Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634699)
Контекстум
.

Эколого-физиологические особенности ели в березняках черничных: монография (290,00 руб.)

0   0
Первый авторЗарубина Лилия Валерьевна
АвторыКоновалов Валерий Николаевич
ИздательствоСеверный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова
Страниц378
ID557469
АннотацияИзложены результаты многолетних полевых исследований по экологии и физиологии ели в условиях разного светового и азотного питания в северотаежных березняках черничных Европейского Севера. Рассмотрены закономерности динамики физиологических процессов у подпологовой ели и растений напочвенного покрова в зависимости от сукцессионноного развития березняков, интенсивности рубки и дозы вносимого азота, физиологические механизмы действия этих экологических факторов. Уделено внимание изучению состояния жизнедеятельности корневых систем, особенностям СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, скорости постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14 в органах ели. С физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности рубок и дозы вносимого азота и их влияния на физиологию и рост подпологовой ели. Показана возможность оценки уровня адаптивной способности ели к меняющимся условиям фитосреды на основе изучения эколого-физиологических показателей.
Кому рекомендованоДля широкого круга специалистов – экологов, биологов, работников лесного хозяйства, а также преподавателей вузов и техникумов, аспирантов и студентов
ISBN978-5-261-00967-2
Зарубина, Л.В. Эколого-физиологические особенности ели в березняках черничных: монография / В.Н. Коновалов; Л.В. Зарубина .— Архангельск : Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, 2014 .— 378 с. : ил. — ISBN 978-5-261-00967-2 .— URL: https://rucont.ru/efd/557469 (дата обращения: 24.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

ISBN 978-5-261-00967-2 Изложены результаты многолетних полевых исследований по экологии и физиологии ели в условиях разного светового и азотного питания в северотаежных березняках черничных Европейского Севера. <...> Рассмотрены закономерности динамики физиологических процессов у подпологовой ели и растений напочвенного покрова в зависимости от сукцессионноного развития березняков, интенсивности рубки и дозы вносимого азота, физиологические механизмы действия этих экологических факторов. <...> С физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности рубок и дозы вносимого азота и их влияния на физиологию и рост подпологовой ели. <...> В центральных и северо-западных районах европейской части России мягколиственные леса стали к этому времени занимать более 42 % лесной площади (Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966). <...> В условиях Севера, где процент спелых лиственных лесов достаточно высокий, остро 4 встал вопрос о рациональном их использовании, о сохранении подпологовой ели как резерва для формирования ельников. <...> В то же время, несмотря на значительный объем исследований, жизненное состояние ели в лиственно-хвойных лесах Севера остается мало изученным. <...> Не изучено влияние рубок на сохранность и физиолого-биохимические процессы предпологовой ели, особенно на основные энергетические характеристики, в конечном итоге определяющие лесохозяйственный эффект проводимого мероприятия. <...> Не выявлены пределы допустимого изреживания лиственного полога, при которых достигается максимальное удовлетворение потребностей подпологовой ели в факторах внешней среды, обеспечивается достаточная устойчивость насаждений в послерубочный период и экономическая эффективность проводимого мероприятия. <...> Известно, что рубки сами по себе мало изменяют питательный режим почв и жизненное состояние подпологовых растений. <...> При дефиците питательных элементов у растений снижается интенсивность фотосинтеза, падает <...>
Эколого-физиологические_особенности_ели_в_березняках_черничных_монография.pdf
Стр.1
Стр.2
Стр.3
Стр.4
Стр.5
Стр.6
Стр.7
Стр.8
Стр.376
Стр.377
Эколого-физиологические_особенности_ели_в_березняках_черничных_монография.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» Л.В. Зарубина, В.Н. Коновалов ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЕЛИ В БЕРЕЗНЯКАХ ЧЕРНИЧНЫХ Монография Архангельск ИД САФУ 2014 1
Стр.1
УДК 630*181:630*385.1 ББК 28.57+28.58 З–35 Рецензенты: А.М. Тараканов, доктор сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией СевНИИЛХ; С.Н. Тарханов, доктор биологических наук, зав. лабораторией ИЭПС УрО РАН Зарубина, Л.В. З–35 Эколого-физиологические особенности ели в березняках черничных: монография / Л.В. Зарубина, В.Н. Коновалов; Сев. (Арктич.) федер. ун-т им. М.В. Ломоносова. – Архангельск: ИД САФУ, 2014. – 378 с. ISBN 978-5-261-00967-2 Изложены результаты многолетних полевых исследований по экологии и физиологии ели в условиях разного светового и азотного питания в северотаежных березняках черничных Европейского Севера. Рассмотрены закономерности динамики физиологических процессов у подпологовой ели и растений напочвенного покрова в зависимости от сукцессионноного развития березняков, интенсивности рубки и дозы вносимого азота, физиологические механизмы действия этих экологических факторов. Уделено внимание изучению состояния жизнедеятельности корневых систем, особенностям СО2-газообмена, сезонной динамике накопления пигментов, скорости постфотосинтетического оттока, передвижения и распределения углерода-14 в органах ели. С физиолого-биохимических позиций рассмотрены вопросы обоснования эффективности рубок и дозы вносимого азота и их влияния на физиологию и рост подпологовой ели. Показана возможность оценки уровня адаптивной способности ели к меняющимся условиям фитосреды на основе изучения эколого-физиологических показателей. Для широкого круга специалистов – экологов, биологов, работников лесного хозяйства, а также преподавателей вузов и техникумов, аспирантов и студентов. ББК 28.57+28.58 УДК 630*181:630*385.1 ISBN 978-5-261-00967-2 © Зарубина Л.В., Коновалов В.Н., 2014 © Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, 2014 2
Стр.2
ВВЕДЕНИЕ На Севере широкомасштабное вовлечение хвойных лесов в прошлом столетии в промышленную эксплуатацию сплошными концентрированными рубками привело к формированию на больших площадях производных лиственных лесов. Уже к середине прошлого столетия формирование антропогенных, преимущественно лиственных, лесов стало определяющим фактором на громадных территориях (Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966; Моисеев, 1971; Чибисов, Ипатов, 1971). В центральных и северо-западных районах европейской части России мягколиственные леса стали к этому времени занимать более 42 % лесной площади (Мелехов, Чертовской, Моисеев, 1966). По данным учета лесного фонда Архангельской области, к 2000 г. из общей площади лесов 20,1 млн га лиственными лесами в области было занято около 20 % всей лесопокрытой площади или 3,9 млн га, в том числе березовыми – 3,61 млн га. Среди березняков преобладающим типом являются черничники свежие – 65,9 % (Трубин и др., 2000). В настоящее время, в связи с истощением лесосырьевой базы по хвойному хозяйству, лиственные леса стали одним из основных объектов лесоэксплуатации (Побединский, 1986, 2002; Чупров, 1986, 1999, 2000). Многочисленные исследования в разных регионах (Мелехов, 1962, 1966, 1980; Кайрюкштис, Каразия, 1970; Чибисов, Ипатов, 1971; Моисеев, 1972; Побединский, 1973, 1983, 2002; Кошельков, 1985; Орлов, Серяков, 1991; Вялых, 2000) показывают, что под пологом лиственных лесов имеется молодняк ели в количестве (более 10–16 тыс./га), достаточном для того, чтобы в будущем обеспечить ее господство в составе формирующегося древостоя. По оценкам классиков таежного лесоводства (Морозов, 1949; Ткаченко, 1952; Мелехов, 1962; Молчанов, 1971), при естественном развитии лиственных древостоев с елью полная обратная смена листвен3
Стр.3
ных пород хвойными породами растягивается на 150–200 лет. Ведущими экологическими факторами, ограничивающими нормальный рост и функциональную активность хвойного подроста в этих лесах, является недостаток солнечного света и тепла, бедность почвы азотом. Установлено, что на Севере под полог 50–60-летних березняков и осинников в околополуденные часы проникает не более 14 % приходящего к кронам солнечного света. Годовая среднемноголетняя температура почвы на глубине 10–20 см здесь не превышает 2,4 °С, средняя за вегетацию – 6 °С (Чибисов, Нефедова, 1991, 2003; Зарубина, 2004). Недостаток тепла и света, высокая корневая конкуренция в загущенных насаждениях в значительной мере снижают физиологическую и ростовую активность ели, ведут к преждевременной гибели ее. Одним из эффективных способов сохранения ели и восстановления коренных еловых древостоев на месте мелколиственных лесов является рациональная система рубок. Сохранение ели при рубках не только позволяет уменьшать затраты на лесовосстановление, но и на 20–30 лет позволит сократить период выращивания еловых древостоев (Побединский, 1973, 1983). Научный и производственный опыт показывают, что сформированные из подроста и тонкомера ельники растут в 2 раза быстрее лесных культур и обходятся государству в десятки раз дешевле (Алекссев, 1992). Европейский Север является главной лесосырьевой базой России, основным поставщиком древесины и ее продуктов для внутренних нужд страны и на мировой рынок (Цветков, Чибисов, 1993; Чупров, 1986, 1999, 2000, 2008; Чупров, Кудряшов, 2000). Лесной комплекс Севера составляет основу экономики страны и до последнего времени располагал значительной базой хвойных пород. Однако широкомасштабная эксплуатация хвойных лесов привели к тому, что его лесосырьевая база по хвойному хозяйству стала быстро истощаться, обострив тем самым проблему лесопользования, вызвала необходимость изыскания новых путей получения деловой древесины. В результате для удовлетворения потребности страны в древесине в промышленную рубку стали широко вовлекаться спелые лиственные леса, причем размер лесопользования по мягколиственному хозяйству в европейской части страны ежегодно возрастает (Чупров, 1999, 2008). В условиях Севера, где процент спелых лиственных лесов достаточно высокий, остро 4
Стр.4
встал вопрос о рациональном их использовании, о сохранении подпологовой ели как резерва для формирования ельников. Увеличение объемов лесозаготовок в лиственных лесах вызывает необходимость расширения теоретических и прикладных исследований с целью совершенствования технологии рубок, разработки научно обоснованных приемов лесопользования и лесовосстановления для сохранения ели как главной лесообразующей породы Севера и наиболее ценной в хозяйственном отношении. Это диктуется и основными задачами и содержанием современного лесоведения и лесоводства, для организации и осуществления которых необходимо располагать обоснованной системой зональных и региональных показателей и норм эффективности лесоводственных мероприятий. Важным направлением здесь должны стать физиолого-биохимический и анатомо-морфологический уровни регулирования продуктивности лесов (Жуков, Бузыкин, 1977). В то же время, несмотря на значительный объем исследований, жизненное состояние ели в лиственно-хвойных лесах Севера остается мало изученным. До настоящего времени не выявлены адаптивные реакции ели к изменяющимся в результате рубок условиям среды. Не изучено влияние рубок на сохранность и физиолого-биохимические процессы предпологовой ели, особенно на основные энергетические характеристики, в конечном итоге определяющие лесохозяйственный эффект проводимого мероприятия. Не выявлены пределы допустимого изреживания лиственного полога, при которых достигается максимальное удовлетворение потребностей подпологовой ели в факторах внешней среды, обеспечивается достаточная устойчивость насаждений в послерубочный период и экономическая эффективность проводимого мероприятия. Известно, что рубки сами по себе мало изменяют питательный режим почв и жизненное состояние подпологовых растений. Они рассматриваются лишь как необходимое условие для реализации того жизненного статуса, которого подпологовые растения способны достичь при естественном плодородии лесных почв после улучшения светового режима. В целях повышения плодородия лесных земель, бедных питательными веществами, в ряде стран в широких масштабах применяются минеральные удобрения. Минеральные удобрения и мно5
Стр.5
голетний люпин широко используются также для повышения продуктивности лесов и при комплексных уходах, сочетающих в себе рубки ухода и внесение удобрений (Сарнацкий, 2009). Многочисленные данные указывают на особую роль минеральных элементов в регулировании жизненного состояния растений, в повышении их продуктивности. Ионы, поступающие в растение из внешней среды, быстро включаются в общий метаболизм клетки. Из научной литературы известно, что ионы солей входят в структурные образования важнейших биологических соединений растения. Они участвуют в различных реакциях энергообмена, в синтезе ДНК и РНК, процессах аминирования и переаминирования органических кислот и кетокислот, служат передатчиками электронов в окислительно-восстановительных реакциях, участвуют в синтезе, транспорте и распределении в растении различных групп эндогенных регуляторов роста (Ахромейко, 1953; Pirson, 1958, 1960; Hewitt, 1958, 1963; Арнон, 1962; Крамер, Козловский, 1963, 1983; Анисимов, 1959, 1973, 1982; Курсанов, 1976; Тарчевский, 1977; Michniewicz, Stopinska, 1980а, б; Андреева и др., 1982; Monnerkoski, Miyazawa, 1983; Меняйло, 1987; Чернобровкина, 2001; Коновалов, Зарубина, 2011). При дефиците питательных элементов у растений снижается интенсивность фотосинтеза, падает дыхание корней и поглощение ими из почвы питательных элементов и воды, в растении замедляется передвижение продуктов фотосинтеза, происходит разрушение фотосинтетических мембран и нарушаются другие весьма важные для растения физиологические процессы (Сабинин, 1955; Fogg, 1965; Репка и др., 1971; Курсанов, 1976; Андреева и др., 1982; Коновалов, Зарубина, 2011). В конечном итоге все эти нарушения ведут к изменению морфогенеза и снижению продуктивности растений. Как показывает лесоводственная и сельскохозяйственная практика, избежать подобных нарушений в метаболизме растений можно путем внесения в почву минеральных или органических удобрений. В России в перспективе в системе мероприятий по повышению продуктивности лесов, несмотря на наметившийся в последнее время временный спад, наряду с рубками минеральным удобрениям, безусловно, будет принадлежать ведущее место (Бузыкин и др., 1996; Бузыкин, 2007; Мельников, 1999; Мельников, Белова, 6
Стр.6
2008). Однако правильная стратегия развития химизации лесного хозяйства должна строиться на основе всестороннего изучения влияния минеральных солей на внутренние процессы растений, на их реакции на дполнительное световое и минеральное питание. Известно, что через обменные процессы растительный организм осуществляет всестороннюю связь и свое взаимодействие с условиями внешней среды. Через изменение активности метаболических процессов живой организм приспосабливается к меняющимся условиям среды и под их воздействием изменяет структуру и функции в филогенезе, приобретая при этом более совершенную внутреннюю организацию, обеспечивающую выживание его в новых изменившихся условиях. С целью разработки научно обоснованных приемов лесопользования и лесовосстановления, стратегии эффективного использования минеральных и органических удобрений, совершенствования технологии рубок в лиственных лесах со вторым хвойным ярусом, прежде всего, необходимым условием для этого является расширение теоретических и прикладных исследований в этой области. Важным направлением здесь должны стать физиологобиохимические и анатомо-морфологические уровни регулирования степени изреженности лиственного яруса, виды и концентрации вносимых в почву туков, обеспечивающие наивысший физиологический и лесоводственный эффекты для подпологовых ели и сосны (Жуков, Бузыкин, 1977). Однако, несмотря на значительный объем имеющихся исследований в области светового и минерального питания, жизненное состояние ели в северотаежных березняках черничных остается недостаточно изученным. До настоящего времени не выявлены адаптивные реакции этой древесной породы к изменяющимся в результате лесопользования условиям среды. Остается слабо изученным аспектом действие определенной интенсивности рубки и дозы вносимого в насаждения минерального удобрения на сохранность и физиолого-биохимические процессы ели, особенно на ее основные энергетические характеристики, в конечном итоге определяющие устойчивость ели к действию экстремальных факторов. До настоящего времени не выявлены допустимые пределы изреживания лиственного полога с учетом природно-климатических 7
Стр.7
зон, при котором достигается максимальное удовлетворение потребностей ели в факторах внешней среды и обеспечивается достаточная устойчивость ее в послерубочный период. Успешное решение этих вопросов позволит глубже понять характер действия разных видов и комбинаций минеральных удобрений и рубок, а также комплексных уходов на метаболизм подпологовой ели и других древесных пород, даст возможность более дифференцированно подойти к эффективному использованию этих важных лесоводственных мероприятий с учетом особенностей лесной обстановки и породного состава древостоев. В то же время отсутствие таких данных в настоящее время в значительной степени сдерживает разработку научно обоснованных рекомендаций и приемов по эффективному проведению рубок и использованию удобрений в лесах в целом и в лиственных лесах в частности, затрудняет получение ответа на вопросы, связанные с рациональным и неистощительным лесопользованием. Особенно эта проблема важна для северного региона страны в связи с наличием на его территории большого количества площадей вторичных, в основном лиственных, лесов, взникших в результате широкомасштабного применения в прошлом концентрированных рубок. 8
Стр.8
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 3 1. ЭКОЛОГО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЕЛИ В УСЛОВИЯХ СВЕТОВОГО И АЗОТНОГО НЕДОСТАТКА .................................................................. 9 1.1. Состояние лесных экосистем в условиях дефицита света ................ 9 1.2. Особенности роста растений при дефиците азота ........................... 44 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЙОНА. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ...................................... 64 2.1. Природно-климатические особенности района исследований...... 64 2.2. Характеристика объектов исследований ........................................... 71 2.3. Методы исследований ........................................................................... 78 3. ДИНАМИКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ПРИ РУБКАХ .. 86 3.1. Световой режим леса .......................................................................... 86 3.2. Температурный режим воздуха и почвы ........................................... 92 3.3. Водный режим почвы ........................................................................... 99 4. ВЛИЯНИЕ ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК НА ФИЗИОЛОГОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ У ПОДРОСТА ЕЛИ ................ 106 4.1. Дыхание корней ................................................................................... 106 4.2. Водный режим ...................................................................................... 110 4.3. Сезонная динамика пигментов .......................................................... 117 4.4. Фотосинтез, транспорт и распределение 14С-ассимилятов .......... 123 4.5. Физиологическое состояние древесных пород в древостоях ...... 148 4.6. Влияние травмы и стволовой гнили на физиологическое состояние ели ....................................................................................... 150 4.7. Сток атмосферного углерода ............................................................. 154 4.8. Влияние рубок на физиологическое состояние подпологовых растений ................................................................................................ 159 5. ВЛИЯНИЕ АЗОТА НА ФИЗИОЛОГО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ У ПОДРОСТА ЕЛИ ......................................................... 166 5.1. Влияние азота на дыхание корней ................................................... 168 5.2. Водный режим ...................................................................................... 179 5.3. Сезонная динамика пигментов .......................................................... 184 5.4. Фотосинтез ели на удобренной почве .............................................. 197 5.5. Дыхание хвои ели на удобренной почве ......................................... 208 5.6. Особенности оттока и передвижения углерода-14 у ели на удобренной почве ........................................................................... 212 376
Стр.376
5.7. Сток атмосферного углерода ............................................................. 244 5.8. Рост ели .................................................................................................. 248 5.9. Структура биомассы и депонирование углерода ........................... 260 6. СОСТОЯНИЕ ЕСТЕСТВЕННОГО ВОЗОБНОВЛЕНИЯ. РОСТ И СТРУКТУРА БИОМАССЫ В ДРЕВОСТОЯХ ............................ 279 6.1. Состояние естественного возобновления ........................................ 279 6.2 Рост ......................................................................................................... 293 6.3. Структура биомассы............................................................................ 309 Заключение ......................................................................................................... 318 Список использованной литературы ............................................................. 337 377
Стр.377