Биология леса. Лесоразведение. Защита леса

В монографии представлены закономерности изменения биоты и биологической активности почв среднегорий Западного Кавказа после сведения леса. Определен комплекс показателей, характеризующих экологическое состояние почв среднегорий Западного Кавказа в зависимости от степени нарушения почвенно-растительного покрова. Проведено сравнительное исследование устойчивости эколого-биологических свойств почв разного генезиса к рубке леса. Исследование соответствует стратегическому направлению ЮФУ «Управление почвенными ресурсами и агроклиматология».

Проведены комплексные эколого-физиологические исследования на уровне организма реакции растений сосны обыкновенной на изменение плодородия почвы в целях получения количественных показателей функционирования листового аппарата, корневой системы и характера их взаимосвязи. Биологическую продуктивность рассчитывали по В.М. и Е.В. Лебедевым, чистую продуктивность фотосинтеза – по А.А. Ничипоровичу, минеральную продуктивность – по В.М. Лебедеву. В условиях микрополевого опыта на серой лесной почве изучена реакция 2–3-летних растений сосны обыкновенной на внесение на фоне Р60К60 по 30, 60, 120 и 240 кг/га азота. Выявлено, что увеличение уровня азотного питания привело к изменению эколого-физиологических показателей работы корневой системы и листового аппарата (отношения корневого потенциала к фотосинтетическому, поглощения азота единицей активной поверхности корней в сутки, чистой продуктивность фотосинтеза, биологической продуктивности растений). Уровень азотного питания практически не влиял на чистую продуктивность фотосинтеза, но способствовал повышению биологической продуктивности в 1,2–1,5 раза. Рост уровня азотного питания привел к изменению соотношения между величинами корневого и фотосинтетического потенциалов в пользу листового аппарата. Между фотосинтетическим потенциалом и приростом сухой массы установлена высокая положительная связь (r = 0,931–0,992), между отношением корневого потенциала к фотосинтетическому и поглощением азота – высокая отрицательная корреляция (r = –(0,843–0,963)). Максимальное значение биологической продуктивности у сосны было отмечено при дозе азота 120 кг/га. Дальнейшее повышение уровня азотного питания привело к уменьшению этого показателя и оказалось токсичным. Реакция сосны на снижение плодородия почвы (вследствие его высокой инерционности) определена в результате ретроспективного комплексного эколого-физиологического анализа табличных данных фитомассы, составленных В.А. Усольцевым, для древостоев, произраставших в европейской и азиатской частях России в возрастной период от 10–20 до 150–300 лет. Естественное снижение плодородия почвы во всех регионах с возрастом древостоев сосны от 25 до 100 лет вызвало уменьшение поглощения азота в 18,5–84,5 раза, чистой продуктивности фотосинтеза – в 3,4–18,0 раз. Корреляция между возрастом растений и поглощением азота и чистой продуктивностью фотосинтеза варьировала от –0,714 до –0,870 и от –0,894 до –0,991 соответственно. Снижение активности работы фотосинтетического аппарата и корневой системы отрицательно сказалось на биологической продуктивности, которая упала от 2,8 до 4,0 раз в зависимости от региона. Связь биологической продуктивности с возрастом была высокая отрицательная (коэффициент корреляции варьировал от –0,572 до –0,783). Связь минеральной продуктивности с биологической продуктивностью и чистой продуктивностью фотосинтеза во всех случаях была высокой положительной: от 0,907 до 0,994 и от 0,757 до 0,932 соответственно. Начиная с 25 лет, растения адаптировались к снижению почвенного плодородия путём увеличения отношения корневого потенциала к фотосинтетическому, которое, в зависимости от региона, в течение онтогенеза выросло от 4,8 до 12,5 раза. Такая неспецифическая реакция подтверждается высокой положительной корреляцией (r = 0,947–0,997) отношения корневого потенциала к фотосинтетическому с возрастом дерева. Для цитирования: Лебедев В.М., Лебедев Е.В. Эколого-физиологические особенности реакции сосны обыкновенной на уровень плодородия почвы как показатель адаптации к условиям среды // Лесн. журн. 2019. № 6. С. 92–103. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.6.92.
Comprehensive ecological and physiological studies (on the organism level) of plant response of Scots pine to changes in soil fertility were carried out in order to obtain quantitative parameters of the leaf apparatus and root system functioning and nature of their interrelation. Biological productivity was calculated according to V.M. Lebedev and E.V. Lebedev (2006), net productivity of photosynthesis – according to A.A. Nichiporovich (1955), and mineral productivity – according to V.M. Lebedev (1998). The response of 2–3-year-old scots pine plants was studied for fertilization with 30, 60, 120 and 240 kg/ha of nitrogen against the fertilizer application rate of Р60К60 under the conditions of a microfield experiment on gray forest soil. An increase in the level of nitrogen nutrition led to a change in the ecological and physiological parameters of the root system and leaf apparatus functioning: the ratio between root and photosynthetic potential, nitrogen absorption by the unit of the active surface of roots per day, net productivity of photosynthesis, and biological productivity of plants. The nitrogen status slightly affected the net productivity of photosynthesis, however drove up an increase in biological productivity by 1.2–1.5 times. An increase in the nitrogen status led to a change in the ratio between the values of root and photosynthetic potentials in favor of the leaf apparatus. A high positive correlation (0.931–0.992) between the photosynthetic potential and increase in dry mass; and a high negative correlation (–(0.843–0.963)) between the ratio of root potential to photosynthetic potential and nitrogen uptake were established. The maximum of pine biological productivity was observed at a nitrogen rate of 120 kg/ ha. A further increase of the nitrogen status led to a decrease in biological productivity and was found to be toxic. The response of pine to a decrease in soil fertility (due to its slow response) was determined as a result of a retrospective comprehensive ecological and physiological analysis of tabular phytomass data compiled by V.A. Usol’tsev (2002) for tree stands growing in the European and Asian parts of Russia in the age range from 10–20 to 150–300 years. The natural decrease in soil fertility of pine stands with the age from 25 to 100 years in all the regions caused a decrease in nitrogen uptake by 18.5–84.5 times, and net productivity of photosynthesis by 3.4–18.0 times. The correlation between plant age, nitrogen uptake, and net productivity of photosynthesis ranged from –0.714 to –0.870 and –0.894 to –0.991, respectively. The decrease in the activity of photosynthetic apparatus and root system adversely affected the biological productivity, which fell from 2.8 to 4.0 times depending on the region. The relationship between biological productivity and age was high negative (correlation coefficient ranged from –0.572 to –0.783). The relationship between mineral productivity with biological productivity and net productivity of photosynthesis in all cases was high positive from 0.907 to 0.994 and from 0.757 to 0.932, respectively. Starting from the age of 25, the plants adapted to a decrease in soil fertility by increasing the ratio of root to photosynthetic potential, which grew from 4.8 to 12.5 times during ontogenesis depending on the region. This nonspecific reaction is confirmed by the high positive correlation (from 0.947 to 0.997) of the ratio of root to photosynthetic potential with the tree age. For citation: Lebedev V.M., Lebedev E.V. Ecological and Physiological Features of the Scots Pine Reaction to the Soil Fertility Level as an Indicator of Adaptation to Environmental Conditions. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2019, no. 6, pp. 92–103. DOI: 10.17238/ issn0536-1036.2019.6.92

Изложены результаты многолетних исследований влияния минеральных удобрений на агрохимические свойств торфяно-болотных почв и физиологию ели и сосны. Рассмотрены закономерности изменения физиологических процессов у растений в зависимости от вида вносимых элементов и особенностей водно-воздушного режима осушаемой болот ной почвы, механизм влияния удобрений на метаболизм сосны и ели в условиях минеральных почв. Большое внимание уделено особенностям жизнедеятельности корневых систем, СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14, а также суточному и сезонному росту сосны, жизнедеятельности подпологовых растений. Значительное место отведено природным особенностям лесов Крайнего Севера и их реакции на природные и антропогенные факторы, физиологии подсачиваемых сосняков. На основе изучения физиологических процессов сосны и ели в разных условиях роста анализируется механизм действия минеральных элементов на рост и продуктивность насаждений.

Изложены результаты многолетних полевых исследований по эко- логии и физиологии ели в условиях разных водного, светового режимов и азотного питания в северотаежных фитоценозах Европейского Севера. Значительное внимание уделено изучению состояния жизнедеятельности корневых систем ели, особенностям СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, скорости постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14 в органах, ростовым процессам в зависимости от состояния указанных эко- логических факторов. Подробно с физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности разных видов рубок и доз вносимого азота в северотаежных ельниках и березняках черничных, даны рекомендации для достижения более высокого физиологического и лесоводственного эффектов для ели при действии этих факторов. Показана возможность оценки уровня адаптивной способности ели к меняющимся условиям фитосреды на основе изучения эколого-физиологических показателей.

Изложены результаты многолетних полевых исследований по экологии и физиологии ели в условиях разных водного, светового режимов и азотного питания в северотаежных фитоценозах Европейского Севера. Значительное внимание уделено изучению состояния жизнедеятельности корневых систем ели, особенностям СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, скорости постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14 в органах, ростовым процессам в зависимости от состояния указанных экологических факторов. Подробно с физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности разных видов рубок и доз вносимого азота в северотаежных ельниках и березняках черничных, даны рекомендации для достижения более высокого физиологического и лесоводственного эффектов для ели при действии этих факторов. Показана возможность оценки уровня адаптивной способности ели к меняющимся условиям фитосреды на основе изучения эколого-физиологических показателей.

Выращивание посадочного материала с закрытой корневой системой – перспективный способ получения сеянцев и саженцев, позволяющий иметь высокую приживаемость лесных культур и проводить посадку в течение всего безморозного периода. В 2013 г. в Вологодской области с использованием сеянцев с закрытой корневой системой создано 135,5 га лесных культур, в 2014 г. их площадь уже составила 265,2 га, в 2015 г. – 406,9 га, в 2016 г. – 321,0 га. Однако использование такого вида посадочного материала, кроме положительных моментов, имеет ряд недостатков. Одним из недостатков является значительная стоимость производства лесных культур. Данных о стоимости выращивания различного вида посадочного материала и производства лесных культур в литературных источниках практически нет. Цель нашего исследования – оценить стоимость создания лесных культур на сплошных вырубках посадочным материалом с открытой и закрытой корневыми системами. В результате проведенных расчетов установлено, что себестоимость сеянца с закрытой корневой системой на 42 % выше, чем сеянца с открытой корневой системой. Создание 1 га лесных культур посадочным материалом с закрытой корневой системой в 1,9 раза дороже, чем посадочным материалом с открытой корневой системой.

В настоящее время более половины заготавливаемой в мире древесины используется в энергетике главным образом для получения тепла. По современным оценкам, биомасса является самым мощным после солнца возобновляемым экологически чистым источником энергии. Цель работы – определение теплоты сгорания различных фракций надземной фитомассы в культурах сосны и ели, произрастающих в северо-таежном районе Архангельской области. Полученные данные использовали для установления количества солнечной энергии, аккумулированной фракциями фитомассы. Энергетический потенциал изучаемых культур сосны и ели рассчитывали по низшей теплоте сгорания фитомассы, так как в России она принята в качестве основного показателя энергетической ценности топлива. Установлено, что относительное количество солнечной энергии, фиксированной отдельными частями древесного яруса в культурах как сосны, так и ели, различно. Больше всего энергии аккумулируется древесиной (сосна – 70,0, ель – 59,1 %). Наименьший показатель энергетической продуктивности отмечен у фракции «сухие сучья» (соответственно 2,8 и 3,3 %). Результаты исследований могут быть использованы при разработке карт пожарной безопасности лесов, обосновании правильного выбора дозы огнегасящих химических средств и воды при тушении, а также комплекса необходимых профилактических противопожарных мероприятий. Полученные данные позволяют оценивать энергетический потенциал традиционно неиспользуемых фракций фитомассы, намечать пути их энергетического применения, а также являются основой для составления энергетического баланса лесных сообществ и изучения потока энергии в лесных экосистемах таежной зоны.

Изложены результаты многолетних полевых исследований по экологии и физиологии ели в условиях разного светового и азотного питания в северотаежных березняках черничных Европейского Севера. Рассмотрены закономерности динамики физиологических процессов у подпологовой ели и растений напочвенного покрова в зависимости от сукцессионноного развития березняков, интенсивности рубки и дозы вносимого азота, физиологические механизмы действия этих экологических факторов. Уделено внимание изучению состояния жизнедеятельности корневых систем, особенностям СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, скорости постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14 в органах ели. С физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности рубок и дозы вносимого азота и их влияния на физиологию и рост подпологовой ели. Показана возможность оценки уровня адаптивной способности ели к меняющимся условиям фитосреды на основе изучения эколого-физиологических показателей.

В работе изложены результаты изучения водного и температурного режимов деревьев ели, а так же содержания минеральных элементов в древесине. Приводятся сведения о влажности хвои разного возраста, о водном дефиците, о влажности древесины. Показана зависимость водного режима от состояния деревьев, возраста. Отмечается взаимосвязь водного режима и температурного. Обсуждается содержание минеральных элементов в древесине.

Рассматривается эффективность применения стимуляторов (регуляторов) роста при выращивании крупномерного посадочного материала сосны кедровой корейской (Pinus koraiensis Siebold et Zucc.) на питомнике. В 5-летнем возрасте опытные растения по показателям роста превышают контроль и могут быть использованы для закладки лесосеменных плантаций и в ландшафтном строительстве.