Влияние прореживания и азота на сезонную динамику дыхания корней сосны и ели

УДК

630*161.4:631.811.1

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2016.1.100

Аннотация

Изучена сезонная динамика дыхания корней сосны и ели в таежных фитоценозах Севера
в зависимости от условий светового и азотного питания. Выявлено, что корни древесных пород наиболее активно дышат (по выделению СО₂) в июне–июле (в период роста вегетативных органов), в августе (с окончанием роста побегов), несмотря на благоприятные погодные условия, интенсивность дыхания корневых систем у этих древесных пород снижается. В июле мелкие всасывающие корни сосны в сосняке лишайниковом при температуре 20,0 °С дышат с активностью 1,52 мг СО₂/(г сухой массы хвои×ч), в августе при такой же температуре их дыхание обычно не превышает 1,09 мг СО₂/(г×ч). Выборочные рубки в березняках черничных через 5…8 лет до 25…35 тыс. лк увеличивают освещенность под пологом, на 2 нед. сокращают период прогревания корнеобитаемого слоя почвы до активных для корней температур и в 1,4–1,9 раза усиливают дыхание корней угнетенной ели. Необходимый уровень освещенности, обеспечивающий успешную работу корней угнетенной ели в 53- и 59-летних березняках, достигается при вырубке 50…52 % березы по запасу. Азотные удобрения, вносимые в сосняки лишайниковые и березняки черничные, увеличивают дыхание корней сосны и ели в 1,4–1,7 раза и интенсифицируют физиологическую деятельность всего дерева. Рекомендуемая доза азота, обеспечивающая активную работу корневых систем деревьев, составляет около 180 кг действующего вещества/1 га. Повышенные дозы азота, как и его недостаток, при обычных климатических условиях подавляют энергетическую активность корней, нарушают физиологическую
и ростовую активность в надземных частях дерева, в дождливую погоду они повышают выделение СО₂ корнями. Выборочные рубки в березняках черничных усиливают деятельность корневой системы угнетенной ели, незначительно снижая при этом положительное действие на дыхательный метаболизм корней вносимого в древостои азота. Установлено, что по интенсивности дыхания корней, можно реально определить и установить такие параметры разреживания древесного полога и дозы вносимой минеральной подкормки, которые будут соответствовать наибольшему повышению продуктивности насаждения.

Сведения об авторах

© Л.В. Зарубина¹, канд. с.-х. наук, доц.

В.Н. Коновалов², д-р с.-х. наук, проф.

¹Вологодская государственная молочнохозяйственная академия
имени Н.В. Верещагина, ул. Шмидта, 2, с. Молочное, г. Вологда, Россия, 160555;
e-mail: Liliva270975@yandex.ru

²Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002; e-mail: v.konovalov@agtu.ru

Ключевые слова

дыхание корней, сосна, ель, азот, рубки

Литература

1. Абражко М.А. Влияние азотных удобрений на изменение массы и фракционный состав корней ели // Лесоведение. 1986. № 6. С. 75–80.

2. Андреева Т.Ф. Фотосинтез и азотный обмен растений // Физиология фотосинтеза. М.: Наука, 1982. С. 89–104.

3. Банева Н.А. Реакция мелких корней на азотное удобрение // Лесоведение. 1990. № 2. С. 62–71.

4. Вальтер О.А., Пиневич Л.М., Варасова Н.Н. Практикум по физиологии растений с основами биохимии. М.; Л.: Сельхозиздат, 1957. 341 с.

5. Веретенников А.В., Коновалов В.Н. Влияние осушения на интенсивность дыхания корней Picea abies (Pinacea abies Karst. (Pinaceae)) в ельнике осоково-сфагновом северной подзоны тайги // Бот. журн. 1979. Т. 64. С. 252–254.

6. Зарубина Л.В., Коновалов В.Н. Влияние рубок на фотосинтез и отток ¹⁴С-ассимилятов у подроста ели в березняках черничных // Вестн. Поморского ун-та. 2011. № 3. С. 49–54.

7. Захарин А.А. Метод регистрации быстрой кинетики роста корней и надземных органов проростков // Физиология растений. 1993. Т. 40, № 6. С. 940–946.

8. Колосов И.И. Поглотительная деятельность корневых систем растений. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 182 с.

9. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Биологические особенности подроста ели
в березняках черничных после выборочных рубок // Вестник КрасГАУ. 2011. № 8.
С. 99–104.

10. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Влияние дозы азота при подкормках на отток ¹⁴С-ассимилятов у сосны в сосняках лишайниковых // Лесн. журн. 2012. № 1. С. 7–13. (Изв. высш. учеб. заведений).

11. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Эколого-физиологические особенности хвойных на удобренных почвах. Архангельск: Изд-во САФУ, 2011. 338 с.

12. Коновалов В.Н., Листов А.А. Влияние условий минерального питания на дыхание корней сосны обыкновенной // Лесн. журн. 1989. № 4. С. 15–19. (Изв. высш. учеб. заведений).

13. Кулаева О.Н. К вопросу о влиянии корневой системы на обмен веществ // Роль минеральных элементов в обмене веществ и продуктивности растений. М.: Наука, 1964. С. 224–229.

14. Кулаева О.Н. Гормональная регуляция физиологических процессов у растений на уровне синтеза РНК и белка // 41-е Тимирязевское чтение. М.: Наука, 1982. 82 с.

15. Курсанов А.Л. Транспорт ассимилятов в растении. М.: Наука, 1976. 647 с.

16. Мамаев В.В. Суточные изменения интенсивности выделения СО₂ у корневых мочек сосны и березы в природных условиях // Лесоведение. 1983. № 3. С. 33–38.

17. Меняйло Л.Н. Гормональная регуляция ксилогенеза хвойных. Новосибирск: Наука СО, 1987. 185 с.

18. Обручева Н.В. Физиологическая характеристика зон корня // Роль минеральных элементов в обмене веществ и продуктивности растений. М.: Наука, 1964.
С. 259–265.

19. Орлов А.Я., Кошельков С.П., Петров-Спиридонов А.А. Применение азотных удобрений для ускорения роста елового подроста на вырубках // Лесоведение. 1987. № 5. С. 20–28.

20. Орлов А.Я., Кошельков С.П. Почвенная экология сосны. М.: Наука, 1971. 323 с.

21. Пешкова А.А. Ассимиляция азота в корнях и листьях проростков кукурузы
в темноте и на свету//Физиология растений. 1991. Т. 38, № 1. С. 86–93.

22. Рахтеенко И.Н. Рост и взаимодействие корневых систем древесных растений. Минск: Изд-во АН БССР, 1963. 254 с.

23. Репка И., Сарыч М., Марек Й. Влияние недостатка макроэлементов на структуру хлоропластов и продуктивность фотосинтеза у растений кукурузы // Физиология растений. 1971. Т. 18, вып. 6. С. 1107–1112.

24. Рубин А.Б., Германова В.Ф. О синтезе пигментов в корнях//ДАН СССР. 1959. Т. 124, № 4. С. 940–943.

25. Сабинин Д.А. Физиологические основы питания растений. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 474 с.

26. Смирнов В.В. Сезонный рост главнейших древесных пород. М.: Наука, 1964. 167 с.

27. Чернобровкина Н.П. Экофизиологическая характеристика использования азота сосной обыкновенной. СПб.: Наука, 2001. 175 с.

28. Щербаков А.П. Калий как регулятор ферментативных процессов в растениях. Сообщение 1//Тр. ИФР АН СССР. 1946. Т. 1, вып. 2. С. 116–128.

29. Щербаков А.П. Калий как регулятор ферментативных процессов в растениях. Сообщение 2// Тр. ИФР АН СССР. 1948. Т. 1, вып. 1. С. 180–192.

30. Mannerkoski H., Miyazawa T. Growth disturhances and needie and soit nutrient contents on a NPK – fertilized scots pine plantation on a druined smalt–sedge bog //
Cjmmun. Inst. Foresski. 1983. N 116. Р. 85–91.

31. Michniewicz M., Stopinska J. The effect of nitrogen nutrition on growth and on plant hormones content in scots pine (Pinus silvestris L.) seedlings grown under light of different intensity//Acta Soc. Bot. Pol. 1980. Vol. 45. N 3. Р. 221–234.

32. Michniewicz M., Stopinska J. The effect potassium nutrition on growth and on plant hormones content in scots pine (Pinus silvestris L.) seedlings grown under light of different intensity//Acta Soc. Bot. Pol. 1980. Vol. 49. N 3. Р. 235–244.

Поступила 15.10.14

Ссылка на английскую версию:

Impact of Thinning and Nitrogen on Seasonal Dynamics of Pine and Spruce Root Respiration

UDC 630^*161.4:631.811.1

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2016.1.100

Impact of Thinning and Nitrogen on Seasonal Dynamics of Pine and Spruce Root Respiration

L.V. Zarubina¹, Candidate of Agricultural Sciences, Associate Professor

V.N. Konovalov², Doctor of Agricultural Sciences, Professor

¹Vologda State Dairy Farming Academy by N.V. Vereshchagin, Schmidt st., 2, Molochnoe, Vologda, 160555, Russian Federation; e-mail: Liliva270975@yandex.ru

²Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov,
Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;
e-mail: v.konovalov@agtu.ru

The paper studies the seasonal dynamics of pine and spruce root respiration in the northern taiga plant communities, depending on the light conditions and nitrogenous nutrition. The highest respiration rate (releasing CO₂) of roots of woody plants is observed in June and July in the period of the growth of the vegetative organs. In August when the shoot growth is completed, the intensity of pine and spruce root respiration rate decreases in spite of the favorable weather conditions. In July the respiration rate of absorbing pine roots in a lichen pine forest at the temperature of 20.0 °C is 1.52 mg CO₂ per g needle dry weight. In August the respiration rate at the same temperature does not normally exceed 1.09 mg CO₂. Selective cutting in the bilberry birch forests increases in 5–8 years the illumination under the canopy by 25–35 thous. lx, reduces the warming-up period of a soil root zone up to the root active temperature by 2 weeks, intensifies the root respiration rate of the overtopped spruce by 1.4–1.9 times. The illumination necessary for the efficient root activity of the overtopped spruce in the 53-, 59-years-old birch forests is reached by cutting of 50–52 % of birch growing stock. Nitrogen fertilizers, applied in the lichen pine forests and bilberry birch forests, increase the root respiration rate of pine and spruce by 1.4–1.7 times and intensify physiological activity of a tree. The nitrogen dosage necessary for the efficient activity of the tree root systems is approximately 180 kg of the primary nutrient per 1 ha. Both the increase and deficiency of a nitrogen dosage under the normal climate conditions reduce the energy rate of pine and spruce roots, disturb the physiological activity and growth rate in the aboveground tree portions. In the rainy conditions they intensify CO₂ releasing rate by the roots. Selective cutting in the bilberry birch forests intensifies the root activity of the overtopped spruce. Positive influence of nitrogen applied in the forest stands on the root respiratory metabolism as a result of the root competition for food is slightly reduced. According to the intensity of roots breathing, it is possible to define and set the parameters of thinning out of wood canopy and a dose of mineral feed for the highest productivity of plantings.

Keywords: root respiration, pine, spruce, nitrogen, cutting.

REFERENCES

1. Abrazhko M.A. Abrazhko M.A. Vliyanie azotnykh udobreniy na izmenenie
massy i fraktsionnyy sostav korney eli [Effect of Nitrogen Fertilizer on the Change in
Mass and Fractional Composition of Spruce Roots]. Lesovedenie, 1986, no. 6,
pp. 75–80.

2. Andreeva T.F. Andreeva T.F. Fotosintez i azotnyy obmen rasteniy [Photosynthesis and Nitrogen Metabolism of Plants]. Fiziologiya fotosinteza, 1982, pp. 89–104.

3. Baneva N.A. Reaktsiya melkikh korney na azotnoe udobrenie [The Response of Fine Roots on the Nitrogen Fertilizer]. Lesovedenie, 1990, no. 2, pp. 62–71.

4. Walter O.A., Pinevich L.M., Varasova N.N. Praktikum po fiziologii rasteniy s osnovami biokhimii [Practical Course of Plant Physiology with the Principles of Biochemistry]. Moscow; Leningrad, 1957. 341 p.

5. Veretennikov A.V., Konovalov V.N. Vliyanie osusheniya na intensivnost' dykhaniya korney Picea abies (Pinacea abies Karst. (Pinaceae)) v el'nike osokovo-sfagnovom severnoy podzony taygi [The Influence of Drainage on the Respiration Rate
of the Roots of Picea abies (Pinacea abies Karst. (Pinaceae)) in the Sedge-Sphagnum Spruce Forest of the Northern Taiga Subzone]. Botanicheskiy zhurnal, 1979, vol. 64,
pp. 252–254.

6. Zarubina L.V., Konovalov V.N. Vliyanie rubok na fotosintez i ottok ¹⁴C-assimilyatov u podrosta eli v bereznyakakh chernichnykh [Effect of Cutting on the Photosynthesis and the ¹⁴C-Assimilates Outflow in Spruce Undergrowth in the Bilberry Birch Forests]. Vestnik Pomorskogo universiteta, 2011, no. 3, pp. 49–54.

7. Zakharin A.A. Metod registratsii bystroy kinetiki rosta korney i nadzemnykh organov prorostkov [The Method of Recording of Fast Kinetics of Roots Growth and Overground Seedlings]. Fiziologiya rasteniy, 1993, vol. 40, no. 6, pp. 940–946.

8. Kolosov I.I. Poglotitel'naya deyatel'nost' kornevykh sistem rasteniy [The Absorbing Activity of the Root Systems of Plants]. Moscow, 1962. 182 р.

9. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Biologicheskie osobennosti podrosta eli v bereznyakakh chernichnykh posle vyborochnykh rubok [Biological Features of Spruce Undergrowth in the Bilberry Birch Forests after Selective Cuttings]. Vestnik KrasGAU, 2011, no. 8, pp. 99–104.

10. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Vliyanie dozy azota pri podkormkakh na ottok ¹⁴C-assimilyatov u sosny v sosnyakakh lishaynikovykh [Impact of Nitrogen Dose on the ¹⁴C-Assimilates Outflow in Pine Trees at the Lichen Pine Forests]. Lesnoy zhurnal, 2012, no. 1, pp. 7–13.

11. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Ekologo-fiziologicheskie osobennosti khvoynykh na udobrennykh pochvakh [Ecological and Physiological Features of Coniferous at the Fertilized Soils]. Arkhangelsk, 2011. 338 p.

12. Konovalov V.N., Listov A.A. Vliyanie usloviy mineral'nogo pitaniya na dykhanie korney sosny obyknovennoy [The Influence of Mineral Nutrition Conditions on Root Respiration of Scots Pine]. Lesnoy zhurnal, 1989, no. 4, pp. 15–19.

13. Kulaeva O.N. K voprosu o vliyanii kornevoy sistemy na obmen veshchestv [On the Effect of the Root System on the Metabolism]. Rol' mineral'nykh elementov v obmene veshchestv i produktivnosti rasteniy [The Role of Mineral Elements in Metabolism and Plant Productivity]. Moscow, 1964, pp. 224–229.

14. Kulaeva O.N. Gormonal'naya regulyatsiya fiziologicheskikh protsessov u rasteniy na urovne sinteza RNK i belka [Hormonal Regulation of Physiological Processes in Plants at the RNA Level and Protein Synthesis]. 41-e Timiryazevskoe chtenie [The 41st Timiryazev Reading]. Moscow, 1982. 82 p.

15. Kursanov A.L. Transport assimilyatov v rastenii [Assimilate Transport in Plants]. Moscow, 1976. 647 p.

16. Mamaev V.V. Sutochnye izmeneniya intensivnosti vydeleniya CO₂ u kornevykh mochek sosny i berezy v prirodnykh usloviyakh [Daily Variations in Intensity of CO₂ Emissions from Root Fibrils of Pine and Birch Trees in Natural Conditions]. Lesovedenie, 1983, no. 3, pp. 33–38.

17. Menyaylo L.N. Gormonal'naya regulyatsiya ksilogeneza khvoynykh [Hormonal Regulation of Xylogenesis in Conifers]. Novosibirsk, 1987. 185р.

18. Obrucheva N.V. Fiziologicheskaya kharakteristika zon kornya [Physiological Characteristic of the Root Zones]. Rol' mineral'nykh elementov v obmene veshchestv i produktivnosti rasteniy [The Role of Mineral Elements in Metabolism and Plant Productivity]. Moscow, 1964, pp. 259–265.

19. Orlov A.Ya., Koshel'kov S.P., Petrov-Spiridonov A.A. Primenenie azotnykh udobreniy dlya uskoreniya rosta elovogo podrosta na vyrubkakh [The Use of Nitrogen Fertilizers to Accelerate the Growth of Spruce Young Growth in the Cuttings]. Lesovedenie, 1987, no. 5, pp. 20–28.

20. Orlov A.Ya., Koshel'kov S.P. Pochvennaya ekologiya sosny [Soil Ecology of Pine Trees]. Moscow, 1971. 323 p.

21. Peshkova A.A. Assimilyatsiya azota v kornyakh i list'yakh prorostkov kukuruzy v temnote i na svetu [Assimilation of Nitrogen in the Roots and Leaves of Maize Seedlings in the Dark and the Light]. Fiziologiya rasteniy, 1991, vol. 38, no. 1, pp. 86–93.

22. Rakhteenko I.N. Rost i vzaimodeystvie kornevykh sistem drevesnykh
rasteniy [The Growth and Interaction of the Root Systems of Woody Plants]. Minsk, 1963. 254 p.

23. Repka I., Sarych M., Marek Y. Vliyanie nedostatka makroelementov na strukturu khloroplastov i produktivnost' fotosinteza u rasteniy kukuruzy [Effect of Lack of Macronutrients on the Chloroplast Structure and Productivity of Photosynthesis in Maize Plants]. Fiziologiya rasteniy, 1971, vol. 18, no. 6, pp. 1107–1112.

24. Rubin A.B., Germanova V.F. O sinteze pigmentov v kornyakh [On the Pigment Synthesis in the Roots]. Doklady Akademii Nauk SSSR [Reports of the Academy of Sciences of the USSR], 1959, vol. 124, no. 4, pp. 940–943.

25. Sabinin D.A. Fiziologicheskie osnovy pitaniya rasteniy [Physiological Bases of Plant Nutrition]. Moscow, 1955. 474 p.

26. Smirnov V.V. Sezonnyy rost glavneyshikh drevesnykh porod [Seasonal Growth of the Main Tree Species]. Moscow, 1964. 167 p.

27. Chernobrovkina N.P. Ekofiziologicheskaya kharakteristika ispol'zovaniya azota sosnoy obyknovennoy [Ecophysiological Characteristic of Nitrogen Use by Scots Pine]. St. Petersburg, 2001. 175 p.

28. Shcherbakov A.P. Kaliy kak regulyator fermentativnykh protsessov v rasteniyakh. Soobshchenie 1 [Potassium as a Regulator of Fermentative Processes in Plants. Report 1]. Tr. IFR AN SSSR [Proc. of the Institute of Plant Physiology of the Academy of Sciences of the USSR], 1946, vol. 1, iss. 2, pp. 116–128.

29. Shcherbakov A.P. Kaliy kak regulyator fermentativnykh protsessov v rasteniyakh. Soobshchenie 2 [Potassium as a Regulator of Fermentative Processes in Plants. Report 2]. Tr. IFR AN SSSR [Proc. of the Institute of Plant Physiology of the Academy of Sciences of the USSR], 1948, vol. 1, iss. 1, pp. 180–192.

30. Mannerkoski H., Miyazawa T. Growth Disturbances and Needle and Soil Nutrient Contents in a NPK-Fertilized Scots Pine Plantation on a Drained Small-Sedge Bog. Communicationes Instituti Forestalis Fenniae, 1983, no. 116, pp. 85–91.

31. Michniewicz M., Stopinska J. The Effect of Nitrogen Nutrition on Growth and on Plant Hormones Content in Scots Pine (Pinus silvestris L.) Seedlings Grown Under Light of Different Intensity. Acta Soc. Bot. Pol., 1980, vol. 45, no. 3, pp. 221–234.

32. Michniewicz M., Stopinska J. The Effect of Potassium Nutrition on Growth and on Plant Hormones Content in Scots Pine (Pinus silvestris L.) Seedlings Grown Under Light of Different Intensity. Acta Soc. Bot. Pol., 1980, vol. 49, no. 3, pp. 235–244.

Received on October 15, 2014