Устойчивость к засухе этапов и репродуктивных стадий жизненного цикла сосны обыкновенной на юге русской равнины

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Приведены данные изучения предела устойчивости сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) к засухе на юге Русской равнины в связи с изменением лесостепного климата, увеличением числа и напряженности засух. Показано, что темпы потепления климата в XX веке составляли 0.11°C/10 лет, в XXI веке они повысились до 0.35°C/10 лет. Цель исследования — определить порог устойчивости этапов и стадий жизненного цикла сосны обыкновенной к засухе в лесостепной зоне Русской равнины. Объектом исследования служили северные калужская и рязанская, центральная воронежская и южная белгородская популяции сосны, произрастающие на экологически благоприятной территории лесостепной зоны Русской равнины. В результате изучения реакции сосны на 6 сильных засух (ранние 1991 и 2007 гг., летние 2010 и 2020 гг., поздние 2014 и 2020 гг.) и 8-летней тепловой волны (2007—2014 гг.) определен порог устойчивости этапов, которые по нисходящему вектору представляют следующий ряд: онтогенез, спорогенез, эмбриогенез, гаметогенез. Причиной неурожайного 2012 г. стал кумулятивный эффект воздействия двух засух на процессы мегаспорогенеза (2010 — в год инициации мегаспорогенеза, 2012 — в год оплодотворения). Воздействие засухи 1991 г. на ранний эмбриогенез привело к 5-кратному снижению урожайности сосны и нежизнеспособности семян. Погодный стресс 2010 г. во время позднего эмбриогенеза нарушил будущие растения по таким жизненно важным показателям, как быстрота роста, фенотипическая изменчивость, сезонные ритмы развития, что стало причиной массовой гибели 1-летних сеянцев и появления у 2-летних растений множества мофозов и отклонений в развитии. Сильные засухи 2007, 2010, 2012, 2014 гг. во время тепловой волны 2007—2014 гг. вызвали дестабилизацию и переход сосновых лесов в состояние слабо неравновесной системы. Возвращение сосны в равновесие продолжалось в течение трех оптимальных лет.

Об авторах

Н. Ф. Кузнецова

Всероссийский научно-исследовательский институт лесной генетики, селекции и биотехнологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: nfsenyuk@mail.ru
ул. Ломоносова, д. 105, Воронеж, 394087 Россия

Список литературы

  1. Акимов Л.М., Задарожная Т.Н. Особенности распределения трендов температуры воздуха на Европейской территории России и сопредельных государств // Вестник ВГУ. Сер.: География. Геоэкология. 2018. № 4. С. 5—14.
  2. Белоусов Л.В. Основы общей биологии. М.: МГУ, 2005. 368 с.
  3. Виноградова В.В., Титкова Т.Б., Черенкова Е.А. Динамика увлажнения и теплообеспеченности в переходных ландшафтных зонах по спутниковым и метеорологическим данным в начале XXI в. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 162—172.
  4. ГОСТ 13056.8-97 Семена деревьев и кустарников. Метод определения доброкачественности. М.: Издательство стандартов, 1998.
  5. Гостева С.Р. Экологическая безопасность России и устойчивое развитие // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2010. Т. 16. № 3. С. 704—718.
  6. Ефимов Ю.П. Семенные плантации в селекции и семеноводстве сосны обыкновенной. Воронеж: Истоки, 2010. 252 с.
  7. Козубов Г.М., Тренин В.В., Тихова М.А., Кондратьева В.П. Репродуктивные структуры голосеменных (сравнительное описание). Л.: Наука, 1982. 104 с.
  8. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. М.: Высшая школа, 2005. 737 с.
  9. Кузнецова Н.Ф. Репродуктивное развитие инициали спорофита у Pinus sylvestris L. // Цитология. 2002. Т. 44. № 2. С. 159—165.
  10. Кузнецова Н.Ф. Леса Среднерусской лесостепи как объект ex situ // Вестник Поволжского государственного технологического университета: Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2020. № 4 (48). С. 10—21. doi: 10.25686/2306-2827.2020.4.10
  11. Кузнецова Н.Ф., Клушевская Е.С., Аминева Е.Ю. Высокопродуктивные сосновые леса в условиях изменяющегося климата // Известия вузов. Лесной журнал. 2021. Вып. 6. С. 9—23. doi: 10.37482/0536-1036-2021-6-9-23
  12. Кузнецова Н.Ф. Изменение климата и его влияние на жизненное состояние лесостепных популяций сосны обыкновенной Русской равнины // Лесохозяйственная информация. 2023а. № 2. С. 27—42. doi: 10.24419/LHI.2304-3083.2023.2.02
  13. Кузнецова Н.Ф. Генеративная сфера сосны обыкновенной как индикатор климатически детерминированной смены жизненных состояний популяций // Лесоведение. 2023б. № 2. С. 244—254. doi: 10.31857/S0024114823030063
  14. Лукина Н.В., Гераськина А.П., Горнов А.В. и др. Биоразнообразие и климаторегулирующие функции лесов: актуальные вопросы и перспективы исследований // Вопросы лесной науки. 2020. Т. 3. № 4. С. 1—90. doi: 10.31509/2658-607x-2020-3-4-1-90
  15. Молчанов А.И. Влияние леса на окружающую среду. М.: Наука, 1973. 359 с.
  16. Муратова Е.Н. Особенности мейоза сосны обыкновенной около северной границы ее ареала // Онтогенез. 1995. Т. 26. № 2. С. 158—169.
  17. Раутиан А.С. О природе генотипа и наследственности // Журнал общей биологии. 1993. Т. 54. № 2. С. 132—149.
  18. Романовский М.Г. Продуктивность, устойчивость и биоразнообразие лесов Европейской России. М.: МГУЛ, 2002. 92 с.
  19. Самофал С.А. Климатические расы обыкновенной сосны и роль их в организации семенного хозяйства СССР // Труды по лесному опытному делу. 1925. Вып. 1. С. 5—50.
  20. Свинцова В.С. Характер изменчивости признаков репродуктивной сферы Pinus sylvestris L. в условиях среднерусской лесостепи (Воронежская область): автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.05. Воронеж, 2002. 22 с.
  21. Семихатова О.А. Дыхание поддержания и адаптация растений // Физиология растений. 1995. Т. 42. № 2. С. 312—319.
  22. Третьякова Е.П. Теория организации. М.: КНОРУС, 2014. 224 с.
  23. Чудинова Л.А., Орлова Н.В. Физиология устойчивости растений. Пермь: Перм. ун-т, 2006. 124 с.
  24. Шведенко А.З., Щепаченко Д.Г., Кракснер Ф., Онучин А.А. Переход к устойчивому управлению лесами России: теоретико-методические предпосылки // Сибирский лесной журнал. 2017. № 6. С. 3—25. doi: 10.15372/SJFS20170601
  25. Яковлев А.В. О влиянии низких температур на микроспорогенез сосны обыкновенной // Лесоведение. 1978. № 6. С. 51—55.
  26. Anderegg W.R.L., Schwalm C., Biondi F. et al. Pervasive drought legacies in forest ecosystems and their implications for carbon cycle models // Science. 2015. V. 349. № 6247. P. 2068—2074. https://doi.org/10.1126/science.aab1833
  27. Arnholdt-Schmitt B. Stress-induced cell reprogramming: a role for global genome regulation? // Plant Physiology. 2004. V. 136. P. 2579—2586. doi: 10.1104/pp.104.042531
  28. Bose A.K., Gessler A., Bolte A., Bottero A., Buras A., Cailleret M., Camarero J.J., Haeni M., Heres A.-M., Hevia A. et al. Growth and resilience responses of scots pine to extreme droughts across Europe depend on predrought growth conditions // Global Change Biology. 2020. V. 26. № 8. P. 4521—4537.
  29. Easterling D.R., Meehl G.A., Parmesan C. et al. Climate extremes: observations, modeling, and impacts // Science. 2000. V. 289. P. 2068—2074. doi: 10.1126/science.289.5487.2068
  30. Evstigneev O.I. Korotkov N.V. Ontogenetic stages of trees: an overview // Russian Journal of Ecosystem Ecology. 2016. V. 1 (2). P. 1—31. doi: 10.21685/2500-0578-2016-2-1
  31. Hansen M.C., Potapov P.V., Moore R.M. et al. High-resolution global map of 21st century forest cover change // Science. 2013. V. 342. P. 850—853. doi: 10.1126/science.1244693
  32. IPCC, 2023. Climate Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Core Writing Team, H. Lee and J. Romero (eds.)). IPCC, Geneva, Switzerland. P. 35—115.
  33. Kijowska-Oberc J., Staszak A.М., Kaminski J. et al. Adaptation of forest trees to rapidly changing climate // Forests. 2020. V. 2. № 11. P. 123—147. https://doi.org/10.3390/f11020123
  34. Kuznetsova N.F. Self-Fertility in Scots Pine as a System for Regulating Close Relationships and Species Survival in an Adverse Environment // Advances in Genetic Research. New York, 2012. P. 83—106.
  35. Kuznetsova N.F., Semenov М.А., Sautkina M.Yu. Pine forests of East European plain: distribution trends, functions and development problems // Pinus: growth, distribution and uses. New York: Nova Science Publ., 2019. P. 1—47.
  36. Lepton T.C., Held H., Kriegler E. et al. Tipping elements in the Earth’s Climate System // PNAS. 2008. V. 105. № 6. P. 1786—1793. https://doi.org/10.1073/pnas.0705414105
  37. Sarvas R. Investigations on the annual cycle of development of forest trees. Active period // Commun. Inst. For. Fenn. 1973. V. 76. № 3. P. 1—110.
  38. Singh H. Embryology of Gymnosperms. Berlin, Stuttgart, 1978. 302 p.
  39. Smith M.D. The ecological role of climate extremes: current understandings and future prospects // Ecology. 2011. V. 330. № 6006. P. 651—655. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2011.01833.x
  40. Williams C.G. Conifer reproductive biology. Berlin: Springer, 2009. 172 p.
  41. Kuznetsova N.F., Semenov М.А., Sautkina M. Yu., Pine forests of East European plain: distribution trends, functions and development problems, In: Pinus: growth, distribution and uses, New York: Nova Science Publ., 2019, pp. 1—47.
  42. Lepton T.C., Held H., Kriegler E. et al., Tipping elements in the Earth’s Climate System, PNAS, 2008, Vol. 105, No. 6, pp. 1786—1793. https://doi.org/10.1073/pnas.0705414105
  43. Lukina N.V., Geras’kina A.P., Gornov A.V., Shevchenko N.E., Kuprin A.V., Chernov T.I., Chumachenko S.I., Shanin V.N., Kuznetsova A.I., Teben’kova D.N., Gornova M.V., Bioraznoobrazie i klimatoreguliruyushchie funktsii lesov: aktual’nye voprosy i perspektivy issledovanii (Biodiversity and climate regulating functions of forests: current issues and prospects for research), Voprosy lesnoi nauki, 2020, Vol. 3, No. 4, pp. 1‒90.
  44. Molchanov A.I., Vliyanie lesa na okruzhayushchuyu sredu (Forest influence on the environment), Moscow: Nauka, 1973, 359 p.
  45. Muratova E.N., Osobennosti meioza sosny obyknovennoi okolo severnoi granitsy ee areala (Features of meiosis in Scots pine near the northern border of its range), Ontogenez, 1995, Vol. 26, No. 2, pp. 158—169.
  46. Rautian A.S., O prirode genotipa i nasledstvennosti (On the nature of the genotype and of the heredity), Zhurnal obshchei biologii, 1993, Vol. 54, No. 2, pp. 132—149.
  47. Romanovskii M.G., Produktivnost’, ustoichivost’ i bioraznoobrazie ravninnykh lesov evropeiskoi Rossii (Productivity, tolerance and biodiversity of the plain forests in European part of Russia), Moscow: Izd-vo MGUL, 2002, 91 p.
  48. Samofal S.A., Climaticheskie rasy obyknovennoi sosny i rol’ ikh v organizatsii semennogo khozyaystva SSSR (Climatic races of Scots pine and their role in the organization of seed economy of the USSR), Trudy po lesnomu opytnomu delu, 1925, No. 1, pp. 5—50.
  49. Sarvas R., Investigations on the annual cycle of development of forest trees. Active period, Commun. Inst. For. Fenn., 1973, Vol. 76, No. 3, pp. 1—110.
  50. Semikhatova O.A., Dykhanie podderzhaniya i adaptatsiya rastenii (Maintenance respiration and plant adaptation), Fiziologiya rastenii, 1995, Vol. 42, No. 2, pp. 312—319.
  51. Shvidenko A.Z., Shchepashchenko D.G., Kraksner F., Onuchin A.A., Perekhod k ustoichivomu upravleniyu lesami Rossii: teoretiko-metodicheskie predposylki (Transition to sustainable forest management in Russia: theoretical and methodological backgrounds), Sibirskii lesnoi zhurnal, 2017, No. 6, pp. 3—25.
  52. Singh H., Embryology of Gymnosperms, Berlin, Stuttgart, 1978, 302 p.
  53. Smith M.D., The ecological role of climate extremes: current understandings and future prospects, Ecology, 2011, Vol. 330, No. 6006, pp. 651—655. https://doi.org/10.1111/j.1365-2745.2011.01833.x
  54. Svintsova V.S., Kharakter izmenchivosti priznakov reproduktivnoi sfery Pinus sylvestris L. v usloviyakh srednerusskoi lesostepi: Voronezhskaya oblast'. Avtoref. diss. kand. biol. nauk (The nature of the variability of the traits of the reproductive sphere of Pinus sylvestris L. in the conditions of the Central Russian forest-steppe: Voronezh region. Extended abstract of Candidate’s biol. sci. thesis), Voronezh, 2002, 20 p.
  55. Tretyakova E.P., Teoriya organizatsii (Organization theory), Moscow: KNORUS, 2014, 224 p.
  56. Vinogradova V.V., Titkova T.B., Cherenkova E.A., Dinamika uvlazhneniya i teploobespechennosti v perekhodnykh landshaftnykh zonakh po sputnikovym i meteorologicheskim dannym v nachale XXI v. (Dynamics of moisture and heat fluxes in transitional landscape zones from satellite and meteorological data in the beginning of the XXI century), Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa, 2015, Vol. 12, No. 2, pp. 162—172.
  57. Williams C.G., Conifer reproductive biology, Berlin: Springer, 2009, 172 p.
  58. Yakovlev A.V., O vliyanii nizkikh temperatur na mikrosporogenez sosny obyknovennoi (About the effect of low temperatures on the microsporogenesis of Scots pine), Lesovedenie, 1978, No. 6, pp. 51—55.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».