Динамика нетто-фотосинтеза растений подлеска лиственничного леса в Центральной Якутии

В последние годы эколого-физиологическим особенностям процесса фотосинтеза лиственницы в Сибири посвящено немало работ [16]. В перечисленных работах достаточно полно отражены вопросы дневной и суточной динамики фотосинтеза, однако ввиду ряда причин вопросы временной динамики фотосинтеза растений подлеска (далее РПЛ) лиственничных лесов оставались неизученными.

Цель работы: изучение суточной и сезонной динамики фотосинтеза растений подлеска различных ярусов лиственничного леса в течение дня и за вегетационный период 2004 г.

Исследования проведены на научной станции «Спасская падь» Института биологических проблем криолитозоны СО РАН. Научная станция расположена в 30 км севернее г. Якутска (N62⁰15′18″, E129⁰37′08″). Проведено сравнительное исследование фотосинтетической активности полога растений в разнотравно-брусничном лиственничном лесу (Betula platyphylla Sukaczev, Salix bebbiana Sarg., Alnus hirsuta (Spach) Turcz. ex Rupr., Rosa acicularis Lind., Pyrola incarnata (DC.) Freyn). Измерения нетто-фотосинтеза изучаемых растений проведено с помощью инфракрасного газоанализатора LI-COR 6400 в течение дня с 16 июня по 7 сентября 2004 г.. Фотосинтез был измерен с 9 ч до 24 ч с интервалом 3 часа в 3 повторностях для каждого вида растения. В течение вегетации измерения проводились на одних и тех же растениях. Полученные данные представлены в виде усредненных арифметических данных.

Исследованный 2004 г. был сухим и холодным, сумма осадков за вегетационный период (май-сентябрь) составила 128 мм. Обильное выпадение атмосферных осадков наблюдалось

в конце вегетационного периода (в августе – 42 мм). Самым теплым месяцем 2004 г. был июль (в среднем +18,8 0С). Характер ассимиляции у лесных видов растений в течения дня подвержен значительным изменениям в зависимости от погодных условий и времени года. Обычно интенсивность фотосинтеза коррелирует с основными метеорологическими показателями – светом и температурой, т.е. скорость ассимиляции увеличивается с восходом солнца и снижается в конце дня [9].

График суточной динамики нетто-фотосинтеза Betula platyphylla (рис. 1), может быть описан как параболический с незначительными отклонениями, которые вызываются погодными условиями. Максимум дневного фотосинтеза почти всегда наблюдается в утренние или предполуденные часы в зависимости от времени сезона. После полудня активность фотосинтеза постепенно уменьшается до конца светового дня.

Рис. 1. Суточные кривые нетто-фотосинтеза Betula platyphylla

У Alnus hirsutа, как в начале вегетационного периода, так и в конце его максимальный фотосинтез отмечается в предполуденные часы и достигает 5 µmol m^-2s^-1. В середине июля ве-

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 12, №1(3), 2010

личина фотосинтеза меняется в более широких пределах от 0,5 до 2 µmol m-2s-1 (рис. 2).

Рис. 2. Суточные кривые нетто-фотосинтеза Alnus hirsutа

В начале вегетационного периода у Salix bebbiana пик дневного фотосинтеза приходится на начало светового дня и с 12 часов происходит постепенный спад (рис. 3). Послеполуденного пика интенсивности фотосинтеза нами не отмечено. Все это свидетельствует об отсутствии дневной депрессии фотосинтеза. Показатели фотосинтеза у Salix bebbiana изменяются незначительно в зависимости от длины светового дня и месяца вегетационного периода. В сентябре пик активности фотосинтеза смещается к полудню и снижается к нулевым отметкам (рис. 3).

Рис. 3. Суточные кривые нетто-фотосинтеза Salix bebbiana

Рис. 4. Суточные кривые нетто-фотосинтеза Rosa acicularis

У Rosa acicularis кривая дневного нетто-фотосинтеза, как и у Betula platyphylla, параболическая. Пик дневного фотосинтеза, как пра- вило, отмечается в утренние часы в течение всего вегетационного периода. В конце сезона в сентябре активность нетто-фотосинтеза резко снижается, уменьшаясь до величин 1,5 µmol m-2s-1 (рис. 4).

У Pyrola incarnata максимальный пик активности нетто-фотосинтеза наблюдается в 12 ч., после чего происходит постепенный спад до конца светового дня (рис. 5). Дневной или полуденной депрессии не наблюдается.

Рис. 5. Суточные кривые нетто-фотосинтеза Pyrola incarnata

Одной из характерных особенностей суточного хода фотосинтеза лесных видов в условиях Якутии является продолжительный период ассимиляции углекислого газа в течения всего длинного «северного» дня. В начале вегетационного сезона весной график показателей фотосинтеза имеет прогрессивную параболическую форму, показатели нетто-фото-синтеза же изменяются в достаточно широком диапазоне. Интенсивность фотосинтеза постепенно увеличивается с повышением температуры и достигает своего максимума в полуденные или послеполуденные часы (рис.1-5). Характер кривых остается постоянной в ясные и облачные дни. Весной температура воздуха довольна высокая, но интенсивность фотосинтеза составляет ½ от летней. В дальнейшем после прекращения ночных заморозков и установления положительной ночной температуры, кривая графика нетто-фотосинтеза имеет одновершинный характер с максимумом в утренние часы. В июне в ясные солнечные дни график фотосинтеза имеет один максимум даже при высокой температуре, порядка +30-35ºС. В дни со сплошной облачностью или переменной облачностью в летнее время фотосинтез взаимосвязано с интенсивностью освещения. В конце августа и в начале сентября график фотосинтеза имеет параболическую форму. В конце сезона нетто-фотосинтез у видов значительно уменьшается. Максимум фотосинтеза совпадает с максимумами освещенности и температуры. Около полудня наблюдается максимум фотосинтеза, затем далее показатели снижаются вместе со снижением интенсивности освещения. В конце августа наблюдается еще довольно высокая интенсивность фотосинтеза, не уступающая по своим величинам летним показателям. Но уже в начале сентября фотосинтез заметно ослабевает, листья начинают желтеть, растение готовится к неблагоприятному периоду.

Выводы: несмотря на небольшие различия в интенсивностях фотосинтетической деятельности видов, изучение его дневных и сезонных изменений, обнаруживается адаптация ассимиляционной деятельности растений к разнообразным условиям обитания. Интересные физиологические особенности РПЛ лиственничного леса наблюдаются у видов мезофитов. Имеется одна общая характерная особенность у всех изученных видов РПЛ – отсутствие дневной депрессии фотосинтеза.