Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

К ВОПРОСУ МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ И ЗИМОСТОЙКОСТИ ВИДОВ РОДА GLEDITSIA L. В УСЛОВИЯХ РЕГИОНА СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ

Семенютина А.В. 1 Мельник К.А. 1
1 ФГБНУ «Федеральный научный центр агроэкологии
Проблема устойчивости древесных растений Gleditsia в условиях каштановых почв сухостепной зоны имеет теоретическое и практическое значение. Виды рода Gleditsia рекомендуются в сухостепных условиях для защитного лесоразведения и озеленения населенных пунктов. Они используются как главная порода в полезащитных лесных полосах, придорожных посадках, приовражных лесных насаждениях. При озеленении населенных пунктов ее высаживают в городских парках. Основным исходным материалом при размножении Gleditsia являются семена. Цель исследований – оценка морозоустойчивости и зимостойкости различных видов рода Gleditsia в условиях Волгоградской области методом промораживания в лабораторных (климатическая камера КХТ-0,22) и полевых условиях. Объектами исследования являлись виды Gleditsia: G. texana, G. сaspica, G. triacanthos, G. triacanthos, F. inermis произрастающие в дендрологических коллекциях ФНЦ агроэкологии РАН кадастр 34:34:000000:122; 34:34:060061:10. Возраст растений 10 лет. Коллекционные фонды расположены на светло-каштановых почвах с небольшим содержанием гумуса, пригодных для произрастания лесной растительности, в типичных для региона условиях. Выявлено, что изменение морозоустойчивости и зимостойкости различных видов рода Gleditsia в условиях региона сухостепной зоны происходит в зависимости от напряженности факторов внешней среды. Сравнительная характеристика экологической пластичности по отношению к низким отрицательным температурам показала, что самые низкие показатели морозоустойчивости и зимостойкости имеет Gleditsia caspica. Данная особенность, несомненно, связана с географическим происхождением этого вида. Ареал естественного распространения Gleditsia caspica находится в Ленкоранской низменности с субтропическим океаническим климатом. Предложен метод диагностики морозоустойчивости видов рода Gleditsia. Для озеленительных посадок представляют интерес как наиболее зимостойкие и засухоустойчивые виды G. texana, G. triacanthos, с природным ареалом из Северной Америки.
Gleditsia texana
Gleditsia сaspica
Gleditsia triacanthos
Gleditsia triacanthos
F. inermis зимостойкость
морозоустойчивость
климатическая камера КХТ-0,22
1. Семенютина А.В., Климов А.Д. Анализ биоресурсов генофонда Robinia, Gleditsia для лесомелиоративных комплексов на основе изучения адаптации к стресс-факторам // Наука. Мысль. 2018. Т. 8. № 2. С. 33–45.
2. Семенютина А.В., Лазарев С.Е., Мельник К.А. Оценка репродуктивной способности представителей родовых комплексов и особенности их селекционного семеноведения в сухостепных условиях // World Ecology Journal. 2019. Т. 9. № 1. С. 1–23. DOI: 10.25726/NM.2019.66.65.001.
3. Калашникова Л.М., Бозиева А.М. Адаптация древесных интродуцентов к условиям городской среды // Молодежь в науке: Новые аргументы: международный молодежный сборник научных статей. Отв. ред. А.В. Горбенко. Липецк, 2018. С. 92–95.
4. Корниенко В.О., Калаев В.Н. Эколого-морфологические и биомеханические особенности Gleditsia triacanthos L. в условиях антропогенного загрязнения города Донецка // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2018. № 2. С. 143–151.
5. Mazía N., Chaneton E.J., Ghersa C.M. Disturbance types, herbaceous composition, and rainfall season determine exotic tree invasion in novel grassland. Biological Invasions. 2019. Vol. 21 (4). P. 1351–1363. DOI: 10.1007/s10530-018-1906-x.
6. Fernandez R.D., Ceballos S.J., Malizia A., Aragón R. Gleditsia triacanthos (Fabaceae) in Argentina: A review of its invasion Australian Journal of Botany. 2017. Vol. 65 (3). P. 203–213 DOI: 10.1071/BT16147.
7. Sosa B., Caballero N., Carvajales A., Mello A.L., Achkar M. Control of Gleditsia triacanthos in the national park Esteros of Farrapos and Uruguay river islands. Control de Gleditsia triacanthos en el parque nacional Esteros de Farrapos e islas del río Uruguay. Ecologia Austral. 2015. Vol. 25 (3). P. 250–254. DOI: 10.25260/EA.15.25.3.0.183.
8. Puglielli G., Laanisto L., Poorter H., Niinemets Ü. Global patterns of tree species biomass distribution with different shade and drought tolerance: evidence for multiple strategies. New Phytologist. 2021. Vol. 229 (1). P. 308–322. DOI: 10.1111/nph.16879.
9. Mazía N., Chaneton E.J., Ghersa C.M. Disturbance types, herbaceous composition, and rainfall season determine exotic tree invasion in novel grassland Biological Invasions. 2019. Vol. 21 (4). P. 1351–1363. DOI: 10.1007/s10530-018-1906-x.
10. Погодные сервисы [Электронный ресурс]. URL: http://pogoda-service.ru/ (дата обращения: 28.02.2021).
11. Семенютина А.В., Долгих А.А., Хужахметова А.Ш., Зеленяк А.К., Данилина Д.В., Костюков С.М., Богданов А.В., Соломенцева А.С. Методические указания по семеноведению древесных интродуцентов в условиях засушливой зоны: монография. М.: Российская акад. сельхоз. наук: ГНУ ВНИАЛМИ Россельхозакадемии, 2010. 56 с.
12. Андронова М.М. Зимостойкость и морозоустойчивость древесных видов в антропогенной среде европейского севера России // Успехи современного естествознания. 2018. № 5. С. 26–32. DOI: 10.17513/use.36750.

К роду растений Gleditsia относят около 12 видов, в культуре еще известны некоторые формы и гибриды. Распространен в Северной и Южной Америке и Восточной Азии. Известен в таких странах, как Япония, Китай, Корея и Монголия [1, 2].

Род Gleditsia попал в Европу в конце XVII в. Впервые культивировал его Комтон вблизи Лондона. В начале XVIII в. этот род получил широкое распространение в парках, а позднее – в защитных насаждениях всей Европы. В настоящее время виды Gleditsia хорошо распространены в Австралии, Венгрии, Болгарии, Румынии, Чехословакии и других странах Европы. В России Gleditsia культивируется с 1756 г., впервые в оранжерее сада Демидова под Москвой [3, 4].

Агроэкологические мероприятия в Волгоградской области ведутся в исключительно жестких климатических условиях. На рост и развитие древесных растений сильный отпечаток накладывают периодически повторяющиеся морозные зимы (-37 °С), засухи, которые порождают повреждения древесных пород и замедляют их рост и эффективность. Поиск новых высокоустойчивых к комплексу неблагоприятных природных факторов региона видов древесных растений является приоритетным направлением исследований в этом регионе.

Согласно предварительному литературному анализу и проведенным исследованиям представители рода Gleditsia благоприятно произрастают в условиях сухостепного региона, растения не требовательны к почвам и обладают высокими показателями засухоустойчивости [5–7].

В дендрологических коллекциях представлены три вида данного рода. Их комплексная оценка, изучение биоэкологических особенностей в условиях интродукции, роста и развития позволит выявить потенциал использования каждого вида в защитном лесоразведении и озеленении на территории Волгоградской области [8, 9].

Цель исследований – оценка морозоустойчивости и зимостойкости различных видов рода Gleditsia в условиях Волгоградской области методом промораживания в лабораторных (климатическая камера КХТ-0,22) и полевых условиях.

В задачи исследований входило:

- изучить состояние вопроса морозоустойчивости различных видов при экстремально низких температурах;

- изучить климатические условия холодного и теплого периодов в пределах ареалов искусственного и естественного распространения;

- дать оценку зимостойкости и морозоустойчивости видов рода Gleditsia в условиях каштановых почв.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования являлись Gleditsia: G. texana, G. сaspica, G. triacanthos, G. triacanthos, F. Inermis, произрастающие в дендрологических коллекциях ФНЦ агроэкологии РАН кадастр 34:34:000000:122; 34:34:060061:10. Цель исследований – биоэкологическое обоснование применения различных видов рода Gleditsia в сухостепных условиях Волгоградской области на основе изучения их развития и устойчивости.

Климатические условия холодного и теплого периодов в пределах ареалов искусственного и естественного распространения проводились с использованием интернет-сервисов [10].

Для определения морозоустойчивости побеги размещались в климатической камере КХТ-0,22 (рис. 1), которая прошла первичную аттестацию в соответствии с ГОСТ-Р-8.568-97,1; ГОСТ-Р-53616-2009; ГОСТ-Р. 53618-200. Камера позволяет проводить испытания по российским ГОСТам и международным стандартам. Система управления камеры функционирует на базе русскоязычного программируемого логического контроллера с цветной тактильной панелью оператора. Марка контроллера TEMI (Южная Корея).

missing image file

Рис. 1. Климатическая камера КХТ-0,22

Климатическая камера специализирована для выполнения проверок влияния температур по установленным программам с функцией передачи на тестируемое оборудование, с дальнейшими замерами характеристик в ходе тестирований.

Эксперимент имел два варианта: с температурой -37 °С и -41 °С. После промораживания нанесли на них одну-две капли красителя метиленовый синий (рис. 2). Диагностика живых и мертвых тканей проводилась методом окрашивания. Раствор метиленового голубого (100 мг/л) в 2,5 %-ном KH2PO4 через несколько минут окрашивает мертвые и нежизнеспособные клетки в синий цвет.

missing image file

Рис. 2. Проведение опыта с красителем метиленовый синий

Оценку зимостойкости различных видов рода Gleditsia в течение ряда лет (2010–2020 гг.) проводили в полевых условиях (табл. 1).

Таблица 1

Шкала зимостойкости (Методические указания… 2010) [11]

Балл

Диагностика зимостойкости по состоянию растений

Индекс обмерзания по наблюдениям в полевых условиях

Индекс обмерзания по наблюдениям в лабораторных условиях (КХТ-0,22 при -37 и -41 °С)

I

Не повреждаются в зимних условиях

1,0

1,0

II

Повреждаются на 50 % длины однолетние побеги

0,8

0,8

III

Повреждаются на 100 % длины однолетние побеги

0,6

0,6

IV

Обмерзают побеги (2–3-летние) и скелетные ветви

0,4

0,4

V

Погибает выше уровня снежного покрова надземная часть растений

0,2

0,2

VI

Вымерзают полностью (надземная и подземная части)

0

0

Индекс обмерзания определялся по фор- муле

Y = 100*λ*d∆ / h*d,

где d∆ – диаметр у основания обмерзшей части ветки, м;

λ – длина обмерзшей части ветки, м; h – высота растения, м;

d – диаметр ствола (ниже первой ветки), м [12].

Степень достоверности полученных результатов подтверждена многолетними экспериментальными исследованиями с применением современного оборудования и обработки метеорологических, лабораторных и натурных наблюдений. Объем: исследовано 40 деревьев, выполнено 400 замеров. Результаты исследований имеют статистически достоверную оценку на 95 % уровне значимости.

Результаты исследования и их обсуждение

Областью природного распространения Gleditsia triacanthos является центральная часть Северной Америки от западного Нью-Йорка и Пенсильвании до южной Миннесоты (43 ° с. ш.) и восточного Канзаса и на юг до северо-восточного Техаса и северной Джорджии. Часто встречается в лесных посадках.

G. texana произрастает в лесах, речных поймах, болотах и озерах. Отдельные деревья замечены в нижней части реки Бразос, вблизи населенных пунктов Бразория и Техас. Ареал произрастания Gleditsia в Северной Америке характеризуется умеренно субтропическим климатом, охватывающим южную часть континента от различных озер на востоке до реки Колумбия на Западе. Техас включает две климатические зоны. Так, на юге доминирует жаркий субтропический климат, а на севере и в центральной части – континентальный климат с теплым летом и холодной зимой. Средняя температура в центральной и северной частях в середине зимы колеблется от 0 °С до 18 °С, в июле повышается до 32 °С. Норма осадков за год в штате неоднозначна, наблюдается тенденция снижения количества осадков в восточном направлении.

Природным ареалом G. сaspica считается южная часть Ленкорани. Растет группами, единичными экземплярами в низинной и предгорной частях. Ареал естественного произрастания имеет влажный субтропический климат. Он характеризуется умеренно теплой зимой, сухим и жарким летом и дождливой осенью. Среднее количество осадков достигает 1600 мм, в основном осенью. Минимальную температуру можно заметить в начале года, а самый теплый период начинается в середине лета. Средняя летняя температура составляет около 18 °C (табл. 2).

Таблица 2

Климатические показатели в экспериментальных посадках и в естественных ареалах рода Gleditsia

Показатели

Экспериментальные посадки

Естественный ареал

Волгоград

Ленкорань

Техас

Начало зимнего периода, дата

2 декада ноября

1 декада декабря

3 декада ноября

Конец зимнего периода, дата

1 декада апреля

2 декада марта

3 декада марта

Минимальная температура воздуха, °С

-35

- 2

-5

Начало весеннего периода, дата

3 декада марта

1 декада марта

2 декада марта

Начало летнего периода, дата

1 декада мая

2 декада апреля

3 декада апреля

Первые сезонные заморозки

1 декада ноября

3 декада ноября

2 декада ноября

Последние весенние заморозки

3 декада апреля

3 декада февраля

3 декада марта

Максимальная температура воздуха, °С

Около 42

Около 32

Около 32

Волгоградская область относится к сухостепной зоне, климат континентальный. Характерными особенностями климата являются: активный ветровой режим в течение всего года, частый суховей, малое количество осадков, выпадающих чаще в виде ливней, сопровождающихся шквальным ветром и бурями.

Среднегодовая численность осадков составляет около 400 мм. Осадки распределяются за год неравномерно, что характерно для всего юго-востока Европейской части РФ. Большая часть осадков приходится на весенне-осенний период. Осадки летом выпадают в основном в форме недолгих дождей и не успевают пропитать землю (рис. 3).

missing image file

Рис. 3. Фиксация продолжительности холодных и теплых периодов в сравнении с естественными ареалами рода Gleditsia

Морозоустойчивость Gleditsia определялась по степени повреждений однолетних побегов. В первом варианте (-37 °С) все виды были незначительно повреждены. Во втором варианте (-41 °С) стойким оказался G. triacanthos, у G. сaspica обнаружено повреждение, что объясняется южным ареалом происхождения (рис. 4).

missing image file

А

missing image file

Б

Рис. 4. Морозоустойчивость побегов различных видов рода Gleditsia к низким температурам (промораживание в климатической камере КХТВ-0,22, А – температура – 37 °С, Б – температура 41 °С) 1 – G. texana, 2 – G. triacanthos, 3 – G. сaspica, 4 – G. triacanthos, F. inermis

Выявлено, что в экспериментальных посадках г. Волгограда лучше перезимовывают виды, ареал естественного распространения которых Северная Америка. Gleditsia caspica в сильные морозы подмерзает, так как ее побеги не успевают подготовиться к холодному времени года (табл. 3).

Таблица 3

Сравнительная оценка морозоустойчивости методом промораживания (-41 °С)

Группы

Виды

Индекс обмерзания

Критерий достоверности Стьюдента между группами

Степень морозоустойчивости

1

G. triacanthos

0,89 ± 0,04

t 1-2 = 2,3

Средняя

G. triacanthos, F. inermis

0,89 ± 0,03

G. texana

0,94 ± 0,04

Среднее

0,91 ± 0,04

2

G. caspica

0,71 ± 0,03

Низкая

Среднее

0,71 ± 0,03

Заключение

Устойчивость к комплексу неблагоприятных условий зимнего периода установлена в полевых условиях и согласуется с результатами методом промораживания в лабораторных условиях (КХТ-0,22).

Изменение морозоустойчивости различных видов рода Gleditsia происходит в зависимости от силы воздействия факторов внешней среды. Сравнительная характеристика экологической пластичности по отношению к низким отрицательным температурам показала, что самые низкие показатели зимостойкости имеет Gleditsia caspica. Данная особенность несомненно связана с географическим происхождением этого вида. Ареал естественного распространения Gleditsia caspica находится в Ленкоранской низменности с субтропическим океаническим климатом. В результате оценки морозоустойчивости и зимостойкости выявлено, что для озеленительных посадок в условиях региона сухостепной зоны перспективны G. texana, G. triacanthos. Их бесколючковые формы растений пригодны для уличных, ажурных групповых посадок и аллейных парковых насаждений. Колючие формы найдут применение при создании живых зеленых изгородей и стен.


Библиографическая ссылка

Семенютина А.В., Мельник К.А. К ВОПРОСУ МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ И ЗИМОСТОЙКОСТИ ВИДОВ РОДА GLEDITSIA L. В УСЛОВИЯХ РЕГИОНА СУХОСТЕПНОЙ ЗОНЫ // Успехи современного естествознания. – 2021. – № 4. – С. 33-38;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=37604 (дата обращения: 25.05.2022).

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