Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,778

ДИНАМИКА ЗОЛЬНОСТИ, СОДЕРЖАНИЯ КАЛИЯ И КАЛЬЦИЯ В ЛИСТЬЯХ И КОРЕ ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО В ДРЕВОСТОЯХ ПОРОСЛЕВОГО И СЕМЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ

Неруш М.Н. 1
1 ФГБОУ ВО «Брянский государственный инженерно-технологический университет»
Приводится сравнительная характеристика показателей зольности и содержания калия, кальция в листьях и коре дуба черешчатого в древостоях порослевого и семенного происхождения. Произрастают древостои дуба на дерново-подзолистых почвах, подстилаемых лёссовидными покровными суглинками. В структуре лесов Брянской области дубравы распространены неравномерно. Доля их участия в составе колеблется от 14 % до 1 %, в среднем – 5,6 %. Из них на дубовые насаждения семенного происхождения приходится – 4,5 %, а порослевого – 1,1 % площади, занятой лесом. Среди дубрав порослевого происхождения выделены две линии роста по густоте – густые и редкие. Они различаются по соотношению количества деревьев и размера среднего диаметра. Редкие по густоте дубовые древостои имеют больший запас древесины и лучшую сортиментную структуру. Установлено, что у деревьев одного и того же древостоя наблюдается большое варьирование зольности и содержания калия и кальция в листьях и коре дуба. Коэффициент вариации изменяется в довольно широких пределах. С возрастом содержание золы в листьях и коре увеличивается. Существенного различия зольности листьев и коры в древостоях семенного и порослевого происхождения не наблюдается. Количество калия с возрастом сокращается, а кальция возрастает. В листьях дуба семенного и порослевого происхождения содержится калия и кальция больше, чем в коре. Дубовые древостои семенного, порослевого происхождения, растущие в одинаковых лесорастительных условиях, имеют близкие значения зольности, калия, кальция в листьях и коре дуба.
дуб черешчатый
древостой
происхождение
семенное
порослевое
листья
кора
зольность
калий
кальций
продуктивность
1. Особенности химического состава фитомассы некоторых дикорастущих и культивируемых древесных растений: к оценке зольного компонента / О.М. Брагина [и др.] // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. –Т. 16, № 1(3). – С. 724–727.
2. Лир Х. Физиология древесных растений / Х. Лир, Г. Польстер, Г.-И. Фидлер; пер. с нем. Н.В. Лобанова, науч. ред. Н.В. Лобанов. – М.: Лесная промышленность, 1974. – 424 с.
3. Новиков Н.Н. Биохимия растений / Н.Н. Новиков. – М.: Ленанд, 2014. – 680 с.
4. Химия растительного сырья: учебное пособие / А.В. Вураско, А.Р. Минакова, А.К. Жвирблите, И.А. Блинова. – Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2013. – 90 с.
5. Тюлькова Е.Т. Зольность и морфометрические параметры листьев древесных растений как индикаторы загрязнения окружающей среды (на примере г. Гомеля) / Е.Т. Тюлькова // Известия Гомельского государственного университета имени Ф. Скорины. – 2016. – № 3 (96). – С. 64–69.
6. ОСТ 56-69-83. Площади пробные лесоустроительные. Метод закладки. – М.: Отраслевой стандарт, 1983. – 63 с.
7. ГОСТ Р56881-2016 Биомасса. Определение зольности стандартным методом. – М.: Стандартинформ, 2016. – 41 с.
8. Стифатов Б.М. Пламенная фотометрия: Методические указания к лабораторной работе / Б.М. Стифатов, О.В. Рублинецкая. – Самара: Самарский государственный технологический университет, 2017. – 13 с.
9. Маркина З.Н. Оценка влияния лесорастительных свойств дерново-подзолистых почв на рост древесных насаждений полезащитных лесных полос Брянской области / З.Н. Маркина, В.В. Вечеров // Проблемы лесоведения и лесоводства: сборник научных трудов ИЛНАН Беларуси. Вып. 77. – Гомель: Институт леса НАН Беларуси, 2017. – С. 375–379.

Рост древесных растений зависит от поступления из почвы макроэлементов в течение всего вегетационного периода, а поступление элементов зависит от их запаса и доступности. На концентрацию минеральных элементов в растениях влияет ряд факторов: состояние корневой системы, проводящих тканей, возраст, состояние листового аппарата, климатические условия [1].

Корневая система обеспечивает растения водой и элементами минерального питания, необходимыми для жизнедеятельности и роста. Минеральные элементы являются сырьем для синтеза аминокислот, ряда важнейших соединений, входят в состав растительных тканей, выполняют роль катализаторов в различных реакциях, регулируют осмотические процессы, являются составными частями буферных систем. В большом количестве древесным растениям нужны макроэлементы [2].

Калий в растениях очень подвижен, влияет на фотосинтез и в основном сосредоточен в молодых растущих тканях. Он вместе с ионами кальция и магния обуславливает состояние коллоидов плазмы, влияя тем самым на физико-химические особенности цитоплазмы и обмен веществ. Его недостаток мешает передвижению углеводов и обмену азота, нарушает структуру хлоропластов, отрицательно сказывается и на их фотосинтетической активности, приводит к состоянию завядшего растения, а повышенное содержание – к увеличению осмотического потенциала клеточного сока и большей морозоустойчивости. Водорастворимый кальций находится преимущественно в молодых частях растений, а нерастворимые карбонаты кальция откладываются в старых частях. Кальций входит в состав клеточных стенок, встречается в виде кристаллов щавелевокислого кальция, связан с обменом азота. Недостаток кальция подавляет поглощение нитратов и синтез белков [3].

За последние десятилетия накопилось много данных о содержании в древесных растениях зольных элементов в виде целого ряда нелетучих оксидов, получаемых после термического разрушения органических веществ. Содержание золы в древесных растениях изменяется в широких пределах в зависимости от вида, степени развития растений, от органов и их расположения в организме, от факторов внешней среды. Установлено, что древесина имеет минимальную, а листья – максимальную зольность [4, 5].

Приведенные данные анализа дают некоторое представление о состоянии и особенностях изменения состава зольных элементов в древесных растениях. Их оценка облегчает научное обоснование лесохозяйственных мероприятий, связанных с формированием насаждений. Дальнейшее изучение связей между ростом деревьев и питательным режимом, использование этих знаний в практической работе должны способствовать повышению устойчивости и продуктивности насаждений.

Цель исследования: установить особенности изменения содержания золы, калия и кальция в листьях и коре дуба черешчатого, семенного и порослевого происхождения, в насаждениях различного возраста Брянского лесного массива.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов для определения содержания зольных элементов были выбраны листья и кора дуба черешчатого (Quercus robur L.). Отбор образцов проводили в вегетационный период (август) в чистых древостоях дуба порослевого и семенного происхождения (II класс бонитета, тип леса – дубняк лещиновый, тип лесорастительных условий – свежая дубрава) на 13 пробных площадях, заложенных для изучения динамики и продуктивности в соответствии с ОСТ 56-69-83 [6].

Возраст насаждений колеблется в пределах 37…104 лет. Порослевые дубравы представлены двумя линиями роста и развития по густоте: редкие и густые, различающиеся по соотношению числа стволов и среднего диаметра при близких значениях суммы площадей сечения в определяемом возрасте. В каждом насаждении, где заложены пробные площади, были срублены 12…15 модельных деревьев различного диаметра для определения запаса и текущего прироста древостоев.

Листья для определения зольных элементов отбирали у модельных деревьев с верхушечных побегов последнего года. С каждого дерева срывали по 25–30 хорошо развитых листьев, образцы коры брали со ствола на высоте 1,3…1,5 м по четырём направлениям в виде пластин 5*10 см. Для фиксации образцы листьев и коры высушивали до воздушно-сухого состояния. Высушенные после фиксации растительные пробы измельчали на мельнице. Измельчённый материал просеивался через сито с диаметром отверстия 1 мм. Из подготовленной таким образом пробы брали аналитический образец и помещали в пакет из плотной бумаги. Для анализа применяли две параллельно взятые навески с трехкратной повторностью из каждого образца.

Методом сухого золения, основанного на сжигании ограниченных веществ при высокой температуре (75 °С) в муфельной печи, определяли зольность [7]. Количественное определение калия и кальция в растворах производили на фотометре пламенном лабораторном (ФПЛ-1). Для выделения спектральных линий определяемых элементов использовали интерференционные светофильтры с максимальным светопреломлением: для калия – 785 нм, кальция – 622 нм [8]. Статическую обработку цифрового материала выполняли в системе Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Насаждения дуба черешчатого в Брянском лесном массиве приурочены в основном к богатым лесорастительным условиям. Произрастают они на дерново-подзолистых почвах, сформированных на флювиогляциальных песках, подстилаемых лёссовидными покровными суглинками [9]. В лесах Брянской области дубравы распространены неравномерно. Доля их участия в структуре лесов изменяется от 14 % в Севском лесничестве до 1 % в Карачевском лесничестве, в среднем – 5,6 %. При этом доля дубрав семенного происхождения составляет – 4,5 %, порослевого – 1,1 %. Дубовые насаждения являются источником ценной древесины и выполняют важнейшие природоохранные, почвозащитные и экологические функции. В благоприятных для произрастания условиях дуб образует смешанные по составу высокопродуктивные, биологически устойчивые насаждения. Однако в последние десятилетия наблюдается снижение доли дуба в составе лесов, связанное с усиленной деградацией и усыханием дубрав, слабой эффективностью лесохозяйственных мероприятий, проводимых в дубравах. Это требует особого внимания лесоводов к решению проблемы восстановления дубрав.

В исследуемых древостоях дуба порослевого происхождения выделены две линии роста по густоте – густые и редкие (табл. 1). В одинаковом возрасте густые древостои имеют большее количество деревьев, чем редкие, но меньший средний диаметр. Коэффициент соотношения числа деревьев со средним диаметром в 50-летнем возрасте в густых древостоях равен – 46, а в редких – 34. Различие в густоте древостоев сказывается на их продуктивности и сортиментной структуре. Древостои дуба редкие по густоте имеют больший запас, чем густые. Древостои дуба семенного происхождения медленнее порослевых растут по высоте, диаметру и имеют меньший запас древесины. Они достигают максимального текущего прироста по запасу в 60 лет, а порослевые в 50 лет. В дальнейшем прирост по запасу их снижается более медленно, чем порослевых.

Таблица 1

Таксационная характеристика древостоев дуба на пробных площадях

п/п

Возраст, лет

Средняя высота, м

Средний диаметр, см

Число стволов, шт/га

Сумма площадей сечений м2/га

Запас

м3/га

Текущий прирост по запасу м3/га

Дубравы порослевого происхождения (редкие)

1

37

15,7

16,9

971

21,7

166

9,4

2

51

20,1

21,7

690

25,5

254

9,6

3

71

22,7

28,4

437

27,7

304

7,9

4

76

24,5

30,0

407

28,8

327

7,5

5

100

26,5

35,3

311

30,4

386

4,8

Дубравы порослевого происхождения (густые)

6

51

18,0

18,6

850

23,0

199

9,3

7

65

22,3

23,2

625

26,5

286

8,5

8

75

23,7

24,1

579

27,5

316

7,8

9

90

24,3

28,1

450

27,9

326

5,3

Дубравы семенного происхождения

10

55

18,3

20,6

775

25,9

228

8,2

11

62

19,8

23,9

590

28,4

262

8,6

12

84

23,1

28,1

441

27,3

322

7,4

13

104

25,8

34,6

337

31,7

379

6,7

Полученные результаты (табл. 2) свидетельствуют, что в пределах одного древостоя наблюдается большое варьирование зольности и содержания калия, кальция в листьях дуба. Коэффициент вариации зольности листьев дуба порослевого происхождения в редких древостоях изменяется в пределах 21,5–26,3 %, а дуба семенного происхождения 21,5–28,3 %. Коэффициент изменчивости калия в листьях дуба порослевого происхождения колеблется в пределах 15,9–23,2 %, а семенного 20,1–24,7 %. Коэффициент изменчивости кальция в листьях дуба порослевого происхождения варьирует в пределах 17,9–21,8 %, семенного 18,3–24,2 %. Наблюдается снижение предела варьирования коэффициентов изменчивости зольности, калия и кальция в листьях дуба в густых древостоях.

Таблица 2

Зольность, содержание калия и кальция в листьях дуба (в % от сухого вещества)

п/п

Возраст, лет

Зольность

Калий

Кальций

Среднее значение

Коэф. вариации

Среднее значение

Коэф. вариации

Среднее значение

Коэф. вариации

Дубравы порослевого происхождения (редкие)

1

37

4,25 ± 0,22

24,1

0,87 ± 0,03

19,1

1,06 ± 0,02

18,2

2

51

4,41 ± 0,22

21,5

0,62 ± 0,02

19,3

1,12 ± 0,02

17,9

3

71

5,38 ± 0,24

26,3

0,53 ± 0,05

23,2

1,23 ± 0,03

21,8

4

76

5,72 ± 0,28

24,6

0,47 ± 0,02

15,9

1,24 ± 0,02

18,5

5

100

6,20 ± 0,29

25,9

0,36 ± 0,03

21,2

1,40 ± 0,02

20,5

Дубравы порослевого происхождения (густые)

6

51

4,63 ± 0,22

24,5

0,78 ± 0,02

22,2

1,07 ± 0,03

21,7

7

65

5,20 ± 0,28

22,9

0,62 ± 0,02

20,3

1,10 ± 0,02

19,8

8

75

5,63 ± 0,23

21,3

0,60 ± 0,02

22,1

1,18 ± 0,02

21,8

9

90

6,49 ± 0,30

20,7

0,47 ± 0,02

21,2

1,29 ± 0,02

22,7

Дубравы семенного происхождения

10

55

5,28 ± 0,32

28,3

0,80 ± 0,02

24,7

1,03 ± 0,02

24,2

11

62

5,64 ± 0,22

21,5

0,67 ± 0,02

21,5

1,07 ± 0,03

22,2

12

84

6,42 ± 0,22

22,1

0,42 ± 0,03

20,1

1,16 ± 0,02

18,3

13

104

6,84 ± 0,24

22,4

0,40 ± 0,02

23,5

1,25 ± 0,03

21,8

С возрастом древостоев содержание золы в листьях увеличивается. В редких порослевых древостоях дуба зольность листьев возрастает от 4,25 % в 37 лет до 6,20 %, в 100 лет. В густых древостоях дуба порослевого происхождения зольность листьев возрастает от 4,63 в 51 год до 6,49 в 90 лет. Древостои дуба семенного происхождения превосходят порослевые по содержанию золы в листьях. У них зольность листьев колеблется от 5,28 % в 55 лет до 6,84 % в 104 года.

Количество калия в листьях дуба с возрастом уменьшается в порослевых древостоях редких по густоте от 0,62 % в 51 год до 0,36 % в 100 лет, в густых от 0,78 % в 51 год до 0,47 % в 90 лет, в семенных дубравах от 0,80 % в 55 лет до 0,40 % в 104 года. Содержание кальция в листьях дуба с возрастом увеличивается.

В редких порослевых древостоях количество кальция возрастает от 1,12 % в 51 год до 1,40 % в 100 лет, в густых от 1,07 в 51 год до 1,29 % в 90 лет, а в семенных дубравах от 1,03 % в 55 лет до 1,25 % в 104 года. Больше кальция в листьях редких порослевых дубрав, чем в густых и семенных. Поэтому показатели зольности, содержания калия и кальция в листьях дуба являются характерными для дубовых древостоев.

Содержание золы в коре дуба с возрастом древостоев увеличивается (табл. 3). Показатели содержания золы в коре и листьях дуба различаются незначительно. С возрастом количество калия в коре уменьшается, а кальция увеличивается. Древостои дуба до 80 лет содержат калия в коре меньше, чем в листьях, в старшем возрасте различия не существенны. Более заметны различия содержания кальция в коре и листьях дуба. В 50-летнем древостое количество кальция в листьях в два раза больше, чем в коре.

Таблица 3

Зольность, содержание калия и кальция в коре дуба (в % от сухого вещества)

п/п

Возраст, лет

Зольность

Калий

Кальций

Среднее значение

Коэф. вариации

Среднее значение

Коэф. вариации

Среднее значение

Коэф. вариации

Дубравы порослевого происхождения (редкие)

1

37

4,17 ± 0,33

21,7

0,59 ± 0,02

12,8

0,42 ± 0,02

12,4

2

51

4,70 ± 0,23

19,5

0,52 ± 0,02

17,5

0,65 ± 0,02

16,8

3

71

5,19 ± 0,26

25,2

0,41 ± 0,02

25,4

0,77 ± 0,03

19,7

4

76

5,49 ± 0,26

25,3

0,40 ± 0,02

14,9

0,79 ± 0,02

17,3

5

100

6,13 ± 0,51

28,7

0,35 ± 0,04

23,3

0,99 ± 0,05

25,3

Дубравы порослевого происхождения (густые)

6

51

4,85 ± 0,22

25,7

0,64 ± 0,03

18,1

0,61 ± 0,02

15,4

7

52

4,79 ± 0,21

18,0

0,58 ± 0,02

17,4

0,63 ± 0,02

14,3

8

75

5,62 ± 0,23

23,1

0,42 ± 0,02

11,4

0,75 ± 0,03

10,3

9

90

6,28 ± 0,18

12,8

0,40 ± 0,03

10,9

0,86 ± 0,02

11,5

Дубравы семенного происхождения

10

55

5,15 ± 0,28

24,5

0,59 ± 0,02

22,3

0,60 ± 0,03

21,7

11

62

5,56 ± 0,29

18,9

0,52 ± 0,02

20,1

0,60 ± 0,02

21,3

12

84

6,31 ± 0,27

19,8

0,46 ± 0,02

18,6

0,75 ± 0,02

19,4

13

104

6,68 ± 0,27

25,8

0,44 ± 0,02

20,3

0,81 ± 0,03

21,5

Заключение

Анализ результатов исследования свидетельствует, что в древостоях наблюдается большое варьирование зольности, содержания калия и кальция в листьях и коре дуба. Установлено, что с возрастом содержание золы в листьях и коре увеличивается. Существенного различия зольности листьев и коры дуба в древостоях семенного и порослевого происхождения не наблюдается. Количество калия в листьях и коре дуба с возрастом уменьшается, а кальция увеличивается. Древостои дуба до 80 лет содержат калия в листьях больше чем в коре. Более заметны различия содержания кальция в коре и листьях дуба. В молодом возрасте до 50 лет количество кальция в листьях в два раза больше, чем в коре. На динамику зольных элементов накладывают определенный отпечаток, наряду с возрастом, густота и происхождение дубрав.


Библиографическая ссылка

Неруш М.Н. ДИНАМИКА ЗОЛЬНОСТИ, СОДЕРЖАНИЯ КАЛИЯ И КАЛЬЦИЯ В ЛИСТЬЯХ И КОРЕ ДУБА ЧЕРЕШЧАТОГО В ДРЕВОСТОЯХ ПОРОСЛЕВОГО И СЕМЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ // Успехи современного естествознания. – 2018. – № 8. – С. 67-71;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36838 (дата обращения: 11.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074