Коэффициент неравномерности распределения корней в почве

Заключение. Таким образом, мы можем сделать вывод о различной глубине покоя исследуемых древесных растений. Темнохвойные виды, особенно пихта, имеют меньшую глубину покоя и его продолжительность. Возможно, в условиях потепления климата деревья Abies sibirica выходят из состояния вынужденного покоя даже во время кратковременных зимних оттепелей, не характерных ранее для исследуемых районов. Возникающие при возобновлении фотосинтеза и газообмена потери воды не могут быть компенсированы в зимних условиях, что приводит к иссушению и гибели хвои. На наш взгляд, усыхание пихтовых лесов, отмечаемое с конца прошлого века во многих регионах Европы и России, может быть объяснено в том числе и нарушением прохождения стадии зимнего покоя в условиях изменения климата.

Литература

1. Григорьев Ю.С., Пахарькова Н.В. Влияние техногенного загрязнения воздушной среды на состояние зимнего покоя сосны обыкновенной // Экология. - 2001. - № 6. - С. 471-473.

2. Шульц Г.Э. Общая фенология. Л. Наука. - 1981. - 188 с.

3. Моделирование фенологической динамики. Анализ корреляций сроков сезонных явлений у древесных растений с климатическими факторами / Т.М. Овчинникова [и др.] // Тр. гос. заповедника «Столбы». -Красноярск, 2010. - Вып.19. - С. 76-89

4. Структурно-функциональные изменения фотосинтетического аппарата у зимневегетирующих хвойных растений в различные сезоны года / Т.Г. Маслова [и др.] // Физиология растений. - 2009. - Т. 56. - № 5. - С. 672-681.

5. Alberdi M., Corcuera L.J. Cold-Acclimation in Plants // Phytochemistry. - 1991. - V. 30. - P. 3177-3184.

6. Öguist G., Huner N.P.A. Photosynthesis of Overwintering Evergreen Plants // Annu. Rev. Plant Biol. - 2003.

- V. 54. - P. 329-355.

7. Древесные растения Якутии и низкотемпературный стресс / К.А. Петров [и др.] // Физиология растений. - 2011. - Т. 58. - № 6. - С. 866-874.

8. Сезонные изменения фотосинтетического аппарата древесных и кустарниковых растений / Н.А. Гаев-ский [и др.] // Физиология растений. - 1991. - Т. 38. - Вып. 4. - С. 685.

9. А.с. №1358843 от 15.08.87. Способ определения степени глубины покоя древесных растений /

Н.А. Гаевский, Г.А.Сорокина [и др.].

10. Флуоресцентная диагностика зимнего покоя хвойных в урбоэкосистемах с различным уровнем загрязнения воздушной среды / Н.В. Пахарькова [и др.] // Журнал СФУ. Химия. - 2009. - № 4. - С. 359-367.

11. Пахарькова Н.В., Сорокина Г.А., Шубин А.А. Влияние загрязнения воздушной среды на зимний покой древесных растений // Теоретическая и прикладная экология. - 2012. - №2.- С.20-25

12. Lichtenthaler H.K. Chloropyll and Carotinoides: Pigments of Photosynthetic Biomembranes // Methods. En-zimol. - 1987. - V.148. - P. 331-382

13. Schaedle M., Foot K.C. Seasonal changes in the photosynthesic capacity of bark // Forest Sci. - 1971. -Vol. 17. - № 3. - P. 308-313.

---------♦------------

УДК 58.087 Р.А. Сейдафаров

КОЭФФИЦИЕНТ НЕРАВНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КОРНЕЙ В ПОЧВЕ

Разработана формула для оценки степени неравномерности распределения корней в почве. Установлено, что с усилением техногенного загрязнения неравномерность распределения корней в почве липы мелколистной увеличивается при увеличении массы корней.

Ключевые слова: корневые системы, липа мелколистная, техногенное загрязнение, коэффициент неравномерности.

R.A. Seydafarov

IRREGULARITY COEFFICIENT OF ROOT DISTRIBUTION IN SOIL

The formula for assessment of the root distribution irregularity degree in soil is developed. It is determined that there is root distribution irregularity increase of tillet (Tilia cordata) in soil in the anthropogenic pollution conditions if the root mass increases.

Key words: root systems, tillet, anthropogenic pollution, irregularity coefficient.

Введение. Многие исследователи при изучении эколого-биологических особенностей того или иного вида растений в различных условиях произрастания основное внимание уделяют характеристике надземных вегетативных органов, прежде всего - ассимиляционному аппарату. Однако рост, развитие и устойчивость растительного организма зависят также от особенностей корневых систем [3, 7, 8].

Методический аппарат исследования корневых систем отличается противоречивостью и множеством нерешенных вопросов. В настоящее время в дендроэкологии отсутствуют математические методы определения влияния условий произрастания (прежде всего - промышленного загрязнения) на какой-либо количественный параметр [2]. В частности, нет методики определения степени равномерности распределения корней в почве. Однако известно, что под влиянием техногенного загрязнения равномерность распределения корней в почве существенно изменяется [2, 8, 9].

Цель работы. Разработать формулу для расчета степени неравномерности распределения корней древесных растений в почве.

Материалы и методы исследования. Основными количественными методами исследования корневых систем древесных растений в условиях техногенеза являются методы бура и монолитов [2, 6]. Метод бура предполагает бурение скажин через каждые 10 см глубины в нескольких точках вокруг модельного дерева (или модельных деревьев) на расстоянии не более 1 м от ствола. Метод монолитов предполагает закладку почвенных траншей в 70 см от ствола модельного дерева и последующее извлечение моноблоков (объемом в основном 1000 см3) через каждые 10 (в некоторых случаях - через каждые 20 см) см почвы в 10-кратной повторности с каждой глубины. Почвенные траншеи и скважины обычно закладываются до глубины

1 м (в редких случаях - до глубины 2 м). При применении как метода бура, так и метода монолитов в дальнейшем из блоков с землей извлекаются корни (пинцетом или при помощи сита). Затем измеряется масса (г/10-1 м3) и длина (см/10-1 м3) корней [2]. Традиционно корни делят на следующие фракции: поглощающие (диаметром менее 1 мм), полускелетные (1-3 мм) и скелетные (более 3 мм) [3].

Результаты исследования и обсуждение. Ранее, в 2008-2011 гг., были исследованы корневые системы липы мелколистной (Tilia cordata Mill.) в условиях Уфимского (смешанный тип загрязнения с преобладанием углеводородного компонента) и Стерлитамакского (смешанный тип загрязнения со значительной -более 40 % - долей тяжелых металлов в объемах загрязняющих веществ) промышленных центров [1]. При изучении особенностей формирования корневых систем применялся метод монолитов, определялась суммарная масса корней метрового слоя почвы, масса корней отдельных фракций, а также масса корней на каждой глубине [2].

Объектами исследования служили древостои липы мелколистной всех классов возраста: молодняк (0-10 лет), жердняк (11-20 лет), средневозрастной (21-30 лет), приспевающий (31-40 лет), спелый (41-50 лет) и перестойный (старше 50 лет).

В процессе изучения особенностей формирования и строения корневых систем липы мелколистной в условиях техногенного загрязнения была разработана формула для расчета коэффициента неравномерности распределения корней в почве по количественным параметрам

ID 4 1 Ж

+П2 +.---+пт_1 +пт^

где Ё¡в - коэффициент равномерности распределения корней в почве; , |Д2|, ... |Днг_!| - модуль разности значений исследуемого количественного параметра (масса или длина корней) между двумя соседними десятисантиметровыми слоями почвенного разреза; п - абсолютные значения исследуемого параметра; m - количество измерений анализируемого параметра. Чем меньше значение Ё ¡в , тем корни распределены в почве более равномерно.

Поскольку абсолютные значения указанных параметров (масса и длина корней) отличаются друг от друга (к тому же имеют разные единицы измерения), предлагается рассчитывать коэффициент неравномерности распределения корней в почве в относительных значениях. Зная относительные значения данного коэффициента, можно рассчитать его абсолютные значения.

Данная формула позволяет вычислить, на сколько в среднем отличаются значения массы или длины корней между двумя любыми соседними десяти - или двадцатисантиметровыми слоями почвы, что в свою очередь является показателем влияния техногенных факторов на формирвание корневых систем.

В условиях Уфимского промышленного центра значения коэффициента неравномерности варьруют от 2,4 % (0-10 лет) до 12,7 % (41-50 лет). В целом можно констатировать, что до 20-летнего возраста корни липы распределяются по профилю почвы равномерно и их распределение соответствует таковому в условиях контроля. Начиная с приспевающего возраста, наблюдается уменьшение равномерности распределения корневой массы по глубине (рис. 1). Данные результаты согласуются с материалами предыдущих ис-следованиий, согласно которым до 20-летнего возраста в условиях Уфимского промышленного центра масса корней липы мелколистной в загрязнении и контроле не отличается. С приспевающей генерации имеет место увеличение массы корней - как общей, так и отдельных фракций (в особенности - массы скелетных корней). Также ранее было показано, что в этом возрасте (старше 20 лет) основная масса корней концентрируется в слое 10-40 см, в котором сосредоточено более 55 % всех корней [5, 9]. Подобная особенность коррелирует с данными по аккумулирующей способности корней липы мелколистной: активное накопление токсикантов корнями начинается после 20 лет жизни [4].

КНР %

14 12 10 8 6 4 2 0

0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 > 50возраст> лет

загрязнение  контроль

Рис. 1. Значения коэффициента неравномерности распределения корней липы мелколистной в условиях Уфимского промышленного центра

В Стерлитамакском промышленном центре коэффициент неравномерности варьирует от 1,9 до 6,7 %. Причем высокие значения данного параметра зарегистрированы лишь для деревьев в возрасте 10-30 лет. В остальные этапы онтогенеза корни распределены в почве равномерно (рис. 2). В предыдущих исследованиях было показано, что у липы мелколистной в условиях Стерлитамакского промышленного центра увеличение корненасыщенности почвы происходит только у деревьев в возрасте 10-30 лет (жердняк и средневозрастные деревья). В последующие возрастные генерации наблюдается ярко выраженаня деструкция древо-

стоев, которая выражается, в том числе и в уменьшении корненасыщенности почвы [5]. Аналогично установлено, что с 30-летнего возраста имеет место устойчивое снижение аккумулирующей способности корней [4].

КНР %

12 10 8 6 4

2 0

0-10 11-20 21-30 31-40 41-50 > 50возраст> лет

загрязнение  контроль

Рис. 2. Значения коэффициента неравномерности распределения корней липы мелколистной в условиях Стерлитамакского промышленного центра

Выводы

1. Разработана формула для расчета коэффициента неравномерности распределения корней древесных растений в почве. Показано, что степень неравномерности распределения корней в почве у липы мелколистной коррелирует с увеличением корненасыщенности почвы и аккумулирующей способности и связана с последними прямой зависимостью.

2. Разработанная формула позволяет оценить влияние уровня загрязнения на формирование корневых систем и рекомендуется к применению специалистами в области индустриальной дендроэкологии.

Литература

1. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Республики Башкортостан в 2009 году. - Уфа: АДИ-Пресс, 2009. - 301 с.

2. Методы изучения лесных сообществ / Е.Н. Андреева [и др.]. - СПб.: Изд-во НИИХ СпбГУ, 2002. - 240 с.

3. Рахтеенко И.Н. Корневые системы древесных и кустарничковых пород. - М.: Гослесбумиздат, 1952. -106 с.

4. Сейдафарв Р.А., Шаяхметов И.Ф., Сафиуллин Р.Р. Липа: лесовозобновление, индивидуальность, поливариантность, адаптация / Вост. эконом.-юрид. гуманит. академия (Академия ВЭГУ). Уфа, 2012. -212 с.

5. Сейдафаров Р.А., Сафиуллин Р.Р. Дендроэкологическая характеристика липы мелколистной (Tilia cordata Mill) в различных техногенных условиях // Приволжский научный вестник. - 2012. - № 2 (6). -С. 5-8.

6. Сейдафаров Р.А., Сафиуллин Р.Р. К вопросу об эффективности использования метода бура и метода монолитов при изучении корневых систем древесных растений // Приволжский научный вестник. -2012. - № 7 (11). - С. 3-6.

7. Ярмишко В.Т. Корневая система как индикатор техногенного загрязнения // Ботан. журн. - 1987. - №3.

- С.340-346.

8. Ярмишко В.Т. Сосна обыкновенная и атмосферное загрязнение на Европейском Севере. - СПб.: Изд-во НИИХ СПбГУ, 1997. - 210 с.

9. Ecological and biological features of Tilia cordata in the conditions of petrochemical pollution / R.A. Seydafa-rov [et al.] // Proceeding of the International Conference on European Science and Technology. - Wiesbaden, Germany, 2012. - Vol. I. - P. 125-130.

---------♦----------