При создании биоресурсных коллекций ФНЦ агроэкологии РАН важным является отбор древесных видов по хозяйственно ценным признакам. Особое место в ассортименте должны занимать комплексно устойчивые к неблагоприятным метеорологическим явлениям деревья и кустарники. Неперспективными являются растения, у которых под воздействием деструктивных факторов имеются значительные потери по хозяйственно ценным признакам. Многолетние мониторинговые исследования позволили получить значительный массив данных об особенностях роста, сезонной периодичности [1, с. 1416; 2, с. 109]. Ряд авторов [3; 4, с. 167; 5, с. 1361] указывают на взаимосвязь фенологических ритмов сезонного развития растений с суммой эффективных температур и дефицитом влаги, особенно это выражено в умеренных и северных широтах. Многие авторы указывают, что биоритмы позволяют видам приспособиться к той или иной среде через комплекс механизмов и приспособлений [6, с. 54; 7, с. 21].
Успешность мобилизации древесных растений определяется методом фенологических наблюдений, который позволяет выявить соответствие развития вегетативных и генеративных органов растений местным климатическим условиям.
Цель исследований: провести анализ биоресурсных коллекций ФНЦ агроэкологии РАН по климатическим ритмам и фенологическим процессам.
Материалы и методы исследования
В дендрологических насаждениях ФНЦ агроэкологии РАН (кад. № 34:34:000000:122, 34:34:060061:10) и его филиалов (Нижневолжская станция по селекции древесных пород; кад. № 34:36:000014:178, Западно-Сибирская АГЛОС; кад. № 22:23:010003:0014) имеется генофонд деревьев и кустарников различных ботанических семейств и географического происхождения, который является объектом исследований для разработки мероприятий по их мобилизации и сохранению с целью оптимизации лесомелиоративных комплексов в природно-климатических зонах малолесных регионов (рис. 1).
А
Б
Рис. 1. Представленность биоресурсных коллекций ФНЦ агроэкологии РАН по происхождению (А) и возрастным категориям (Б)
Методом фенологических наблюдений проведен сбор массива многолетних показателей по фенологической программе. Для отбора образцов с продолжительным и глубоким уровнем покоя и поздними сроками распускания почек, синхронным цветением мужских и женских почек наблюдения за цветением проводили ежедневно. Степень несоответствия биоритмов интродуцентов (стенобионты, эврибионты) климату нового местообитания проводят по ранжированию фенологических дат по распределению плотности вероятностей [8, с. 88; 9, с. 12].
Для описания и сравнительной оценки природно-климатических условий пунктов интродукции и естественных ареалов растений использованы данные автономных метеостанций ФНЦ агроэкологии РАН, агроклиматических справочников, а также интернет-ресурсы [10; 11].
Результаты исследования и их обсуждение
Для прогноза перспективности введе- ния в культуру проанализированы основные метеопоказатели местопроизрастания биоресурсных коллекций (Волгоградская обл., рис. 2).
Рис. 2. Сравнительная оценка периодов исследования по основным показателям
Выявление разногодично-временных фенологических закономерностей основано на определении изменчивости наступления семи фенофаз (рис. 3). Установлены фенологические закономерности биоритмов развития 47 древесных видов за 60-летний период (1960–2019 гг.).
Рис. 3. Среднемноголетние показатели фенологических наблюдений (кад. № 34:36:000014:178)
Показатель позволяет сравнивать сроки наступления фенофаз и интервалы между ними. Достоверно установлено увеличение периода вегетации у всех изученных видов. Фаза наступления массового листопада проходит позже более чем на 20 дней – 2-я, 3-я декада октября (Larix sibirica, Ulmus pumila, Quercus borealis, Quercus robur, Acer platanoides, Tilia platyphyllos, Fraxinus excelsior).
Для целей прогноза мобилизации и введения в культуру дана характеристика по наступлению фенофаз у древесных видов, указаны солнечные и тепловые ресурсы соответствующей декады (таблица). У 90 % древесных видов наступление фазы РЛП обеспечивается при солнечном сиянии более 13,5 ч и среднесуточной температуре воздуха от 5 до 15 °C.
Распределение видов по наступлению фенофаз
|
Месяц (декада) |
* |
** |
Фенофазы |
||||||
|
РЛП |
НЦВ |
КЦВ |
ОБЛ |
КРП |
ПЛД |
ЛСТ |
|||
|
Количество видов, шт. ( %) |
|||||||||
|
IV(2) |
13,5 |
5...10 |
4(8,5) |
1(2,1) |
|||||
|
IV(3) |
14,5 |
10...15 |
23(49,0) |
8(17,1) |
4(8,5) |
||||
|
V(1) |
19(40,4) |
17(36,2) |
11(23,4) |
16(34,0) |
|||||
|
V(2) |
15,5 |
15...18 |
1(2,1) |
11(23,4) |
8(17,1) |
25(53,2) |
1(2,1) |
||
|
V(3) |
16 |
18...21 |
5(10,6) |
14(29,8) |
6(12,8) |
3(6,4) |
4(8,5) |
||
|
VI(1) |
3(6,4) |
3(6,4) |
14(29,8) |
||||||
|
VI(2) |
1(2,1) |
4(8,5) |
20(42,5) |
||||||
|
VI(3) |
16,5 |
21...24 |
1(2,1) |
2(4,2) |
8(17,1) |
3(6,4) |
|||
|
VII(1) |
1(2,1) |
1(2,1) |
1(2,1) |
||||||
|
VII(2) |
16 |
24...21 |
2(4,2) |
||||||
|
VII(3) |
1(2,1) |
||||||||
|
VIII(1) |
2(4,2) |
||||||||
|
VIII(2) |
3(6,4) |
||||||||
|
VIII(3) |
14,5 |
21...18 |
8(17,1) |
||||||
|
IX(1) |
13,5 |
18...15 |
8(17,1) |
||||||
|
IX(2) |
12,5 |
15...10 |
4(8,5) |
1(2,1) |
|||||
|
IX(3) |
6(12,8) |
5(10,6) |
|||||||
|
X(1) |
11,5 |
10...8 |
4(8,5) |
10(21,3) |
|||||
|
X(2) |
11 |
8...5 |
1(2,1) |
15(31,9) |
|||||
|
X(3) |
10 |
5...0 |
10(21,3) |
||||||
Примечание. *Интенсивность солнечной радиации в сутки, ч.
**Среднедекадная температура воздуха, Т, °С.
У некоторых видов – Celtis occidentalis, Acer negundo, Juglans nigra, Amelanchier ovalis – отклонение в продолжительности вегетационного периода составило в среднем 13–15 дней, увеличилась продолжительность роста побегов у Celtis occidentalis на 37 дней, у Amelanchier ovalis – 29, Tilia platyphyllos – 22. Показатели длительности ростовых реакций свидетельствуют об их адаптационных возможностях в засушливых условиях (рис. 4).
Рис. 4. Характеристика ростовых процессов древесных видов в условиях каштановых почв
Установлены соответствия фенологических ритмов развития представителей родовых комплексов по продолжительности вегетационного периода с учетом их отставания или опережения относительно общей нормы, характерной для региона. Расчеты фенологической атипичности видов показали, что сроки развития находятся в нижней половине области нормы (от +1 до 0) по реализации фенологических фаз.
Заключение
Многолетние мониторинговые исследования позволили получить значительный массив данных об особенностях роста, сезонной периодичности в развитии при пространственном нахождении участков с экспериментальными посадками (г. Волгоград, г. Камышин) при неоднородности факторов обитания.
За 60-летний период (1960–2019 гг.) зафиксированы благоприятные по погодным условиям годы, с незначительной изменчивостью дат наступления внутри и между фазами. Фаза наступления массового листопада проходит позже более чем на 20 дней – 2-я, 3-я декада октября (Larix sibirica, Ulmus pumila, Quercus borealis, Quercus robur, Acer platanoides, Tilia platyphyllos, Fraxinus excelsior). У некоторых видов – Celtis occidentalis, Acer negundo, Juglans nigra, Amelanchier ovalis – отклонение в продолжительности вегетационного периода составило в среднем 13-15 дней, увеличилась продолжительность роста побегов у Celtis occidentalis на 37 дней, у Amelanchier ovalis – 29, Tilia platyphyllos – 22. У 90 % древесных видов наступление фазы распускания листовых почек обеспечивается при солнечном сиянии более 13,5 ч и среднесуточной температуре воздуха от 5 до 15 °C.
Установлено соответствие биоритмов развития растений по продолжительности вегетационного периода с учетом их отставания или опережения относительно общей нормы, характерной для региона, что согласуется с видовой принадлежностью и географическим происхождением растений (Северная Америка, Европа, Кавказ, Крым, Дальний Восток, Средняя Азия, Япония, Китай, Корея).
Исследования выполнены по теме Государственного задания № 0713-2020-0004 Российской академии наук (ФНЦ агроэкологии РАН).