научная статья по теме ВЗАИМОСВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОРНЕЙ ХВОЙНЫХ ПОРОД В ОНТОГЕНЕЗЕ В ЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ РОССИИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ВЗАИМОСВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОРНЕЙ ХВОЙНЫХ ПОРОД В ОНТОГЕНЕЗЕ В ЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ РОССИИ»

АГРОХИМИЯ, 2012, № 8, с. 9-17

Питание растений

УДК 630*161.3:630*181.341.581.5

ВЗАИМОСВЯЗЬ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ И ПОГЛОТИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОРНЕЙ ХВОЙНЫХ ПОРОД В ОНТОГЕНЕЗЕ В ЗОНЕ ЮЖНОЙ ТАЙГИ РОССИИ

© 2012 г. В.М. Лебедев, Е.В. Лебедев

Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия 603107 Нижний Новгород, просп. Гагарина, 97, Россия E-mail: proximus77@mail.ru

Поступила в редакцию 18.01.2012 г.

По таксационным данным о фитомассе древостоев на уровне организма проведен комплексный физиологический анализ работы листового аппарата, корневой системы, а также биологической продуктивности ели обыкновенной, сосны обыкновенной и лиственницы сибирской в онтогенезе в зоне южной тайги европейской и азиатской частях России. Показана высокая обратная корреляция между возрастом растений и чистой продуктивностью фотосинтеза, биологической продуктивностью, депонированием углерода и поглощением N, P, K, Ca и Mg в онтогенезе. Установлен характер статистической связи между листовым аппаратом и корневой системой в онтогенезе. Полученные данные послужат теоретической основой для разработки агротехнических приемов для повышения продуктивности лесов.

Ключевые слова: хвойные породы, биологическая продуктивность, поглотительная деятельность корней, онтогенез, зона южной тайги России.

ВВЕДЕНИЕ

Биологическая продуктивность древесного растения определяется сложным комплексом климатических, эдафических, биоценотических и физиолого-биохимических факторов [1]. Являясь открытой саморегулирующейся системой, растение постоянно обменивается энергией и веществом с окружающей средой. Критерием оценки происходящих в растении процессов является скорость продуцирования органического вещества в фотосинтетическом аппарате, в результате деятельности которого образуется до 95% массы органического вещества [2]. Корневая система осуществляет центральную метаболическую функцию, производя переработку значительной части ассимилятов, определяя характер первичного усвоения поглощенных элементов и распределяя продукты своего обмена по органам растения [3, 4]. При такой функциональной зависимости любые изменения в одной из этих систем не могут не сказаться на деятельности другой. Изучение древесного растения на уровне организма должно быть основой всех исследований, направленных на повышение продукционного процесса. В естественных условиях лесной фитоценоз -сложная дисперсная система, в которой изучение

растения на уровне организма является крайне сложным, а зачастую и невозможным.

Оценку прироста фитомассы лесных экосистем в основном проводят по величине запасов стволовой древесины, которую широко используют в системе государственного учета лесов, составленного по региональным таблицам хода роста (ТХР) древостоев. Информация о величине фитомассы древостоев большей частью получена методом среднего модельного дерева, когда надземную часть фракционируют на стволы, ветви и листья [5, 6], а подземную часть, с учетом площади питания среднего дерева, методом малых и больших монолитов [7] извлекают из грунта со значительной потерей активных корневых окончаний. В такой ситуации говорить о количественной стороне деятельности листового аппарата и корневой системы в различных экологических условиях и периодах онтогенеза невозможно, что затрудняет управление продукционным процессом культур. Между тем таблицы по фитомассе лесов Северной Евразии, представленные Усоль-цевым [8] на основе рекурсивно-блочного метода моделирования обширного материала ТХР древесных растений на уровне организма, позволяют существенно расширить наши знания о биологии

древесных растении в онтогенезе, привлекая для этого сведения, полученные в модельных микрополевых опытах с изучаемыми породами [9, 10], и природно-климатические данные мест произрастания [11]. Цель работы - получить количественные данные чистой продуктивности фотосинтеза (ЧПФ), минерального питания, биологической продуктивности и депонирования углерода ведущих хвойных пород в местах их естественного произрастания, используя табличные материалы и методику Усольцева [8].

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Использовали табличные данные нормальных ельников (Picea abies L.) бонитета 1б Скандинавско-Русской провинции европейской России в зоне южной тайги, составленные по данным [12], продолжительность безморозного периода (ПБП) - 130 сут, годовое количество осадков -450 мм, почва - дерново-подзолистая, возрастной период деревьев - от 10 до 160 лет; табличные данные сосняков (Pinus sylvestris L.) потенциальной продуктивности бонитета 1б в центре европейской России в зоне южной тайги (Тверская, Ярославская обл.), составленные по данным [12], ПБП - 130 сут, годовое количество осадков -600 мм, почва - дерново-подзолистая, возрастной период - от 10 до 140 лет; табличные данные сомкнутых лиственничников (Larix sibirica Ledeb.) бонитета III в Забайкальской горной провинции южной тайги, составленные по данным [13], ПБП - 120 сут, годовое количество осадков -300 мм, почва - многолетнемерзлотная подзолистого типа, возрастной период - от 20 до 180 лет.

Для определения оптической плотности листового аппарата пород массу хвои модельных растений в различные возрастные периоды пересчитывали в поверхность хвои. Для этого в августе брали разновозрастные (ель, сосна) образцы хвои с разных сторон и высот кроны всех пород в возрастах от 30 до 100 лет. Из сформированного образца массой 500 г было взято по 100 свежих хвоинок в пятикратной повторности для детального определения под микроскопом МБС-9 их поверхности [14]. После высушивания проанализированных хвоинок при температуре 102°С по выведенным авторами коэффициентам определяли величину поверхности хвоинок, которые составили в расчете на 1 г сухой массы для сосны, ели и лиственницы соответственно 90, 100 и 140 см2. Поверхность хвои целого растения рассчитывали как произведение величины сухой массы хвои растения на величину поверхности

хвои, приходящуюся на единицу ее массы. С этих же растений брали пробы хвои, ветвей, древесины с корой и корней разного возраста, группировали по органам, высушивали, измельчали и в них определяли содержание К, Р, К, Са и Mg общепринятыми агрохимическими методами [15, 16]. Содержание минеральных элементов в единице биомассы дерева в каждом возрастном периоде определяли с учетом соотношения между органами. О накоплении элементов модельными растениями судили по разнице содержания их в биомассе всего растения между сравниваемыми возрастными периодами. За длительность вегетации принят безморозный период, т. к. осенние и зимние отрицательные температуры частично разрушают пигментную систему фотосинтетического аппарата и резко снижают его деятельность [17-19]. Чистую продуктивность фотосинтеза (ЧПФ) рассчитывали в среднем за каждый 10-летний период [20] по формуле 1: Др

ЧПР = -Др, г/м2/сут, (1)

ФП ' ' '

где: ДР - прирост абсолютно сухой массы растения за сравниваемый период, г; ФП - фотосинтетический потенциал, характеризующий поверхность хвои, функционировавшую в течение опыта (формула 2):

^ 1+ 5 2

ФП =

2

■ T, м2/сут,

(2)

где: и 52 - поверхность хвои модельного растения в начале и в конце 10-летнего периода, м2; Т - длительность безморозного периода за 10 лет, сут.

Накопление биомассы 1 м2 хвои за вегетационный период определяли как произведение величины ЧПФ на продолжительность периода фотосинтеза. Под депонированием углерода [6, 21] понимали его количество, накопленное поверхностью хвои растений, занимающих площадь 1 га. Показатель определяли как произведение величин массы углерода, накопленной 1 м2 поверхности хвои за вегетацию, и усредненной поверхности хвои, приходящейся на 1 га фитоценоза в каждом сравниваемом возрастном периоде. Этот показатель важен для определения потенциального стока углерода насаждениями. О биологической продуктивности (БП) растений судили по относительному увеличению биомассы среднего модельного дерева, полученного усреднением из сотен и тысяч растений за каждый 10-летний период онтогенеза.

Для определения активной поверхности корней целого растения использовали величины

удельной активной поверхности корневой системы (УАПКС) и длины активных корней, приходящейся на единицу массы пряди, полученные авторами в модельных микрополевых опытах с одно- и двулетними растениями, выращенными на дерново-подзолистых и серых лесных почвах [9, 10]. В силу высокого постоянства фитомет-рических характеристик активных корней в пределах растения (диаметра, длины активного корня, величины УАПКС и длины корней, приходящихся на единицу массы пряди диаметром 2-3 мм), для определения активной поверхности корней целого растения использовали усредненные величины УАПКС и длины корней (м/г абсолютно сухой массы пряди) [22]. Под УАПКС понимали активную поверхность, приходящуюся на 1 м длины корневой системы, см2/м. Для ели, лиственницы и сосны были взяты часто наблюдаемые величины УАПКС, равные 3.8, 4.2 и 3.5 см2/м, длины активных корней в 1 г пряди - соответственно 9, 24 и 21 м. Таким образом, в 1 г сухой массы пряди корней ели, лиственницы и сосны формировалось соответственно 34, 101 и 74 см2 активной поверхности. Активную поверхность корней растения рассчитывали как произведение величины УАПКС, длины активных корней (м), приходящейся на единицу массы пряди, и массы корневой системы целого растения (в виде прядей).

Так как листовой аппарат и активная часть корневой системы - две стороны единого процесса питания растения, то между ними всегда существует тесная функциональная связь. Соотношение между корневым потенциалом (КП) и фотосинтетическим потенциалом (ФП) в опытах авторов [10, 22] в среднем для ели, лиственницы и сосны было равно соответственно 0.23, 0.35 и 0.20. В функциональном отношении это означает, что 1 м2 активной поверхности корней может обслужить соответственно 4.3, 2.9 и 5.0 м2 поверхности хвои. Под КП понимали активную поверхность корней, функционировавшую за время опыта:

^ 1+ 5 2

кп =

2

■ T, м2/сут,

(3)

системы растения. Эту долю активных корней в массе корней среднего растения использовали в расчетах. Вычисленные раз

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком