Дана оценка устойчивости 28 видов древесных растений к высоким температурам и засухе в баллах. Выделены группы видов с различной степенью повреждений. Перспективны для выращивания в Прихоперье хвойные деревья, дуб, отдельные виды тополей и ив. Сильные повреждения отмечены у березы повислой, тополя бальзамического, видов клена. В антропогенной среде действие высоких температур и засухи на древесные растения усиливаются.
Введение. Действие экстремальных высоких температур влечет за собой целый ряд опасностей для растений: сильное обезвоживание и иссушение, ожоги, разрушение хлорофилла, необратимые расстройства дыхания, изменение скорости биохимических реакций и других физиологических процессов, наконец, тепловую денатурацию белков, коагуляцию цитоплазмы и гибель [4]. П. А. Генкель, Г. В. Еремин, И. К. Кошелев утверждают то, что жароустойчивость растений формируется и полностью проявляется в ходе адаптации их к высокой температуре. Это относится не только к растительному организму в целом, но и отдельным органам [2, 5]. Ряд авторов дали оценку жаростойкости по методу Ф. Ф. Мацкова 6 видам рода Crataegus, 7 видам рода Acer и 7 видам рода Juglans из дендрария ботанического сада Самарского государственного университета [6, 9, 10]. Аналогичные исследования были проведены М. А. Михеевой в г. Воронеже [7]. Проведенные испытания теплоустойчивости растений выполнены лабораторными методами. Необычные жара и засуха летом 2010 года оказались мощными факторами стресса для древесных растений, что отразилось на их физиологическом состоянии и стали причиной массовых повреждений листьев, побегов и в целом кроны. Это определило цель нашей работы – изучить влияние экстремально высоких температур и засухи на различные виды древесных растений в естественных условиях произрастания методом визуальной оценки поврежденности листьев.
Материалы и методы исследований. Исследования проводились летом 2010 года в городе Балашове, на дачных участках, в поселке Ветельный, в крупных лесных насаждениях (лесополосы, лесной массив Медвежий Куст (112, 117 и 120 кварталы) ГУ Балашовского лесничества Саратовской области), заброшенных садах деревни Медвежий Куст. Балашов - административный центр Балашовского района Саратовской области, расположен на восточной окраине Окско-Донской равнины, на реке Хопёр. Деревня Медвежий Куст расположена вдоль русла реки Елань, в настоящее время заброшена. Для исследования подбирались лесные насаждения или группы древесных растений средневозрастного генеративного состояния, высота которых зависит от особенностей видов.
Устойчивость древесных растений к экстремально высоким температурам и засухе определялась по разработанной нами методике визуальной оценки поврежденности листьев. Для этой цели составлена шкала на основе анализа диапазона морфологических изменений крон древесных растений под влиянием высоких температур и засухи.
Оценка степени повреждения кроны в баллах:
I класс. Крона дерева не повреждена – все листья зеленые, термальные ожоги листьев единичны или отсутствуют – 1 балл;
II класс. Крона слабо повреждена – от 15-25% кроны с высохшими или термально поврежденными листьями – 2 балла;
III класс. Крона дерева средне повреждена – от 25-50% кроны с высохшими или термально поврежденными листьями – 3 балла;
IV класс. Крона дерева сильно повреждена – от 50-75% кроны с высохшими или термально поврежденными листьями, возможно наличие суховершинности – 4 балла;
V класс. Крона дерева очень сильно повреждена – от 75-100% кроны с высохшими, термально поврежденными или усохшими листьями – 5 баллов.
В каждом варианте производилась оценка степени повреждения 20-50 экземпляров деревьев и кустарников. Средний балл вычислялся, как средне взвешенное значение через число деревьев, составляющих определенный класс поврежденности. Проведена оценка устойчивости к экстремально высоким температурам и засухе 28 видов деревьев и кустарников и одной декоративной формы.
Результаты и их обсуждение. Климат района исследования умеренно-континентальный, засушливый, обусловлен удаленностью территории от океана и близостью к пустыням Центральной и Средней Азии [3]. Средняя годовая температура 2010 г. составила в дневное время +11,75ºС, в ночные часы +3,08ºС, максимальный температурный показатель зарегистрирован в июне +38ºС, минимальный в декабре -32ºС. Самый холодный месяц январь, средняя температура которого за 13 лет повысилась на 4ºС и составляет -9,5ºС [1]. Количество осадков за 2010 г. составило 555 мм, с максимумом в ноябре (65 мм), минимумом в апреле (30 мм) [8]. Летний сезон 2010 г. отличался экстремально высокими температурами и дефицитом влаги, что сказалось отрицательно на состоянии древесных растений.
Исследованиями установлены различные повреждения листьев и крон древесных растений: обезвоживание, иссушение, ожоги и полное отмирание. Различные аномалии были специфичны для отдельных видов и зависели от особенностей местообитаний. У хвойных пород не было выявлено внешних изменений состояния хвои, вызванных высокими температурами и засухой. Ель канадская (Picea abies (L.) Karst.), е. колючая (P. pungens Engelm.), псевдотсуга Мензиса (Pseudotsuga mensiesii (Mirb.) Franko.) и сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.) отнесены к I классу поврежденности. В лесном массиве Медвежий Куст пятая часть деревьев лиственницы сибирской (Larix sibirica Ledeb.) имела поврежденную крону (средний балл 1,2). Туя западная (Thuja occidentalis L.) с относительно широкой раскидистой кроной имеет очень высокий балл поврежденности 4,4. Пирамидальная форма туи западной (Thuja occidentalis «Pyramidalis Compacta») оказалась более устойчивой к экстремальным климатическим факторам (1,5 балла).
Тополь бальзамический (Populus balsamifera L.) независимо от местообитаний имел очень сильные повреждения листьев, которые несколько уменьшаются в следующем порядке: в поселке Ветельный – 4,7; в Балашове – 4,4; в лесных насаждениях – 4,0 балла (рис. 1). Близкий вид - тополь итальянский (Populus italica (Du Roi) Moench.) не имел существенных термальных повреждений в условиях города и на дачных участках (средний балл 1,1). В поселке Ветельный поврежденность древостоя Populus italica (Du Roi) Moench. больше на 0,6 балла (рис. 2).
Устойчивость тополя дрожащего (Populus tremula L.) зависит от места произрастания. В крупных лесных насаждениях его кроны поражены на 25%. На дачных участках с более жесткими экологическими условиями осина повреждена сильнее (рис. 3). Средний балл поврежденности кроны Populus tremula L. в городе, в лесных насаждениях и на дачах соответственно составил 1,1; 1,2; 2,3.
Ива белая (Salix alba L.) устойчива к воздействию высоких температур и засухи. В городе она имеет средний балл поврежденности 1,1, а в поселке Ветельный этот показатель оказался несколько больше (средний балл 1,4). Степень повреждения ивы ломкой (Salix fragilis L.) различна и зависит от среды обитания. В Балашове, на дачных участках, в поселке средний уровень поврежденности соответственно составил 1,2, 2,5, 1,9. Во всех случаях ожоги и иссушения локализованы на краевой части листовой пластины (рис. 4).
Ива серая (пепельная) (Salix cinerea L.) чувствительна к аномально высоким температурам и летним суховеям, у которой все кусты были с поврежденной кроной (рис. 5). Средний уровень поврежденности составил от 3,3-3,4 баллов.
Береза повислая (Betula pendula Roth) во всех местообитаниях оказалась чувствительна к длительному отсутствию атмосферных осадков и воздействию экстремально высоких температур (рис. 6). Средний балл поврежденности варьирует от 4,2-4,8.
Вяз мелколистный (Ulmus pumila L.) более устойчив к высоким температурам, чем вяз обыкновенный (гладкий) (U. laevis Pall.). Средний уровень поврежденности кроны вяза гладкого составляет в городе 3 балла, на дачах 2,8, в поселке 3,9, в лесополосах 3,2, а у вяза мелколистного соответственно 1,4, 1,8, 2,4.
На рис. 7 показана динамика изменчивости реакции дуба черешчатого (Quercus robur L.) на воздействие экстремально высоких температур и засухи в зависимости от особенностей местообитаний. Степень повреждения данного вида изменялась в следующем порядке: в городе 1,7; в урочище Медвежий Куст 2,2; на дачах 4,2. В пойменных лесах дуб черешчатый не имел термальных повреждений.
Большинство деревьев каштана конского (Aesculus hippocastanum L.) сильно повреждены (средний балл 3,9). Липа крупнолистная (Tilia platyphyllos Scop.) и липа мелколистная (T. cordata Mill.) имеют среднюю степень поврежденности кроны (1,4 балла) в крупных лесных массивах, сильную (3,5 балла) в Балашове и очень сильную (5,0 баллов) на дачных участках. В зависимости от местообитания рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia L.) ее деревья имеют различный уровень поражения кроны экстремально высокими температурами: дачи – 3 балла, лесные насаждения – 3,9, Балашов – 4,2, Ветельный – 4,6. В городской зоне у данного вида наблюдалось завядание листьев. Виды рода Клен (Acer L.) получили наименьшие повреждения в урочище Медвежий Куст: клен ясенелистный (A. negundo L.) – 1,3 балла, к. остролистный (A. platanoides L.) – 1,9 балла, к. татарский (A. tataricum L.) – 3,5 балла. Поражение кроны аномально высокими температурами представителей данных видов, произрастающих в населенных пунктах, соответственно составляет 1,9, 3,9, 4,9. Карагана древовидная (Caragana arborescens Lam.) и робиния лжеакация (Robinia pseudoacacia L.) независимо от местообитания имеют малую степень поврежденности кроны экстремально высокими температурами и засухой (средний балл до 1,6). Листья караганы древовидной в сильную засуху преждевременно опадают. Меньше всего оказалось не пораженных деревьев ясеня пенсильванского (Fraxinus pennsylvanica Marsh.) в городской среде (59%), а в поселке, на дачных участках и лесу отмечен максимум поражения данного вида (рис. 8). Средний балл поврежденности ясеня пенсильванского: в городе 1,8, на дачах 4,3, в поселке Ветельный 2,4, в лесных насаждениях 2,6.
Степень поврежденности кустов сирени обыкновенной (Syringa vulgaris L.) больше в городской зоне (1,4 балла). Облепиха обыкновенная (Hippophae rhamnoides L. s.l.) оказалась сравнительно устойчивой к высоким температурам и засухе (от 1,1-1,8 балла).
Выводы. Установлено, что различные виды деревьев и кустарников существенно отличаются по степени повреждения кроны экстремально высокими температурами и засухой. Наиболее устойчивыми к данным факторам оказались хвойные деревья: ель канадская и колючая, псевдотсуга Мензиса, сосна обыкновенная. Среди лиственных деревьев и кустарников к этой категории относятся тополь итальянский и ива белая. Слабо повреждаются: карагана древовидная, робиния лжеакация, сирень обыкновенная, облепиха обыкновенная. Средний уровень патологий имели: вяз мелколистный, клен ясенелистный, ясень пенсильванский. Сильно пострадали от жары и засухи: ива серая (пепельная), вяз обыкновенный, каштан конский; очень сильно: тополь бальзамический, береза повислая, клен остролистный и татарский. Дуб черешчатый довольно устойчив к экстремальным погодным условиям в лесных насаждениях, а в антропогенных местообитаниях этот вид оказался более уязвимым. В целом городские условия усиливают действие жары и засухи на древесные растения. В зеленом строительстве рекомендуется использовать следующие виды: ель канадскую и колючую, псевдотсугу Мензиса, сосну обыкновенную, тополь итальянский, иву белую, робинию лжеакацию, сирень обыкновенную, облепиху обыкновенную. Проведенные исследования целесообразно продолжить, при этом расширить географию ассортимента древесных растений.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации (МК-1316.2011.4)
- Литература:
1. Википедия: свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. — Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/Балашов_(город) (дата обращения 17.02.2010).
2. Генкель, П. А. Физиология устойчивости растительных организмов [Текст] / П. А. Генкель // Физиология сельскохозяйственных растений. — М. : Наука, 1967. — Т. 3.
3. География Саратовской области [Текст] : учеб. для 6, 9 кл. / под ред. С. Г. Воскресенского. — Саратов : Дет. шк., 1997. — 224 с.
4. Горышина, Т. К. Экология растений [Текст] : учеб. пособие / Т. К. Горышина. — М. : Высш. шк., 1979. — 368 с.
5. Еремин, Г. В. Водный режим и жаростойкость сливы и алычи на Кубани [Текст] / Г. В. Еремин, И. К. Кошелев // Физиология засухоустойчивости растений. — М. : Наука, 1971.
6. Кузнецов, Р. В. Эколого-физиологические аспекты устойчивости растений рода Боярышник в городских насаждениях лесостепи среднего Поволжья [Текст] : автореф. дис. … канд. биол. наук / Р. В. Кузнецов. — Тольятти, 2009. — 22 с.
7. Михеева, М. А. Геоэкологическая оценка разнообразия и устойчивость древесных растений в условиях городской среды [Текст] : (на примере г. Воронежа) : автореф. дис. … канд. географ. наук / М. А. Михеева. — Воронеж, 2009. — 23 с.
8. Погода [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://pogoda.yandex.ru/balashev/climate/ (дата обращения 17.02.2010).
9. Помогайбин, А. В. Эколого-биологический анализ результатов интродукционных испытаний видов рода орех (Juglans L.) в лесостепи среднего Поволжья [Текст] : автореф. дис. … канд. биол. наук / А. В. Помогайбин. — Тольятти, 2008. — 22 с.
10. Экологические особенности некоторых местных и интродуцированных древесных растений в городских насаждениях лесостепи Среднего Поволжья [Текст] : (на примере г. Самары) / Л. М. Кавеленова, Н. В. Малыхина, С. А. Розно [и др.] // Вестник Самарского государственного университета. — 2007. — Вып. 8 (58). — С. 89—96.
