Сосновые боры, расположенные в Ононском сухостепном и боровом районе, находятся в семиаридной зоне (КУТ = 0,2–0,5) [2]. Район исследований занимает долину р. Онона, а также плоские террасированные и увалистые равнины, расположенные в высотном поясе 600–800 м. Для района типичны нителистниковые, тонконоговые и смешанно-злаково-житняковые сообщества на каштановых почвах. Особенностью остепненного травянистого покрова сосновых лесов является его сходство по составу с прилегающими к границам леса степями. Под лесами сформировались боровые и песчаные почвы; на опушках – остепенённые боровые пески. За год в районе выпадает 200–250 мм осадков. Сумма температур за период со среднесуточными температурами выше 10 ° равна 1900–2100 [5].
Повышение температуры воздуха, изменение цикличности осадков особенно в последнее десятилетие привело к увеличению частоты и площади лесных и степных пожаров в Восточном Забайкалье. Лесные пожары привели к деградации степного Цасучейского бора. Уничтожено огнем и повреждено более 80 % лесного массива. Значение соснового бора в степи определяется его мощным влиянием на экологические условия проживания населения, обитания ценных растений и животных.
В условиях нарастания угрозы уничтожения леса важно дать оценку потенциала восстановительной способности природного сообщества, важным фактором которой является качество семян лесообразующего растения и влияние на него климатических условий. Исследованием влияния климатических условий на качество семян сосны обыкновенной занимались многие исследователи [1; 6].
Цель наших исследований: выяснить динамику изменения качества семян сосны обыкновенной в сухостепной зоне Забайкальского края в связи с изменением климатических условий.
Материалы и методы исследования
Проанализированы данные Читинской лесосеменной станции по энергии прорастания и всхожести за 1971–2013 гг., а также массе 1000 семян (1979–2013 гг.) Pinus sylvestris L. Использовано для анализа от 1275 (масса 1000 семян) до 1795 (энергия и всхожесть) проб семян. Количество проб семян по годам значительно варьировалось, от 5 до 124. Кроме того, исследована связь изменений посевных качеств семян с динамикой среднегодовой температуры воздуха и суммы осадков по метеостанции Нижний Цасучей за аналогичный период.
Результаты исследования и их обсуждение
Климатические условия по данным метеостанции Нижний Цасучей в период исследования (1971–2014 гг.) сложились следующим образом. Средняя годовая сумма осадков составила 325 мм и варьировалась от 157 до 638 мм. Минимум осадков наблюдался в 2004, а максимум 1998 годах. С 1988 года прослеживается тенденция снижения годовой суммы осадков (величина достоверности аппроксимации – R2 = 0,12).
Среднегодовая температура воздуха за представленный период равна 0 °С и варьировалась от – 1,6 до + 2,9 °С. Минимальная среднегодовая температура воздуха зафиксирована в 1981, а максимальная в 2007 годах. С 1981 года наблюдается тенденция повышения среднегодовой температуры воздуха (R2 = 0,45). Таким образом, с определенного времени происходили параллельные процессы снижения годовой суммы осадков и повышения температуры воздуха (рис. 1).
Средняя величина энергии прорастания семян сосны за период исследований равна 90 ± 0,7 %, с варьированием в пределах 77–95 %, коэффициент вариации по шкале С.А. Мамаева [3] очень низкий (CV, % = 4,8).
Средняя лабораторная всхожесть семян за исследованный период равна 93 ± 0,4 %, предел изменчивости 86–96 %, коэффициент вариации очень низкий (CV, % = 2,9).
Средняя масса 1000 семян равна 7,8 ± 0,1 г, изменчивость по годам была в пределах 6,6–9,2 г. Коэффициент вариации низкий, но несколько выше, чем по энергии и всхожести семян (CV, % = 9,2).
В отдельные годы коэффициент вариации энергии прорастания и массы 1000 семян сосны обыкновенной достигал среднего уровня, до 18–21 %, в то время как варьирование всхожести семян не превышало низкого уровня (табл. 1).
Исследована корреляционная связь показателей качества семян сосны обыкновенной с климатическими условиями периода исследований (1971–2014 гг.). Обнаружена положительная слабая связь энергии прорастания семян со среднемесячной температурой воздуха в период вегетации и за год (коэффициент корреляции r = 0,0–0,2). Средний положительный уровень связи всхожести семян установлен со среднемесячной температурой воздуха (r = 0,1–0,5). Более тесная связь с лабораторной всхожестью семян проявилась со среднемесячной температурой в августе и слабая в сентябре. Величина корреляционной связи с температурой воздуха отличает массу 1000 семян. Коэффициент корреляции в период с июня по сентябрь находится в пределах 0,4–0,6. В большей мере величина массы 1000 семян связана со среднемесячной температурой июля.
Рис. 1. Климатические условия в районе исследований за период 1971–2014 г.
Таблица 1
Характеристика посевных качеств семян сосны обыкновенной Ононского лесничества
|
Год |
Энергия, % |
Всхожесть, % |
Масса 1000 семян, г |
||||||
|
X ср. |
Lim. |
CV, % |
X ср. |
Lim. |
CV, % |
X ср. |
Lim. |
CV, % |
|
|
1971 |
95 ± 1 |
90–99 |
2,4 |
96 ± 0 |
94–99 |
1,6 |
– |
||
|
1972 |
80 ± 2 |
31–98 |
23,2 |
84 ± 2 |
50–98 |
16,7 |
– |
||
|
1973 |
92 ± 1 |
75–98 |
5,4 |
93 ± 1 |
75–98 |
4,9 |
– |
||
|
1974 |
91 ± 1 |
76–98 |
5,6 |
94 ± 1 |
85–98 |
3,8 |
– |
||
|
1975 |
87 ± 2 |
61–96 |
10,3 |
92 ± 1 |
69–97 |
6,6 |
– |
||
|
1976 |
88 ± 1 |
57–97 |
11,6 |
90 ± 1 |
59–97 |
9,8 |
– |
||
|
1977 |
94 ± 0 |
96–98 |
2,4 |
95 ± 0 |
88–98 |
2,4 |
7,8 ± 0,2 |
6,7–8,6 |
9,2 |
|
1978 |
91 ± 1 |
66–96 |
7,2 |
92 ± 1 |
70–98 |
6,1 |
7,5 ± 0,3 |
5,7–8,9 |
15,5 |
|
1979 |
79 ± 5 |
53–95 |
18,1 |
83 ± 5 |
55–96 |
17,7 |
7,7 ± 0,1 |
7,1–8,5 |
5,3 |
|
1980 |
89 ± 1 |
26–97 |
13,2 |
92 ± 1 |
44–98 |
9,2 |
7,6 ± 0,1 |
5,5–9,1 |
7,1 |
|
1981 |
90 ± 1 |
52–97 |
6,5 |
92 ± 0 |
56–98 |
4,8 |
7,2 ± 0,1 |
5,3–8,1 |
10,0 |
|
1982 |
80 ± 2 |
48–98 |
17,0 |
87 ± 1 |
63–98 |
10,4 |
6,8 ± 0,1 |
5,7–8,7 |
12,6 |
|
1983 |
86 ± 2 |
37–97 |
17,0 |
89 ± 1 |
60–97 |
10,1 |
7,5 ± 0,1 |
6,1–8,8 |
10,2 |
|
1984 |
95 ± 0 |
81–99 |
3,4 |
95 ± 0 |
88–99 |
2,5 |
7,7 ± 0,1 |
6,1–8,7 |
8,4 |
|
1985 |
91 ± 1 |
60–98 |
10,3 |
93 ± 1 |
69–98 |
7,2 |
7,3 ± 0,1 |
6,0–8,3 |
8,8 |
|
1986 |
93 ± 1 |
78–98 |
5,7 |
93 ± 1 |
81–98 |
4,9 |
7,3 ± 0,2 |
6,5–8,3 |
8,1 |
|
1987 |
90 ± 1 |
72–97 |
7,0 |
92 ± 1 |
82–97 |
4,3 |
7,8 ± 0,1 |
6,6–8,2 |
5,0 |
|
1988 |
84 ± 1 |
40–97 |
12,6 |
89 ± 1 |
54–98 |
8,5 |
7,3 ± 0,1 |
4,8–8,6 |
8,6 |
|
1989 |
94 ± 1 |
88–98 |
3,3 |
95 ± 1 |
90–98 |
2,3 |
7,0 ± 0,1 |
6,2–7,9 |
5,9 |
|
1990 |
93 ± 1 |
84–98 |
3,6 |
94 ± 0 |
86–98 |
2,7 |
6,7 ± 0,0 |
6,1–7,7 |
4,8 |
|
1991 |
94 ± 1 |
83–96 |
2,9 |
94 ± 1 |
84–97 |
2,8 |
6,8 ± 0,2 |
5,2–8,8 |
11,5 |
|
1992 |
92 ± 2 |
59–96 |
10,1 |
93 ± 2 |
64–98 |
8,7 |
7,5 ± 0,1 |
6,5–8,2 |
7,6 |
|
1993 |
94 ± 1 |
70–98 |
5,6 |
95 ± 0 |
84–98 |
3,2 |
7,9 ± 0,1 |
6,6–9,4 |
8,8 |
|
1994 |
93 ± 1 |
80–99 |
4,7 |
94 ± 1 |
85–99 |
3,4 |
7,8 ± 0,1 |
6,2–8,7 |
9,9 |
|
1995 |
91 ± 1 |
48–98 |
8,8 |
95 ± 0 |
70–99 |
4,2 |
7,9 ± 0,1 |
6,3–9,8 |
9,0 |
|
1996 |
93 ± 1 |
79–99 |
5,3 |
95 ± 1 |
91–99 |
2,5 |
8,1 ± 0,1 |
7,4–8,9 |
4,0 |
|
1997 |
93 ± 1 |
86–97 |
3,0 |
94 ± 1 |
92–98 |
1,9 |
7,2 ± 0,2 |
6,5–8,4 |
9,1 |
|
1998 |
95 ± 1 |
74–99 |
4,6 |
95 ± 1 |
74–99 |
4,5 |
7,5 ± 0,1 |
4,8–8,6 |
11,6 |
|
1999 |
88 ± 5 |
66–95 |
14,0 |
94 ± 1 |
92–96 |
1,6 |
7,6 ± 0,2 |
7,1–8,3 |
6,7 |
|
2000 |
94 ± 1 |
91–96 |
2,0 |
96 ± 1 |
94–98 |
1,6 |
7,9 ± 0,2 |
7,1–8,3 |
5,7 |
|
2001 |
91 ± 1 |
75–98 |
7,0 |
96 ± 0 |
86–98 |
2,6 |
8,9 ± 0,1 |
6,0–10,2 |
11,3 |
|
2002 |
82 ± 1 |
40–99 |
14,6 |
92 ± 1 |
65–99 |
6,8 |
8,7 ± 0,1 |
5,4–10,2 |
11,9 |
|
2003 |
89 ± 1 |
88–90 |
1,6 |
95 ± 1 |
95–96 |
0,7 |
7,9 ± 0,1 |
7,9–8,0 |
1,2 |
|
2004 |
89 ± 2 |
46–98 |
12,9 |
94 ± 1 |
66–98 |
7,3 |
9,1 ± 0,2 |
7,3–10,1 |
8,0 |
|
2005 |
94 ± 0 |
70–98 |
4,1 |
96 ± 0 |
85–99 |
2,0 |
8,8 ± 0,1 |
6,6–10,9 |
10,1 |
|
2006 |
83 ± 1 |
83–84 |
0,8 |
90 ± 1 |
90–91 |
0,8 |
7,4 ± 0,1 |
7,3–7,5 |
1,7 |
|
2007 |
94 ± 1 |
92–98 |
1,9 |
96 ± 1 |
94–98 |
1,6 |
8,9 ± 0,4 |
7,4–10,5 |
13,6 |
|
2008 |
93 ± 1 |
89–97 |
3,1 |
95 ± 1 |
91–99 |
2,8 |
8,3 ± 0,3 |
6,4–9,4 |
11,4 |
|
2009 |
90 ± 2 |
61–98 |
10,4 |
94 ± 1 |
75–98 |
5,4 |
7,9 ± 0,2 |
6,4–9,7 |
10,0 |
|
2010 |
87 ± 2 |
69–96 |
10,0 |
91 ± 1 |
83–97 |
5,4 |
7,9 ± 0,3 |
6,4–10,0 |
13,1 |
|
2011 |
78 ± 3 |
41–96 |
21,0 |
86 ± 2 |
48–98 |
15,1 |
8,4 ± 0,3 |
6,2–10,2 |
13,4 |
|
2012 |
78 ± 5 |
53–96 |
20,6 |
86 ± 3 |
64–96 |
11,5 |
9,4 ± 0,3 |
7,8–10,3 |
9,7 |
|
2013 |
88 ± 2 |
72–94 |
8,1 |
90 ± 2 |
72–95 |
8,2 |
8,8 ± 0,3 |
7,9–10,3 |
10,1 |
|
Ср. |
|||||||||
Примечание. В табл. X ср. – среднее значение, Lim. – пределы варьирования, CV, % – коэффициент вариации, %.
Таблица 2
Коррелятивная связь посевных качеств семян сосны обыкновенной со среднемесячной температурой воздуха и месячной суммой осадков в период вегетации и за год в Ононском лесничестве
|
Месяц |
Среднемесячная температура воздуха |
Месячная сумма осадков |
||||
|
Энергия, % |
Всхожесть, % |
Масса 1000 семян, г |
Энергия, % |
Всхожесть, % |
Масса 1000 семян, г |
|
|
Май |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0,0 |
0,1 |
0,2 |
|
Июнь |
0,0 |
0,2 |
0,6 |
0,2 |
0,1 |
– 0,1 |
|
Июль |
0,0 |
0,2 |
0,6 |
0,0 |
0,0 |
– 0,2 |
|
Август |
0,1 |
0,4 |
0,6 |
0,2 |
0,1 |
– 0,4 |
|
Сентябрь |
0,0 |
0,2 |
0,7 |
0,2 |
0,2 |
– 0,2 |
|
За год |
0,1 |
0,3 |
0,5 |
0,2 |
0,1 |
– 0,2 |
Рис. 2. Тренды показателей качества семян сосны обыкновенной в Ононском лесничестве за период 1971–2014 гг.
Влияние суммы осадков на посевные показатели семян по месяцам вегетационного периода и за год обнаружили преимущественно отрицательную связь (r = – 0,1–0,4). Исключением является средний положительный уровень корреляционной связи суммы осадков с массой 1000 семян (r = 0,4) в мае (табл. 2).
Полиноминальные тренды демонстрируют параллельное изменение по годам энергии прорастания и лабораторной всхожести семян, а также тенденцию к снижению показателей энергии прорастания и всхожести семян с 1997–1998 гг. (величина достоверности аппроксимации (R2) равна 0,2 по энергии прорастания и 0,4 по всхожести семян). Вероятно, тенденция снижения процента энергии прорастания и всхожести семян сосны обыкновенной обусловлена повышением среднегодовой температуры воздуха и уменьшением годовой суммы осадков.
Напротив, тренд массы 1000 семян показывает в связи с изменением климатических показателей тенденцию к повышению массы семян (R2 = 0,6). Это может свидетельствовать об увеличении массы 1000 семян при повышении среднегодовой температуры воздуха и снижении суммы осадков за год (рис. 2).
Заключение
В период исследований (1971–2014 гг.) повышение среднегодовой температуры воздуха способствует повышению энергии прорастания, всхожести и массы 1000 семян сосны обыкновенной. В большей мере положительно влияет на повышение всхожести семян среднемесячная температура воздуха в августе, а на увеличение массы семян температура воздуха в июле.
Повышение суммы осадков в период вегетации и за год способствует снижению энергии прорастания, всхожести и массы 1000 семян сосны обыкновенной. Майские осадки, напротив, могли повлиять на увеличение массы семян.
В более ограниченный период времени повышения среднегодовой температуры воздуха и снижения суммы осадков (1997–2013 гг.) наблюдаются тренды снижения энергии прорастания и всхожести семян и увеличения массы семян.