Актуальной и общемировой тенденцией в развитии сельского хозяйства является формирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия, обеспечивающих увеличение объемов производства экологически безопасной продукции. Эти вопросы остро стоят в регионах со сложными агроклиматическими условиями. Здесь деградированные территории занимают значительные площади и нуждаются в создании искусственных лесоплодовых насаждений с участием адаптированного селекционного ассортимента многоцелевого назначения, устойчивых к стресс-факторам [1].
Учитывая современные вызовы, обогащение дендрофлоры малолесных регионов хозяйственно ценными кустарниками является важным инструментом в решении задач национальных проектов «Экология», «Наука» в части региональных программ по сохранению биоразнообразия, формированию комфортной окружающей среды для проживания населения и увеличению природно-ресурсного потенциала деградированных ландшафтов. Вековой опыт интродукции позволил значительно расширить перспективный ассортимент адаптированных хозяйственно ценных деревьев и кустарников для защитного лесоразведения и озеленения [1]. Некоторые авторы [2, 3] указывают, что под влиянием деструктивных факторов абиотического и биотического характера происходят значительные потери по хозяйственно-экономическим признакам.
Особое место в ассортименте могут занимать устойчивые к комплексу неблагоприятных условий зимнего периода субтропические растения. Среди дикорастущих популяций Нижнего Поволжья унаби (Zizyphus jujubа), лещины (Corylus pontica) отсутствуют [3]. Стратегическое направление обогащения защитных лесных насаждений субтропическими древесными растениями, как и другими, экономически важными видами, заключается в их эффективной эксплуатации и закладке новых площадей из адаптированных видов, форм и сортов.
Цель исследований: определить эколого-хозяйственный потенциал субтропических растений (на примере унаби, фундука) для обогащения деградированных ландшафтов сухостепного региона.
Материалы и методы исследования
Объекты исследований – видовое и сортовое разнообразие представителей субтропических кустарников (шесть сортов Zizyphus jujubа и три сорта Corylus pontica), интродуцированных в Волгоградскую область (стационарный опыт с 1998 г., площадь 0,30 га, площадь питания 24,0 м2, каштановые и светло-каштановые почвы).
Учитывая специфику выполняемых функций искусственных лесных насаждений в Нижнем Поволжье, к ассортименту деревьев и кустарников предъявляются особые требования для мобилизации и оценки перспектив растений для введения в культуру [1].
Изучение адаптации субтропических растений с учетом лимитирующих факторов, анализа критических периодов для роста, развития, цветения и плодоношения базировались на примере изучения сортов Corylus, Zizyphus jujubа в системе «генотип – среда» [2].
Выявление сходства климатических показателей Волгоградской области и ареалов распространения проводилось на основе сравнительного анализа материалов метеостанций по элементам климата [4]. Эксперимент выполнялся в полевых и лабораторных условиях по методике сортоизучения [5]. Сортовая принадлежность образцов описывалась и фото фиксировалась в онтогенезе. Ежегодно измерялись характеристики: высоты, диаметра, ширины кроны. Степень повреждения растений в зимнее время определялась ежегодно в конце мая по 8-балльной шкале (рис. 1).
В летний период (июнь – август) изучались показатели состояния растений и их водного режима [4]. Достоверность экспериментальных данных подтверждалась статистической обработкой с использованием компьютерных программ. При подборе сортов для искусственных насаждений на первое место выходят параметры: устойчивости к стресс-факторам и таксационных показателей представителей Corylus, Zizyphus jujubа. Предпочтение отводится видам и сортам, у которых минимальны потери при воздействии негативных условий.
|
|
|
|
|
|
Общий вид климакамеры КХТВ – 0,22 |
меню температуры и влажности |
подготовка материала |
закладка материала |
Рис. 1. Фотофиксация процесса промораживания образцов растений
Результаты исследования
и их обсуждение
Для выделения зимостойких сортов субтропических растений проведен анализ погодных условий в зимние периоды. Он показал, что количество дней с амплитудой суточных температур более 15 °С составило: один (январь 2006, 2009, 2015; февраль 2006, 2008, 2015, 2017; декабрь 2001, 2002, 2009) и два дня (январь 2003, декабрь 2016 г. Для 2006 г. (последняя декада февраля) амплитуда суточных температур составила более 20 °С. По показателям среднемесячной температуры зимнего периода выделены наиболее холодные (январь, февраль 2006, январь 2007 г.) и теплые месяцы (февраль 2002, 2016, декабрь 2010 г.).
Распределение зимних месяцев по количеству дней с положительными и отрицательными суточными температурами воздуха за период 2001–2018 гг. представлено на рис. 2.
Установлены значения низких температур, оказывающие деструктивное влияние на субтропические кустарники в полевых условиях и методом промораживания образцов растений (табл. 1).
Таблица 1
Толерантность сортов Zizyphus jujubа к низким температурам
|
Сорт |
Промораживание при температуре |
|||
|
–30 °С |
–37 °С |
|||
|
длина прироста, см |
длина подмерзшей части, см/ % |
длина прироста, см |
длина подмерзшей части, см/ % |
|
|
Сочинский |
38 |
7/18,42 |
39 |
15/38,46 |
|
Темрюкский |
41 |
7/17,07 |
42 |
18/42,86 |
|
Финик |
30 |
12/40 |
29 |
21/72,41 |
|
Дружба |
28 |
11/39,28 |
28 |
23/82,14 |
|
Южанин |
25 |
16/64,0 |
26 |
23/88,46 |
|
Та-ян-цзао |
26 |
18/69,23 |
27 |
24/88,89 |
Рис. 2. Распределение зимних месяцев по показателям положительных
и отрицательных среднесуточных температур воздуха
Таблица 2
Оценка пигментного комплекса субтропических растительных организмов
|
Растительные организмы |
Содержание, мг/см2 |
|||||
|
хлорофилл а + б |
флавоноиды |
антоцианы |
||||
|
2017 |
2018 |
2017 |
2018 |
2017 |
2018 |
|
|
сорта унаби: мелкоплодные |
23,83 ± 0,08* 23,8–23,9 |
23,61 ± 0,04 23,1–24,1 |
1,94 ± 0,03 1,91–1,97 |
1,96 ± 0,10 1,81–2,04 |
0,15 ± 0,001 0,14–0,15 |
0,15 ± 0,001 0,14-0,15 |
|
среднеплодные |
28,60 ± 0,96 27,6–29,6 |
24,7 ± 1,34 24,4–25,1 |
1,85 ± 0,06 1,82–1,92 |
1,77 ± 0,01 1,76–1,79 |
0,16 ± 0,006 0,16–0,17 |
0,13 ± 0,002 0,10-0,14 |
|
крупноплодные |
31,1 ± 0,55 30,5–31,5 |
29,48 ± 1,14 28,7–30,8 |
1,87 ± 0,02 1,85–1,89 |
1,83 ± 0,01 1,76–1,90 |
0,17 ± 0,009 0,16–0,18 |
0,13 ± 0,004 0,13-0,14 |
|
сорта фундука: Футкурами |
39,94 ± 1,65 38,86–41,02 |
29,95 ± 3,4 26,79–33,70 |
1,69 ± 0,09 1,63–1,76 |
2,05 ± 0,18 1,86–2,24 |
0,10 ± 0,004 0,09–0,10 |
0,14 ± 0,003 0,13-0,15 |
|
Президент |
40,75 ± 1,84 39,18–42,77 |
29,11 ± 1,34 28,26–30,65 |
1,56 ± 0,06 1,49–1,61 |
1,73 ± 0,05 1,68–1,77 |
0,10 ± 0,004 0,09–0,10 |
0,16 ± 0,004 0,15-0,16 |
|
Черкесский-2 |
25,73 ± 1,37 24,19–26,82 |
30,24 ± 0,50 30,10–30,36 |
1,92 ± 0,07 1,84–1,98 |
2,03 ± 0,13 1,89–2,14 |
0,22 ± 0,01 0,19–0,26 |
0,12 ± 0,005 0,12-0,13 |
|
Температура воздуха, °С |
35,5 |
39,0 |
||||
|
Влажность воздуха |
16,0 % |
19,0 % |
||||
Примечание. * В числителе – среднее значение и стандартное отклонение значений; в знаменателе – минимальное и максимальное значения.
Рис. 3. Плодовая продуктивность и качественная характеристика сортов фундука
Пигментный комплекс отвечает за адаптацию организмов к стресс-факторам [6–8]. Установлено, что значения пигментного комплекса (хлорофилл а + б, флавоноиды, антоцианы) в течение вегетационного периода варьируют в зависимости от сорта растений [9, 10].
Засухоустойчивые сорта характеризуются большей стабильностью пигментного комплекса при относительной влажности воздуха (16–19 %) и повышенных температурах (до +39 °C) (табл. 2).
Морфологические параметры листьев определяют адаптацию ассимиляционного аппарата к факторам среды. Отмечена тесная связь между количественным содержанием пигментов в листьях растений и их биологическими особенностями (структурная организация листа, толщина, площадь). Установлена разная отзывчивость пигментов на действие стресс-факторов [10].
Оценка репродуктивной способности показала, что Президент и Черкесский-2 отличаются лучшими показателями плодовой продуктивности (рис. 3).
Установлены пределы экологической толерантности субтропических растительных организмов к хлоридному засолению (вегетационный опыт).
Заключение
Изучение эколого-хозяйственного потенциала Zizyphus jujubа, Corylus и дальнейшее использование полученных результатов позволяет:
– формировать искусственные насаждения разной конструкции (ажурная, плотная, продуваемая) с учетом моделей развития крон изучаемых видов и сортов;
– увеличить количество адаптированных видов (сортов) в рассматриваемых условиях;
– создать дополнительные площади насаждений за счет посадок по границам землепользования; вокруг садов и виноградников, оврагов, на склонах;
– получить дополнительную продукцию (плоды, перга, древесина и др.);
– улучшить почвенное плодородие за счет положительной мелиоративной роли представителей Corylus, Zizyphus jujubа;
– сохранять и развивать коллекционный фонд субтропических культур;
– создание маточных насаждений для производства стандартного посадочного материала для обеспечения нужд и потребностей населения.
Исследования выполнены по теме Государственного задания № 0713-2019-0004 Федерального научного центра агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук (ФНЦ агроэкологии РАН).