Mycorrhization Characteristics and Fine Roots Biomass of Siberian spruce in Aerotechnogenic Pollution of a Timber Industry Complex
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-5-89-106Keywords:
middle taiga, pulp and paper enterprise, Picea obovata Ledeb., Siberian spruce, fine roots biomass, mycorrhizal structure, airborne industrial emissions, Komi RepublicAbstract
The influence of airborne industrial pollutants on the woody plants state in the taiga zone is a poorly studied and urgent issue. The research aimed at analysis of mycorrhization characteristics and fine roots biomass of Siberian spruce (Picea obovata Ledeb.) in bilberry spruce characteristics located within the zone of airborne industrial emissions impact of the Syktyvkar Timber Industry Complex enterprises. The studies were carried out in old-growth bilberry spruce forests at a distance of 3.5, 9.5, 24 and 50 km from the emission source in the direction of prevailing winds. The biomass and structure of Siberian spruce fine roots were studied in the zone of the Syktyvkar Timber Industry Complex enterprises influence. We have examined the morpho-anatomical structure of Siberian spruce fine mycorrhizal roots by light microscopy. There was an increase in the Siberian spruce roots biomass in the forest litter of coniferous phytocoenosis located in the enterprise’s impact zone. The results obtained for spruce root biomass across all four study plots are consistent with root mass values observed in coniferous phytocoenoses of the middle taiga in the Komi Republic. In the spruce forest within the enterprise’s impact zone, an increase was observed in mycorrhizal density, mycorrhization intensity, ectomycorrhizal diameter and thickness, and the volumetric fraction of the fungal mantle. The spruce forest compared to other communities has the greatest diversity of fungal mantles with a predominance of more complex and physiologically more active mantles of pseudoparenchymatic and double folding. At the same time, in the spruce stand within the impact zone, a trend is observed toward an increased occurrence of tannin cells in the root cortex and a higher proportion of root tips that have lost turgor, suggesting a decline in the physiological activity of absorbing roots. All the listed characteristics indicate an adaptive response of the spruce to the conditions prevailing in the community. All other spruce forests (except the impact zone forest) were defined by a clear predominance of plectenchymatous mantles, a pattern typical of natural coniferous stands in the middle taiga of the Komi Republic.
Funding: The research was carried out within the framework of the research and development topic “The Habitat-Forming Role and Productivity of Forest and Swamp Ecosystems of the European North-East of Russia” (Registration No. 125020501547-8) and the contract-based research topic “Assessment of the Long-Term Impact of JSC Mondi SLPK on Biological Diversity in the Production Area” (Contract No. 45-2018 dated April 24, 2018).
Acknowledgments: The authors are deeply grateful to the staff of the Department of the Forest Biology Problems of the North, Institute of Biology, Komi Science Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences E.A. Robakidze, T.A. Pristova, and M.A. Kuznetsov for their assistance in collecting field material and analyzing samples, as well as to the Doctor of Biological Sciences S.V. Zagirova for the valuable comments on the manuscript.
For citation: Sizonenko T.A., Manov A.V., Naimushina S.I. Mycorrhization Characteristics and Fine Roots Biomass of Siberian spruce in Aerotechnogenic Pollution of a Timber Industry Complex. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2026, no. 5, pp. 89–106. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2026-5-89-106
Downloads
References
Абражко М.А. Реакция тонких корней ели на исключение корневой конкуренции соседних деревьев // Лесоведение. 1982. № 6. С. 41–45.
Abrazhko M.A. Reaction of Spruce Fine Roots to the Exclusion of Root Competition of Neighboring Trees. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1982, no. 6, pp. 41–45. (In Russ.).
Биопродукционный процесс в лесных экосистемах Севера / отв. ред. К.С. Бобкова, Э.П. Галенко. СПб.: Наука, 2001. 278 с.
Bioproduction in Forest Ecosystems of the North. Ed. by K.S. Bobkova, E.P. Galenko. Saint Petersburg, Nauka Publ., 2001. 278 p. (In Russ.).
Бобкова К.С. Биологическая продуктивность хвойных лесов европейского Северо-Востока. Л.: Наука, 1987. 156 с.
Bobkova K.S. Biological Productivity of Coniferous Forests of the European North-East. Leningrad, Nauka Publ., 1987. 156 p. (In Russ.).
Бобкова К.С., Машика А.В., Смагин А.В. Динамика содержания углерода органического вещества в среднетаежных ельниках на автоморфных почвах. СПб.: Наука, 2014. 270 с.
Bobkova K.S., Mashika A.V., Smagin A.V. Dynamics of Organic Matter Carbon Content in the Middle Taiga Spruce Forests on Automorphic Soils. Saint Petersburg, Nauka Publ., 2014. 270 p. (In Russ.).
Бобкова К.С., Робакидзе Е.А., Торлопова Н.В. Круговорот элементов минерального питания в экосистеме коренного разнотравно-черничного ельника средней тайги (Республика Коми) // Сиб. лесн. журн. 2020. № 2. С. 40–54.
Bobkova K.S., Robakidze E.A., Torlopova N.V. Turnover of Mineral Elements in the Ecosystem of Native Herbaceous-Bilberry Spruce Forest in the Middle Taiga Subzone (Komi Republic). Sibirskij Lesnoj Zhurnal = Siberian Journal of Forest Science, 2020, no. 2, pp. 40–54. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/SJFS20200205
Василевич М.И., Кондратенок Б.М., Очеретенко Д.П., Василевич Р.С., Габов Д.Н., Лодыгин Е.Д. Мониторинг аэротехногенного воздействия Сыктывкарского лесопромышленного комплекса // Изв. Томск. политехн. ун-та. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332, № 10. С. 33–44.
Vasilevich M.I., Kondratenok B.M., Ocheretenko D.P., Vasilevich R.S., Gabov D.N., Lodygin E.D. Monitoring of Aerotechnogenic Impact of Syktyvkar Timber Industry Complex. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering, 2021, vol. 332, no. 10, pp. 33–44. (In Russ.). https://doi.org/10.18799/24131830/2021/10/3395
Васильева К.А., Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю. Особенности строения корневых систем клена остролистного (Acer platanoides L.) в условиях нефтехимического загрязнения // Вестн. Удмуртск. ун-та. Сер.: Биология. Науки о земле. 2011. Вып. 2. С. 55–60.
Vasileva K.A., Zaitsev G.A., Kulagin A.Yu. Structure Peculiarities of Norway Maple Root Systems (Acer platanoides L.) under Conditions of Petrochemical Contamination. Bulletin of Udmurt University. Series Biology. Earth Sciences, 2011, iss. 2, pp. 55–60. (In Russ.).
Веселкин Д.В. Изменчивость анатомических параметров эктомикоризных окончаний разного строения // Микология и фитопатология. 2003. Т. 37, вып. 1. С. 22–29.
Veselkin D.V. Variability of Anatomical Parameters of Ectomycorrhizal Tips of Different Structure. Mycology and Phytopathology, 2003, vol. 37, iss. 1, pp. 22–29. (In Russ.).
Веселкин Д.В. Анатомическое строение эктомикориз Abies sibirica Ledeb. и Picea obovata Ledeb. в условиях загрязнения лесных экосистем выбросами медеплавильного комбината // Экология. 2004. № 2. С. 90–98.
Veselkin D.V. Anatomical Structure of Ectomycorrhiza in Abies sibirica Ledeb. and Picea obovata Ledeb. under Conditions of Forest Ecosystems Polluted with Emissions from Copper-Smelting Works. Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 2004, vol. 35, no. 2, pp. 71–78. https://doi.org/10.1023/B:RUSE.0000018930.17569.09
Веселкин Д.В. Реакция эктомикориз Pinus sylvestris L. на техногенное загрязнение различных типов // Сиб. экол. журн. 2005. Т. 12, № 4. С. 753–761.
Veselkin D.V. Reaction of Ectomycorrhizae of Pinus sylvestris L. to technogenic pollution of various types. Sibirskij ekologicheskij zhurnal = Contemporary Problems of Ecology, 2005, vol. 12, no. 4, pp. 753–761. (In Russ.).
Веселкин Д.В. Влияние загрязнения различных типов на разнообразие эктомикориз Pinus sylvestris // Микология и фитопатология. 2006. Т. 40, вып. 2. С. 122–132.
Veselkin D.V. Influence of Different Types of Industrial Pollution on Diversity of Pinus sylvestris Ectomycorrhizac. Mycology and Phytopathology, 2006, vol. 40, iss. 2, pp. 122–132. (In Russ.).
Дегтева С.В., Кондратенок Б.М., Лаптева Е.М., Робакидзе Е.А., Василевич М.И., Колесникова А.А., Пыстина Т.Н., Патова Е.Н., Батурина М.А., Рафиков Р.Р. Комплексный мониторинг наземных и водных экосистем в зоне аэротехногенного влияния АО «Монди СЛПК»: итоги, проблемы, перспективы // Технологии переработки отходов с получением новой продукции: материалы III Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Киров, 2021. С. 192–195.
Degteva S.V., Kondratenok B.M., Lapteva E.M., Robakidze E.A., Vasilevich M.I., Kolesnikova A.A., Pystina T.N., Patova E.N., Baturina M.A., Rafikov R.R. Integrated Monitoring of Terrestrial and Aquatic Ecosystems in the Airborne Industrial Emission Zone of JSC Mondi SLPK: Results, Challenges, Prospects. Waste Recycling Technologies to Produce New Products: Proceedings of the 3rd All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation. Kirov, 2021, pp. 192–195. (In Russ.).
Доминик Т. Классификация микориз // Микориза растений: сб. переводов из иностр. литературы. М.: Сельхозиздат, 1963. С. 245–258.
Dominik T. Classification of Mycorrhizae. Mycorrhiza of Plants: Collection of Foreign References Translations. Moscow, Sel’khozizdat Publ., 1963, pp. 245–258. (In Russ.).
Дыренков С.А. Структура и динамика таежных ельников. Л.: Наука, 1984. 176 с.
Dyrenkov S.A. Structure and Dynamics of Taiga Spruce Forests. Leningrad, Nauka Publ., 1984. 176 p. (In Russ.).
Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю. Корненасыщенность почвы в сосняках при нефтехимическом загрязнении // Лесоведение. 2002. № 4. С. 74–77.
Zaitsev G.A., Kulagin A.Yu. Soil Root Saturation in Pine Forests under Petrochemical Pollution. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2002, no. 4, pp. 74–77. (In Russ.).
Запрудина М.В. Фитомасса травяно-кустарничкового и мохового ярусов темнохвойных высокотравных лесов Печоро-Илычского заповедника // Изв. Самарск. науч. центра РАН. 2010. Т. 12, № 1-3. С. 876–879.
Zaprudina M.V. Biomass of Herb-Undershrub and Moss Layers in the Tall-Grass Dark Coniferous Forest in Pechora-Ilych Reserve. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2010, vol. 12, no. 1-3, pp. 876–879. (In Russ.).
Комин Г.Е., Семечкин И.В. Возрастная структура древостоев и принципы ее типизации // Лесоведение. 1970. № 2. С. 24–33.
Komin G.E., Semechkin I.V. Age Structure of Tree Stands and Principles of Its Typification. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1970, no. 2, pp. 24–33. (In Russ.).
Кулагин А.А., Зайцев Г.А. Лиственница Сукачева в экстремальных лесорастительных условиях Южного Урала: моногр. М.: Наука, 2008. 172 с.
Kulagin A.A., Zaitsev G.A. Sukachev’s Larch in Extreme Forest Growth Conditions of the Southern Urals. Moscow, Nauka Publ., 2008. 172 p. (In Russ.).
Кулагин А.Ю., Зайцев Г.А. Корневая система Larix sukaczewii Dyl. в условиях загрязнения Уфимского промышленного центра // Экология. 2003. № 6. С. 478–480.
Kulagin A.Yu., Zaitsev G.A. Root System of Larix sukaczewii Dyl. in the Polluted Environment of the Ufa Industrial Center. Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 2003, no. 6, pp. 478–480. (In Russ.). https://doi.org/10.1023/A:1027324803817
Лаптева Е.М., Холопов Ю.В., Шахтарова О.В., Бондаренко Н.Н., Кострова С.Н. Почвы и почвенный покров в зоне влияния аэротехногенных выбросов целлюлозно-бумажного производства // Изв. Коми науч. центра УрО РАН. Сер.: Экспериментальная биология и экология. 2021. № 5(51). С. 46–60.
Lapteva E.M., Kholopov Yu.V., Shakhtarova O.V., Bondarenko N.N., Kostrova S.N. Soils and Soil Cover in the Zone of Influence of Airborne Industrial Emissions from Pulp and Paper Production. Proceedings of the Komi Science Centre of the Ural Division of the Russian Academy of Sciences, 2021, no. 5(51), pp. 46–60. (In Russ.). https://doi.org/10.19110/1994-5655-2021-5-46-60
Орлов А.Я. Метод определения массы корней деревьев в лесу и возможность учета годичного прироста органической массы в толще лесной почвы // Лесоведение. 1967. № 1. С. 64–70.
Orlov A.Y. Method for Determining the Mass of Tree Roots in the Forest and the Possibility of Accounting of the Annual Increase in Organic Mass in the Forest Soil. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1967, no. 1, pp. 64–70. (In Russ.).
Оценка долговременного влияния АО «Монди СЛПК» на биологическое разнообразие в районе производства. Сыктывкар, 2020. 52 с.
Assessment of the Long-Term Effect of JSC Mondi SLPK on Biological Diversity in the Production Area. Syktyvkar, 2020. 52 p. (In Russ.).
Радостева Э.Р., Фаизова Л.И., Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю. Процесс микоризации Рinus sylvestris L. в отвальных почвогрунтах Кумертауского буроугольного разреза (Республика Башкортостан) // Вестн. МГУЛ – Лесн. вестн. 2011. № 3. С. 55–57.
Radosteva E.R., Faizova L.I., Zaitsev G.A., Kulagin A.Yu. The Mycorrhization of Pinus sylvestris L. in Waste Soils of the Kumertau Brown Coal Mine (Republic of Bashkortostan). Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2011, no. 3, pp. 55–57. (In Russ.).
Рахтеенко И.Н. Корневые системы древесных и кустарниковых пород. М.; Л.: Гослесбумиздат, 1952. 108 с.
Rakhteenko I.N. Root Systems of Trees and Shrubs. Moscow, Goslesbumizdat Publ., 1952. 108 p. (In Russ.).
Робакидзе Е.А., Торлопова Н.В. Мониторинг состояния ельников в условиях загрязнения целлюлозно-бумажного производства // Растит. ресурсы. 2018. Т. 54, № 1. С. 42–58.
Robakidze E.A., Torlopova N.V. Monitoring of the Spruce Forests Status under Pollution from Pulp and Paper Mill Emissions. Rastitelnye Resursy = Vegetation Resources, 2018, vol. 54, no. 1, pp. 42–58. (In Russ.).
Родин Л.Е., Ремезов Н.П., Базилевич Н.И. Методические указания к изучению динамики и биологического круговорота в фитоценозах. Л.: Наука, 1968. 143 с.
Rodin L.E., Remezov N.P., Bazilevich N.I. Procedural Guidelines for Studying the Dynamics and Biological Cycle in Phytocenoses. Leningrad, Nauka Publ., 1968. 143 p. (In Russ.).
Савельев Л.А., Кикеева А.В. Реакция эктомикориз Pinus sylvestris на аэротехногенное загрязнение почвы свинцом в городских условиях // Тр. КарНЦ РАН. 2017. № 9. С. 73–83.
Savelev L.A., Kikeeva A.V. The Reaction of Ectomycorrhiza Pinus sylvestris on Aerial Technogenic Pollution of Soil Lead in an Urban Environment. Transactions of KarRC RAS, 2017, no. 9, pp. 73–83. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.17076/eco442
Селиванов И.А. Микосимбиотрофизм как форма консортивных связей в растительном покрове Советского Союза. М.: Наука, 1981. 232 с.
Selivanov I.A. Mycosymbiotrophism as a Form of Consortial Relations in the Plant Cover of the Soviet Union. Moscow, Nauka Publ., 1981. 232 p. (In Russ.).
Сизоненко Т.А. Дыхательная активность эктомикориз ели сибирской и сосны обыкновенной в средней тайге // Лесоведение. 2017. № 3. С. 196–204.
Sizonenko T.A. Respiration of Ectomycorrhizas of the Norway Spruce and the Scots Pine in Middle Taiga. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2017, no. 3, pp. 196–204. (In Russ.).
Сизоненко Т.А., Загирова С.В. Структура и рост микоризных корневых окончаний сосны обыкновенной в условиях средней тайги // Лесоведение. 2011. № 4. С. 61–67.
Sizonenko T.A., Zagirova S.V. Structure and Growth of Mycorrhiza Root Tips in Coniferous Phytocenoses of Middle Taiga. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2011, no. 4, pp. 61–67. (In Russ.).
Сизоненко Т.А., Загирова С.В. Сезонная динамика строения эктомикориз Picea obovata в средней тайге // Экология. 2012. № 2. С. 102–105.
Sizonenko T.A., Zagirova S.V. Seasonal Changes in the Structure of Picea obovata Mycorrhizas in the Middle Taiga Subzone. Ekologia = Russian Journal of Ecology, 2012, vol. 43, no. 2, pp. 107–110. https://doi.org/10.1134/S1067413612020130
Скупченко В.Б. Вибрационная микротомия мягких тканей // Новые научные методики Коми филиала АН СССР. Сыктывкар: Коми филиал АН СССР, 1979. Вып. 2. 56 с.
Skupchenko V.B. Vibration Microtomy of Soft Tissues. New scientific Methods of the Komi Branch of the USSR Academy of Sciences. Syktyvkar, Komi filial AN SSR Publ., 1979, iss. 2. 56 p. (In Russ.).
Торлопова Н.В., Робакидзе Е.А. Влияние поллютантов на хвойные фитоценозы (на примере Сыктывкарского лесопромышленного комплекса): моногр. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 144 с.
Torlopova N.V., Robakidze E.A. The Influence of Pollutants on Coniferous Phytocenoses (Case Study of the Syktyvkar Timber Industry Complex). Yekaterinburg, UB RAS Publ., 2003. 144 p. (In Russ.).
Тужилкина В.В., Плюснина С.Н. Комплексная оценка состояния хвои Picea obovata (Pinaceae) в условиях аэротехногенного загрязнения // Растит. ресурсы. 2014. Т. 50, вып. 4. С. 579–587.
Tuzhilkina V.V., Plyusnina S.N. Evaluation of Picea obovata (Pinaceae) Needle Condition under Aerotechnogenic Pollution. Rastitelnye Resursy = Vegetation Resources, 2014, vol. 50, iss. 4, pp. 579–587. (In Russ.).
Фаизова Л.И., Радостева Э.Р., Зайцев Г.А., Кулагин А.Ю. Сравнительная характеристика анатомического строения эктомикориз Pinus sylvestris L. при произрастании на медно-колчеданных отвалах Учалинского горно-обогатительного комбината // Изв. Самарск. науч. центра РАН. 2011. Т. 13, № 1(4). С. 930–932.
Faizova L.I., Radosteva E.R., Zaitsev G.A., Kulagin A.Yu. The Comparative Characteristic of Anatomical Structure of Pinus sylvestris L. Ectomycorrhiza Growing on Copper-Pyrite Waste Dumps of Uchalimskiy Mining and Processing Combine. Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences, 2011, vol. 13, no. 1(4), pp. 930–932. (In Russ.).
Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. СПб.: НИИ химии СПбГУ, 1997. 210 с.
Yarmishko V.T. Scots Pine and Atmospheric Pollution in the European North. Saint Petersburg, NII Khimii SPbGU Publ., 1997. 210 p. (In Russ.).
Agerer R. Fungal Relationships and Structural Identity of their Ectomycorrhizae. Mycological Progress, 2006, vol. 5, pp. 67–107. https://doi.org/10.1007/s11557-006-0505-x
Čermák J., Cudlín P., Gebauer R., Børja I., Martinková M., Stanĕk Z. et al. Estimating the Absorptive Root Area in Norway Spruce by Using the Common Direct and Indirect Earth Impedance Methods. Plant and Soil, 2013, vol. 372, pp. 401–415. https://doi.org/10.1007/s11104-013-1740-y
Gavrilescu D., Puitel A.C., Dutuc Gh., Craciun G. Environmental Impact of Pulp and Paper Mills. Environmental Engineering and Management Journal, 2012, vol. 11, no. 1, pp. 81–85. https://doi.org/10.30638/eemj.2012.012
Helmisaari H.-S., Derome J., Nöjd P., Kukkola M. Fine Root Biomass in Relation to Site and Stand Characteristics in Norway Spruce and Scots Pine Stands. Tree Physiology, 2007, vol. 27, iss. 10, pp. 1493–1504. https://doi.org/10.1093/treephys/27.10.1493
Kalliokoski T. Root System Traits of Norway Spruce, Scots Pine, and Silver Birch in Mixed Boreal Forests: An Analysis of Root Architecture, Morphology, and Anatomy. Dissertationes Forestales. Vantaa, Finnish Forest Research Institute, 2011, vol. 121. 65 p. https://doi.org/10.14214/df.121
Kolesnikova A.A., Konakova T.N. The State of Soil Macrofauna in Pine and Spruce Forests of the Middle Taiga Zone during Reduction of Pulp and paper Industry Emissions (Komi Republic). Contemporary Problems of Ecology, 2021, vol. 14, pp. 665–674. https://doi.org/10.1134/S1995425521060068
Kuznetsov M.A., Bobkova K.S. Organic Carbon Fluxes in the System Soil-Phytocenosis of Bilberry-Sphagnum Spruce Forest in the Middle Taiga Zone of the Komi Republic. Russian Journal of Ecology, 2014, vol. 45, pp. 338–344. https://doi.org/10.1134/S1067413614050099
Pregitzer K.S., King J.S., Burton A.J., Brown S.E. Responses of Tree Fine Roots to Temperature. New Phytologist, 2000, vol. 147, iss. 1, pp. 105–115. https://doi.org/10.1046/j.1469-8137.2000.00689.x
Qian X.M., Kottke I., Oberwinkler F. Influence of Liming and Acidification on the Activity of the Mycorrhizal Communities in a Picea abies (L.) Karst. Stand. Plant and Soil, 1998, vol. 199, pp. 99–109. https://doi.org/10.1023/A:1004243207414
Shanin V.N., Rocheva L.K., Shashkov M.P., Ivanova N.V., Moskalenko S.V., Burnasheva E.R. Spatial Distribution Features of the Root Biomass of Some Tree Species (Picea abies, Pinus sylvestris, Betula sp.). Biology Bulletin, 2015, vol. 42, pp. 260–268. https://doi.org/10.1134/S1062359015030115
Winner E.W., Atkinson C.J. Absorption of Air Pollution by Plants, and Consequences for Growth. Trends in Ecology & Evolution, 1986, vol. 1, iss. 1, pp. 15–18. https://doi.org/10.1016/0169-5347(86)90061-3
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2026 Sizonenko T.A., Manov A.V., Naimushina S.I.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
