О границах ареала карельской березы

УДК

582.632.1:581.52

DOI:

10.37482/0536-1036-2020-6-9-21

Аннотация

В статье приводятся сведения об использовании наиболее известных принципов, применяемых при картировании мест нахождения природных популяций карельской березы Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti – одного из самых интересных представителей лесной дендрофлоры. На основании обобщения и анализа накопленных за последние почти 100 лет литературных данных, а также собственных натурных исследований, выполненных в последние десятилетия практически на всей территории естественного произрастания карельской березы, сделан вывод, что границы ее ареала, выделенные в середине прошлого века и по сути с тех пор не пересматривавшиеся, не отражают современную ситуацию. Указаны основные факторы и причины, определяющие необходимость их пересмотра. При этом для установления местоположения границ ареала предлагается использовать популяционный подход, а в качестве ключевого звена – величину критической численности природных популяций, ниже которой их длительное существование становится невозможным. В рамках такого подхода границы ареала зависят от границ локальных популяций (а не местоположения отдельных деревьев или небольших групп деревьев), численность которых не должна быть ниже критической величины, предположительно составляющей для карельской березы порядка 100–500 деревьев. Представлена картосхема ареала карельской березы, границы которого определены с помощью указанного подхода. Особое внимание уделяется вопросу установления величины минимальной численности популяций, необходимой для сохранения их генетического разнообразия. Рассмотрены преимущества использования популяционного подхода для определения границ ареала карельской березы с обязательным учетом ее биологических особенностей, который, по мнению авторов, позволяет более точно фиксировать местоположение границ ареала; отражает естественную историю формирования таксона (хотя еще не получившего официально статус самостоятельного вида) и его ареала; без серьезных затруднений может быть скорректирован (например, в зависимости от масштабов реинтродукции) и окажется полезным при выработке стратегии природоохранных и других мероприятий, направленных на сохранение и воспроизводство этого уникального представителя лесной дендрофолоры.
Финансирование: Осуществлялось из средств федерального бюджета в рамках выполнения государственного задания ФИЦ КарНЦ РАН (Институт леса КарНЦ РАН, Институт биологии КарНЦ РАН и Отдел комплексных научных исследований КарНЦ РАН).

Сведения об авторах

Л.В. Ветчинникова¹, д-р биол. наук, доц., гл. науч. сотр.; ResearcherID: J-5665-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2091-905X
А.Ф. Титов^2,3, чл.-кор. РАН, д-р биол. наук, проф., гл. науч. сотр.;
ResearcherID: A-6705-2014, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6880-2411
¹Институт леса Карельского научного центра РАН, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185910; e-mail: vetchin@krc.karelia.ru
²Институт биологии Карельского научного центра РАН, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185910
³Отдел комплексных научных исследований Карельского научного центра РАН, ул. Пушкинская, д. 11, г. Петрозаводск, Республика Карелия, Россия, 185910; e-mail: titov@krc.karelia.ru

Ключевые слова

карельская береза Betula pendula Roth. var. carelica (Mercklin) HämetAhti, ареал, численность популяций, северо-западная часть континентальной Европы

Для цитирования

Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. О границах ареала карельской березы
// Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 6. С. 9–21. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-6-9-21

Литература

1. Алтухов Ю.П. Генетика популяций и сохранение биоразнообразия // Соросовский образовательный журнал. 1995. № 1. C. 32–43. [Altukhov Yu.P. Population Genetics and Biodiversity Conservation. Sorosovskiy obrazovatel’nyy zhurnal [Soros Educational Journal], 1995, no. 1, pp. 32–43].
2. Алтухов Ю.П. Генетические процессы в популяциях. М.: Академкнига, 2003. 431 с. [Altukhov Yu.P. Genetic Processes in Populations. Moscow, Akademkniga Publ., 2003. 431 p.].
3. Алтухов Ю.П., Салменкова Е.А., Курбатова О.Л., Политов Д.В., Евсюков А.Н., Жукова О.В., Захаров И.А., Моисеева И.Г., Столповский Ю.А., Пухальский В.А. Поморцев А.А., Упелниек В.П., Калабушкин Б.А. Динамика популяционных генофондов при антропогенных воздействиях / под ред. Ю.П. Алтухова. М.: Наука, 2004. 620 с. [Altukhov Yu.P., Salmenkova E.A., Kurbatova O.L., Politov D.V., Evsyukov A.N., Zhukova O.V., Zakharov I.A., Moiseyeva I.G., Stolpovskiy Yu.A., Pukhal’skiy V.A., Pomortsev A.A., Upelniyek V.P., Kalabushkin B.A. Dynamics of Population Gene Pools under Antropogenic Pressures. Ed. By Yu.P. Altukhov. Moscow, Nauka Publ., 2004. 620 p.].
4. Ветчинникова Л.В. Карельская береза и другие редкие представители рода Betula L. М.: Наука, 2005. 269 с. [Vetchinnikova L.V. Karelian Birch and Other Rare Representatives of the Genus Betula L. Moscow, Nauka Publ., 2005. 269 p.].
5. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Происхождение карельской березы: эколого- генетическая гипотеза // Экол. генетика. 2016. Т. 14, № 2. С. 3–18. [Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Genesis of the Karelian Birch. An Ecogenetic Hypothesis. Ekologicheskaya genetika [Ecological Genetics], 2017, vol. 14, no. 2, pp. 3–18]. DOI: 10.17816/ecogen1423-18
6. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза в заказниках Республики Карелия: история, современное состояние и проблемы // Ботан. журн. 2018. Т. 103, № 2. С. 256–265. [Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Karelian Birch in Sanctuaries in the Republic of Karelia: History, Current State, Problems. Botanicheskii Zhurnal, 2018, vol. 103, no. 2, pp. 256–265]. DOI: 10.1134/S0006813618020096
7. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф. Карельская береза – уникальный биологический объект // Успехи современной биологии. 2019. Т. 139, № 5. С. 419–433. [Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Karelian Birch – a Unique Biological Object. Uspehi sovremennoj biologii [Biology Bulletin Reviews], 2020, vol. 139, no. 5, pp. 419–433. DOI: 10.1134/S0042132419050107
8. Ветчинникова Л.В., Титов А.Ф., Кузнецова Т.Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 312 c. [Vetchinnikova L., Titov A., Kuznetsova T. Curly Birch: Biological Characteristics, Resource Dynamics, and Reproduction. Petrozavodsk, KarRC RAS Publ., 2013. 312 p.].
9. Евдокимов А.П. Биология и культура карельской березы. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 228 с. [Evdokimov A.P. Biology and Crop of Curly Birch. Leningrad, LSU Publ., 1989. 228 p.].
10. Ермаков В.И. Механизмы адаптации березы к условиям Севера. Л.: Наука, 1986. 144 с. [Ermakov V.I. Mechanisms of Birch Adaptation to the Conditions of the North. Leningrad, Nauka Publ., 1986. 144 p.].
11. Ильинов А.А., Раевский Б.В. Сравнительная оценка генетического разнообразия естественных популяций и клоновых плантаций сосны обыкновенной и ели финской в Карелии // Экол. генетика. 2015. T. 13, № 4. C. 55–67. [Ilinov A.A., Raevsky B.V. Genetic Diversity Comparative Evaluation of Pinus sylvestris L. and Picea x fennica (Regel) Kom. Native Populations and Clonal Seed Orchards in Russian Karelia.
Ekologicheskaya genetika [Ecological Genetics], 2015, vol. 13, no. 4, pp. 55–67]. DOI: 10.17816/ecogen13455-67
12. Красная книга Владимирской области. Владимир: Транзит-ИКС, 2010. 399 c. [The Red Book of the Vladimir Region. Vladimir, Tranzit-IKS Publ., 2010. 399 p.].
13. Красная книга Республики Карелия. Петрозаводск: Карелия, 2007. 368 c. [The Red Book of the Republic of Karelia. Petrozavodsk, Kareliya Publ., 2007. 368 p.].
14. Литвак П.В. Карельская береза (Betula verrucosa var. carelica Soc.) в Украiнському полiссi // Укр. ботан. журн. 1968. Т. 25, № 1. C. 103–106. [Litvak P.V. Curly Birch (Betula verrucosa var. carelica Soc.) in Ukrainian Polesia. Український ботанічний журнал [Ukrainian Botanical Journal], 1968, vol. 25, no. 1, pp. 103–106].
15. Марков М.В. Популяционная биология растений. М.; Т-во науч. изд. КМК, 2012. 387 с. [Markov M.V. Population Biology of Plants. Moscow, KMK Publ., 2012. 387 p.].
16. Матвеева Т.В., Машкина О.С., Исаков Ю.Н., Лутова Л.А. Молекулярная паспортизация клонов карельской березы при помощи ПЦР с полуслучайными праймерами // Экол. генетика. 2008. T. 6, № 3. C. 18–23. [Matveeva T.V., Mashkina O.S., Isakov Y.N., Lutova L.A. Molecular Passportization of Clones of Karelian Birch Using PCR with Semi-Specific Primers. Ekologicheskaya genetika [Ecological Genetics], 2008, vol. 6, no. 3, pp. 18–23]. DOI: 10.17816/ecogen6318-23
17. Милютин Л.И. Генетико-эволюционные основы устойчивости лесных экосистем // Лесоведение. 2003. № 1. С. 16–20. [Milyutin L.I. Genetic and Evolutionary Bases of Forest System Stability. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2003, no. 1, pp. 16–20].
18. Молотков П.И. Проявление признаков «кареловости» у березы при выращивании ее в районе г. Харькова // Лесоводство и агролесомелиорация. 1984. Вып. 69. C. 21–23. [Molotkov P.I. Development of Nature Wood Patterns in Curly Birch When Growing It in the Vicinity of Kharkov. Lesovodstvo i agrolesomelioratsiya, 1984, iss. 69, pp. 21–23].
19. Падутов В.Е. Генетические ресурсы сосны и ели в Беларуси. Гомель: ИЛ НАН Беларуси, 2001. 144 с. [Padutov V.E. Genetic Resources of Pine and Spruce in Belarus. Gomel, IL NAS Belarus, 2001. 144 p.].
20. Падутов В.Е., Хотылева Л.В., Баранов О.Ю., Ивановская С.И. Генетические эффекты трансформации лесных экосистем // Экол. генетика. 2008. T. 6, № 1. C. 3–11. [Padutov V.E., Khotyleva L.V., Baranov O.Yu., Ivanovskaya S.I. Genetic Effects of Transformation of Forest Ecosystems. Ekologicheskaya genetika [Ecological Genetics], 2008, vol. 6, no. 1, pp. 3–11]. DOI: 10.17816/ecogen613-11
21. Побирушко В.Ф. Распространение и изменчивость березы карельской в Беларуси // Ботаника: сб. науч. тр. Минск: Навука i тэхнiка, 1992. Вып. 31. С. 31–39. [Pobirushko V.F. Distribution and Variability of Karelian Birch in Belarus. Botany: Collection of Academic Papers. Minsk, Navuka i tekhnika Publ., 1992, iss. 31, pp. 31–39].
22. Попов С.Ю. Ценотическое распределение и экологические предпочтения Betula pendula и Betula pubescens в Центральной России // Журн. общей биологии. 2017. Т. 78, № 2. С. 61–73. [Popov S.Yu. Coenotic Distribution and Ecological Preferences of Betula pendula and Betula pubescens in Central Russia. Zhurnal obshchey biologii [Journal of General Biology], 2017, vol. 78, no. 2, pp. 61–73].
23. Сакс К.А., Бандер В.Л. Опыт по выращиванию карельской березы в Латвийской ССР // Лесная генетика, селекция и семеноводство. Петрозаводск: Карелия, 1970. C. 294–300. [Saks K.A., Bander V.L. Experience in Curly Birch Growing in the Latvian SSR. Forest Genetics, Selection, and Seed-Breeding. Petrozavodsk, Kareliya. Publ., 1970. C. 294–300].
24. Соколов Н.О. Карельская береза. Петрозаводск: Гос. изд-во Кар.-Фин. ССР, Сортавал. кн. тип., 1950. 116 с. [Sokolov N.O. Curly Birch. Petrozavodsk, Gosudarstvennoye izdatelstvo Karelo-Finskoy SSR, 1950. 116 p.].
25. Сулей М. Пороги для выживания: поддержание приспособленности и эволюционного потенциала // Биология охраны природы / под ред. М. Сулея, Б. Уилкокса. М.: Мир, 1983. C. 177–196. [Soulé M.E. Thresholds for Survival: Maintaining Fitness and Evolutionary Potential. Conservation Biology: An Evolutionary-Ecological Perspective. Translated into Russian. Ed. by M.E. Soulé, B.M. Wilcox. Moscow, Mir Publ., 1983, pp. 177–196].
26. Франклин Я. Эволюционные изменения в небольших популяциях // Биология охраны природы / под ред. М. Сулея, Б. Уилкокса. М.: Мир, 1983. C. 160–174. [Franklin I.R. Evolutionary Changes in Small Populations. Conservation Biology: An Evolutionary-Ecological Perspective. Translated into Russian. Ed. by M.E. Soulé, B.M. Wilcox. Moscow, Mir Publ., 1983, pp. 160–174].
27. Хедрик Ф. Генетика популяций. М.: Техносфера, 2003. 588 с. [Hedrick P.W. Genetics of Populations. Translated into Russian. Moscow, Technosphera Publ., 2003. 588 p.].
28. Шигапов З.Х. Внутривидовая изменчивость и дифференциация видов семейства Pinaceae на Урале: автореф. дис. … д-ра биол. наук. Пермь, 2005. 47 с. [Shigapov Z.Kh. Intraspecific Variability and Differentiation of Species of the Pinaceae Family in the Urals: Dr. Biol. Sci. Diss. Abs. Perm, 2005. 47 p.].
29. Яблоков А.В. Популяционная биология. М.: Высш. шк., 1987. 303 с. [Yablokov A.V. Population Biology. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1987, 303 p.].
30. Consensus Document on the Biology of European White Birch (Betula pendula Roth). Series on Harmonisation of Regulatory Oversight in Biotechnology, No. 28. Paris, OECD, 2003. 46 p.
31. Emanuelsson J. The Natural Distribution and Variation of Curly Birch (Betula pendula Roth var. carelica (Merkl.) Sok.) in Sweden: Examensarbete i ämnet skogsskötsel. Umeå, Institutionen för skogsskötsel sveriges lantbruksuniversitet, 1999. 54 p.
32. Etholén K. Kokemuksia visakoivun kasvatuksesta lapissa [Experimental Growing of Curly Birch in Finnish Lapland]. Silva Fennica, 1978, vol. 12, no. 4, pp. 264–274. DOI: 10.14214/sf.a14865
33. Hagqvist R., Mikkola A. Visakoivun kasvatus ja käyttö. Metsäkustannus Oy, 2008. 168 s.
34. Hejtmánek J. Betula pendula var. carelica Sokolov v Československu. Preslia, 1957, vol. 29, pp. 264–268.
35. Isidorov V.A., Marcin S., Vetchinnikova L. Inheritance of Specific Secondary Volatile Metabolites in Buds of White Birch Betula pendula and Betula pubescens Hybrids. Trees, 2019, vol. 33, iss. 5, pp. 1329–1344. DOI: 10.1007/s00468-019-01861-2
36. Kleinschmit J. Konsequenzen aus Birkenzüchtung für die forstliche Praxis. Forst und Holz, 2002, Jg. 57, Nr. 15/16, S. 470–475.
37. Kosonen M., Leikola M., Hagqvist R., Mikkola A., Välitalo H. Visakoivu [Curly Birch]. Metsälehti Kustannus, 2004. 208 p.
38. Lindquist B. Forstgenetik in der schwedischen Waldbaupraxis. Radebene und Berlin, Neumann Verlag, 1954. 156 S.
39. Mikkelä H. Guide to the Montell Trail in the Punkaharju Experimental Area. Helsinki, Finnish Forest Research Institute, 1992. 27 p.
40. Pagan J., Paganová V. Breza biela svalcovita (Betula alba L. var. carelika Merk.) na Slovensku [Curly Birch in Slovakia]. Zvolen, Technicka univerzita, 1994. 75 s.
41. Paganová V. Analysis of Inheritance and Growth of Curly Birch Progenies from Controlled Hybridisation and Possibilities of their Utilisation for Timber Production in Agricultural Landscape. Czech Journal of Genetics and Plant Breeding, 2004, vol. 40, no. 2, pp. 51–62. DOI: 10.17221/3700-CJGPB
42. Saarnio R. Viljeltyjen visakoivikoiden laatu ja kehitys Etelä-Suomessa [The Quality and Development of Cultivated Curly-Birch (Betula verrucosa f. carelica Sok.) Stands in Southern Finland], Folia Forestalia, 1976, no. 263, pp. 1–28.
43. Schenk M.F., Thienpont C.-N., Koopman W.J.M., Gilissen L.J.W.J., Smulders M.J.M. Phylogenetic Relationships in Betula (Betulaceae) Based on AFLP Markers. Tree Genetics and Genomes, 2008, vol. 4, pp. 911–924. DOI: 10.1007/s11295-008-0162-0
44. Scholz E. Das Verbreitungsgebiet der Braunmaserbirke. Archiv für Forstwesen, 1963, Bd. 12, Nr. 12, S. 1243–1253.
45. Vάclav E. Rozšíření, stanovištní podmínky a růst svalcovité břízy (karelské) v Evropě. Sborník lesnické fakultyVŠZ v Praze, 1963, no. 6, s. 217–237.
46. Velling V.P., Viherä-Aarnio A., Rautanen J. Züсhtung und Anbau von Birke in Finland – eine Erfolgsstory? Forst und Holz, 2002, Jg. 57, Nr. 15/16, S. 459–465.
47. Urbanska K., Landolt E. Biologische Kenn wer von Pflanzenarten. Berichte des Geobotanischen Institutes der Eidg. Techn. Hochschule, Stiftung Rübel [Bulletin of the Geobotanical Institute of Swiss Federal Institute of Technology, Stiflung Rübel], 1990, Bd. 56, S. 61–77.
48. Wang N., McAllister H.A., Bartlett P.R., Buggs R.J.A. Molecular Phylogeny and Genome Size Evolution of the Genus Betula (Betulaceae). Annals of Botany, 2016, vol. 117, iss. 6, pp. 1023–1035. DOI: 10.1093/aob/mcw048

Ссылка на английскую версию:

Update on the Boundaries of the Curly Birch Range

UPDATE ON THE BOUNDARIES OF THE CURLY BIRCH RANGE

L.V. Vetchinnikova¹, Doctor of Biology, Assoc. Prof., Chief Research Scientist; ResearcherID: J-5665-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2091-905X
A.F. Titov^2,3, Corresp. Member of RAS, Doctor of Biology, Prof., Chief Research Scientist; ResearcheI: A-6705-2014, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6880-2411
¹Forest Research Institute of Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences, ul. Pushkinskaya, 11, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185910, Russian Federation; е-mail: vetchin@krc.karelia.ru
²Institute of Biology of Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences, ul. Pushkinskaya, 11, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185910, Russian Federation
³Department of Multidisciplinary Scientific Research of Karelian Research Centre, Russian Academy of Sciences, ul. Pushkinskaya, 11, Petrozavodsk, Republic of Karelia, 185910, Russian Federation; е-mail: titov@krc.karelia.ru

The article reports on the application of the best known principles for mapping natural populations of curly (Karelian) birch Betula pendula Roth var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti – one of the most appealing representatives of the forest tree flora. Relying on the synthesis and analysis of the published data amassed over nearly 100 years and the data from own full-scale studies done in the past few decades almost throughout the area where curly birch has grown naturally, it is concluded that its range outlined in the middle of the 20th century and since then hardly revised is outdated. The key factors and reasons necessitating its revision are specified. Herewith it is suggested that the range is delineated using the population approach, and the key element will be the critical population size below which the population is no longer viable in the long term. This approach implies that the boundaries of the taxon range depend on the boundaries of local populations (rather than the locations of individual trees or small clumps of trees), the size of which should not be lower than the critical value, which is supposed to be around 100–500 trees for curly birch. A schematic map of the curly birch range delineated using this approach is provided. We specially address the problem of determining the minimum population size to secure genetic diversity maintenance. The advantages of the population approach to delineating the distribution range of curly birch with regard to its biological features are highlighted. The authors argue that it enables a more accurate delineation of the range; shows the natural evolutionary history of the taxon (although it is not yet officially recognized as a species) and its range; can be relatively easily updated (e.g. depending on the scope of reintroduction); should be taken into account when working on the strategy of conservation and other actions designed to maintain and regenerate this unique representative of the forest tree flora.
For citation: Vetchinnikova L.V., Titov A.F. Update on the Boundaries of the Curly Birch Range. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2020, no. 6, pp. 9–21. DOI: 10.37482/0536-1036-2020-6-9-21
Funding: The research was carried out within the framework of the state assignment of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences (Forest Research Institute, Institute of Biology, and Department of Multidisciplinary Scientific Research) and covered by the federal budget.

Keywords: curly birch Betula pendula Roth. var. carelica (Mercklin) Hämet-Ahti, range, population size, northwestern continental Europe.

Поступила 24.09.19 / Received on September 24, 2019