Мониторинг семенной продуктивности сосны обыкновенной на фоне изменяющегося климата степи ЦЧР

Размещено на http://allbest.ru

Мониторинг семенной продуктивности сосны обыкновенной на фоне изменяющегося климата степи ЦЧР

Алина Петровна Дегтярева

Аннотация

Ключевые слова: климат, степная зона, засуха, сосна обыкновенная, семенная продуктивность

Abstract

Monitoring of seed productivity of scots pine against the background of climate change in the steppe of the central Chernozem region

Alina P. Degtyareva

The relevance of the study is dictated by climate warning in the steppes of the Central Chernozem region. This negatively affects the state of the main forest-forming species - Scots pine. The plantation ofpine from the steppe zone M'as studied. Seed productivity> M'as assessed. Data collection M'as earned out in years of different climatic conditions (2017 is optimal, 2019 and 2020 are dry). Seed productivity M'as assessed by three criteria: seed fullness, number of seeds per cone, and mortality offertilized ovules. According to the results, it M'as found that in the drought of 2019, the bioproductivity of cones decreased: a decrease in the fullness of seeds and an increase in the mortality of fertilized ovules. The number of seeds in the cones increased due to empty seed.

Keywords: climate, steppe zone, drought, Scots pine, seed productivity

Введение

В России темпы потепления климата в 2,5 раза выше, чем на других территориях. В южных ее регионах повышение температуры и снижение количества осадков негативно влияет на развитие сельского хозяйства, особенно - растениеводства и всех сфер, с ним связанных [1]. Наибольшую опасность представляет снижение количества осадков в летний период. Fla юге европейской части страны это приводит к увеличению числа и напряженности засух. Fla фоне происходящих изменений гидротермического режима происходит расширение степной зоны и сдвиг её границ к северу.

В ЦДР к степной зоне относится южная часть ее территории. Климат здесь континентальный: жаркое лето и холодная зима, низкий уровень осадков. В последние годы климат региона становится суше, увеличилось число засух [2].

Леса на землях с ограниченными лесными ресурсами играют важную роль в улучшении экологической обстановки: смягчают климат, защищают почвы от разрушения, регулируют устойчивость склонов, создают благоприятные санитарно-гигиенические условия. В условиях изменяющегося климата одной из основных задач стратегии экологической безопасности РФ является мониторинг состояния лесов и природной среды [3]. Целью работы является характеристика климатических условий и семенной продуктивности степных популяций сосны обыкновенной в оптимальные и засушливые годы.

Материалы и методы исследований. Изменение климата степной зоны анализировали в пос. Кантемировка - в самом южном районе Воронежской обл. (данные сайта www.pogodaiklimat.ru). Объектом исследования являются лесные культуры сосны обыкновенной, имеющие хозяйственную категорию и расположенные на склонах оврагов и балок. Сбор материалов проводился на популяционной выборке из 30 случайно отобранных деревьев.

Семенную продуктивность сосны определяли по трем признакам. Полнозернистость вычисляли как отношение числа полных семян к общему их числу.

Диапазон полнозернистости разбит на 4 класса в следующих границах: I- 0-24,9%; II - 25,0-49,9%; III - 50,0-74,9%; IV - 75,0% и выше.

По числу семян на шишку диапазон: I - 0-9,9; II - 10,0-19,9; III - 20,0-29,9; IV - 30 семян и больше [4].

Смертность оплодотворённых семяпочек определяли как отношение числа пустых семян к числу полных [5], диапазон признака разбит на классы: I - 0-30%; II - 30,1-70%; III-70,1-100%; IV-более 100,1%.

Результаты исследований и их обсуждение

1. Анализ изменений климата степной зоны Воронежской области

Мониторинг климата проводится с 2017 года. Оценивалась среднемесячная температура и количество осадков в наиболее важный для развития генеративной сферы сосны вегетационный период: с марта по июль.

Рисунок 1. Отклонение среднемесячной температуры от нормы в степной зоне Воронежской области

На рисунке 1 представлена динамика отклонения среднемесячной температуры от нормы (0 - это норма).

Из графика видно, что превышение среднемесячной температуры происходило систематически. 2019 год характеризовался наиболее экстремальными погодными условиями для вегетативной и генеративной сферы, что негативно сказалось на обилии шишек и их биопродуктивности.

Удар погодного стресса 2019 пришелся на самую чувствительную стадию эмбриогенеза - ранний эмбриогенез [4]. Превышение среднемесячной температуры воздуха в этот период относительно региональной нормы составило: +1,6°С в мае и +3,6°С в июне.

На рисунке 2 представлено среднемесячное процентное отклонение количества осадков относительно региональной нормы (100% -- это норма). Данный показатель не был стабильным и изменялся по годам и месяцам.

Рисунок 2. Среднемесячное количество осадков в процентах от нормы в степной зоне Воронежской области

В 2019 году зафиксировано за анализированный период минимальное количество осадков: в июне выпало 15% от нормы. Из-за продолжительного периода отсутствия осадков и высокой температуры воздуха, атмосферная засуха в июне перешла в категорию «почвенная и атмосферная».

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что климат в степной зоне Ц,ЧР носит континентальный характер. Отклонения температуры варьируют как в большую, так и в меньшую сторону. В период вегетационного сезона чаще отмечается увеличение температуры относительно региональной нормы. Среднемесячный уровень осадков также имеет переменчивый характер: период с экстремально низким уровнем осадков сменяется периодом с нормальным или превышающим норму количеством осадков. Наибольшую опасность для развития растительности составляют периоды, когда превышение температуры совпадает с низким уровнем осадков, как в 2019 г.

2. Динамика показателей семенной продуктивности сосны обыкновенной

Известно, что погодные условия прямо влияют на рост, развитие и урожайность растений. Из-за длительности репродуктивного цикла сосны обыкновенной разные стадии её генеративной сферы подвержены их воздействию.

Внешние факторы стресса могут накладываться друг на друга и оказывать негативное влияние на развитие сосновых насаждений [4].

Рисунок 3. Количество семян в шишке сосны обыкновенной по классам продуктивности (шт.): 1-0-9,9; II-10,0-19,9; III-20,0-29,9; IV -более 30

лес степь сосна биопродуктивность

На рисунке 3 показано общее количество семян в шишках сосны в 2017, 2019 и 2020 годах. Минимальные значения по данному параметру отмечены в 2017 году. К высокопродуктивному IV классу, с числом семян в шишке более 30 штук, не относится ни одно дерево.

В этот год среднемесячная температура марта была выше региональной нормы на +4,5°С, сдвиг биоритмов мог негативно повлиять на сохранность семяпочек. В 2019 году также по данному признаку отмечено небольшое чисто высокопродуктивных деревьев: 13%.

На рисунке 4 приведены данные смертности оплодотворённых семяпочек (СОС). Наибольшее число деревьев (67%) с максимальным показателем СОС (IV класс) было отмечено в засушливом 2019 году.

Рисунок 4. Смертность оплодотворённых семяпочек сосны обыкновенной по классам (%):

I-0-30; II- 30,1-70; III- 70,1-100; IV- более 100,1

Средние значения СОС по выборке из 30 деревьев: в 2019 самые высокие - 184,1%, в 2017 году этот показатель был равен 60,9%, а в 2020 году - 99,2%. Этот признак прямо зависит от метеоусловий, приходящихся на эмбриогенез (т.е. на последний вегетационный сезон половой репродукции), что согласуется с результатами наших исследований по климатическим условиям.

Рисунок 5. Полнозернистость семян сосны обыкновенной по классам (%):

I-0-24,9; II-25,0-49,9; III-50,0-74,9; IV- более 75,0

На рисунке 5 показана динамика полнозернистости семян по годам, которая подтверждает выявленную тенденцию. В засуху 2019 отмечалось минимальное число высокопродуктивных деревьев (показатель более 50%).

По результатам оценки семенной продуктивности сосны в районе степей установлено, что все показатели отреагировали на засуху.

Заключение

Анализ климата степной зоны ЦЧР показал превышение среднемесячных температур в важные этапы развития сосны обыкновенной. Этот период сопряжен с низким уровнем осадков. Кантемировский район относится к пессимальной зоне ареала сосны, где слабая урожайность деревьев, плохое качество семян. Засуха является дополнительным стрессом.

ЦЧР - важный сельскохозяйственный регион. В связи с потеплением климата его лесной покров требует особого внимания исследователей и работников лесного хозяйства. Здесь сосновые леса в отличие от центра ареала растут в жестком гидротермическом режиме. С целью сохранения экономики региона на высоком уровне, поддержания продовольственной безопасности и снижения угроз в условиях изменяющегося климата, необходимо учитывать биологию вида и проводить мероприятия для поддержания насаждений.

Список источников

1. Золотокрылин А.Н. Динамика современного климата степей Европейской России // Вопросы степеведения. 2009. № 7. С. 39-45

2. Serdyukova А.Р. The state of Scots pine plantations in the steppe Voronezh region in drought conditions and under anthropogenic influence. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing Ltd. 2021. P. 012098.

3. О государственном экологическом мониторинге и государственном фонде данных государственного экологического мониторинга. Постановление Правительства РФ от 9 августа 2013 г. № 681.

4. Кузнецова Н.Ф. Особенности семеношения сосны обыкновенной на территории ЦЧР в засуху 2010г. //Хвойные бореальной зоны. 2012. Т. 30. № 3-4. С. 270-276.

5. Иванов В.П. Марченко С.И. Иванов Ю.В. Влияние погодных условий на женскую генеративную сферу сосны обыкновенной (Pimis sylvestris L.)// Вестник Томского гос. университета. Биология. 2015. №3 (31). С. 114-129

References

1. Zolotokrylin, A.N. Dynamics of the modem climate of the steppes of European Russia. Issues of steppe science, 2009, no. 7, pp. 39-45.

2. Serdyukova, A.P. The state of Scots pine plantations in the steppe Voronezh region in drought conditions and under anthropogenic influence. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. IOP Publishing Ltd, 2021. P. 012098.

3. On the state environmental monitoring and the state data fund of the state environmental monitoring. Decree of the Government of the Russian Federation of August 9, 2013, no. 681.

4. Kuznetsova, N.F. Peculiarities of seed production of Scots pine on the territory of the Central Chernozem Region during the drought of 2010. Conifers of the boreal zone, 2012, vol.30, no. 3-4, pp. 270-276.

5. Ivanov, V.P. S.I. Marchenko and Yu. V. Ivanov. The impact of weather conditions on the development of female cones of Scotch pine (Pimis sylvestris L.). Tomsk State University Journal of Bio logy, 2015, no. 3 (31), pp. 114-129

Размещено на Allbest.ru