Рост вегетативных органов ели европейской в условиях города и лесах зеленой зоны

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

РОСТ ВЕГЕТАТИВНЫХ ОРГАНОВ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ В УСЛОВИЯХ ГОРОДА И ЛЕСАХ ЗЕЛЕНОЙ ЗОНЫ

Е.С. ОЛЬХИНА, преподаватель каф. ботаники и физиологии растений ПетрГУ

Экологические проблемы городов и входящих в них природных комплексов относятся к числу наиболее острых в жизни современного общества. Важным средством формирования экологической безопасности и комфорта в урбанизированной среде является развитие системы озеленения. Особое значение в системе озеленения имеют городские и пригородные леса, в которых часто находятся места массового отдыха населения. Эти леса выполняют множество разных функций, включая санитарно-гигиенические, рекреационные, эстетические. Городские и пригородные леса по сравнению с девственными лесами характеризуются специфическими негативными условиями: уплотненная почва, загрязненность мусором, повышенная температура окружающей среды, наличие в воздухе пыли, копоти, дымов и газов, а зачастую недостаток влаги и минерального питания. В связи с этим встает проблема охраны таких насаждений. Нерегулируемое посещение людьми лесов будет приводить к их разрушению и гибели. Для выяснения нормы рекреационной нагрузки необходимо изучение функционирования лесных экосистем, в т.ч. и сезонного роста лесообразующих видов.

На землях города Петрозаводска и вокруг него леса, используемые для отдыха, представлены главным образом ельниками. Известно, что ельники являются чувствительными к действию рекреационного фактора. Массовый неорганизованный отдых отрицательно сказывается не только на их состоянии, но и на ростовых процессах ели. Цель исследования заключалась в определении показателей роста вегетативных органов Picea abies в условиях с различным действием рекреационного фактора.

Материал и методика

Исследования проводились в 20032005 гг. в городских насаждениях и лесах зеленой зоны Петрозаводска. Объектами исследо-

ваний служили еловые приспевающие (90 лет) древостои, тип леса - ельник черничный. Выбор участков осуществлялся на основе результатов ландшафтной таксации, проведенной по соответствующей методике [6]. Рост ели исследовали в городских лесах на участках с изменениями лесной среды средней и сильной степени. В качестве контроля для данного наблюдения был взят участок в лесах зеленой зоны, который расположен в 5 км от городской черты и не нарушен деятельностью человека.

Наблюдения за ростом побегов и хвои проводили в соответствии с методикой В.В. Смирнова. Линейкой измеряли длину побегов второго порядка ветвления, расположенных с южной части кроны на высоте около 1,5 м, через каждые 2-3 сут. с начала набухания до заложения зимующих почек. При этом в каждый срок наблюдений объем выборки для объекта составлял 25 измерений. Величину суточного прироста определяли как разницу в длине побегов между последующим и предшествующим наблюдениями, деленную на число суток этого периода. Длину хвои измеряли с помощью линейки на осевых побегах первого порядка с южной части кроны на высоте около 1,5 м с момента обособления до полного прекращения роста через каждые 2-3 сут. В каждый срок наблюдений объем выборки для пробной площади составлял 75 измерений хвои. Величину суточного прироста определяли как разницу в длине хвои между последующим и предшествующим наблюдениями, деленную на число суток этого периода.

Климатические данные были получены на Сулажгорской метеостанции (Карельская гидрометеорологическая обсерватория). Все выборки проверены на соответствие закону нормального распределения. Из полученных элементарных статистик, в частности, следует, что показатель точности опыта довольно высок (2-3 % - для хвои и 4-5 % - для побегов), а коэффициент вариации не

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007

19

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

слишком велик (10-15 % - для хвои, 15-30 % - для побегов).

Результаты и их обсуждение

Линейный рост побегов. Исследования показали, что начало роста побегов Picea abies связано с вполне определенной температурой воздуха. Приведенные в табл. 1 данные свидетельствуют о том, что линейный рост побегов начинается при среднесуточной температуре около +10 °С (+9,8 - +12,7 °С), хотя начало их роста в разные годы приходится на разные календарные сроки. Явная зависимость начала роста побегов Picea abies от температуры воздуха в различных частях ее ареала выявлена многими исследователями [7, 8, 12]. По данным 3-летних наблюдений, рост побегов при наиболее низкой среднесуточной температуре воздуха (4,5 ч- 11,7 °С) начинается в городских лесах. Начало данной фенофазы на контроле наблюдается при более высокой температуре (9,8 ч- 11,9 °С).

Проведенные исследования позволили установить, что сроки начала роста побегов Picea abies варьируют в пределах 2-15 сут. Раньше начинают рост побеги в городских насаждениях (13-15.V). В лесах зеленой зоны Picea abies вступает в данную фенофазу во второй декаде мая. Более раннее и интенсивное потепление в городах вызывает, по сравнению с зелеными зонами и примыкающими лесами, опережение развития растений. Подобную изменчивость отмечала и Н.К. Белова [2].

На жизнедеятельность растений оказывает влияние не только текущее, но и предшествующее какому-либо процессу состояние среды. Одним из параметров, позволяющих охарактеризовать тепловой режим среды за период с момента перехода температуры воздуха через 0 °С до начала той или иной фенофазы, является сумма положительных температур. Данные по сумме положительных температур свидетельствуют о слабой корреляции между этим показателем и началом роста побегов.

Т а б л и ц а 1

Температурный режим воздуха в период роста вегетативных органов ели европейской

Вегетат. органы Годы наблюдий Начало роста Кульминация прироста Окончание роста

Дата Среднесуточная температура воздуха, °С Сумма положительных температур, °С Дата Среднесуточная температура воздуха, °С Сумма положительных температур, °С Дата Среднесуточная температура воздуха, °С Сумма положительных температур, °С

Городские насаждения

Побеги 2003 13.V 11,7 137,7 17-28.VI 10,9 574,3 26.VII 21,0 1146,6

2004 15.V 15,1 440,9 14-21.VI 19,5 1065,9 17.VII 28,0 1617,93

2005 16.V 12,7 109 13-19.VI 19,2 538,65 19.VII 17,9 1128,8

Хвоя 2003 20.V 9,5 217,2 8-14.VI 10,5 454,9 1.VII 15,8 673,9

2004 2.VI 11,9 741,1 11-17.VI 23,5 998,7 14.VII 14,0 1567,1

2005 18.V 11,7 135,4 24-30.V 15,1 275,4 30.VI 13,6 752,8

Ствол 2003 10.VI 11,3 449,7 10-20.VII 19,0 930,4 27.VTII 10,0 1690,4

2004 10.VI 18,1 901,6 30.VI-10.Vn 18,6 489,25 21.VTII 2,67 2178,4

2005 3.VI 13,7 327,6 23.VT-3.VTI 17,1 743,95 13.VIII 16,2 1567,5

Зеленая зона

Побеги 2003 14.V 11,9 149,8 22-29.VI 11,5 608,45 26.VII 21,0 1146,6

2004 21.V 9,8 179,3 17-23.VI 13,6 439,5 14.VII 16,2 892,4

2005 16.V 12,7 109 13-19.VI 19,2 538,65 19.VII 17,9 1128,8

Хвоя 2003 21.V 12,0 229,2 7-13.VI 17,7 448,9 8.VII 12,9 449,7

2004 8.VI 8,3 355,6 17-23.VI 13,6 439,5 11.VII 18,0 841,3

2005 18.V 11,7 135,4 27.V-3.VI 13,9 290,8 23.VI 21,7 659,8

Ствол 2003 8.VI 12,9 424,4 7-17.VII 18,6 489,25 30.УШ 12,5 1733,7

2004 10.VI 9,4 374,5 30.VI-10.VII 17,1 743,95 21.VTII 16,7 1517,3

2005 3.VI 13,7 327,6 23.VT-3.VTI 19,9 737,2 13.VIII 16,2 1567,5

20

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Таблица 2

Некоторые характеристики прироста вегетативных органов ели европейской

Объекты исследова- ний Годы на- Максимальный суточный прирост, мм Годичный прирост, мм Продолжительность роста, сут

илюдении Побеги Хвоя Ствол Побеги Хвоя Ствол Побеги Хвоя Ствол

Городские насажде- ния 2003 1,9 0,8 0,027 64,2 15,0 2,15 75 43 79

2004 2,8 0,7 0,027 71 12,8 2,26 64 43 73

2005 3,1 0,6 0,026 70,5 13,0 2,06 63 44 72

Зеленая зона 2003 2,9 1,6 0,038 65,4 19,7 2,58 74 49 84

2004 3,1 1,3 0,034 72,8 17,1 2,67 55 34 73

2005 3,2 0,8 0,025 75,3 16,6 2,39 65 37 72

За период наблюдений сумма положительных температур к началу роста побегов достигает в городских насаждениях при 106138 °С, а в лесах зеленой зоны - 106-177 °С. Как правило, в годы с быстрым переходом среднесуточной температуры от отрицательных величин к положительным (при дружной весне) рост побегов начинается при сравнительно небольшой сумме положительных температур, а в годы с затяжной весной - при наибольшей их сумме.

Наступление кульминации прироста побегов Picea abies тесно связано с повышением температуры воздуха, и за годы наблюдений в городских лесах отмечалось с 13 по 28 июля, задерживаясь на контроле на 1-5 сут. В период данной фенофазы среднесуточная температура воздуха значительно изменчива и может варьировать в 1,5—1,8 раза. Исследованиями установлено, что показатель теплообеспеченности более стабилен, чем текущая температура воздуха. Максимальный прирост побегов отмечался при сумме положительных температур 464-574 °С в городских насаждениях и 498-608 °С в лесах зеленой зоны. Суточный прирост побегов в этот период составлял 1,9-3,1 и 2,9-3,2 мм соответственно (табл. 2).

В период усиления роста побегов (до наступления кульминации) динамика температуры существенно влияет на интенсивность их прироста, коэффициент корреляции между этими показателями составляет 0,41-0,67. После кульминации интенсивность прироста побегов снижается и уже не зависит от колебаний температуры воздуха. Между динамикой прироста побегов и изменчивостью среднесу-

точной температуры воздуха достоверная корреляция отсутствует (г = 0,06-0,14). Заметное влияние температуры воздуха на рост побегов только в первую половину периода их роста отмечали и другие исследователи [5, 9, 10].

Сроки прекращения роста побегов сильно варьируют по годам, различаясь во всех древостоях на 1-2 недели. При этом наибольшая изменчивость характерна для Picea abies в городских насаждениях, а наименьшая

- в лесах зеленой зоны. Во время прекращения роста побегов среднесуточная температура воздуха и сумма положительных температур варьируют в довольно широких пределах

- соответственно 16,2-21 °С и 811-1147 °С. Общая продолжительность роста побегов различается по годам от 1 до 19 сут. Следует отметить, что, несмотря на раннее начало роста побегов в городских лесах, прекращение их роста на разных объектах исследования происходит в одни и те же сроки. Исключение составил вегетационный период 2004 г., когда окончание роста побегов на контроле отмечалось 14.VII при понижении температуры до

16,2 °С, а в городских лесах рост продолжался до 17.VII. Эти результаты свидетельствуют о наличии определенной связи между интенсивностью ростовых процессов и температурными условиями городской среды.

Годичный прирост побегов Picea abies на контроле оказался на 2-7 % выше, чем в городских лесах, несмотря на более продолжительный период роста. Многие исследователи [2, 4] приходят к выводу, что даже при слабой и средней степени рекреационной дигрессии и вблизи источников выбросов загрязняющих веществ в воздух имеет место снижение па-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007

21

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

раметров всех изученных показателей, в том числе и длины побегов.

Линейный рост хвои. Формирование хвои Picea abies начинается спустя 3-19 сут. после начала роста побегов. Различия в сроках начала роста хвои связаны с температурой воздуха. Установлено, что рост хвои начинается при среднесуточной температуре воздуха около +10 °С (+8,3 - +12,0 °С). Начало роста хвои Picea abies в таежной зоне при повышении температуры воздуха до +6 - +12 °С установлено рядом авторов [8, 12]. Календарные сроки начала данной фенофазы варьируют по годам в зависимости от значения температуры воздуха. Так, в 2003 г. рост хвои в ельнике черничном свежем начинался 14.V, а в 2004 г. - только 21.V Сумма положительных температур к этому времени достигает 135,4-355,6 °С. Начало роста в городских насаждениях в разные годы наступает раньше (18.V - 2.VI) или совпадает по срокам с ростом хвои в лесах зеленой зоны (18.V - 8.VI).

Кульминация прироста хвои у Picea abies в городских насаждениях отмечена 11-17.VI, а в лесах зеленой зоны - 17-23.VI, при сумме положительных температур 290,8-448,9 °С и 275,4-998,7 °С соответственно, суточный прирост хвои составил 0,6-0,8 мм/сут в городских лесах и 1,3—1,6 - в зеленой зоне. В докульминационный период между интенсивностью роста хвои и температурой воздуха прослеживается прямолинейная зависимость (г = +0,43 - +0,92) и, в отличие от побегов, интенсивность роста имеет среднюю корреляцию от температуры воздуха на протяжении всего периода роста (г = +0,35 - +0,41).

Исследования показали, что рост хвои Picea abies заканчивается в лесах зеленой зоны (23.VI-11.VII) и позднее в городских насаждениях (30.VI-14.VII).

Годичные изменения в сроках начала и окончания роста хвои влияют на продолжительность ее формирования. Наиболее продолжительный рост хвои Picea abies на побегах текущего года наблюдается в городских лесах - 43-44 сут, а более короткий -34-37 сут. в зеленой зоне.

Годичный прирост хвои на изучаемых объектах может различаться в 1,2-1,4 раза. Исследования показали, что наиболее длин-

ная хвоя (16,6-19,7 мм) формируется в лесах зеленой зоны. В городских насаждениях величина этого показателя составляет 12,8-15 мм. Отрицательное влияние условий урбанизированной среды на снижение морфологических показателей ассимиляционного аппарата отмечают и другие исследователи [1, 11]. А.С. Рожков и Т.А. Михайлова (1989) так же наблюдали, что у Picea abies позднее, чем у других хвойных, появляются внешние признаки повреждения (хлороз и некроз хвои), медленнее происходит физиологическое ослабление. Но данная порода имеет менее продолжительный период от необратимого ослабления деревьев до их полного усыхания.

Радиальный рост ствола. Деление камбиальных клеток ствола (на высоте 1,3 м) отмечается в среднем через 7-20 сут. после начала роста хвои. Результаты исследований, приведенные в табл. 1, свидетельствуют о том, что радиальный рост ствола начинается при среднесуточной температуре около +12 °С (+9,4 - +13,7 °С) одновременно на всех объектах исследования. Начало роста древесины ствола, по мнению многих авторов [3, 8], связано с повышением температуры воздуха. Различия в температурном режиме воздуха по годам обусловливают и разницу в календарных сроках начала прироста стволовой древесины.

За годы наблюдений сумма положительных температур во время начала роста ствола варьировала от 327,6 до 424,4 °С. Ва-риабильность данного параметра среды свидетельствует о довольно слабой связи между началом реактивации камбия ствола и суммой положительных температур.

Наступление кульминации прироста стволовой древесины в условиях Южной Карелии за годы наблюдений происходило при температуре не ниже +15,9 °С (табл. 2). Величина суточного прироста в этот период составляла 23-38 мкм в зеленой зоне и 2031 мкм в городских лесах. Перед наступлением кульминации сумма положительных температур колебалась по годам от 489-744 °С в лесах зеленой зоны и до 930 °С в городских насаждениях. Данные исследований, проведенных в разных географических районах, свидетельствуют о наибольшей скорости роста и формирования годичного кольца в пери-

22

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

од с наибольшей освещенностью и высокими среднесуточными температурами [3].

Интенсивность прироста ствола по диаметру усилился после кульминации прироста хвои и побегов. Так, в 2003 г. в лесах зеленой зоны с 11 по 15 июля за сутки нарастало 2,96 % ширины годичного слоя, а общее ее увеличение с начала роста составило 58,6 %. При этом 30,8 % приходилось на период активного роста - с 7 по 17 июля, затем рост прекратился, когда температура воздуха упала до

12,5 °С. В городских лесах кульминация прироста в 2003 г. отмечена позднее (10-20.VII), а максимальный суточный прирост оказался на 41 % меньше, чем на контроле. Ведущее влияние сезонного роста и развития побегов и хвои на характер и распределение скорости сезонного роста древесины ствола подтверждается многочисленными работами [8].

Деление камбиальных клеток ствола в разные годы заканчивается в разные сроки в связи с неодинаковыми погодными условиями. В ельнике черничном свежем это явление наблюдается с 13 по 30 августа. Температура воздуха к этому времени снижается до +12,5 - +16,7 °С.

В период усиления роста стволовой древесины, продолжительность которого составляет 21-35 сут., формируется 43-59 % ее годичного прироста. Общая продолжительность формирования древесины составляет 72-84 сут. на контроле и 72-79 сут. в городских насаждениях.

Обобщая изложенный материал о сезонном росте вегетативных органов ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) в городских лесах и зеленой зоне Петрозаводска, можно сделать следующие выводы.

В условиях городской среды начало, кульминация и окончание роста побегов и хвои Picea abies наступают раньше, чем в пригородных лесах, что объясняется более ранним и интенсивным потеплением в городах по сравнению с зелеными зонами и примыкающими лесами, т.е. происходит опережение развития растений.

В докульминационный период в приросте побегов на всех объектах исследования наблюдается прямая зависимость прироста от

температуры воздуха. Влияние температуры воздуха на интенсивность роста хвои и радиального прироста ствола прослеживается на протяжении всего их периода роста.

Под влиянием загрязнения и рекреационных нагрузок происходит уменьшение всех морфометрических показателей ассимиляционного аппарата.

Годичный прирост хвои Picea abies под влиянием рекреационных нагрузок уменьшается на 20-35 %, а радиальный прирост ствола на 16-20 %.

Библиографический список

1. Барайщук, Г. В. Состояние хвойных насаждений Омска / Г.В. Барайщук, А.А. Гайвас // Лесное хозяйство. - М., 2005. - № 1. - С. 33-34.

2. Белова, Н.К. Видовой состав и структура вредителей листвы и побегов декоративных насаждений Подмосковья / Н.К. Белова // Вопросы защиты леса, охраны природы и озеленения городов: сб. науч. тр. - М.: МЛТИ, 1982. - С. 114.

3. Ваганов, Е.А. Гистометрический анализ роста древесных растений / Е.А. Ваганов, А.В. Шашкин, И.В. Свидерская и др. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-е, 1985. - 100 с.

4. Лукина, Н.В. Состояние еловых биогеоценозов в условиях техногенного загрязнения / Н.В. Лукина, В.В. Никонов. - Апатиты: изд-во КНЦ РАН, 1993. - 134 с.

5. Мелехова, ТА. О формировании древесины сосны и некоторых древесных пород Севера в связи с лесорастительными условиями: автореф. дисс. ... канд. с.-х. наук / ТА. Мелехова. - Архангельск, 1952. - 36 с.

6. Моисеев, В.С. Ландшафтная таксация и формирование насаждений природных зон / В.С. Моисеев, Н.М. Тюльпанов. - Л., 1977. - 70 с.

7. Сбоева, Р.М. Сезонный рост сосны и ели в южной Карелии / Р.М. Сбоева // Лесные растительные ресурсы южной Карелии: сб. науч. тр. - Петрозаводск: Карелия, 1971. - С. 95-106.

8. Смирнов, В .В. Сезонный рост главнейших древесных пород / В.В. Смирнов - М.: Наука, 1964. - 167 с.

9. Тимофеев, В.П. Влияние густоты древостоев и классов роста деревьев на формирование продуктивных насаждений / В.П. Тимофеев // Лесное хозяйство. - 1961. - № 10. - С. 16-20.

10. Харитонович, Ф.Н. Биология и экология древесных пород / Ф.Н. Харитонович. - М.: Лесная пром-сть, 1968. - 304 с.

11. Чижова, В.П. Рекреационные нагрузки в зонах отдыха / В.П. Чижова. - М.: Лесная пром-сть, 1977. - 48 с.

12. Шкутко, Н.В. Хвойные Белоруссии: Эколого-биологические исследования / Н.В. Шкутко. - Минск: Наука и техника, 1991. - 264 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2007

23