Механизмы выживания Pinus sylvestris L. в засуху на техногенно загрязненной территории

Автор: Кузнецова Нина Федоровна, Клушевская Елена Сергеевна

Статья в выпуске: 2 (44), 2022 года.

Бесплатный доступ

Целью исследования является изучение нормы реакции морфологических и физиолого-биохимических признаков сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в оптимальные годы и механизмы выживания природных и урбанизированных экосистем в умеренную и сильную засуху ex situ и ex vivo. Объекты исследования - лесные культуры сосны обыкновенной вблизи заповедника (Воронежская область, контроль) и лесная полоса вдоль автомагистрали «Дон» (г. Воронеж, опытный объект). В результате работы проведено изучение нормы реакции признаков семенной продуктивности (полнозернистость, число семян на шишку), водного режима (дефицит влаги, общее количество влаги, содержание коллоидно-связанной воды) и содержания пролина в условиях полевого и лабораторного эксперимента ex situ и ex vivo по шкале «оптимальные годы - умеренная - сильная засуха». Установлены существенные отличия между популяциями по реакции на засуху разной напряженности. Показано, что умеренный гидротермический стресс расширяет норму реакции анализируемых признаков контрольной популяции: максимальный диапазон изменчивости наблюдается в умеренную засуху; минимальный - в оптимальные годы и сильную засуху ex situ и ex vivo. Единый алгоритм изменчивости генеративной и вегетативной сферы деревьев указывает на то, что контрольная популяция находится в состоянии равновесия, имеет в умеренную засуху широкий выбор возможностей для адаптации. Опытный объект развивается в режиме слабо неравновесной системы: максимальная изменчивость признаков наблюдается в оптимальные годы и сильную засуху, а низкая, наоборот, при умеренном стрессе. Обсуждаются механизмы выживания сосны в засуху на техногенно загрязненной территории. Согласно полученным данным, вегетативная и генеративная сфера деревьев опытной популяции по-разному реагирует на усиление гидротермической нагрузки: адаптационные механизмы вегетативной сферы направлены на поддержание гомеостаза, а более стабильная внутренняя среда предохраняет генетический материал формирующихся семян от разрушения.

Еще

Сосна обыкновенная, норма реакции, семенная продуктивность, физиологические показатели, техногенный стресс, засуха

Короткий адрес: https://sciup.org/147240079

IDR: 147240079

Список литературы Механизмы выживания Pinus sylvestris L. в засуху на техногенно загрязненной территории

Безель В. С., Большаков В. Н., Воробейчик Е. Л. Популяционная экотоксикология. М.: Наука, 1994. 80 с.
Деменко В. И., Шестибратов К. А., Лебедев В. Г. Укоренение - ключевой этап размножения растений in vitro // Известия ТСХА. 2010. № 1. С. 73-85.
Клушевская Е. С., Кузнецова Н. Ф. Оценка устойчивости сосны обыкновенной к засухе по физиологическим характеристикам хвои // Лесоведение. 2016. № 3. C. 216-222.
Кузнецова Н. Ф. Засухи в лесостепной зоне Центрально-Черноземного района и критерии оценки их интенсивности // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле. 2019. Т. 19, вып. 3. С. 142-148. DOI: 10.18500/1819-7663-2019-19-3-142-148.
Кузнецова Н. Ф., Клушевская Е. С. Смена жизненного состояния как способ выживания Pinus sylvestris L. на техногенно загрязненной территории // Принципы экологии. 2020. № 2. С. 40-47. DOI: 10.15393/j1.art.2020.10322.
Куролап С. А., Нестеров Ю. А., Епринцев С. А. Типизация территории Воронежской области по уровню техногенного воздействия на среду обитания // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. 2010. № 1. С. 5-11.
Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение / Под ред. А. К. Алексеева. Л.: Наука, 1990. 200 с.
Починок Х. Н. Методы биохимического анализа растений. Киев: Наукова думка, 1976. 334 с.
Придача Б. В., Сазонова Т. А., Таланова Т. Ю., Ольчев А. В. Морфофизиологическая реакция Pinus sylvestris L. и Picea obovata Ledeb. при техногенном воздействии в условиях северо-запада России // Экология. 2011. № 1. С. 25-33.
Суходолец В. В. Природа адаптивных эволюционных изменений: приспособленность и экологический потенциал // Генетика. 1998. Т. 34, № 12. С. 1589-1596.
Чиркова Т. В. Физиологические основы устойчивости растений. СПб.: СПбГУ, 2002. 244 с.
Чудинова Л. А., Орлова Н. В. Физиология устойчивости растений: Учеб. пособие к спецкурсу. Пермь: Перм. ун-т, 2006. 124 с.
Alaquori H. A. A., Ozer Genc C., Aricak B., Kuzmina N., Cetin M. The possibility of using Scots pine (Pinus sylvestris L.) as biomonitor in the determination of heavy metal accumulation // Applied Ecology and Environmental Research. 2020. № 2 (29). P. 3713-3727. DOI: 10.15666/aeer/1802_37133727.
Allen C. D., Macalady A. K., Chenchouni H., et al. A global overview of drought and heat induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests // Forest Ecology and Management. 2010. Vol. 259, Iss. 4. P. 660-684. DOI: 10.1016/j.foreco.2009.09.001.
Bak P. Complexity and criticality // How nature works: the science of self-organized criticality. New York, 1996. P. 1-32.
Bates L. S., Waldren R. P., Teare I. D. Rapid determination of free proline for water stress studies // Plant Soil. 1973. Vol. 39, № 1. P. 205-207. DOI: 10.1007/BF00018060.
Brandt L., Levis A. D., Fahey R., Scott L., Darling L., Swanston C. A framework for adapting urban forests to climate change // Environment Science and Policy. 2016. Vol. 66. P. 393-402. DOI: 10.1016/j. envsci.2016.06.005.
Grey G. W., Deneke F. J. Urban Forestry. 2nd Ed. New York: John Wiley and Sons, 1986. 299 p.
Johnstone J. F., Allen G. D., Franklin J. F., Frelich L. E., Harvey B. J., Higuera P. E., Mack M. C., Meentemeryer R. K., Metz M. R., Perry G. L. M., Schoennagel T., Turner M. G. Changing disturbance regimes, ecological memory, and forest resilience // Frontiers in Ecology and the Environmental. 2016. Vol. 14, Iss. 7. P. 369-378. DOI: 10.1002/fee.1311.
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 Publ., 2019. P. 1-47.
Micieta K., Murin G. Three species of genus Pinus suitable as bioindicators of polluted environment // Water, Air & Soil Pollution. 1998. № 104. P. 413-422. DOI: 10.1023/A:1004984121831.
Mikhailova T. A. The physiological condition of pine trees in the Prebaikalia (East Siberia) // Forest Pathology. 2000. Vol. 30. P. 345-359. DOI: 10.1046/j.1439-0329.2000.00221.x.
Popek R., Przybysz A., Gawronska H., Klamkowski K., Gawronski S. W. Impact of particulate matter accumulation on the photosynthetic apparatus of roadside woody plants growing in the urban conditions // Ecotoxicol. Environ. Safety. 2018. № 163. Р. 56-62. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2018.07.051.
Reyer Ch., Brouwers N., Ramming A., Brook B. W., et al. Forest resilience and tipping points at different spatio-temporal scales: approaches and challenges // J. Ecology. 2015. Vol. 103, № 1. P. 5-15. DOI: 10.1111/1365-2745.12337.
Richardson D. M., Rundel P. W., Jackson S. T., Teskey R. O., Aronson J., Bytnerowicz A., Wingfield M. J., Proches S. Human impacts in pine forests: past, present and future // Ann. Rev. Ecology, Evolution and Systematics. 2007. Vol. 38. № 1. P. 275-297. DOI: 10.1146/annurev.ecolsys.38.091206.095650.
Sakugawa H., Cape J. N. Harmful effects of atmospheric nitrous acid on the physiological status of Scots pine trees // Environ. Pollution. 2007. № 3 (147). P. 532-534. DOI: 10.1016/j.envpol.2007.02.012.
Schou E., Thorsen B. J., Jacobsen J. B. Regeneration decision in forestry under climate change related uncertainties and risks: effects of three different aspects of uncertainty // Forest Policy and Economics. 2015. Vol. 50. P. 11-19. DOI: 10.1016/j.forpol.2014.09.006.
Tavoni M., Sohngen B., Bosetti V. Forestry and the carbon market response to stabilize climate // Energy policy. Elsevier. 2007. Vol. 35, № 11. P. 5346-5353. DOI: 10.1016/j.enpol.2006.01.036.
Vacchiano G., Garbarino M., Borgogno Mondino E., Motta R. Evidences of drought stress as a predisposing factor to Scots pine decline in Valle d'Aosta (Italy) // European Journal of Forest Research. 2012. № 131. P. 989-1000. DOI: 10.1007/s10342-011-0570-9.
Yordanov I., Velikova V., Tsonev T. Plant responses to drought, accumulation, and stress tolerance // Photosynthetica. 2000. Vol. 38, Iss. 2. P. 171-186. DOI: 10.1023/A:1007201411474.

Еще

Статья научная