Сезонный рост сосны обыкновенной на заболоченных почвах Севера

УДК

630*181.7:630*231.332:630*174.7.754

DOI:

https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-3-86-100

Аннотация

В 33-летнем кустарничково-сфагновом сосняке северотаежной природно- климатической зоны у сосны обыкновенной изучена сезонная ритмика роста молодых побегов в высоту в комплексе с основными физиологическими процессами, определена возможность регулирования их интенсивности дополнительным внесением азотного удобрения. Установлено, что на Севере на гидроморфных избыточно увлажненных почвах сезонный рост сосны в высоту с максимальной скоростью происходит в конце июня и начале июля, когда повышается температура воздуха, а корневая система освобождается от избыточного увлажнения. В отличие от сосняков лишайниковых, в которых корни сосны не подвергаются действию затопления, на гидроморфных торфяных почвах сосна растет значительно медленнее и в течение вегетационного периода имеет менее выраженную, чем в сосняках лишайниковых, интенсивность физиологических процессов. Невысокая скорость роста побегов и физиологических процессов у сосны в сфагновых лесорастительных условиях объясняется нарушением работы ее корне- вой системы в результате почвенной аноксии, вызываемой затоплением, а также недостаточным снабжением растущих побегов энергопластическими веществами из кроны в результате нарушения их нормального оттока и передвижения в дереве. Азот позитивно влияет на ростовые и физиологические процессы у сосны в сфагновых типах леса. Однако его действие в данных лесорастительных условиях проявляется значительно слабее, чем в сухих лишайниковых борах Крайнего Севера. На заболоченных торфяных почвах под влиянием азотного удобрения на 20 % усиливается сезонный рост сосны в высоту, на 8–10 дней увеличивается продолжительность сезонного роста побегов, существенно повышается интенсивность фотосинтеза, в результате сокращения расхода воды на транспирацию нормализуется водный режим дерева и возрастает ее продуктивность. Эти позитивные изменения, происходящие под действием азота, в конечном счете повышают жизнеспособность и продуктивность сфагновых сосняков.

Сведения об авторах

Л.В. Зарубина, д-р с.-х. наук, проф.; ResearcherID: AAG-8579-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3834-0521
Р.С. Хамитов, д-р с.-х. наук, проф.; ResearcherID: Z-1461-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1490-3553
Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им. Н.В. Верещагина, ул. Шмидта, д. 2, с. Молочное, г. Вологда, Россия, 160555; e-mail: Liliya270975@yandex.ru, renatkhamitov@yandex.ru

Ключевые слова

сосна обыкновенная, сосняк сфагновый, влажность почвы, азотное удобрение, физиологические процессы, сезонный рост побегов

Для цитирования

Зарубина Л.В., Хамитов Р.С. Сезонный рост сосны обыкновенной на заболоченных почвах Севера // Изв. вузов. Лесн. журн. 2021. № 3. С. 86–100. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-86-100

Литература

1. Атисков Н.В. Сезонный рост побегов и хвои текущего года у сосны и лиственницы в Куйбышевском Заволжье // Лесоведение. 1978. № 5. С. 44–51. Atiskov N.V. Seasonal Growth of Shoots and Needles of the Current Year in Pine and Larch in Kuybyshev Trans-Volga Region. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1978, no. 5, pp. 44–51.
2. Бобкова К.С., Патов А.И. Сезонная динамика роста побегов и корней // Эколого-биологические основы повышения продуктивности таежных лесов Европейского Севера. Л.: Наука, 1981. С. 93–103. Bobkova K.S., Patov A.I. Seasonal Dynamics of Shoot and Root Growth. Ecological and Biological Bases of Increasing Productivity of Taiga Forests of the European North. Leningrad, Nauka Publ., 1981, pp. 93–103.
3. Вальтер О.А., Пиневич Л.М., Варасова Н.Н. Практикум по физиологии растений с основами биохимии. М.; Л.: Сельхозгиз, 1957. 341 с. Wal’ter O.A., Pinevich L.M., Varasova N.N. Workbook on Plant Physiology with the Basics of Biochemistry. Moscow, Sel’khozgiz Publ., 1957. 341 p.
4. Веретенников А.В., Кузьмин Ю.И. Транспорт, распределение и потребление 14С-ассимилятов у сосны обыкновенной при различном водном режиме торфяной почвы // Лесоведение. 1977. № 3. С. 34–41. Veretennikov A.V., Kuz’min Yu.I. Transport, Distribution and Consumption of 14C-Assimilates in Scots Pine under Different Water Regime of Peat Soil. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1977, no. 3, pp. 34–41.
5. Вознесенский В.Л., Заленский О.В., Семихатова О.А. Методы исследования фотосинтеза и дыхания растений. М.; Л.: Наука, 1965. 305 с. Voznesenskiy L.V., Zalenskiy O.V., Semikhatova O.A. Methods of Studying Photosynthesis and Respiration of Plants. Moscow, Nauka Publ., 1965. 305 p.
6. Вомперский С.Э., Сабо Е.Д., Формин А.С. Лесоосушительная мелиорация М.: Лесн. пром-сть, 1975. 296 с. Vomperskiy S.E., Sabo E.D., Fomin A.S. Forest Drainage Reclamation. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1975. 296 p.
7. Зарубина Л.В., Коновалов В.Н., Феклистов П.А., Клевцов Д.Н. Динамика дыхания корней сосны и ели в северотаежных фитоценозах // Вестн. Сев. (Арктич.) федер. ун-та. Сер.: Естеств. науки. 2014. № 2. С. 52–60. Zarubina L.V., Konovalov V.N., Feklistov P.A., Klevtsov D.N. Dynamics of Root Respiration in Pine and Spruce Trees of Northern Taiga Plant Communities. Vestnik Severnogo (Arkticheskogo) federal’nogo universiteta. Seriya: Estestvennyye nauki [Vestnik of Northern (Arctic) Federal University. Series “Natural Sciences”], 2014, no. 2, pp. 52–60.
8. Иванов Л.А., Силина А.А., Цельникер Ю.Л. О методе быстрого взвешивания для определения транспирации в естественных условиях // Ботан. журн. 1950. Т. 35, вып. 2. С. 171–185. Ivanov L.A., Silina A.A., Tsel’niker Yu.L. On the Method of Fast Weighing to Determine Transpiration in Natural Conditions. Botanicheskii Zhurnal, 1950, vol. 35, iss. 2, pp. 171–185.
9. Кищенко И.Т. Сезонный рост хвои сосны в разных типах леса южной Карелии // Лесоведение. 1978. № 2. С. 27–32. Kishchenko I.T. Seasonal Growth of Pine Needles in Different Forest Types of Southern Karelia. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1978, no. 2, pp. 27–32.
10. Кищенко И.Т. Сезонный рост сосны при внесении удобрений // Лесоведение. 1985. № 2. С. 73–78. Kishchenko I.T. Seasonal Growth of Pine with Fertilizer Application. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1985, no. 2, pp. 73–78.
11. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Эколого-физиологические особенности хвойных на осушаемых землях. Архангельск: САФУ , 2010. 295 с. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Ecological and Physiological Features of Conifers on Drained Lands. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2010. 295 p.
12. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Эколого-физиологические особенности хвойных на удобренных почвах. Архангельск: САФУ , 2011. 338 с. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Ecological and Physiological Features of Conifers on Fertilized Soils. Arkhangelsk, NArFU Publ., 2011. 338 p.
13. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Влияние дозы азота при подкормках на отток 14С-ассимилятов у сосны в сосняках лишайниковых // Изв. вузов. Лесн. журн. 2012. № 1. С. 7–13. Konovalov V.N., Zarubina L.V. Impact of Nitrogen Dose on the 14C-Assimilates Outflow in Pine Trees at the Lichen Pine Forests. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2012, no. 1, pp. 7–13. URL: http://lesnoizhurnal.ru/upload/iblock/b50/xnxx1.pdf
14. Коновалов В.Н., Листов А.А. Влияние условий минерального питания на дыхание корней сосны обыкновенной // Изв. вузов. Лесн. журн. 1989. № 4. С. 15–19. Konovalov V.N., Listov A.A. Influence of Mineral Nutrition Conditions on Respiration of Scots Pine Roots. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 1989, no. 4, pp. 15–19. URL: http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1989/Lesnoy_zhurnal_1989_god_4_chast.pdf
15. Коновалов В.Н., Листов А.А. Сезонный рост и фотосинтез сосны обыкновенной под влиянием азотных удобрений // Повышение продуктивности лесов Европейского Севера: сб. науч. тр. Архангельск: АИ ЛиЛХ, 1992. С. 151–159. Konovalov V.N., Listov A.A. Seasonal Growth and Photosynthesis of Scots Pine under the Influence of Nitrogen Fertilizers. Increasing the Forest Productivity in the European North: Collection of Academic Papers. Arkhangelsk, AILiLH Publ., 1992, pp. 151–159.
16. Лир Х., Польстер Г., Фидлер Г.-И. Физиология древесных растений. М.: Лесн. пром-сть, 1974. 424 с. Lir H., Pol’ster G., Fidler G.I. Physiology of Woody Plants. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1974. 424 p.
17. Листов А.А., Коновалов В.Н. Влияние минеральных удобрений на сезонный рост сосны в высоту // Лесоведение. 1988. № 1. С. 33–42. Listov A.A., Konovalov V.N. Influence of Mineral Fertilizers on Seasonal Growth of Pine Trees in Height. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1988, no. 1, pp. 33–42.
18. Мамаев В.В. Суточные изменения интенсивности выделения СО 2 у корневых мочек сосны и березы в природных условиях //Лесоведение. 1983. № 3. С. 33–38. Mamayev V.V. Daily Changes in the Intensity of CO2 Emission in the Root Fibrilla of Pine and Birch under Natural Conditions. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1983, no. 3, pp. 33–38.
19. Медведева В.М. Формирование лесов на осушенных землях среднетаежной подзоны. Петрозаводск: Карелия, 1989. 168 с. Medvedeva V.M. Formation of Forests on the Drained Lands of the Middle Taiga Zone. Petrozavodsk, Kareliya Publ., 1989. 168 p.
20. Меняйло Л.Н. Гормональная регуляция ксилогенеза хвойных. Новосибирск: Наука, 1987. 185 с. Menyaylo L.N. Hormonal Regulation of Conifer Xylogenesis. Novosibirsk, Nauka Publ., 1987. 185 p.
21. Орлов А.Я., Кошельков С.П. Почвенная экология сосны. М.: Наука, 1971. 323 с. Orlov A.Ya., Koshel’kov S.P. Soil Ecology of Pine Trees. Moscow, Nauka Publ., 1971. 323 p.
22. Паавилайнен Э. Применение минеральных удобрений в лесу: пер. с фин. М.: Лесн. пром-сть, 1983. 96 с. Paavilaynen E. Application of Mineral Fertilizers in the Forest. Trans. from Finnish. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1983. 96 p.
23. Победов В.С. Исследование и обоснование применения минеральных удобрений в интенсивном лесном хозяйстве (на примере Белорусской ССР ): автореф. дис. … д-ра с.-х. наук. М.: МЛТИ , 1981. 38 с. Pobedov V.S. Studying and Substantiating the Use of Mineral Fertilizers in Intensive Forestry (Case Study of the Belorussian SSR): Dr. Agric. Sci. Diss. Abs. Moscow, MLTI, 1981. 38 p.
24. Поргасаар В.И. Минеральное питание сосны обыкновенной и его диагностика. автореф. дис. … канд. биол. наук. Тарту, 1973. 42 с. Porgasaar V.I. Mineral Nutrition of Scots Pine and Its Diagnosis: Cand. Biol. Sci. Diss. Abs. Tartu, 1973. 42 p.
25. Ратнер Е.И. Питание растений и применение удобрений. М.: Наука, 1965. 223 с. Ratner E.I. Plant Nutrition and Fertilizer Application. Moscow, Nauka Publ., 1965. 223 p.
26. Тараканов А.М. Рост осушаемых лесов и ведение хозяйства в них. Архангельск: СевНИИ ЛХ, 2004. 228 с. TarakanovA.M. Growth of Drained Forests and Management in Them. Arkhangelsk, SevNIILH Publ., 2004. 228 p.
27. Федорова А.И., Зражевская Г.К. Фитогормоны у карликовых и нормальных форм сосны обыкновенной // Лесоведение. 1983. № 3. С. 39–46. Fedorova A.I., Zrazhevskaya G.K. Phytohormones in Dwarf and Normal Forms of Scots Pine. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1983, no. 3, pp. 39–46.
28. Цельникер Ю.Л. Дыхание корней и его роль в углеродном балансе древостоя // Лесоведение. 2005. № 6. С. 11–18. Tsel’niker Yu.L. Root Respiration and Its Role in the Carbon Balance of a Stand. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 2005, no. 6, pp. 11–18.
29. Цветков В.Ф., Семенов Б.А. Сосняки Крайнего Севера. М.: Агропромиздат, 1985. 116 с. Tsvetkov V.F., Semenov B.A. Pine Forests of the Far North. Moscow, Agropromizdat Publ., 1985. 116 p.
30. Чернобровкина Н.П. Экофизиологическая характеристика использования азота сосной обыкновенной. СПб.: Наука, 2001. 175 с. Chernobrovkina N.P. Ecophysiological Characteristics of Nitrogen Use by Scots Pine. Saint Petersburg, Nauka Publ., 2001. 175 p.
31. Сhen C.-M., Ertl J.R., Leisner S.M., Chang C.-C. Localization of Cytokinin Biosynithesis Sites in Plants and Carrot Roots. Plant Physiology, 1985, vol. 78, iss. 3, pp. 510–513. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.78.3.510
32. Goutts M.P. Effects of Waterlogging on Water Relations of Actively-Growing and Dormant Sitka Spruce Seedlings. Annals of Botany, 1981, vol. 47, iss. 6, pp. 747–753. DOI: https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a086073
33. Granato T.C., Raper Jr. C.D., Wilkerson G.G. Respiration Rate in Maize Roots Is Related to Concentration of Reduced Nitrogen and Proliferation of Lateral Roots. Physiologia Plantarum, 1989, vol. 76, iss. 3, pp. 419–424. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1989.tb06213.x
34. Heinze M., Fiedler H.J. Water Consumption, Nutrition and Growth of Pine Seedlings under the Conditions of Different Radiation Intensity, Watering and Fertilization. Flora, 1980, vol. 169, iss. 1, pp. 89–103. DOI: https://doi.org/10.1016/S0367-2530(17)31167-2
35. Kaczmarck D.J., Pope P.E. The Relationship between Soil Nutrient Availability and Foliar Nitrogen and Phosphorus Concentrations in Hardwoods. Annual Meeting of the American Society of Agronomy 1993. Cincinnati, 1993, p. 336.
36. 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.
37. Mazumder A.H., White E.H., Bickelhaupt D.H. Foliar Response of Northern Hardwood Stands to Fertilization. Annual Meeting of the American Society of Agronomy 1993. Cincinnati, 1993, p. 338.
38. 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 Sociatatis Botanicorum Poloniae, 1980, vol. 45, no. 3, pp. 221–234. DOI: https://doi.org/10.5586/asbp.1980.020
39. Palta J.A., Nobel P.S. Influence of Soil O2 and CO2 on Root Respiration for Agave deserti. Physiologia Plantarum, 1989, vol. 76, iss. 2, pp. 187–192. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.1989.tb05630.x

Ссылка на английскую версию:

Seasonal Growth of Scots Pine under the Conditions of Water-Logged Soils of the North

SEASONAL GROWTH OF SCOTS PINE UNDER THE CONDITIONS OF WATER-LOGGED SOILS OF THE NORTH

Liliya V. Zarubina, Doctor of Agriculture, Prof.; ResearcherID: AAG-8579-2021, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3834-0521
Renat S. Khamitov, Doctor of Agriculture, Prof.; ResearcherID: Z-1461-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1490-3553
Vologda State Diary Farming Academy named after N.V. Vereshchagin, ul. Schmidta, 2, Molochnoe, Vologda, 160555, Russian Federation; e-mail: Liliya270975@yandex.ru

Abstract. The seasonal rhythm of height growth of young shoots of Scots pine growing in a 33-year-old shrubby-sphagnum pine forest of the northern taiga natural-climatic zone has been studied in a complex with the main physiological processes. The possibility of regulating their intensity by additional introduction of nitrogen fertilizer has been determined. It has been found that on hydromorphic excessively wet soils of the North, seasonal height growth of pine occurs with a maximum rate in late June and early July, when air temperature rises and the root system is released from excessive moisture. Unlike lichen pine forests, in which pine roots are not affected by flooding, on hydromorphic peat soils pine grows much slower and during the growing season has less intensive physiological processes. The low rate of shoot growth and physiological processes in pine in sphagnum forest site conditions is explained by dysfunction of its root system as a result of soil anoxia caused by flooding, as well as by insufficient supply of growing shoots with macronutrients from the crown as a result of violation of their normal outflow and movement in the tree. Nitrogen fertilizers positively affect growth and physiological processes in pine trees in sphagnum forest types. However, their effect in these forest site conditions is much weaker than in the dry lichen forests of the Far North. On water-logged peat soils under the influence of nitrogen fertilizer seasonal height growth of pine trees increases by 20 %, the duration of seasonal shoot growth increases by 8–10 days, the intensity of photosynthesis increases significantly, and, as a result of reduced water consumption for transpiration, the tree water regime normalizes and the transpiration productivity increases. These positive nitrogen-induced changes ultimately improve the viability and productivity of sphagnum pine forests.
For citation: Zarubina L.V., Khamitov R.S. Seasonal Growth of Scots Pine under the Conditions of Water-Logged Soils of the North. Lesnoy Zhurnal [Russian Forestry Journal], 2021, no. 3, pp. 86–100. DOI: 10.37482/0536-1036-2021-3-86-100

Keywords: Scots pine, sphagnum pine forest, soil moisture, nitrogen fertilizer, physiological processes, seasonal shoot growth