждения.
защитное лесоразведение
водоудерживающая способность
селекционный отбор
лиственница
1. Еремеев Г.Н. Методы оценки засухоустойчивости плодовых культур // Методы оценки засухоустойчивости растений в неблагоприятных условиях среды: сб. науч. тр. Л.: Колос. 1976. – С. 101–110.
2. Зеленяк А.К. Оптимизация лесомелиоративных насаждений степного Поволжья. Материалы Международной научно-практической конференции, посвященной 120-й годовщине со дня рождения академика Н.И. Вавилова. – Саратов, 2007. – С. 73–74.
3. Зеленяк А.К., Иозус А.П., Морозова Е.В. Опыт отбора лиственницы сибирской на засухоустойчивость // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6; URL: www.science-education.ru/120-15501.
4. Котов М.М., Котова Л.И., Груздева Л.Н. Разнообразие хвойных древесных растений по устойчивости к обезвоживанию хвои // Восстановление, выращивание и комплексное использование сосновых лесов России на базе боров Среднего Поволжья: сб.тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. (27–29 сентября 1995 г., Йошкар-Ола). – Йошкар-Ола, 1995. – С. 87–88.
5. Морозова Е.В., Иозус А.П. Особенности водного режима климатических экотипов сосны в географических культурах Волгоградской области // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 4; URL: www.science-education.ru/127-20585.
Выращивание долговечных и биологически устойчивых насаждений в Нижнем  Поволжье в настоящее время приобретает особую актуальность, так как неблагоприятное климатическое, рекреационное и техногенное воздействие привело к деградации и усыханию защитных лесных насаждений на значительных площадях. В лесном фонде Российской Федерации самую большую площадь занимает лиственница сибирская, однако ее представительство в европейской части России, в том числе в защитных лесных насаждениях и озеленении Нижнего Поволжья, совсем незначительно. Это ценная, долговечная и устойчивая порода [2].

Особенности биологии и физиологии лиственницы и ее адаптации к тяжелым почвенно-климатическим условиям сухой степи к настоящему времени изучены недостаточно.

Одними из важнейших показателей, определяющих устойчивость лиственницы к засухе и другим неблагоприятным факторам в культурах Волгоградской области, являются показатели водного режима [3, 4, 5].

Цель исследования

Изучить особенности водного режима лиственницы сибирской в условиях сухой степи для оценки ее адаптации к условиям сухой степи Нижнего Поволжья.

Объекты исследования

Изучение особенностей водного режима проводилось в культурах лиственницы сибирской, заложенных в 1987 г. на каштановой супесчаной почве ГНУ «Нижневолжская станция по селекции древесных пород» на площади 1,4 га с размещением 2-летних сеянцев: междурядья 1,2 м, в ряду  - 0,4 м.

Результаты и их обсуждение

С целью изучения водного режима в течение вегетационного периода 2012 г. было проведено исследование запасов продуктивной влаги в почве под культурами лиственницы сибирской. Это позволило провести  сравнение с влажностью почвы открытого участка (табл. 1). Взятие проб проведено 19 апреля, 20 июля и 20 октября 2012 г.

Таблица 1

Динамика запасов продуктивной влаги в почве

Варианты опыта

Глубина слоя, см

Запасы влаги, мм

весна

лето

осень

Площадь питания одного растения 0,59 м2, возраст 25 лет

0-50

135

32

89

0-100

306

91

190

0-200

635

276

412

Контроль, открытый участок

0-50

112

47

94

0-100

275

123

209

0-200

525

298

490

 

Вегетационный период 2012 г. характеризовался как острозасушливый. Продуктивные запасы влаги в слое почвы 0-200 см весной составили 635 мм, в том числе в верхнем 0-50 см корнеобитаемом слое - 135 мм. Эти влагозапасы созданы за счет зимнего снегонакопления, весеннего равномерного таяния и полного впитывания их в почву. Лето 2012 г. отличалось отсутствием осадков, низкой относительной влажностью почвы. С мая продуктивные осадки не выпадали. Запасы влаги под лиственничными насаждением значительно снизилась к 20 июля, к времени затухания активного роста побегов, в 0-50 см слое почвы достигли минимально критического уровня 32 мм, в слое почвы 0-200 см - 276 мм. На открытом участке показатели влажности почвы выше соответственно на 15 и 22 мм. Осенью также запасы влаги под насаждением ниже, чем на контрольном участке, т.е. сверхгустые культуры лиственницы в засушливые периоды испытывают дефицит почвенной влаги. С увеличение возраста деревья-лидеры корневыми системами будут охватывать большую площадь питания, угнетенные растения, естественно, отпадут. Таким образом, лиственница - одна из немногих пород, у которых в условиях сухой степи Нижнего Поволжья активно идут процессы самоизреживания. Это является важнейшей составной частью естественного отбора биотипов, устойчивых к данным почвенно-климатическим условиям [2, 3].

Оценка засухоустойчивости лиственницы проводилась нами и ранее. Были проведены исследования на засухоустойчивость отдельных плюсовых деревьев по потомству. Оценка действия засухи основывалась на фиксации ее влияния в подавлении ростовых процессов у семенного потомства выделенных деревьев. Сеянцы высаживали в вегетационные сосуды, где ограничением полива создавалась искусственная засуха.  Из 18 проверяемых образцов потомства плюсовых деревьев 5 показали повышенную устойчивость к засухе. В лесосеменной плантации лиственницы, созданной нами в 1986 г., клоны этих выделенных плюсовых деревьев присутствуют и сегодня дают качественные семена.

Наиболее ценная особенность лиственницы для засушливых условий степи -  длительный период сезонного роста, который в 2 раза длиннее, чем у сосны, и составляет 80-87 дней. Прирост колеблется слабо, достигая наибольших значений в июне-июле, когда у большинства других пород рост уже закончен. Лиственница усваивает влагу при полуторной максимальной гигроскопичности. Изменения проницаемости протоплазмы хвои по относительному выходу электролитов в период завядания показывают, что с увеличением возраста  растений повышается их возможная устойчивость к засухе: в возрасте 20 лет выход электролитов составляет 2,12 (засухоустойчивость средняя), 30 лет - 1,49 -  высокая, 60  лет - 1,38 - высокая [2, 3].

В отличие от других хвойных пород лиственница на зиму сбрасывает хвою, что исключает ее повреждения от снеголома, оказывает положительное влияние на снегораспределение. Способность растений к самоочищению от нижних сучьев уже к 15-летнему возрасту обеспечивает создание необходимых конструкций лесных полос. В силу этого значительно снижаются или полностью исключаются затраты на рубки уходы. Подстилка из опадающей хвои образует кислую среду верхнего слоя почвы, препятствуя росту сорной растительности в защитных насаждениях и ее дальнейшему распространению на прилегающие сельскохозяйственные угодья.

Тесную связь с особенностями водного режима хвои имеет фактор освещенности кроны дерева, так как именно от освещенности зависит интенсивность транспирации и фотосинтеза. При изучении освещенности крон лиственниц в условиях сухой степи нами отмечены следующие особенности: при относительном световом довольствии до 10% хвоя лиственницы и генеративные органы не образуются, при относительном световом довольствии 10-30% деревья сильно отстают в росте. В оптимальных условиях относительного светового довольствия (около 80-100%) масса сырой хвои на двадцатилетних деревьях составляет более 40 кг, деревья имеют низкоопущенную равномерно развитую широкую крону. Площадь питания одного растения для возраста до 20 лет оптимальна 40-50 м2 , что соответствует густоте 200-250 шт. на 1 га.

На основании проведенных исследований по адаптации лиственницы сибирской к световому фактору за нижний предел относительного светового довольствия лиственницы следует принимать значения 80. Способность противостоять обезвоживанию отображает степень пластичности растений и их адаптационные возможности. Ослабление или утрата этой способности приводят к быстрой потере воды, повреждению и гибели клеток, тканей, органов, а зачастую и растения. В качестве признака, характеризующего индивидуальные различия особей в популяции по уровню засухоустойчивости, используется водоудерживающая способность ассимиляционного аппарата [1, 4].

Были проведены исследования дефицита влаги и водоудерживающей способности хвои лиственницы с целью определения засухоустойчивости. Содержание воды в растительном материале по сравнению с ее содержанием в почве велико. Активный обмен веществ в растении поддерживается лишь в том случае, если это содержание колеблется в относительно небольших пределах. Изменение содержания воды на 20-25% часто приводит к приостановке большинства ростовых процессов. У лиственницы хвоя всегда однолетняя с тонкой кутикулярной тканью и сбрасывается (табл. 2).

Таблица 2

Обеспеченность хвои лиственницы водой

Дата опыта и показатели

Масса до насыщения, г

Масса после насыщения, г

Абсолютно сухая масса, г

Содержание воды в хвое к сухому весу, %

Водный дефицит, %

1.07.2012,

t воздуха 31,0 0С,

влажность воздуха 51,7%

8,23

10,97

2,97

63,9

34,3

20.07.2012,

t воздуха 45,00С, влажность воздуха 21,9 %

25,2

35,9

18,7

25,8

66,0

У лиственницы содержание воды в хвое к сухому весу значительно снижается с повышением температуры воздуха и снижением влажности воздуха. При температуре 31,00С и влажности воздуха 51,7% 1.07.2012 г. содержание воды равнялось 63,9%, 20.07.2012 г. при температуре воздуха 450С и влажности воздуха 21,9 % содержание воды резко снижается и равно 25,8%. Лиственница резко реагирует на значительные повышения температуры: увеличивается транспирация, снижается температура самого растения. В водном дефиците лиственницы при значительных повышениях температур резких изменений не происходит, разница в увеличении составляет всего лишь 2,5%.

Сравнение интенсивности транспирации интродуцированной лиственницы сибирской с другими также интродуцированными в сухую степь хвойными породами (такими как сосна, лжетсуга, можжевельники) показывает, что, имея более высокую транспирирующую способность при низкой относительной влажности воздуха, лиственничные насаждения в большей мере обогащают воздух водяными парами и увеличивают его относительную влажность. Они способствуют улучшению микроклимата, что особенно важно в рекреационных насаждениях и лесопарках в озеленении, в межполосных полях сельскохозяйственных культур.

Наиболее высокую влажность хвоя лиственницы имеет в период интенсивного роста - в мае, июне. В июле, августе влажность хвои на побегах текущего года и на побегах прошлогоднего прироста понижается с 220 до 140%. Значения влажности побегов текущего года варьировали в течение вегетационного периода в пределах 330-120%. Влажность побегов прошлогоднего прироста имеет меньшую амплитуду и варьирует в пределах 110-150%. В зимнее время показатели влажности побегов снижаются. Так, в феврале влажность побегов лиственницы сибирской составляла 68,5-79,4%, у сосны и ели она в этот период была равна соответственно 120% и 100%, т.е. оводненность побегов и ксилемы лиственницы в зимнее время значительно ниже, чем у местных хвойных пород. Такая особенность водного режима лиственницы, как снижение влажности древесины и побегов в зимнее время до 70-80% от абсолютно сухой массы, позволяет лиственнице переносить без повреждений очень низкие температуры воздуха.

Выводы

Изучение физиологических и адаптационных особенностей лиственницы позволяет отнести лиственницу к породам со значительным запасом адаптивного потенциала и высокой экологической толерантностью к стрессовым факторам условий произрастания.

Для  лиственницы сибирской также характерны высокая зимостойкость; способность к формированию как чистых, так и смешанных культур; создание различных видов конструкций лесных полос за счет преимущества ежегодного опада хвои, в отличие от других хвойных пород; регулярное семеношение; интенсивный рост и долговечность; почвоулучшающие свойства; высокая устойчивость к техногенным воздействиям, болезням и вредителям. Это делает целесообразным использование лиственницы для создания озеленительных и защитных лесных насаждений в сухой степи Нижнего Поволжья.

Рецензенты:

Васильев Ю.И., д.с-х.н., профессор, главный научный сотрудник Всероссийского НИИ агролесомелиорации Российской академии наук, г. Волгоград;

Рулев А.С., д.с.-х.н., заместитель директора по науке Всероссийского НИИ агролесомелиорации Российской академии наук, г. Волгоград.


Библиографическая ссылка

Зеленяк А.К., Иозус А.П., Морозова Е.В. ОСОБЕННОСТИ АДАПТАЦИИ ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ К УСЛОВИЯМ СУХОЙ СТЕПИ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=22689 (дата обращения: 23.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074