Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Эколого-биологические особенности видов рода Betula L., интродуцированных в сухостепной зоне Нижнего Поволжья

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Талалуева, Лидия Владимировна

ВВВДЕНИЕ

ГЛАВА I. ПРИРОдаЫЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 2. ОПЫТ ИНТРОДУКЦИИ ВИДОВ РОДА BETULA. L.

В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

ГЛАВА 3. ПРОГРАММА, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДОМ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 4. БОТАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РОДА BETULA L.

ГЛАВА 5. ОСОБЕННОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ ВИДОВ РОДА jBETULA. L. В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ НИЖНЕГО ПОВОЛЖЬЯ

5.1. Ритмика сезонного развития

5.2. Особенности роста интродуцированных ВИДОВ рода Be tula L.

5.3. Особенности цветения и плодоношения ВИДОВ рода Be tula L.

ГЛАВА 6. ОСОБЕННОСТИ АНАТОМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ И

ВОДНОГО РЕЖИМА БЕРЕЗ В ЗАСУШЛИВЫХ УСЛОВИЯХ ПРОИЗРАСТАНИЯ

6.1. Анатомическое строение листьев

6.2. Особенности структуры древесины и коры

6.3. Элементы водного режима у видов березы

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эколого-биологические особенности видов рода Betula L., интродуцированных в сухостепной зоне Нижнего Поволжья"

В итоговом документе ХХУ1 съезда КПСС "Об основных направлениях социального и экономического развития СССР в 1981-1985 годах и до 1990 года" указывается на необходимость расширения работ по мелиорации земель, защитному лесоразведению и созданию зеленых зон вокруг населенных пунктов. Поставленные задачи должны решаться на базе соответствующих научных разработок. Особенно большая роль работам по мелиорации и защитному лесоразведению отводится в аридных районах, где эти работы входят в общий комплекс мероприятий, направленных на повышение продуктивности сельскохозяйственных земель.

Нижнее Поволжье - большой аридный район, характеризующийся высокой солнечной радиацией, сильной воздушной и почвенной засухой, резкими перепадами температуры, особенно в зимний период. Весь этот комплекс факторов неблагоприятен для древесных пород. Тем не менее в данном регионе получение высоких и стабильных урожаев возможно только на базе применения орошения и защитного лесоразведения. Исторически в данном районе созданию лесных полос придавалось особенно большое значение. Однако до сих пор при создании лесных полос и в озеленении населенных пунктов используется ограниченное число видов древесных растений.

При широком размахе мелиоративных работ и особенно при увеличении требований к устойчивости и декоративности зеленых насаждений в населенных пунктах все острее встает вопрос о расширении ассортимента и разработке методов ускоренной интродукции, в комплекс которых входит ранняя диагностика устойчивости интродуцентов в новых условиях.

С 1964 года Всесоюзным институтом агролесомелиорации (г.Волгоград) выполняется комплекс работ по проблеме "Повысить биологическую устойчивость защитных лесных насаждений на основе экологических и биологических исследований, применения методов интродукции, селекции .древесных и кустарниковых пород, улучшения семеноводства в степной зоне СССР".

В нашу задачу входило провести комплексную оценку и отбор видов рода Betula L. для защитного лесоразведения и ландшафтного строительства с учетом различных типов лесорастительных условий в Нижнем Поволжье.

На территории СССР естественно произрастает 109 видов березы (Черепанов, 1981), из них наиболее широко распространена береза повислая - в.pendula Roth, леса из которой только на территории РСФСР составляют 14$ лесного фонда. Этот вид нашел широкое применение в озеленении в районах с благоприятным режимом увлажнения. В последние десятилетия береза повислая все шире начинает использоваться и в более засушливых условиях. В Нижнем Поволжье проходит часть южной границы ареала березы повислой. Здесь она произрастает в наиболее влажных местообитаниях, по берегам рек и в микропонижениях в Руднянском, Михайловском, Даниловском и Неха-евском районах.

Несмотря на .длительную историю степного лесоразведения в Нижнем Поволжье, до наших работ в озеленении и полезащитном лесоразведении использовали только березу повислую, которая при посадке в несоответствующих ей экологических условиях рано снижает прирост и даже выпадает в сравнительно молодом возрасте.

В связи с вышеизложенным встала задача изучить биологические и экологические особенности различных видов березы, ранее отсутствовавших в озеленении в данном регионе, с целью отбора и интродукции наиболее устойчивых в условиях сухого климата и низкой вла-гообеспеченности почв Нижнего Поволжья, а также получить дополнительные данные по биоэкологии березы повислой .для подбора соответствующих экотопов.

В рамках поставленной задачи решались следующие вопросы:

1. Создать на территории дендропарка ВНИАЛМИ коллекцию видов березы.

2. Изучить особенности роста интродуцируемых видов березы в сезонном и годичном циклах развития.

3. Изучить особенности их цветения и плодоношения.

4. Исследовать анатомическую структуру листьев, годичных побегов (стебля), ствола, а также водный режим интродуцируемых видов березы.

5. Использовать данные по сравнительной анатомии и водному режиму растений для оценки ксероморфности берез и степени их адаптивности, в том числе разработать методы ранней диагностики устойчивости растений.

6. Разработать рекомендации по ассортименту видов березы для полезащитного лесоразведения и зеленого строительства, а также по подбору для них соответствующих местообитаний.

В работе обсуждаются и защищаются следующие положения:

1. Возможность расширения ассортимента древесных пород для защитного лесоразведения и зеленого строительства на основе изучения био-экологических особенностей видов рода Ве-Ьи1а из различных географических районов.

2. Растения видов березы разной степени ксероморфности и разного географического происхождения отличаются особенностями роста, цветения и плодоношения.

3. Выявленные корреляции между ростом, цветением и плодоношением, а также анатомические показатели могут использоваться для ранней диагностики устойчивости древесных пород.

4. Возможность использования методов ранней диагностики устойчивости интродуцируемых видов для практики зеленого строительства, так как позволяет проводить отбор на начальных стадиях развития растений.

Автор выражает глубокую благодарность кандидату биологических наук Н.В.Лысовой за большую методическую помощь при подготовке диссертации и кандидату биологических наук Н.Е.Косиченко за практическую помощь при проведении анатомических исследований.

Заключение Диссертация по теме "Ботаника", Талалуева, Лидия Владимировна

- 147 -ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

На основании наших исследований эколого-биологических особенностей видое березы, интродуцированных в сухостепной зоне Нижнего Поеолжья, можно сделать следующие выводы.

1. Характерными признаками адаптации интродуцированных в сухой степи видов березы к новым условиям являются изменение ритмов роста и развития, структурная изменчивость тканей, большая лабильность водного режима и его регуляция.

2. В сухой степи феноритмика берез имеет свои особенности. Фазы весеннего развития вследствие быстрого нарастания тепла в весенний период сближены, а окончание вегетации у большинства видов березы не прослеживается из-за ранне-осенних заморозков.

3. По характеру роста побегов, его интенсивности виды березы мы подразделяем на 3 группы: I) виды наиболее быстрорастущие - березы повислая, днепровская, бумажная, Крылова, ойковская; 2) виды со средней интенсивностью роста - березы Эрмана, Литвинова, Тауша, Коржинского; 3) медленнорастущие виды - березы плосколистная и пушистая.

4. В сухой степи березы очень рано - с 3-4 лет вступают в генеративную фазу, а отдельные особи зацветают на второй год жизни.

5. В условиях сухой степи наблюдаются сильные аномалии в цветении и плодоношении берез. Эти аномалии сводятся к нарушению соотношения полов, развитию партенокарпических плодов, несоответствию сроков цветения мужских и женских сережек, что обусловлено сухостью воздуха и почвы. В сеязи с этим семенные плантации берез необходимо создавать только на поливе.

6. Адаптация берез к засушливым условиям региона происходит в сторону усиления ксероморфных признаков. В структуре листа это проявляется в уменьшении площади пластинки листа и увеличении его ' толщины, в увеличении объема палисадной ткани, числа устьиц на I мм**, уменьшении ицдекса засухоустойчивости. В структуре стебля это проявляется в большем развитии водопроводящей ткани, увеличении численности сосудоЕ и лучей, развитии мощного слоя феллемы, усилении склерификации тканей коры, увеличении объема проводящей фяоэмы. Эти показатели являются .диагностическими и могут быть использованы в качестве критерия оценки засухоустойчивости. По степени ксероморфности признаков вдделены: березы днепровская, Крылова, ойковская, повислая, т.е. виды, относящиеся по росту к I группе и характеризующиеся большей устойчивостью к засухе.

7. Виды березы, отличающиеся лучшим ростом, обладают регуля-торной системой, способной в определенной степени поддерживать на необходимом уровне свой водный баланс. Степень оводненности тканей листа сравнительно стабильна по годам, проявляется тенденция к снижению ее уровня на протяжении вегетационного периода.

8. Содержание свободной воды в растениях видов березы максимально в весенне-летний период, а связанной у более устойчивых видов - максимально в более напряженное время вегетации, что характерно, в основном, .для берез I группы по интенсивности роста.

9. Березы по интенсивности транспирации в условиях сухой степи делятся на 2 группы: I) едды, ослабляющие транспирацию в наиболее критические часы дня (II и 13 час.). Это березы днепровская, ойковская, Крылова, Коржинского и Тауша; 2) едды, усиливающие транспирацию в наиболее критические часы дня. Это березы плосколистная, пушистая и Эрмана.

10. Водоудерживавдая способность листьев у видов берез в более благоприятные 1976-1977 гг. характеризовалась более стабильным уроЕнем, что характерно почти .для всех видое, за исключением берез Ш группы по интенсивности роста. В засушливый 1975 г. водоудерживающая способность листьев выше у еддов I и П групп по интенсивности роста.

На основании вышеизложенного мы рекомендуем следующее.

1. Для защитного лесоразведения в сухостепном Поволжье рекомендуем использовать березы днепровская, Крылова, ойковская в насаждениях на южных черноземах, темно-каштановых незасоленных почвах, а также на каштановых почвах при орошении.

2. Для зеленого строительства в Нижнем Поволжье на орошении рекомендуем следующие виды березы: березу ойковскую, бумажную, Коржинского, повислую, Эрмана, Тауша, как декоративные вида.

3. Б условиях Волго-Ахтубинскои поймы при создании лесных насаждений наиболее перспективными являются березы ойковская, Крылова, днепровская, поЕислая, бумажная.

4. Выращивание видое березы без орошения на плакорах сухой степи Нижнего Поеолжья в условиях каштановых почв нецелесообразно в силу очень быстрого старения деревьев, природной их мезофиль-ности.

5. При подборе для интродукции видов березы рекомендуем привлекать виды, природный ареал которых включает районы по климатическим условиям и естественным экотопам наиболее близкие к сухо-степной зоне Нижнего Поеолжья. Успешность интродукции таких еддое как береза днепровская, Крылова, повислая, Коржинского свидетельствует о возможности привлечения материала из таких районов как юг Украины, юг Западной Сибири, Средняя Азия.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Талалуева, Лидия Владимировна, Кишинев

1. Аврорин H.A. Переселение растений на Полярный Север. Эколо-го-географический анализ. М.-Л., 1956, 286 с.

2. Аврорин H.A. Эколого-статистические методы в интродукции. В сб.: Успехи интродукции растений. М.: Наука, 1973,с. 102-103.

3. АгамироЕ У.М. Рост и развитие некоторых видов березы в условиях Апшерона. Известия АН АзССР. Сер. биол. наук, 1976,1. JS 4, с. 18-22.

4. Александров В.Г., Джапаридзе Л.И. 0 пределах пластичности листа. Известия ГБС, 1930, т.29, В 1-2.

5. Александров В.Г., Цхакая К.Е. К проблеме степени пластичности листа и о возникновении ксероморфной структуры. В кн.: Тр. с.-х. опытн. учрежд. Дона и Сев. Кавказа, РостоЕ-на-Дону, 1926, Jg I.

6. Александров В.Г. Перспективы физиологической анатомии растений. В кн.: Сборник работ по физиологии растений памяти

7. К.А.Тимирязева. М.-Л., 1941, с. 333-358.

8. Алексеев A.M. Водный режим растений и влияние на него засухи. Казань, 1948, 354 с.

9. Алексеев A.M. Водный режим растений в связи с обменом веществ и структурированностью цитоплазмы. М.: Наука, 1969, 36 с.

10. Алисов Б.П. Климат СССР. М.: ГУ, 1956

11. Альтергот В.Ф. Исследования физиологии устойчивости и интродукция растений в Западной Сибири. В кн.: Успехи интродукции растений, М., 1973, с. 243-256.

12. Ареалы .древесных растений СССР. Л.: Наука, 1977, с. 89-100.

13. Архангельский Д.Б. К систематике сибирских берез. Ботан. журн., 1963, т.48, № 3, с. 427-428.

14. Атлас Волгоградской области. Волгоград, 1967, 32 с.

15. Базплевская И.А. Теории и методы интродукции растений. М.: ГУ, 1964, 131 с.

16. Базилевская H.A. Об основах теории адаптации растений при интродукции. Бюлл. 1БС, 1981, т.66, ß 7, с. I05I-I060.

17. Баранов В.И. Березы Зап. Монголии. Л.: Изд. АН СССР, 1934, 46 с.

18. Барильская Л.А. Особенности строения древесины- В кн.: Пути адаптации растений при интродукции на Севере. Петрозаводск, 1977, с. I08-II4.

19. Барильская Л.А. Сравнительный структурный анализ древесины березы повислой и карликовой березы: Авт. дисс. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук, Л., 1979, 24 с.

20. Барская Е.И., Балина Н.В., Канаш Е.В. Влияние засухи на динамику каллозы е пыльниках растений. Докл. АН СССР, сер. Биология, 1973, т. 208, А1? I, 2, 3, с. 476-478.

21. Барыкина Р.П., КудряшоЕ Л.В. Анатомическое исследование гипо-арктических кустарников. Ботан. журн. ,1973, т.58, 1!? 3,с. 421-428.

22. Безель П.Э. Отчет "Способ хозяйственного освоения песчаных массивов Юго-Еостока". Саратовский лесомелиоративный опорный пункт ВНИАЛШ, 1937, 166 с.

23. Бельгард A.C. Степное лесоразведение. М.: Лесная промышленность, 1971, 336 с.

24. Богданов П.Л. Биология плодоношения и сроки сбора семян березы бородавчатой. Лес и степь, 1949, №2, с. 37-41.

25. Богданова Т.Л. Эколого-физиологическая характеристика роста сосны и березы в Коми АССР: Авт. дисс. на соиск. уч. степ, канд. биол. наук, 1966, 21 с.

26. Василевская В.К. Анатомо-морфологические особенности растений холодных и жарких пустынь Средней Азии. Учен. зап. ЛГУ, сер. биологических наук, Л., 1940, вып.14, с. 41-49.

27. Василевская В.К. Анатомическое строение плодовых Копет-Дага в различных условиях культуры. Сов. ботаника, 1941, J5 1-2, с. 108-126.

28. Василевская В.К. Особенности анатомического строения некоторых растений Центрального Казахстана. В кн.: Геоботаника, 1955, сер. Ш, вы. 23, с.

29. Василевская В.К. Изучение онтогенеза, как один из методов экологической анатомии. В кн.: Проблемы современной ботаники, Л.: 1950, вып. I, с. 264-281.

30. Василевская В.К. Формирование листа засухоустойчивых растений. Ашхабад: АН ТуркмССР, 1954, с. II5-II9.

31. Василевская В.К. Особенности строения афилыжх ксерофитов. -Изв. АН ТуркмССР, 1955, № 3, с. 53-60.

32. Василевская В.К. Структурные приспособления растеши жарких и холодных пустынь Средней Азии и Казахстана. В кн.: Проблемы современной ботаники. М.-Л., 1965, т.2, с. 5-17.

33. Василевская В.К., Антонова И.С. К вопросу о пластичности строения листа. В кн.: Труды Петергоф, биол. ин-та ЛГУ, 1978, й 27, с. 5-22.

34. Васильев А.Е. Ксероморфные признаки в роде Populus L. В кн.: Проблемы современной ботаники. М.-Л.: 1965, т.2, с.69-74.

35. Васильев В.Н. Байкало-Саянская область как один из главнейших поздних центров формирования рода Betuia L. В кн.: Работы по лесоведению: Труды ин-та Леса, 1958, т.37, с. I20-I4I.

36. Васильев В.Н. НоЕое о Betula litwinowii Doluch. Ботан. журн. 1960, т. 45, JS II, с. 1699-1700.

37. Васильев В.Н. Новые виды берез Средней Азии. Ботан. журн., 1963, т.48, А* 6, с. 903-905.

38. Васильев В.Н. Материалы к систематике сибирских берез: Ботанические материалы Гербария Бот. ин-та АН СССР, М., 1963, т. 22, с. 79-93.38. Васильев В.Н. О

39. Ботан. журн., 1964, т.49, В 12, с. 1787-1789.

40. Васильев В.Н. Береза с Большого Ушканьского острова на Байкале. В кн.: Новости систематики высших растений, 1969 (1970), т.6, с. 38-44.

41. Васильев И.М. К вопросу о регулировании транспирации растений. Журн. Русск. Бот. общ., 1928, т.13, № 1-2.

42. Вехов Н.К., Шумилина З.К., Кузнецова М.Т. Отчет по теме № 15 за 1948 по Камышинскому опорному пункту ВНИАЛМИ: Испытание новых древесных и кустарниковых пород в различных почвенно-климатических зонах и разработка агротехники их выращивания. М., 1948.

43. Вехов Н.К. Быстрота роста экзотов в условиях степи. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1949, 84 с.

44. Великайнен М.И., Кучко A.A. К характеристике березовых лесов северной Карелии. В кн.: Лесные растительные ресурсы Карелии. Петрозаводск, 1974, с. 17-23.

45. Вихирева-Василькова В.В. Анатомическое строение листьев.

46. В кн.: Экология и биология растений Еосточно-европейской лесотундры. Л., 1970, с. 227-253.

47. Вихров В.Е. Строение и физико-механические свойства древесины дуба. М., 1954,

48. Высоцкий Г.Н. О выборе наиболее подходящих форм ,древесных пород .для степей. Киев, 1894

49. Высоцкий Г.Н. Лесные культуры степных опытных лесничеств. С 1893 по 1907 г. Труда по лесному делу, ХП, 1912, 557 с.

50. Гамалей Ю.Ф., Куликов Г.В. Развитие хлоренхимы листа. Л.: Наука, 1978, 192 с.

51. Гаркун В.И. Изучение урожайности и качества семян березовых древостоев Брянского учебно-опытного лесхоза в 1935-1939 гг. В кн.: Брянский лесной институт. Брянск, 1940, т.4

52. Генкель П.А. Устойчивость растений к засухе и пути ее повышения. М.: АН СССР, 1946, т. 5, вып. I, с. 1-237.

53. Генкель П.А. 0 некоторых принципах диагностики засухоустойчивости. В кн.: Методы оценки устойчивости растений к неблагоприятным условиям среды. М.: Колос, 1976, с. 17-22.

54. Генкель П.А. 0 состоянии и направлении работ по физиологии жаро- и засухоустойчивости растений. В кн.: Проблемы засухоустойчивости растений. М., 1978, с. 5-20.

55. Грачев А.Г., Шишкин A.B. Леса области и их природно-хозяй-ственное значение. В кн.: Природа Волгоградской области. Волгоград, 1977, с. 27-35.

56. Григорьев Ю.С. Сравнительно-экологическое исследование ксе-рофилизации высших растений. М.-Л.: АН СССР, 1955, 159 с.

57. Григорьев Ю.С. Сравнительно-экологическое исследование ксе-рофилизации высших растений. М.-Л.: АН СССР, 1975, 157 с.

58. Гриненко В.В. Значение саморегуляции водного режима в приспособлении растений к изменяющимся природным условиям. Дисс. на соиск. учен, степени докт. биол. наук, Кишинев, 1971,671 с.

59. Гриненко В.В. Регуляция водного обмена, определяющая приспособление растений к среде. В кн.: Водообмен растений принеблагоприятных условиях среды. Кишинев: Штиинца, 1975, с. 5056.

60. Годнев Е.Д. Береза в степном лесоразведении. М., 1978, 23 с.

61. Горышина Т.К. 0 некоторых структурно-функциональных характеристиках ассимиляционного аппарата листа у растений лесостепной дубравы. Ботан. журн., 1979, т.64, № 3, с.331-340.60