Радиальный прирост сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) при ингибировании

УДК

630*181.65:630*174.754

DOI:

10.37482/0536-1036-2021-1-69-81

Аннотация

Прогнозирование процессов роста деревьев важно в связи с исключительной экосистемной ролью лесов, осуществляющих глобальную регуляцию климата за счет поглощения углерода, сохранения питьевой воды, обеспечения среды обитания для живых организмов. Известно, что деревья реагируют на любые колебания внешней среды. Цель исследования – выявление погодно-климатических факторов, существенно влияющих на ингибирование роста сосны обыкновенной (Pinus silvestris L.) в условиях постоянного дефицита влаги. Исследования проводились в восточной части Брянской области на территории Брянского административного района – в Учебно-опытном лесхозе Брянского государственного инженерно-технологического университета и Стяжновском участковом лесничестве. Методами дендрохронологии оценивалась реакция 93 деревьев сосны на колебания внешней среды по изменению ширины годичных колец (доступного анатомического признака дерева) с использованием индексов радиальных приростов. Предложен оригинальный подход к анализу причин резкого спада годичного радиального прироста под влиянием температур и осадков. Выявлены годы с аномально низкими приростами (1963, 1972, 1985, 2002, 2010 гг.) на фоне погодно-климатической ситуации за 5 лет до и после падения прироста. Установлена сходная динамика абсолютных значений радиальных приростов и их индексов, что обусловлено колебаниями природных факторов, проявлением наследственных признаков и т. д. Отмечены существенные различия между показателями прироста при средних многолетних значениях температур воздуха января, мая и августа и аналогичными показателями в годы аномально низких радиальных приростов, которые наблюдаются у сосны на фоне более холодного января и более теплых мая и августа текущего года, а также при условии более теплого января предыдущего года. При этом значимой роли осадков не выявлено. Полученная информация, расширяющая представление об особенностях ростовых процессов и формирования годичных приростов по диаметру сосны обыкновенной в условиях изменяющегося климата на рубеже ХХ–ХХI вв., позволила высказать предположение о возможном проявлении физиологических особенностей вида, зона оптимума гомеостаза которого находится в условиях более холодного бореального климата.
Финансирование: Исследования выполнены при поддержке гранта РНФ № 16-14-10224 по теме: «Физиологические и молекулярные механизмы адаптации хвойных растений к засухе».

Сведения об авторах

В.П. Иванов, д-р биол. наук, проф.; ResearcherID: G-7378-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4997-5576
С.И. Марченко, канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: G-7754-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5107-6839
Д.И. Нартов, канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: G-7725-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6886-5914
Л.П. Балухта, канд. с.-х. наук, доц.; ResearcherID: ABE-1507-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4003-6705
Брянский государственный инженерно-технологический университет, ул. Станке Димитрова, д. 3, г. Брянск, Россия, 241037; e-mail: ivpinfo@mail.ru

Ключевые слова

сосна обыкновенная, радиальный прирост, ингибирование роста, дендрохронология, погодно-климатические аномалии

Для цитирования

Иванов В.П., Марченко С.И., Нартов Д.И., Балухта Л.П. Радиальный прирост сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) при ингибировании // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 1. С. 69–81. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-69-81

Литература

1. Битвинскас Т.Т. Дендроклиматические исследования. Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 172 с. [Bitvinskas T.T. Dendroclimatic Studies. Leningrad, Gidrometeoizdat Publ., 1974. 172 p.].
2. Демаков Ю.П., Андреев Н.В. Закономерности радиального прироста деревьев сосны в приозерных биотопах национального парка «Марий Чодра» // Эко-потенциал. 2014. № 3(7). С. 48–58. [Demakov Yu.P., Andreyev N.V. Patterns of Radial Growth of Pine Trees in Lacustrine Biotopes of the Mari Chodra National Park. Eko-potentsial, 2014, no. 3(7), pp. 48–58].
3. Демина А.В., Белокопытова Л.В., Андреев С.Г., Костякова Т.В., Бабушкина Е.А. Динамика радиального прироста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) как индикатор гидротермического режима лесостепи Западного Забайкалья // Сиб. экол. журн. 2017. № 5. С. 553–566. [Demina A.V., Belokopytova L.V., Andreev S.G., Kostyakova T.V., Babushkina E.A. Radial Growth Dynamics of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) as an Indicator of the Hydrothermal Regime of the Western Transbaikalia Forest-Steppe. Sibirskiy Ekologicheskiy Zhurnal [Contemporary Problems of Ecology], 2017, no. 5, pp. 553–566]. DOI: 10.15372/SEJ20170503
4. Ергина Е.И., Лисецкий Ф.Н., Акулов В.В., Репецкая А.И., Новикова Ю.А. Дендроклиматические исследования условий произрастания сосны крымской или Палласа – Pinus pallasiana D.Don, в предгорном Крыму // Уч. зап. Таврич. нац. ун-та им. В.И. Вернадского. Сер.: География. 2012. Т. 25(64), № 2. С. 60–68. [Yergina E.I., Lysetskyi F.N., Akulow V.V., Repetska A.I., Novikova Yu.A. Dendroclimate Study of Growth Conditions the Crimean Pine in Foothills of Crimea. Uchenyye zapiski Tavricheskogo natsional’nogo universiteta. Seriya Geografiya [Scientific Notes of Taurida National V.I. Vernadsky University. Series: Geography Sciences], 2012, vol. 25(64), no. 2, pp. 60–68].
5. Иванов В.П., Марченко С.И., Балухта Л.П. Длительная изменчивость радиального прироста и женской генеративной сферы сосны обыкновенной на фоне погодных условий региона // Актуальные проблемы лесного комплекса. 2015. Вып. 43. С. 20–25. [Ivanov V.P., Marchenko S.I., Baluhta L.P. Long Ring Growth Variation and Female Generative Services Pine on the Background of the Region Weather Conditions. Aktualnyye problemy lesnogo kompleksa, 2015, iss. 43, pp. 20–25].
6. Иванов В.П., Марченко С.И., Глазун И.Н., Нартов Д.И., Соболева Л.М. Изменения в биогеоценозах центральной части Брянской области после летней жары 2010 г. // Вестн. Поволж. гос. технол. ун-та. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2013. № 1. С. 25–35. [Ivanov V.P., Marchenko S.I., Glazun I.N., Nartov D.I., Soboleva L.M. Biogeocenosis Changes in Central Part of the Braynsk Region after Hot Summer-2010. Vestnik PGTU. Ser. «Les. Ekologiya. Prirodopolzovanie» [Vestnik of Volga State University of Technology. Series «Forest. Ecology. Nature management»], 2013, no. 1, pp. 25–35].
7. Иванов В.П., Марченко С.И., Нартов Д.И., Балухта Л.П., Красикова Ю.С. Сравнительный анализ радиальных приростов хвойных лесообразователей в одинаковых лесорастительных условиях // Роль учебно-опытных лесхозов вузов России в подготовке кадров для лесного сектора: материалы науч.-практ. конф., 21–23 сент. 2017 г. Брянск: БГИТА , 2017. С. 125–130. [Ivanov V.P., Marchenko S.I., Nartov D.I., Balukhta L.P., Krasikova Yu.S. Comparative Analysis of Radial Growth of Coniferous Forest Species in the Same Forest Site Conditions. The Role of Educational and Experimental Forestries of Russia Universities in Training for the Forestry Sector: Proceedings of Scientific and Practical Conference, September 21–23, 2017. Bryansk, BGITA Publ., 2017, pp. 125–130].
8. Лобжанидзе Э.Д. Камбий и формирование годичных колец древесины. Тбилиси: АН ГрузССР , 1961. 159 с. [Lobzhanidze E.D. Cambium and the Formation of Annual Rings of Wood. Tbilisi, AN GruzSSR Publ., 1961. 159 p.].
9. Матвеев С.М., Румянцев Д.Е. Дендрохронология. Воронеж: ВГ ЛТА , 2013. 140 с. [Matveyev S.M., Rumyantsev D.E. Dendrochronology. Voronezh, VGLTU Publ., 2013. 140 p.].
10. Соломина О.Н., Кузнецова В.В., Мацковский В.В., Долгова Е.А. От чего зависит ширина годичных колец деревьев в центральной части Восточно-Европейской равнины? // Изв. РАН . Сер.: Географическая. 2016. № 3. С. 47–64. [Solomina O.N., Kuznetsova V.V., Matskovskii V.V., Dolgova E.A. What Determines the Width of Annual Tree-Rings in the Central Part of East-European Plain? Izvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya, 2016, no. 3, pp. 47–64]. DOI: 10.15356/0373-2444-2016-3-47-64
11. Хамидуллина Г.Г., Исхаков Ф.Ф., Кулагин А.А., Зайцев Г.А., Давыдычев А.Н. Зависимость радиального прироста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) от топо-экологических условий произрастания // Изв. Оренбург. гос. аграр. ун-та. 2014. №1(45). С. 12–14. [Khamidullina G.G., Iskhakov F.F., Kulagin A.A., Zaitsev G.A., Davydychev A.N. Dependence Of Scotch Pine Radial Increment (Pinus silvestris L.) on Topoecological Growth Conditions. Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Izvestia Orenburg State Agrarian University], 2014, no. 1(45), pp. 12–14].
12. Allen C.D., Breshears D.D., McDowell N.G. On Underestimation of Global Vulnerability to Tree Mortality and Forest Die-off from Hotter Drought in the Anthropocene. Ecosphere, 2015, vol. 6, iss. 8, pр. 1–55. DOI: 10.1890/ES15-00203.1
13. Charney N.D., Babst F., Poulter B., Record S., Trouet V.M., Frank D., Enquist B.J, Evans E.K. Observed Forest Sensitivity to Climate Implies Large Changes in 21st Century North American Forest Growth. Ecology Letters, 2016, vol. 19(9), pр. 1119–1128. DOI: 10.1111/ele.12650
14. Evans M.E.K., Merow C., Record S., McMahon S.M., Enquist B.J. Towards Process-Based Range Modeling of Many Species. Trends in Ecology & Evolution, 2016, vol. 31, iss. 11, pр. 860–871. DOI: 10.1016/j.tree.2016.08.005
15. Foster J.R, Finley A.O., D’Amato A.W., Bradford J.B., Banerjee S. Predicting Tree Biomass Growth in the Temperate-Boreal Ecotone: Is Tree Size, Age, Competition, or Climate Response Most Important? Global Change Biology, 2016, vol. 22, iss. 6, pр. 2138–2151. DOI: 10.1111/gcb.13208
16. Ivanov Yu.V., Kartashov A.V., Ivanova A.I., Ivanov V.P., Marchenko S.I., Nartov D.I., Kuznetsov V.V. Long-Term Impact of Cement Plant Emissions on the Elemental Composition of Both Soils and Pine Stands and on the Formation of Scots Pine Seeds. Environmental Pollution, 2018, vol. 243, part B, pр. 1383–1393. DOI: 10.1016/j.envpol.2018.09.099
17. Jetschke G., van der Maaten E., van der Maaten-Theunissen M. Towards the Extremes: A Critical Analysis of Pointer Year Detection Methods. Dendrochronologia, 2019, vol. 53, рр. 55–62. DOI: 10.1016/j.dendro.2018.11.004
18. Millar C.I., Stephenson N.L. Temperate Forest Health in an Era of Emerging Megadisturbance. Science, 2015, vol. 349, iss. 6250, pр. 823–826.
19. Theuerkauf M., Engelbrecht E., Dräger N., Hupfer M., Mrotzek A., Prager A., Scharnweber T. Using Annual Resolution Pollen Analysis to Synchronize Varve and Tree-Ring Records. Quaternary, 2019, vol. 2, iss. 3, art. 23. DOI: 10.3390/quat2030023

Ссылка на английскую версию:

Radial Growth of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) under Inhibition

RADIAL GROWTH OF SCOTS PINE (Pinus sylvestris L.) UNDER INHIBITION

Valery P. Ivanov, Doctor of Biology, Prof.; ResearcherID: G-7378-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4997-5576
Sergey I. Marchenko, Candidate of Agriculture, Assoc. Prof.; ResearcherID: G-7754-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5107-6839
Dmitry I. Nartov, Candidate of Agriculture, Assoc. Prof.; ResearcherID: G-7725-2019,
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6886-5914
Leonid P. Balukhta, Candidate of Agriculture, Assoc. Prof.; ResearcherID: ABE-1507-2020, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4003-6705
Bryansk State Engineering and Technology University, prosp. Stanke Dimitrova, 3, Bryansk, 241037, Russian Federation; e-mail: ivpinfo@mail.ru

Abstract. Predicting tree growth processes is important due to the exceptional ecosystem role of forests, which carry out global climate regulation by sequestrating carbon, conserving drinking water, and providing habitat for living organisms. Trees are known to respond to any fluctuations in the environment. The research purpose is to identify weather and climatic factors that significantly affect the inhibition of growth of Scots pine (Pinus sylvestris L.) in conditions of constant moisture deficit. The studies were carried out in the eastern part of the Bryansk region within the territory the Bryansk administrative district, in the educational and experimental forestry of the Bryansk State Engineering and Technological University and the Styazhnovskoye forest district. Methods of dendrochronology were used to assess the response of 93 pine trees to fluctuations in the external environment by changing the width of annual rings (available anatomical feature of a tree) using indices of radial growth. An original approach was proposed to analyze the reasons for a sharp decline in the annual radial growth under the influence of temperature and precipitation. The years with abnormally low increments (1963, 1972, 1985, 2002 and 2010) were identified against the background of the weather-climatic situation for 5 years before and after the fall in growth. Similar dynamics of absolute values of radial increments and their indices was established, which is caused by fluctuations of natural factors, manifestation of hereditary traits, etc. Significant differences were revealed between the growth rates at average multiyear values of January, May and August air temperatures with growth rates in the years of abnormally low radial growth, which are observed in pine against the background of colder January and warmer May and August of the current year, as well as under the condition of warmer January of the previous year. At the same time, no significant role of precipitation was detected. The obtained data, expanding the idea of the features of growth processes and formation of annual increments in diameter of Scots pine in the conditions of changing climate at the turn of the 20th–21st centuries, allowed us to suggest a possible manifestation of physiological features of the species, the homeostasis optimum zone of which is located in the conditions of colder boreal climate. This information expands our understanding of the features of growth processes and formation of annual increments in diameter of Scots pine in changing climatic conditions.
For citation: Ivanov V.P., Marchenko S.I., Nartov D.I., Balukhta L.P. Radial Growth of Scots Pine (Pinus sylvestris L.) under Inhibition. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 1, pp. 69–81. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-1-69-81
Funding: The research was supported by the Russian Science Foundation, grant No. 16-14-10224 on the theme “Physiological and Molecular Mechanisms of Adaptation of Coniferous Plants to Drought”.

Keywords: Scots pine, radial growth, growth inhibition, dendrochronology, weather and climatic anomalies.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
The authors declare that there is no conflict of interest

Поступила 24.10.19 / Received on October 24, 2019