Высокопродуктивные сосновые леса в условиях изменяющегося климата
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-6-9-23Ключевые слова:
сосна обыкновенная, семенная продуктивность, пролин, патологии митоза, норма реакции, равновесное состояние, дестабилизация, засухаАннотация
Лесостепь Центрально-Черноземного района относится к зоне высокопродуктивных сосновых лесов. В 2015 г. на его территории впервые зафиксирована частичная, затронувшая популяционный, организменный и клеточный уровни дестабилизация сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.). Дестабилизация вызвана 8-летней тепловой волной 2007–2014 гг., сопровождавшейся резким падением уровня грунтовых вод и четырьмя сильными засухами (2007, 2010, 2012 и 2014 гг.). Анализ проводили на двух участках лесных культур сосны, произрастающих на экологически благоприятной территории: Ступинский тест-объект (Воронежская обл., типичное для Центрально-Черноземного р-на насаждение) и Усманский объект (Липецкая обл., земли с повышенным уровнем грунтовых вод). Представлены результаты морфологического, цитогенетического и биохимического изучения модельных деревьев Ступинского тест-объекта в периоды: 4 оптимальных по погодным условиям года, засушливый 2014 г. и 2015 г. – год дестабилизации. Выявлено, что продолжительный гидротермический стресс вызвал переход сосны из основного равновесного состояния в слабо неравновесное состояние. Пусковым механизмом стала сильная почвенная засуха 2014 г., после которой растения ушли в зиму ослабленными. В 2015 г., несмотря на то, что он был оптимальным по погодным условиям, отмечены уменьшение биопродуктивности шишек по признакам полнозернистости и общему числу семян на шишку, изменение структурированности популяционной выборки, увеличение числа патологий митоза, повышение содержания пролина в хвое. Процесс возвращения вида в исходное состояние изучался 3 последующих оптимальных года на примере ступинской и усманской популяций. Экспериментальные данные свидетельствуют, что процессы нормализации жизненного состояния сопряжены с глубокими изменениями метаболизма и требуют определенных энергетических затрат. Ступинской популяции для возвращения к региональной норме понадобилось больше времени. Это указывает на разную глубину дестабилизации генетического материала деревьев двух исследуемых популяций.
Для цитирования: Кузнецова Н.Ф., Клушевская Е.С., Аминева Е.Ю. Высокопродуктивные сосновые леса в условиях изменяющегося климата // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 6. С. 9–23. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-6-9-23
Финансирование: Работа выполнена в рамках государственного задания Всероссийского научно-исследовательского института лесной генетики, селекции и биотехнологии.
Скачивания
Библиографические ссылки
Буторина А.К., Калаев В.Н., Миронов А.Н., Смородинова В.А., Мазурова И.Э., Дорошев С.А., Сенькевич Е.В. Ц итогенетическая изменчивость в популяциях сосны обыкновенной // Экология. 2001. № 3. С. 216–220. Butorina A.K., Kalaev V.N., Mironov A.N., Smorodinova V.F., Mazurova I.E., Doroshev S.A., Sen’kevich E.V. Cytogenetic Variation in Populations of Scotch Pine. Ecologiya [Russian Journal of Ecology], 2001, no. 3, pp. 216–220. DOI: https://doi.org/10.1023/A:1011366328809
Ефимов Ю.П. Семенные плантации в селекции и семеноводстве сосны обыкновенной. Воронеж: Истоки, 2010. 253 с. Efimov Yu.P. Seed Orchards in Selection and Seed Breeding of Scots Pine. Voronezh, Istoki Publ., 2010. 253 p.
Исаков Ю.Н., Авраменко Р.С., Буторина А.К., Иевлев В.В., Кузнецова Н.Ф., Мурая Л.С., Пожидаева И.М., Свинцова В.С., Соустова Н.М. Системы семенного размножения древесных растений и селекция // Лесная генетика, селекция и физиология древесных растений. М.: ЦНИИ лесн. генетики и селекции, 1989. С. 47–54. Isakov Yu.N., Avramenko R.S., Butorina A.K., Iyevlev V.V. Kuznetsova N.F., Muraya L.S., Pozhidayeva I.M., Svintsova V.S., Soustova N.M. Systems of Seed Reproduction of Woody Plants and Breeding. Forest Genetics and Breeding and Physiology of Woody Plants. Voronezh, TsNII lesnoy genetiki i selektsii Publ., 1989, pp. 47–54.
Калаев В.Н., Карпова С.С. Цитогенетический мониторинг: методы оценки окружающей среды и состояния генетического аппарата организма. Воронеж: ВГУ , 2004. 80 с. Kalayev V.N., Karpova S.S. Cytogenetic Monitoring: Methods for Assessing the Environment and the State of the Organism’s Genetic Apparatus. Voronezh, VSU Publ., 2004. 80 p.
Калашник Н.А. Хромосомные нарушения как индикатор оценки степени техногенного воздействия на хвойные растения // Экология. 2008. № 4. С. 276–286. Kalashnik N.A. Chromosome Aberrations as Indicator of Technogenic Impact on Conifer Stands. Ekologia [Russian Journal of Ecology], 2008, no. 4, pp. 276–286. DOI: https://doi.org/10.1134/S106741360804005X
Клушевская Е.С., Кузнецова Н.Ф. Оценка устойчивости сосны обыкновенной к засухе по физиологическим характеристикам хвои // Лесоведение. 2016. № 3. С. 216–222. Klushevskaya E.S., Kuznetsova N.F. The Scots Pine Draught Tolerance Assessment Based on Needle Physiological Indices. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2016, no. 3, pp. 216–222.
Кузнецов Вл.В., Шевякова Н.И. Пролин при стрессе: биологическая роль, метаболизм, регуляция // Физиология растений. 1999. Т. 46, № 2. С. 321–336. Kuznetsov Vl.V., Shevyakova N.I. Prolone under Stress: Biological Role, Metabolism, and Regulation. Fiziologiya rastenij [Russian Journal of Plant Physiology], 1999, vol. 46, no. 2, pp. 321–336.
Кузнецова Н.Ф. Засухи в лесостепной зоне Центрально-Черноземного региона и критерии оценки их интенсивности // Изв. СГУ . Нов. сер. Сер.: Науки о Земле. 2019. Т. 19, вып. 3. С. 142–148. Kuznetsova N.F. Droughts in the Forest-Steppe Zone of Central Chernozemic Region and Criteria for Evaluation of Their Intensity. Izvestiya Saratovskogo universiteta. Novaya seriya. Seriya Nauki o Zemle [Izvestiya of Saratov University. Earth Sciences], 2019, vol. 19, iss. 3, pp. 142–148. DOI: https://doi.org/10.18500/1819-7663-2019-19-3-142-148
Кузнецова Н.Ф., Машкина О.С. Реакция на стресс и ее последействие у сосны обыкновенной в онтогенезе и при смене поколений // Хвойные бореальной зоны. 2011. Т. XXVIII, № 1-2. С. 83–90. Kuznetsova N.F., Mashkina O.S. Stress reaction and It After-Effect of Pinus sylvestris L. in Ontogeny and at Alternation of Generations. Hvojnye boreal’noj zony [Conifers of the Boreal Area], 2011, vol. XXVIII, no. 1-2, pp. 83–90.
Матвеев С.М. Климатический сигнал в радиальном приросте сосновых древостоев модальных типов леса Воронежской области // Лесохоз. информ.: электрон. сетевой журн. 2017. № 1. С. 99–108. Matveev S.M. The Signal of Climate in the Radial Increment of Pine Stands of the Voronezh Region. Lesokhozyaystvennaya informatsiya [Forestry information], 2017, no. 1, pp. 99–108.
Пардаева Е.Ю., Машкина О.С., Попов В.Н. Состояние генеративной сферы Pinus sylvestris L. по данным цитогенетического анализа в условиях изменяющегося климата на территории Воронежской области // Сиб. экол. журн. 2017. Т. 24, № 3. C. 313–320. Pardaeva E.Y., Mashkina O.S., Popov V.N. State of Pinus sylvestris L. Generative Sphere According to Cytogenetic Analysis in Changing Climate Conditions in the Territory of Voronezh Oblast. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal [Contemporary Problems of Ecology], 2017, vol. 24, no. 3, pp. 313–320. DOI: http://dx.doi.org/10.15372/SEJ20170308
Переведенцев Ю.П., Гоголь Ф.В., Наумов Э.П., Шанталинский К.М. Глобальные и региональные изменения климата на рубеже ХХ и ХХI столетий // Вестн. ВГУ . Сер.: География. Геоэкология. 2007. № 2. С. 5–12. Perevedentsev Yu.P., Gogol F.V., Naumov E.P., Shantalinskiy K.M. Globaland Regional Climate Changes on the Boundary of the XX th and XXI st Centuries. Vestnik VGU. Seriya: Geografiya. Geoekologiya [Proceedings of Voronezh State University. Series: Geography. Geoecology], 2007, no. 2, pp. 5–12.
Работнов Т.А. Фитоценология. М.: МГУ , 1978. 384 с. Rabotnov T.A. Phytocenology. Moscow, MSU Publ., 1978. 384 p.
Рожков А.А., Козак В.Т. Устойчивость лесов. М.: Агропромиздат, 1989. 239 с. Rozhkov A.A., Kozak V.T. Sustainability of Forests. Moscow, Agropromizdat Publ., 1989. 239 p.
Свинцова В.С. Характер изменчивости признаков репродуктивной сферы Pinus sylvestris L. в условиях среднерусской лесостепи (Воронежская область): авто-реф. дис. … канд. биол. наук. Воронеж, 2002. 22 с. Svintsova V.S. Variability Nature of Reproductive Traits of Pinus sylvestris L. in Conditions of Central Russian Forest Steppe (Voronezh Region): Cand. Biol. Sci. Diss. Abs. Voronezh, 2002. 22 p.
Селье Г. Очерки об адаптационном синдроме. М.: Медгиз, 1960. 254 с. Sel’ye G. Essays on the Adaptation Syndrome. Moscow, Medgiz Publ., 1960. 254 p.
Середа Л.О., Яблонских Л.А., Куролап С.А. Оценка эколого-геохимического состояния почвенного покрова городского округа город Воронеж // Вестн. ВГУ . Сер.: География. Геоэкология. 2015. № 4. С. 59–65. Sereda L.O., Yablonskikh L.A., Kurolap S.A. Assessment of Ecological and Geochemical Situation of Soil Cover in the Voronezh City. Vestnik VGU. Seriya: Geografiya. Geoekologiya [Proceedings of Voronezh State University. Series: Geography. Geoecology], 2015, no. 4, pp. 59–65.
Топильская Л.А., Лучникова С.А., Чувашина Н.П. Изучение соматических и мейотических хромосом смородины на ацетогематоксилиновых давленых препаратах // Бюл. науч. информ. Центр. генет. лаб. им. И.В. Мичурина. 1975. Вып. 22. С. 58–61. Topil’skaya L.A., Luchnikova S.A., Chuvashina N.P. Study of Somatic and Meiotic Chromosomes of Currants on Acetohematoxylin Squash Preparations. Byulleten’ nauchnoy informatsii Tsentral’noy geneticheskoy laboratorii im. I.V. Michurina, 1975, iss. 22, pp. 58–61.
Третьякова Е.П. Теория организации. М.: КНОРУС , 2014. 224 с. Tretyakova E.P. Organizational Theory. Moscow, KNORUS Publ., 2014. 224 p.
Шмальгаузен И.И. Факторы эволюции. Теория стабилизирующего отбора. М.: Наука, 1968. 451 с. Schmalhausen I.I. Factors of Evolution: The Theory of Stabilizing Selection. Moscow, Nauka Publ., 1968. 451 p.
Щербаков В.П. Эволюция как сопротивление энтропии: II. Консервативная роль полового размножения // Журн. общей биологии. 2005. Т. 66, № 4. С. 300–309. Shcherbakov V.P. Evolution as Resistance to Entropy. II. A Conservative Role for the sexual Reproduction. Zhurnal obshchey biologii [Journal of General Biology], 2005, vol. 66, no. 4, pp. 300–309.
Bates L.S., Waldren R.P., Teare I.D. Rapid Determination of Free Proline for Water-Stress Studies. Plant and Soil, 1973, vol. 39, pp. 205–207. DOI: https://doi.org/10.1007/BF00018060
Byers J.E., Cuddington K., Jones C.G., Talley T.S. Using Ecosystem Engineers to Restore Ecological Systems. Trends in Ecology and Evolution, 2006, vol. 21, iss. 9, pp. 493–500. DOI: 10.1016/j.tree.2006.06.002
Dar M.I., Naikoo M.I., Rehman F., Naushin F., Khan F.A. Proline Accumulation in Plants: Roles in Stress Tolerance and Plant Development. Osmolytes and Plant Acclimation to Changing Environment: Emerging Osmic Technologies. New Delhi, Springer, 2016, pp. 155–166. DOI: https://doi.org/10.1007/978-81-322-2616-1_9
Geras’kin S., Evseeva T., Oudalova A. Effects of Long-Term Chronic Exposure to Radionuclide’s in Plant Populations. Journal of Environmental Radioactivity, 2013, vol. 121, pp. 22–32. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2012.03.007
Grime J.P. Plant Strategies, Vegetation Processes and Ecosystem Properties. Chichester, Wiley, 2006. 456 p.
Hansen M.C., Potapov P.V., Moore R., Hancher M., Turubanova S.A., Tyukavina A., Thau D., Stehman S.V., Goetz S.J., Loveland T.R., Kommareddy A., Egorov A., Chini L., Justice C.O., Townshend J.R.G. High-Resolution Global Maps of 21st-Century Forest Cover Change. Science, 2013, vol. 342, iss. 6160, pp. 850–853. DOI: https://doi.org/10.1126/science.1244693
Kuznetsova N.F. Self-Fertility in Scots Pine as a System for Regulating Close Relationships and Species Survival in an Adverse Environment. Advances in Genetic Research. New York, Nova Science Publishers, Inc., 2012, pp. 83–106.
Kuznetsova N.F., Semenov M.A., Sautkina M.Yu. Pine Forests of East European Plain: Distribution Trends, Functions and Development Problems. Pinus: Growth, Distribution and Uses. New York, Nova Science Publishers, Inc., 2019, pp. 1–47.
Lenton T.M., Held H., Kriegler E., Hall J.W., Lucht W., Rahmstorf S., Schellnhuber H.J. Tipping Elements in the Earth’s Climate System. PNAS, 2008, vol. 105, no. 6, pp. 1786–1793. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.0705414105
Mori A.S. Ecosystem Management Based on Natural Disturbances: Hierarchical Context and Non-Equilibrium Paradigm. Journal of Applied Ecology, 2011, vol. 48, iss. 2, pp. 280–292. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2010.01956.x
Shvidenko A.Z., Schepaschenko D.G. Climate Change and Wildfires in Russia. Contemporary Problems of Ecology, 2013, vol. 6, iss. 7, pp. 683–692. DOI: https://doi.org/10.1134/S199542551307010X
Spiess R. Überlebens und Reproductions Strategien höherer Pflanzen Ergebnisse einer Literaturanalyse. Archiv für Naturschutz und Landschaftforschung, 1989, vol. 29, no. 3, pp. 1–198.
Sprugel D.G. Disturbance, Equilibrium, and Environmental Variability: What is ‘Natural’ Vegetation in a Changing Environment? Biological Conservation, 1991, vol. 58, iss. 1, pp. 1–18. DOI: https://doi.org/10.1016/0006-3207(91)90041-7
Thompson I., Mackey B., McNulty S., Mosseler A. Forest Resilience, Biodiversity, and Climate Change. Technical Series No. 43. Montreal, Secretariat of the Convention on Biological Diversity, 2009. 67 p. Available at: https://www.cbd.int/doc/publications/cbd-ts-43-en.pdf (accessed 28.02.20).
Verbruggen N., Hermans C. Proline Accumulation in Plants: A Review. Amino Acids, 2008, vol. 35, iss. 4, pp. 753–759. DOI: https://doi.org/10.1007/s00726-008-0061-6
