Функциональная характеристика хвои подроста ели сибирской под пологом и на вырубке ельника черничного в подзоне средней тайги. С. 107–116

УДК

582.475.7.016

DOI:

10.37482/0536-1036-2022-6-107-116

Аннотация

Сохранение хвойного подроста на вырубках таежной зоны имеет большое значение для ускоренного восстановления хвойных лесов. При оценке естественного возобновления леса на сплошных вырубках Севера важно знать основные процессы жизнедеятельности подроста, сохранившегося после рубки. Нами предпринята попытка рассмотреть эти вопросы с физиологических позиций. Изучены пигментная деятельность и углекислотный газообмен хвои елового подроста, обусловленные промышленными рубками в подзоне средней тайги Республики Коми. Выполнен сравнительный анализ физиологических показателей фотосинтетического аппарата 20-летнего подроста ели под пологом ельника черничного и на 8–10-летней вырубке после сплошнолесосечной рубки древостоя. Выявлены изменения пигментного фонда подроста в связи с проведением рубки ельника. В ельнике черничном влажном хвоя подроста ели накапливает хлорофиллов и каротиноидов 1,08–1,63 и 0,26–0,37 мг/г сухой массы соответственно. На вырубке в хвое подроста ели концентрация зеленых пигментов на 18–25 %, желтых – на 18–35 % больше, чем у подроста под пологом. Фотосинтетический аппарат подроста на вырубке приспосабливается к условиям среды на уровне пигментной системы путем активизации синтеза хлорофиллов и каротиноидов. Сезонный ритм содержания пигментов у елового подроста на вырубке и под пологом в ельнике черничном одинаковый. Наибольшее количество пигментов отмечалось осенью, что является приспособительным признаком, который наряду с другими механизмами обеспечивает устойчивость ассимиляционного аппарата к условиям Севера. Фотосинтетическая способность хвои (2,69 мкмоль СО₂ /(м² ∙ с)) у подроста ели на вырубке в 1,5 раза выше по сравнению с активностью фотосинтеза хвои в ельнике черничном, что способствует накоплению ассимилятов и их использованию в ростовых процессах. Хвое елового подроста на вырубке свойственна низкая дыхательная способность (0,20 мкмоль СО₂ /(м² ∙ с)), которая ведет к улучшению баланса углерода. Полученные данные обеспечивают основу для моделирования поведения естественного возобновления лесов и могут быть использованы для решения вопросов улучшения функционирования ельников при их интенсивной эксплуатации в Республике Коми.
Благодарности: Работа выполнена в рамках госзадания Института биологии Коми НЦ УрО РАН (номер госрегистрации 1021051101417-8-1.6.19).

Сведения об авторах

В.В. Тужилкина, канд. биол. наук, ст. науч. сотр.; ResearherID: P-9774-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4415-6598
Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, ул. Коммунистическая, д. 28, г. Сыктывкар, Республика Коми, Россия, 167982; tuzhilkina@ib.komisc.ru

Ключевые слова

Север, средняя тайга, сплошнолесосечная рубка, вырубка, ельник, ельник черничный, подрост ели сибирской, хвоя, пигменты, СО2-газообмен, Республика Коми

Для цитирования

Тужилкина В.В. Функциональная характеристика хвои подроста ели сибирской под пологом и на вырубке ельника черничного в подзоне средней тайги // Изв. вузов. Лесн. журн. 2022. № 6. С. 107–116. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2022-6-107-116

Литература

1. Грязькин А.В. Возобновительный потенциал таежных лесов (На примере ельников Северо-Запада России). СПб.: СПбГЛТА, 2001. 185 с. 

2. Дымов А.А. Влияние сплошных рубок в бореальных лесах России на почвы (обзор) // Почвоведение. 2017. № 7. С. 787–798. https://doi.org/10.7868/S0032180X17070024

3. Зарубина Л.В., Коновалов В.Н. Динамика накопления пластидных пигментов у подроста ели при онтогенезе березняка черничного // Изв. вузов. Лесн. журн. 2018. № 3. С. 54–64. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2018.3.54

4. Катрушенко И.В. Фотосинтез подроста ели во вторичных сообществах южной тайги // Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 237–242. 

5. Комиссаров Д.А., Штейнвольф Л.П. Интенсивность фотосинтеза подроста ели в разных экологических условиях // Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 243–254. 

6. Коновалов В.Н., Зарубина Л.В. Отток и распределение 14С-ассимилятов у ели при выборочных рубках в северотаежных фитоценозах // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 2. С. 40–55. https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.2.40

7. Коренные еловые леса Севера: биоразнообразие, структура, функции / отв. ред. К.С. Бобкова, Э.П. Галенко. СПб.: Наука, 2006. 337 с. 

8. Ладанова Н.В., Тужилкина В.В. Структурная организация и фотосинтетическая активность хвои ели сибирской. Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 1992. 96 с. 

9. Ларин В.Б., Паутов Ю.А. Формирование хвойных молодняков на вырубках северо-востока европейской части СССР. Л.: Наука, 1989. 144 с. 

10. Леина Г.Д. Фотосинтез елового подроста под пологом и на вырубках ельника черничника свежего в связи с давностью рубки // Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 232–236. 

11. Лиханова Н.В., Бобкова К.С. Пулы и потоки углерода в экосистемах вырубки ельников средней тайги Республики Коми // Теоретическая и прикладная экология. 2019. № 2. С. 91–100. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-2-091-100

12. Мартынюк З.П., Бобкова К.С., Тужилкина В.В. Оценка баланса углерода лесного фитоценоза // Физиология растений. 1998. Т. 45, № 6. С. 914–918. 

13. Осипов А.Ф., Тужилкина В.В., Дымов А.А., Бобкова К.С. Запасы фитомассы и органического углерода среднетаежных ельников при восстановлении после сплошно-лесосечной рубки // Изв. РАН. Сер.: Биологическая. 2019. № 2. С. 215–224. https://doi.org/10.1134/S0002332919020103

14. Судачкова Н.Е., Расторгуева Е.А., Коловский Р.А. Физиология подроста кедра: исследования в кедровнике Западного Саяна. М.: Наука, 1967. 122 с. 

15. Тарханов С.Н., Прожерина Н.А., Коновалов В.Н. Лесные экосистемы бассейна Северной Двины в условиях атмосферного загрязнения: диагностика состояния. Екатеринбург: УрО РАН, 2004. 332 с. 

16. Тарчевский И.А., Андрианова Ю.Е. Содержание пигментов как показатель мощности развития фотосинтетического аппарата у пшеницы // Физиология растений. 1980. Т. 27, № 2. С. 341–347. 

17. Тужилкина В.В. Фотосинтетические пигменты хвои ели сибирской в среднетаежных лесах европейского Северо-Востока России // Сиб. лесн. журн. 2017. № 1. С. 65–73. https://doi.org/10.15372/sjfs20170107

18. Тужилкина В.В., Бобкова К.С., Мартынюк З.П. Хлорофилльный индекс и фотосинтетический сток углерода в хвойные фитоценозы на Европейском Севере России // Физиология растений. 1998. Т. 45, № 4. С. 594–600. 

19. Тужилкина В.В., Плюснина С.Н. Структурно-функциональные изменения хвои сосны в условиях аэротехногенного загрязнения // Лесоведение. 2020. № 6. С. 537–547. https://doi.org/10.31857/S0024114820060091

20. Цельникер Ю.Л., Князева И.Ф. Пульсация интенсивности света в лесу как фактор воздействия на фотосинтез подроста // Лесоведение. 1973. № 3. С. 60–63. 

21. Цельникер Ю.Л., Малкина И.С. Хлорофилльный индекс как показатель годичной аккумуляции углерода древостоями леса // Физиология растений. 1994. Т. 41, № 3. С. 325–330. 

22. Чистяков А.Р., Леухина Т.А., Успенский Е.И. Физиологическое состояние елового подроста разных категорий жизнеспособности // Изв. вузов. Лесн. журн. 1968. № 1. С. 10–12. URL: http://lesnoizhurnal.ru/apxiv/1968/201968.pdf 

23. Bačič T., Ledič A. Changes of Pigments Content in Needles of Pinus halepensis Mill. Acta Biologica Cracoviensia. Series Botanica, 1993, vol. 34, pp. 71–76.

24. Demmig-Adams B., Adams W.W. Photoprotection and Other Responses of Plants to High Light Stress. Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology, 1992, vol. 43, pp. 599–626. https://doi.org/10.1146/annurev.pp.43.060192.003123

25. Helmisaari H.-S. Spatial and Age-Related Variation in Nutrient Concentration of Pinus sylvestris Needles. Silva Fennica, 1992, vol. 26, no. 3, pp. 145–153. https://doi.org/10.14214/sf.a15643

26. Holtsmark B. Harvesting in Boreal Forests and the Biofuel Carbon Debt. Climatic Change, 2012, vol. 112, iss. 2, pp. 415–428. https://doi.org/10.1007/s10584-011-0222-6

27. Krinsky N.I. Carotenoid Protection against Oxidation. Pure and Applied Chemistry, 1979, vol. 51, pp. 649–660. https://doi.org/10.1351/pac197951030649

28. Lichtenthaler N.K. Chlorophylls and Carotenoids: Pigments of Photosynthetic Biomembranes. Methods in Enzymology, 1987, vol. 148, pp. 350–382. https://doi. org/10.1016/0076-6879(87)48036-1

29. Ottander C., Campbell D., Őquist G. Seasonal Changes in Photosystem II Organisation and Pigment Composition in Pinus sylvestris. Planta, 1995, vol. 197, pp. 176–183. https://doi.org/10.1007/BF00239954