Функциональная характеристика хвои подроста ели сибирской под пологом и на вырубке ельника черничного в подзоне средней тайги
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-6-107-116Ключевые слова:
Север, средняя тайга, сплошнолесосечная рубка, вырубка, ельник, ельник черничный, подрост ели сибирской, хвоя, пигменты, СО2-газообмен, Республика КомиАннотация
Сохранение хвойного подроста на вырубках таежной зоны имеет большое значение для ускоренного восстановления хвойных лесов. При оценке естественного возобновления леса на сплошных вырубках Севера важно знать основные процессы жизнедеятельности подроста, сохранившегося после рубки. Нами предпринята попытка рассмотреть эти вопросы с физиологических позиций. Изучены пигментная деятельность и углекислотный газообмен хвои елового подроста, обусловленные промышленными рубками в подзоне средней тайги Республики Коми. Выполнен сравнительный анализ физиологических показателей фотосинтетического аппарата 20-летнего подроста ели под пологом ельника черничного и на 8–10-летней вырубке после сплошнолесосечной рубки древостоя. Выявлены изменения пигментного фонда подроста в связи с проведением рубки ельника. В ельнике черничном влажном хвоя подроста ели накапливает хлорофиллов и каротиноидов 1,08–1,63 и 0,26–0,37 мг/г сухой массы соответственно. На вырубке в хвое подроста ели концентрация зеленых пигментов на 18–25 %, желтых – на 18–35 % больше, чем у подроста под пологом. Фотосинтетический аппарат подроста на вырубке приспосабливается к условиям среды на уровне пигментной системы путем активизации синтеза хлорофиллов и каротиноидов. Сезонный ритм содержания пигментов у елового подроста на вырубке и под пологом в ельнике черничном одинаковый. Наибольшее количество пигментов отмечалось осенью, что является приспособительным признаком, который наряду с другими механизмами обеспечивает устойчивость ассимиляционного аппарата к условиям Севера. Фотосинтетическая способность хвои (2,69 мкмоль СО2 /(м2 ∙ с)) у подроста ели на вырубке в 1,5 раза выше по сравнению с активностью фотосинтеза хвои в ельнике черничном, что способствует накоплению ассимилятов и их использованию в ростовых процессах. Хвое елового подроста на вырубке свойственна низкая дыхательная способность (0,20 мкмоль СО2 /(м2 ∙ с)), которая ведет к улучшению баланса углерода. Полученные данные обеспечивают основу для моделирования поведения естественного возобновления лесов и могут быть использованы для решения вопросов улучшения функционирования ельников при их интенсивной эксплуатации в Республике Коми.
Благодарности: Работа выполнена в рамках госзадания Института биологии Коми НЦ УрО РАН (номер госрегистрации 1021051101417-8-1.6.19).
Для цитирования: Тужилкина В.В. Функциональная характеристика хвои подроста ели сибирской под пологом и на вырубке ельника черничного в подзоне средней тайги // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 6. С. 107–116. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-6-107-116
Скачивания
Библиографические ссылки
Грязькин А.В. Возобновительный потенциал таежных лесов (На примере ельников Северо-Запада России). СПб.: СПбГЛТА, 2001. 185 с. Gryazkin A.V. Regeneration Potential of Taiga Forests (Case Study of Spruce Forests of Northwest Russia). Saint Petersburg, SPbGLTA Publ., 2001. 185 p. (In Russ.).
Дымов А.А. Влияние сплошных рубок в бореальных лесах России на почвы (обзор) // Почвоведение. 2017. № 7. С. 787–798. Dymov A.A. The Impact of Clearcutting in Boreal Forests of Russia on Soils: A Review. Pochvovedenie = Eurasian Soil Science, 2017, no. 7, pp. 787–798. (In Russ.). https://doi.org/10.7868/S0032180X17070024
Зарубина Л.В., Коновалов В.Н. Динамика накопления пластидных пигментов у подроста ели при онтогенезе березняка черничного // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 3. С. 54–64. Zarubina L.V., Konovalov V.N. Accumulation Dynamics of Plastid Pigments in Spruce Undergrowth in Ontogenesis of the Bilberry Birch Forest. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2018, no. 3, pp. 54–64. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.3.54
Катрушенко И.В. Фотосинтез подроста ели во вторичных сообществах южной тайги // Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 237–242. Katrushenko I.V. Photosynthesis of Spruce Undergrowth in secondary Communities of the Southern Taiga. Light Regime and Forest Productivity. Moscow, Nauka Publ., 1967, pp. 237–242. (In Russ.).
Комиссаров Д.А., Штейнвольф Л.П. Интенсивность фотосинтеза подроста ели в разных экологических условиях // Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 243–254. Komissarov D.A., Steinwolf L.P. Intensity of Spruce Undergrowth Photosynthesis in Different Ecological Conditions. Light Regime and Forest Productivity. Moscow, Nauka Publ., 1967, pp. 243–254. (In Russ.).
Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Отток и распределение 14С-ассимилятов у ели при выборочных рубках в северотаежных фитоценозах // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 2. С. 40–55. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Outflow and Distribution of Spruce 14C-Assimilates after Selective Felling in the Northern Taiga Phytocenosis. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2019, no. 2, pp. 40–55. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.2.40
Коренные еловые леса Севера: биоразнообразие, структура, функции / отв. ред. К.С. Бобкова, Э.П. Галенко. СПб.: Наука, 2006. 337 с. Virgin Spruce Forest on North: Biodiversity, Structure, Functions. Ed. by K.S. Bobkova, E.P.Galenko. Moscow, Nauka Publ., 2006. 337 p. (In Russ.).
Ладанова Н.В., Тужилкина В.В. Структурная организация и фотосинтетическая активность хвои ели сибирской. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1992. 96 с. Ladanova N.V., Tuzhilkina V.V. Structural Organization and Photosynthetic Activity of Siberian Spruce Needles. Syktyvkar, Komi NTs UrO RAN Publ., 1992. 96 p. (In Russ.).
Ларин В.Б., Паутов Ю.А. Формирование хвойных молодняков на вырубках северо-востока европейской части СССР. Л.: Наука, 1989. 144 с. Larin V.B., Pautov Yu.A. Formation of Coniferous Young Growth in the Cuttings of the North-East of the European Part of the USSR. Leningrad, Nauka Publ., 1989. 144 p. (In Russ.).
Леина Г.Д. Фотосинтез елового подроста под пологом и на вырубках ельника черничника свежего в связи с давностью рубки // Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 232–236. Leina G.D. Photosynthesis of Spruce Undergrowth under the Canopy and in the Cuttings of Young Bilberry Spruce Forest in Relation to the Cutting Age. Light Regime and Forest Productivity. Moscow, Nauka Publ., 1967, pp. 232–236. (In Russ.).
Лиханова Н.В., Бобкова К.С. Пулы и потоки углерода в экосистемах вырубки ельников средней тайги Республики Коми // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 2. С. 91–100. Likhanova N.V., Bobkova K.S. Pools and Carbon Fluxes in Felling Ecosystems Spruce Forests of the Middle Taiga of the Komi Republic. Theoretical and Applied Ecology, 2019, no. 2, pp. 91–100. (In Russ.). https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-091-100
Мартынюк З.П., Бобкова К.С., Тужилкина В.В. Оценка баланса углерода лесного фитоценоза // Физиология растений. 1998. Т. 45, № 6. С. 914–918. Martynyuk Z.P., Bobkova K.S., Tuzhilkina V.V. Estimation of Carbon Balance of Forest Phytocenosis. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 1998, vol. 45, no., 6, pp. 914–918. (In Russ.).
Осипов А.Ф., Тужилкина В.В., Дымов А.А., Бобкова К.С. Запасы фитомассы и органического углерода среднетаежных ельников при восстановлении после сплошно-лесосечной рубки // Изв. РАН. Сер.: Биологическая. 2019. № 2. С. 215–224. Osipov A.F., Tuzhilkina V.V., Dymov A.A., Bobkova K.S. Phytomass and Organic Carbon Stocks in the Middle Taiga Spruce Forests during Restoration after Clear Cutting. Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Biological Series, 2019, no. 2, pp. 215–224. (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0002332919020103
Судачкова Н.Е., Расторгуева Е.А., Коловский Р.А. Физиология подроста кедра: исследования в кедровнике Западного Саяна. М.: Наука, 1967. 122 с. Sudachkova N.E., Rastorgueva E.A., Kozlovsky R.A. Physiology of Cedar Undergrowth: Studies in a Cedar Forest of the Western Sayan. Moscow, Nauka Publ., 1967. 122 p. (In Russ.).
Тарханов С.Н., Прожерина Н.А., Коновалов В.Н. Лесные экосистемы бассейна Северной Двины в условиях атмосферного загрязнения: диагностика состояния. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 332 с. Tarkhanov S.N., Prozherina N.A., Konovalov V.N. Forest Ecosystems of the Northern Dvina Basin in Conditions of Atmospheric Pollution: State Diagnosis. Yekaterinburg, UB RAS Publ., 2004. 332 p. (In Russ.).
Тарчевский И.А., Андрианова Ю.Е. Содержание пигментов как показатель мощности развития фотосинтетического аппарата у пшеницы // Физиология растений. 1980. Т. 27, № 2. С. 341–347. Tarchevskiy I.A., Andrianova I.A. The Content of Pigments as an Indicator of Capacity of Photosynthetic Apparatus Development in Wheat. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 1980, vol. 27, no. 2, pp. 341–347. (In Russ.).
Тужилкина В.В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах европейского Северо-Востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65–73. Tuzhilkina V.V. Photosynthetic Pigments of the Siberian Spruce Needles in the Middle Taiga Forests of the European North-East Russia. Sibirskij Lesnoj Zurnal = Siberian Journal of Forest Science, 2017, no. 1, pp. 65–73. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/sjfs20170107
Тужилкина В.В., Бобкова К.С., Мартынюк З.П. Хлорофилльный индекс и фотосинтетический сток углерода в хвойные фитоценозы на Европейском Севере России // Физиология растений. 1998. Т. 45, № 4. С. 594–600. Tuzhilkina V.V., Bobkova K.S., Martynyuk Z.P. Chlorophyll Index and Annual Photosynthetic Deposition of Carbon in Coniferous Phytocenoses in the European North of Russia. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 1998, vol. 45, no. 4, pp. 594–600. (In Russ.).
Тужилкина В.В., Плюснина С.Н. Структурно-функциональные изменения хвои сосны в условиях аэротехногенного загрязнения // Лесоведение. 2020. № 6. С. 537–547. Tuzhilkina V.V., Plyusnina S.N. Structural and Functional Alterations of Pine Needles under the Conditions of Airborne Technogenic Pollution. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2020, no. 6, pp. 537–547. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S0024114820060091
Цельникер Ю.Л., Князева И.Ф. Пульсация интенсивности света в лесу как фактор воздействия на фотосинтез подроста // Лесоведение. 1973. № 3. С. 60–63. Tzel’niker Yu.L., Knyazeva I.F. Light Intensity Pulsation in the Forest as a Factor of Influence on Undergrowth Photosynthesis. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 1973, no. 3, pp. 60–63. (In Russ.).
Цельникер Ю.Л., Малкина И.С. Хлорофилльный индекс как показатель годичной аккумуляции углерода древостоями леса // Физиология растений. 1994. Т. 41, № 3. С. 325–330. Tzel’niker Yu.L., Malkina, I.S. Chlorophyll Index as a Characteristic of Annual Accumulation of Carbon in Forest Stands. Fiziologiya rastenij = Russian Journal of Plant Physiology, 1994, vol. 41, no. 3, pp. 325–330. (In Russ.).
Чистяков А.Р., Леухина Т.А., Успенский Е.И. Физиологическое состояние елового подроста разных категорий жизнеспособности // Изв. вузов. Лесн. журн. 1968. № 1. С. 10–12. URL: http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1968/201968.pdf Chistyakov A.R., Leukhina T.A., Uspenskiy E.I. Physiological State of Spruce Undergrowth of Different Viability Categories. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 1968, no. 1, pp. 10–12. (In Russ.).
Bačič T., Ledič A. Changes of Pigments Content in Needles of Pinus halepensis Mill. Acta Biologica Cracoviensia. Series Botanica, 1993, vol. 34, pp. 71–76.
Demmig-Adams B., Adams W.W. Photoprotection and Other Responses of Plants to High Light Stress. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1992, vol. 43, pp. 599–626. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.43.060192.003123
Helmisaari H.-S. Spatial and Age-Related Variation in Nutrient Concentration of Pinus sylvestris Needles. Silva Fennica, 1992, vol. 26, no. 3, pp. 145–153. https://doi.org/10.14214/sf.a15643
Holtsmark B. Harvesting in Boreal Forests and the Biofuel Carbon Debt. Climatic Change, 2012, vol. 112, iss. 2, pp. 415–428. https://doi.org/10.1007/s10584-011-0222-6
Krinsky N.I. Carotenoid Protection against Oxidation. Pure and Applied Chemistry, 1979, vol. 51, pp. 649–660. https://doi.org/10.1351/pac197951030649
Lichtenthaler N.K. Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology, 1987, vol. 148, pp. 350–382. https://doi. org/10.1016/0076-6879(87)48036-1
Ottander C., Campbell D., Őquist G. Seasonal Changes in Photosystem II Organisation and Pigment Composition in Pinus sylvestris. Planta, 1995, vol. 197, pp. 176–183. https://doi.org/10.1007/BF00239954
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
