Вплив методу створення лісових культур на формування кореневої системи дуба звичайного (quercusrobur) в умовах свіжої грабової діброви

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вплив методу створення лісових культур на формування кореневої системи дуба звичайного (quercusrobur) в умовах свіжої грабової діброви

О.С. Остапчук

О.В. Соваков

У житті рослин коренева система відіграє виняткову роль. Вона всмоктує і передає надземним органам воду, мінеральні елементи, аміно- та нуклеїнові кислоти, ферменти тощо. Коріння переробляє продукти обміну речовин у листках, синтезує амінокислоти та їхні азотні сполуки.

Вивчали будову і розвиток кореневої системи дуба багато вітчизняних учених: А.І. Ахромейко (Ahromeyko, 1936, 1965), П.П. Похітон (Pohiton, 1957), П.С. Погребняк (Pohrebniak, 1927), П.С. Погребняк і М.Н. Мельник (Pohrebniak & Melnyk, 1952), А.Г. Солдатов (Soldatov, 1955), І.Н. Рахтеєнко (Rahteenko, 1952), М.І. Гордієнко (Gordienko, 1968; Gordienko & Porickiy, 1978), М.І. Калінін (Kalinin, 1975), М.М. Гузь (Huz, 1996), Ю.М. Дебринюк (Debryniuk, 1990) та зарубіжних (Bond & Midgley, 2001; Brunet, 2000; Krinard & Johnson, 1988; Borchert & Tyler, 2010; Hoss, 2004; Rendle, 1936) вчених.

Дуб звичайний має здатність утворювати кореневу систему, що глибоко проникає і сприяє його виживанню під час засушливих періодів. У перші роки свого життя рослина інтенсивніше формує кореневу систему, ніж надземну частину. Завдяки цьому у 4-5-річному віці коріння дуба займає 80-89 % усієї маси рослини. Починаючи з 6-7 років, наростання надземної частини відбувається інтенсивніше, ніж кореневої системи (Soldatov, 1955). Згідно з даними М.І. Гордієнка та Г.О. Порицького (Gordienko & Porickiy, 1978), у насадженнях, які були створені висіванням, молоді рослини мають глибшу кореневу систему, ніж у насадженнях, які створені садінням. Водночас саджанці утворюють потужніші горизонтальні корені та використовують більший об'єм ґрунту для свого живлення, якщо порівнювати зі сіянцями. На думку А.О. Бондаря та М.І. Гордієнка (Bondar & Hordiienko, 2006), висівання жолудів унеможливлює деформацію коріння сіянців дуба, яка неминуча під час викопування сіянців на розсадниках і їхнього висаджування на постійне місце. Висів жолудів на лісокультурній площі сприяє тому, що сіянці в перші роки життя опановують глибокі шари ґрунту, які краще забезпечені вологою. Проблему всихання дуба розглянуто в багатьох роботах вчених-лісівників. На думку одних, всихання дубових насаджень у Лісостеповій і Степовій зонах, а в останні роки й на Закарпатті, пов'язано зі зміною клімату, посухами, раково-судинними захворюваннями, шкідниками. Інші вчені вбачають причину всихання дібров у зміні просторової структури насадження, зниження його повноти, походження. За ствердженням М.М. Гузя (Huz, 1996), відсутність стрижневого кореня у висаджених культурах призводить до ослаблення біологічної стійкості деревини дуба, а також сприяє його суховерхівковості та всиханню. Остаточну причину всихання дібров в Україні нині не встановлено.

Мета наукової роботи полягала в дослідженні кореневих систем дуба звичайного на лісокультурних площах, які були створені висіванням жолудів і садінням сіянців, визначення ярусів кореневих систем із поширенням у глибину стрижневого та горизонтального коренів. Основне завдання роботи пов'язано з дослідженням кореневих систем дуба під час відтворення лісів із подальшим отриманням у майбутньому продуктивніших дубових деревостанів, які створені висіванням жолудів на постійні лісокультурні площі.

Матеріал і методи дослідження. В основу вивчення корененаселеності ґрунту покладено "Методичні вказівки..." (Hordiienko, Maurer & Kovalevskyi, 2000) та "Методы изучения." (Metody izucheniya lesnyh so- obschestv, 2002). Корененаселеність ґрунту розглядали в 1-3-річних культурах дуба звичайного, які були створені висівом жолудів і садінням сіянців на свіжих зрубах за схемами створення 6x0,5 (0,7) м. Ґрунти в регіоні досліджень темно-сірі лісові.

Для дослідження кореневих систем 1-річних культур застосовували метод повного розкопування. Звільнення коріння від ґрунту проводили сухим способом за допомогою лопатки. Під час дослідження кореневих систем 2-3-річних рослин використовували метод траншей, який дав змогу визначити морфологічні особливості та вікові зміни в підземній частині рослин, розподіл коріння за генетичними горизонтами ґрунтового профілю, наявність ярусів кореневих систем, поширення у глибину стрижневого кореня та горизонтальне поширення коріння, площу й об'єм живлення дерева.

Результати дослідження. Для дослідження будови кореневих систем дуба звичайного та їхньої залежності від методу створення лісових культур було закладено тимчасові пробні площі (далі - ТІ II І) в 1-3-річних культурах Маньківського і Синицького лісництв ДП "Уманське лісове господарство". ТПП закладали в серпні.

Провівши розкопування корененаселеного шару однорічних культур дуба, які були створені висівом (рис. 1, а) та садінням (див. рис. 1, б), варто зазначити, що вже в перші роки життя рослин спостерігаємо відмінності в будові їхньої кореневої системи. Однорічні рослини у висіяних культурах формують стрижневу кореневу систему та починають утворювати горизонтальні відгалуження першого порядку.

Рис. 1. Коренева система однорічних сіянців дуба: Синицьке лісництво, ТПП 1, кв. 93, вид. 3 (а); Маньківське лісництво, ТПП 68, кв. 95, вид. 3 (б) (світлина: О.С. Остапчук)

Варто зауважити, що за середньої висоти однорічних посівів 19,1 см коренева система має середню глибину 33,2 і 2,9 см та знаходиться в межах 24-41 см (таблиця). Коренева система висаджених культур істотно відрізняється. У перший рік життя саджанці досягли середньої висоти 36,8 см, а коренева система в середньому сягала глибини 22,8і1'5 см з відхиленням 19-28 см. У цьому віці формуються корені горизонтальної орієнтації, які представлені коренями першого порядку та їхніми розгалуженнями. Коренева система сіянців, не зважаючи на різницю у біологічному віці в 2 роки, розгалуженіша та має більшу довжину. Висіяний дуб спочатку формує кореневу систему, а потім - надземну. Проведені дослідження показали, що в рік створення культур коренева система саджанців дуба не може створити потужнішої системи, порівняно з висівом жолудів на лі- сокультурні площі. Так, висаджений дуб, маючи добре розвинену надземну частину, віддає поживні речовини на підтримання життєздатності та на формування підземної мичкуватої, а не стрижневої кореневої системи.

Таблиця 1. Характеристика кореневої системи 1-3-трирічних культур дуба звичайного за різними методами створення

Дослідження 2-річних культур виявили ще більшу відмінність кореневих систем дуба, залежно від методу їхнього створення (рис. 2; а, б). На всіх розкопках у висіяних культурах виявили, що дуб сформував чітку вертикальну стрижневу кореневу систему. Максимальна глибина залягання коріння досягла 101 см зі середньою глибиною проникнення стержневого коріння на 77,4 і 8,3 см. Горизонтальні корені були представлені коренями першого порядку і незначними розгалуженнями коренів першого і другого порядків.

У висаджених культурах коренева система рослин добре розвинена, мичкувата, але зосереджена переважно в гумусовому та елювіальному горизонтах. Стрижневий корінь відсутній. Найбільша глибина проникнення коренів у ґрунт становила 61 см зі середнім проникненням на глибину 48,4і4,6 см. У кореневій системі переважають корені горизонтальної орієнтації, які представлені коренями першого порядку з розгалуженням 12-го порядків. Важливою біологічною особливістю дуба звичайного є його регенеративна здатність. Це є запорукою вдалого приживлення рослин після пересаджування. За умови пересаджування 1-2-річних рослин дуба з підрізаними коренями відбувається відновлення коренів 3-5-го порядків. Загальна маса коренів в сіянцях із підрізаною кореневою системою після відновлення є значно більшою від маси коренів сіянців без підрізання (Kalinin, 1968).

Рис. 2. Коренева система дворічних висіяних культур, Синицьке лісництво, кв. 91, вид. 4 (а) та 2-річних висаджених культур дуба, Маньківське лісництво, кв. 96, вид. 17

Встановлено, що у 3-річних висаджених культурах із біологічним віком у 5 років відсутні рослини зі стрижневою кореневою системою (рис. 3, б). За твердженням А.О. Бондаря (Bondar, Hordiienko, 2006), у 3-річних культурах формується така коренева система, яка в майбутньому мало змінюватиметься за формою і тільки збільшуватиметься за розмірами. Внаслідок виконаних досліджень встановлено, що у 3-річних культурах дуба, які були створені висіванням жолудів, коріння дуба досягло середньої глибини 158,6 і 11'7 см за умови, коли середня висота рослин становила 105,8 см. Це свідчить про стрімкіший ріст підземної частини, ніж надземної. Максимальна глибина, на яку проникає стрижневий корінь, становила 194,0 см. Отже, корені опанували верхні вологоємні шари материнської породи. Це свідчить про освоєння верхніх, багатих на поживні речовини, горизонтів. Основна маса горизонтальних коренів зосереджена у шарі ґрунту глибиною 540 см.

Рис. 3. Коренева система 3-річних культур дуба звичайного, які створені висіванням, ТИП 3, Синицьке лісництво (а) та створені садінням, ТИП 74, Маньківське лісництво (б)

Із заглибленням у ґрунт корененаселеність зменшується, вертикальні корені трапляються у невеликій кількості, а стержневі проникають у материнську породу. Особливо розвинута сітка коренів у верхньому 20сантиметровому шарі ґрунту. За характером розміщення і зовнішніми ознаками дрібні корені на глибині відрізняються від коренів поверхневих шарів - вони слабо розгалужені і тягнуться у ґрунті у вигляді шнурів, а в ходах, створених відмерлим корінням інших порід, переплітаються між собою, формуючи пучки (Pohrebniak & Melnyk, 1952). Як зазначав М.І. Калінін (Kalinin, 1975), система стержневого кореня формується у 70 % дерев дуба насіннєвого походження. Приблизно у 30 % рослин дуба головний корінь на глибині 40-60 см розділяється на 2-3 рівнозначні стрижневі корені, які після розгалуження майже не відрізняються за лінійно-ваговими характеристиками. Це підтверджено і проведеними дослідженнями (див. рис. 3, а). Дослідження кореневої системи висаджених рослин дуба показали, що вона є мичкуватою, власне стрижневий корінь відсутній. Середня глибина залягання коренів становить 76,0і6'8 см, а максимальна глибина проникнення окремих коренів третього і четвертого порядків - 94,0 см. Основна маса кореневої системи представлена горизонтальною підсистемою, найбільше дубового коріння зосереджено у верхньому шарі ґрунту (5-40 см). Розкопування 3-річ- них висаджених рослин методом траншей показало, що горизонтальні корені розповсюджені у ширину на 46120 см. Це корені другого порядку з розгалуженнями 35-го порядків. Варто зазначити, що за середньої висоти висаджених культур 92,0 см середня глибина кореневої системи становить тільки 76,0і6,8 см, що у 2 рази менше від глибини коріння за умови висівання жолудів.

Графічне зображення глибини проникнення кореневої системи в ґрунт за різними методами створення культур та їхнім віком можна простежити на рис. 4. Виявлено логарифмічну залежність між довжиною коріння, віком та методом створення культур.

Рис. 4. Довжини кореневої системи 1-3-річних рослин дуба

Цю залежність відображено такими формулами: 1 - за умови висіву і 2 - садіння:

у = 108,72 Ln(х) + 24,8, (1)

у = 47,187 Ln(х) + 20,884, (2)

де: у - довжина коріння; х - вік культур.

Внаслідок виконаних досліджень виявлено, що існує істотна різниця довжини кореневої системи залежно від методу створення культур - висіву жолудів чи садіння сіянців дуба. Особливо ця різниця виявляється у молодому віці. Подальші проведені дослідження у різних за типом створення лісових культурах віком 1-66 років показали залежність таксаційних показників продуктивності дубових насаджень та перевагу тих культур дуба, які були висіяні зі жолудів.

Дослідженням кореневої системи рослин дуба в різних за типом створення культурах встановлено, що рослини у висіяних насадженнях формують чіткий стрижневий корінь з проникненням у ґрунт на таку глибину: в перший рік - 41 см, другий - 101 см і третій - 194,0 см. Виявлено, що у верхньому гумусовому шарі знаходиться значна кількість тонкого горизонтального коріння, що свідчить про освоєння верхніх, багатих на поживні речовини горизонтів. Із заглибленням у ґрунт корененаселеність зменшується, вертикальні корені трапляються у меншій кількості, а стрижневі проникають у материнську породу й опановують верхні вологоємні шари.

У культурах, які створені садінням сіянців, коренева система рослин добре розвинена, мичкувата, стрижневий корінь відсутній. Коріння проникло на таку глибину: у перший рік - 28 см, другий - 61 см і третій - 94 см. Горизонтальні корені розповсюджені на ширину 46-120 см. Це корені другого порядку з розгалуженнями 3-5-го порядків. За середньої висоти висаджених культур 92,0 см середня глибина кореневої системи становить тільки 76,0±6'8 см, що у 2 рази менше, ніж глибина коріння у висіяних зі жолудів насадженнях. Рівень приживлення таких культур менший, а в посушливі роки можливий значний відпад однорічних саджанців та необхідність їхнього доповнення.

Виявлено логарифмічну залежність між довжиною коріння дуба відповідно до методу створення культур та їхнього віку. Існує істотна різниця за довжиною кореневої системи залежно від висівання жолудів і садіння сіянців дуба. Особливо ця різниця виявляється у віці молодняку. Подальші дослідження показали, що висіяні культури дуба екологічно стійкіші та мають кращі лісівничо-таксаційні показники.

Аналізуючи літературні джерела та власні дослідження, можна стверджувати, що для лісовідновлення, особливо на свіжих зрубах, варто проводити висівання дубових жолудів. Виняток становлять тільки лісові масиви, де відбувається пошкодження жолудів дикими тваринами.

Перелік використаних джерел

корененаселеність жолудь лісовий

1. Ahromeyko, A.I. (1965). Thephysiological basis for the formation of tolerantforest stands. Moscow: Forest industry. [In Russian].

2. Bond, W.J., & Midgley, J.J. (2001). Ecology of sprouting in woody plants: the persistence niche. Trends in Ecology & Evolution, 16(1), 45-51.

3. Bondar, A.O., & Hordiienko, M.I. (2006). Formation of forest stands in oak forests of Podillia. Kiev: Urozhai. [In Ukrainian].

4. Borchert, M.I., & Tyler, C.M. (2010). Acorn Dispersal of California Black Oak after a Stand-Replacing Fire. Fire Ecology, 6(3), 136141. https://doi.org/10.4996/fireecologv.0603136.

5. Brunet, J. (2000). Colonization of oak plantations by forest plants: effects of regional abundance and habitat fragmentation. In book: Forest biodiversity: lessons from history for conservation. Honnay, O., Verheyen, K, Bossuyt, B., Hermy, M. (pp. 129-141). Laboratory for Forest, Nature and Landscape Research, Faculty of Applied Biological Sciences, Katholieke Universiteit Leuven, Vital Decosterstraat 102, B-3000 Leuven, Belgium.

6. https://doi.org/10.1079/9780851998022.0129.

7. Debrinyuk, Yu.M. (1990). About root distribution in soil in mixed stands of English oak and Norway spruce. Forest Journal, 6, 6-13. [In Russian].

8. Gordienko, M.I. (1968). Absorption of nitrogen, phosphorus and potassium by the roots of woody plants. Bulletin of Agricultural Sciences, 5, 14-18. [In Russian].

9. Hordiienko, M.I., Maurer, V.M., & Kovalevskyi, S.B. (2000). Guidelines for the study and research of forest cultures. Kiev: NAU, (pp. 46-58). [In Ukrainian].

10. Hoss, G.A. (2004). Propagation Protocol for Growing Bareroot Oaks (Quercus L.). Native Plants Journal, 5(2), 167-170.

11. https://doi.org/10.1353/npi.2005.0008.

12. Huz, M.M. (1996). Root systems of tree species of Right-Bank Forest Steppe Zone of Ukraine. Kiev: Yasmyna. [In Ukrainian].

13. Kalinin, M.I. (1968). Strucutre and location of oak root systems in line plantations. Hospodarstvo lisovykh resursiv, 92-97. Uzhhorod: Karpaty. [In Ukrainian].

14. Kalinin, M.I. (1975). Root systems of trees and forest productivity increasing. Lviv: Higher school. [In Russian].

15. Krinard, R.M., & Johnson, R.L. (1988). Stand Parameters of a 27-Year-Old Water Oak Stands on Old Field Loessial Soils. New Orleans, LA: U. S. Department of Agriculture, Forest Service, Southern Forest Experiment Station. https://doi.org/10.2737/so-rn-348.

16. Pohiton, P.P. (1957). Distribution of the roots of tree and shrub species in chernozem layer. Kiev: Gosselhozizdat USSR. [In Russian].

17. Pohrebniak, P.S., & Melnyk, M.N. (1952). Root systems of tree species in oak stands. Pr. In-tu lisivnytstva AN URSR, 3, 32-47. [In Ukrainian].

18. Rahteenko, I.N. (1952). Root systems of tree and shrub species. Moscow - Leningrad: Goslesbumizdat. [In Russian].

19. Rendle, B.J. (1936). The growth and quality of English oak. Forestry: An International Journal of Forest Research, 10(1), 38-46. https://doi.org/10.1093/oxfordiournals.forestry.a062608.

20. Soldatov, A.G. (1955). Root systems of tree species. Kiev: Gosselhozizdat USSR. [In Russian].

21. SPbGU. (2002). Ways of studying forest communities. St. Petersburg: NHHimii SPbGU. [In Russian].

Размещено на Allbest.ru