Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,831

АНАЛИЗ БИОРЕСУРСНЫХ КОЛЛЕКЦИЙ ПО КЛИМАТИЧЕСКИМ РИТМАМ И ФЕНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ

Семенютина А.В. 1 Хужахметова А.Ш. 1 Долгих А.А. 1 Семенютина В.А. 1 Цой М.В. 1
1 ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии
Эффективность мобилизации древесных растений определяется методом фенологических наблюдений, который позволяет получить массив данных об особенностях роста, сезонной периодичности и соответствии развития вегетативных и генеративных органов растений местным климатическим условиям. Биоресурсные коллекции Федерального научного центра агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения Российской академии наук (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) являлись объектом исследований для прогноза их перспективности введения в культуру. Установлено увеличение дефицита осадков в период вегетации (при их годовой сумме в 262–417 мм) и показателей среднемесячных температур воздуха. Указанные условия оказали влияние на продолжительность прохождения фенологических фаз у 47 таксонов деревьев и кустарников различных ботанических семейств и географического происхождения (Северная Америка, Европа, Кавказ, Крым, Дальний Восток, Средняя Азия, Япония, Китай, Корея). Выявлено, что фаза наступления массового листопада проходит позже более чем на 20 дней (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. Приведен разногодично-временной график наступления фенофаз и их частотная характеристика с учетом солнечных (12,5–16,5 часов) и тепловых ресурсов (5–24 °C) соответствующих декад апреля-октября (Волгоградская область). 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. Интегрированным количественным методом установлено соответствие биоритмов развития растений по продолжительности вегетационного периода с учетом их отставания или опережения относительно общей нормы, характерной для региона.
биоресурсные коллекции
фенологические наблюдения
биоритмы
фенофазы
интродукция
засушливые условия
1. Semenyutina A.V., Podkovyrova G.V., Khuzhakhmetova A.Sh., Svintsov I.P., Semenyutina V.A., Podkovyrov I.Yu. Engineering implementation of landscaping of low-forest regions. International journal of mechanical engineering and technology. 2018. Vol. 9 (10). P. 1415–1422.
2. Хужахметова А.Ш., Таран С.С. Оптимизация лесомелиоративных насаждений засушливого региона видами родовых комплексов Corylus и Juglans // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: Наука и высшее профессиональное образование. 2013. № 3 (31). С. 106–111.
3. Miao Y., Chen A., Liu M., Wang T., Zhao X., Song Z., Miao R., Liu Y. The relationship between 35 woody plant species’ spring phenology to their heights and stem tissue densities on a campus. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology. 2017. Vol. 23 (5). P. 785–791. DOI: 10.3724 / SP.J.1145.2016.11020.
4. Renner S.S., Zohner C.M. Climate change and phenological mismatch in trophic interactions among plants, insects, and vertebrates. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 2018. Vol. 49. P. 165–180. DOI: 10.1146/annurev-ecolsys-110617-062535.
5. Flynn D.F.B., Wolkovich E.M. Temperature and photoperiod drive spring phenology across all species in a temperate forest community. New Phytologist. 2018. Vol. 219. P. 1353–1362. DOI: 10.1111/nph.15232.
6. Kruzhilin S.N., Taran S.S., Semenyutina A.V., Matvienko E.Yu. Growth peculiarities and age dynamics of Quercus robur L. formation in steppe region conditions. Kuwait Journal of Science. 2018. Vol. 45. № 4. P. 52–58.
7. Таран С.С., Матвиенко Е.Ю., Кружилин С.Н. Закономерности роста и формирования насаждений с участием Pinus sylvestris и Pinus pallasiana в условиях Нижнего Дона // Репутациология. 2017. № 1 (43). С. 19–26.
8. Шитиков В.К., Розенберг Г.С. Рандомизация и бутстреп: статистический анализ в биологии и экологии с использованием R. Тольятти: Кассандра, 2013. С. 88–95.
9. Стукач О.В. Программный комплекс Statistica в решении задач управления качеством. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. 12 с.
10. Погода и климат. [Электронный ресурс]. URL: https://www.pogodaiklimat.ru/monitor.php (дата обращения: 17.01.2021).
11. Средние месячные и годовые температуры воздуха в Камышине. [Электронный ресурс]. URL: http//:www.pogodaiklimat.ru/history/34363.htm (дата обращения: 17.01.2021).

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).

missing image file

А

missing image file

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).

missing image file

missing image file

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.).

missing image file

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).

missing image file

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).


Библиографическая ссылка

Семенютина А.В., Хужахметова А.Ш., Долгих А.А., Семенютина В.А., Цой М.В. АНАЛИЗ БИОРЕСУРСНЫХ КОЛЛЕКЦИЙ ПО КЛИМАТИЧЕСКИМ РИТМАМ И ФЕНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ // Успехи современного естествознания. – 2021. – № 2. – С. 39-45;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37572 (дата обращения: 01.02.2023).

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 = 1.685