Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы обогащения дендрофлоры и оптимизации лесных мелиорации аридных регионов 11-34
2. Программа, объекты и методика исследований 35-47
2.1. Программа работ.. 35-36
2.2. Объекты и методика исследований 36-47
3. Природные условия и лесомелиоративное районирование аридных регионов России 48-70
3.1. Климатические ресурсы 48-55
3.2. Рельеф и гидрологические условия 55-57
3.3. Почвы и их лесопригодность 57-63
3.4. Растительность и лесомелиоративное районирование 64-70
4. Концептуально-методологические аспекты обогащения дендрофлоры лесомелиоративных комплексов 71-94
4.1. Основные концептуальные положения обогащения дендрофлоры аридных территорий 71-74
4.2. Лимитирующие факторы, критерии подбора и дендрологические ресурсы многоцелевого использования 74-92
4.3. Экспериментальная интродукция как метод и способ повышения биоразнообразия 92-94
5. Адаптация хозяйственно ценных интродуцентов в засушливых условиях 95-173
5.1. Теоретические основы поиска и методов привлечения исходного материала 95-104
5.2. Сезонное развитие, рост и зимостойкость интродуцентов в условиях сухой степи и полупустыни 104-132
5.2.1 Особенности роста и возрастная динамика формирования габитуса древесных видов в засушливых условиях 104-123
5.2.2. Поведение интродуцентов в защитных лесных насаждениях 123-129
5.2.3. Толерантность растений к низким температурам 129-132
5.3. Репродуктивная способность интродуцентов 133-146
5.3.1. Формирование генеративных органов цветения 133-140
5.3.2. Плодоношение интродуцентов в различных экологических условиях 140-142
5.3.3. Генеративная способность древесных видов 143-146
5.4. Эколого-физиологические особенности интродуцентов в условиях лимитирующих факторов среды 146-162
5.4.1. Водообеспеченность различных видов в зависимости от возраста и условий произрастания 147-155
5.4.2. Коллоидно-осмотические свойства протоплазмы по от носительному выходу электролитов 156-162
5.5. Экологическая валентность интродукционных ресурсов 163-165
5.6. Степень акклиматизации древесных видов 165-173
6. Хозяйственная оценка интродуцентов 174-205
6.1. Кормовые достоинства растений для пастбищ 174-187
6.2. Пищевые и лекарственные свойства интродуцентов 188-195
6.3. Декоративность древесных растений 195-201
6.4. Комплексная оценка интродукционных ресурсов 201-205
7. Интродукционная оптимизация защитных лесных насаждений 206-225
7.1. Экологическая роль кустарников в лесных мелиорациях 206-216
7.2. Типы насаждений и ассортимент деревьев и кустарников для лесомелиорации агро- и урболандшафтов 216-225
8. Технология обогащения дендрофлоры урбанизированных ландшафтов 226-269
8.1. Формирование культурценозов на техногенных землях 226-244
8.1 Л. Характер миграции токсических веществ и размещение культурценозов 227-233
8.1.2. Растения для санитарно-защитного культурценоза 233-244
8.2. Особенности создания противоабразионных лесных насаждений 245-256
8.2.1. Этапы формирования и функции растительности 245-250
8.2.2. Размещение защитных лесонасаждений и подбор ассортимента 250-256
8.3. Обустройство земель рекреационного назначения 256-269
9. Эколого-экономическая эффективность мероприятий по обогащению биоразнообразия лесомелиоративных комплексов 270-279
Выводы 280-285
Предложения производству 285-286
Список литературы
- Рельеф и гидрологические условия
- Лимитирующие факторы, критерии подбора и дендрологические ресурсы многоцелевого использования
- Толерантность растений к низким температурам
- Пищевые и лекарственные свойства интродуцентов
Введение к работе
Проблема обогащения биологических ресурсов аридных территорий, страдающих от неблагоприятных природных явлений и нерациональной хозяйственной деятельности (засухи, суховеи, эрозия, дефляция и др.) является одной из актуальных в России и в мире. В связи с промышленным и сельскохозяйственным освоением произошла глобальная деградация почвенного плодородия, снижение лесистости, истощение растительности и ухудшение среды обитания человека.
Засушливые регионы занимают около 1/3 суши, из них примерно 70 % в той или иной степени деградированы. Главное место в стратегии восстановления деградированных земель занимает защитное лесоразведение. Лесомелиоративные насаждения существенно повышают лесистость территории, улучшают микроклимат, преобразуют деградированные аграрные и пастбищные угодья в более устойчивые — лесоаграрные и лесопастбищные ландшафты [291,292, 307].
Опыт показывает, что ухудшение экологической обстановки и повсеместное снижение биологического разнообразия делают неотложными задачи сохранения и обогащения растительных ресурсов [104, 105, 106, 107, 243, 241,244,254].
Обогащение аридных территорий видами многоцелевого назначения (мелиоративными, декоративными, плодовыми, лекарственными, энтомо-фильными и др.) имеет не только экологическую, но и социально-экономическую направленность.
Вопросам подбора обоснованного ассортимента древесных растений для различных видов защитных лесных насаждений и обогащению дендроф-лоры агро- и урболандшафтов до настоящего времени не уделяется должного внимания. Учитывая низкую лесистость и бедный видовой состав древесной флоры аридных территорий, установлено, что для определения оптимальной структуры и функциональных связей отдельных систем следует принимать во внимание первичную биологическую продукцию, пространственно-временное распределение популяций организмов по трофическим цепям, биоразнообразие [10,31,106,143,162,163,268,271,273,284].
Исторически сложившиеся флористические сообщества природных экосистем различаются количественным соотношением энтомофильных и анемофильных видов. Современные агроландшафты аридных территорий характеризуются бедным составом энтомофильной растительности и нуждаются в обогащении флоры, преимущественно древесно-кустарникового яруса. Создание устойчивых насаждений на таких площадях невозможно без подбора биологически разнообразного видового состава растений [222, 223, 224, 225,228,445,446].
В соответствии с программой развития агролесомелиоративных работ на юго-востоке ЕТР необходимо создать 3360 тыс. га защитных лесных насаждений, в том числе полезащитных 262 тыс. га, противоэрозионных 702 тыс. га, на песках 835 тыс. га, на пастбищах 1531 тыс. га [220].
При современных темпах посадок (80-100 тыс. га в год) невозможно рассчитывать на успешное решение проблемы не только в биосферном, но и чисто хозяйственно-мелиоративном смысле. Такие темпы проведения лесомелиоративных мероприятий намного отстают от темпов «истощения, загрязнения и деградации территорий» [16, 296, 308, 351].
Создание систем защитных лесных насаждений в аридном поясе России имеет свою специфику, обусловленную особенностями агролесомелиоративного фонда: рельефом, почвенно-эрозионным состоянием сельскохозяйственных угодий, лесорастительными условиями, системой земледелия, структурой посевных площадей, развитием животноводства и пр.
По основному функциональному признаку выделено много видов защитных лесных насаждений и лесных полос, которые условно можно подразделить на основные группы, предложенные Е. С. Павловским [292]. Зна- чительная часть из них дендрологически бедна, неполночленна и обеднена стабилизирующими консортами [283, 309,323,331,349,386,389,392, 502].
Среди мероприятий по обогащению дендрофлори защитных лесных насаждений не последнее место занимает интродукция растений. Оценка итогов интродукционных работ проводилась многими авторами [47, 73, 77, 80, 129, 195, 197, 199,262,275,276, 324, 339, 342,344, 485, 518].
Анализируя обширную литературу можно сделать вывод, что интродукция растений переживает сейчас этап формирования как наука, ставящая и решающая конкретные задачи агроэкологического регламента, связанного с проблемой опустынивания и деградацией почв [261, 308, 352].
Однако до сей поры не решена задача интродукционной оптимизации защитных лесных насаждений аридных территорий хозяйственно ценными растениями многоцелевого назначения, отсутствует методология обогащения дендрофлоры, являющаяся синтезом теоретических и методических достижений различных направлений естествознания. Выводы и обобщения сделаны на локальном уровне без учета специфики проблемы опустынивания. Нет исследований, проводимых параллельно в различных пунктах с учетом адаптации, хозяйственной оценки, ландшафтно формирующих особенностей древесной растительности в условиях аридных территорий.
В связи с этим, целью исследований являлись научное обоснование и практическая разработка вопросов обогащения дендрофлоры путем интродукционной оптимизации лесных мелиорации аридных регионов России.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней дана оценка интродукции как метода обогащения и повышения биоразнообразия защитных лесных насаждений. Впервые созданы интродукционные ресурсы для защитного лесоразведения и озеленения аридных территорий из числа покрытосеменных и голосеменных видов деревьев и кустарников, насчитывающих 660 видов, гибридов, форм и сортов из 95 родов, относящихся к 47 семействам, которые являются базой для проведения дальнейшей научной работы. На ос- нове выполненных исследований получены новые данные по адаптации, экологической пластичности и хозяйственной ценности интродуцентов. Определены генеративные возможности, эффективность применения и целесообразность использования кустарников в защитном лесоразведении. Применен комплексно-системный принцип анализа и обобщения экспериментальной интродукции деревьев и кустарников в засушливых условиях. Впервые разработана теоретическая база с использованием комплексной оценки перспективности деревьев и кустарников и критерии подбора ключевых видов многоцелевого назначения для многофункциональных лесонасаждений.
Расширение биологического, генетического разнообразия дендрофло-ры, дифференцированный подбор состава деревьев и кустарников способствуют формированию из них различных типов насаждений (рекреационно-озеленительных, поле- и пастбищезащитных, овражно-балочных и др.).
Исходя из выше изложенного, на защиту выносятся следующие основные положения работы: концепция положения обогащения дендрофлоры агро- и урболандшафтов аридных регионов России; пути и механизмы адаптации интродуцентов в условиях лимитирующих факторов роста и развития; комплексная оценка интродукции древесных видов для лесных мелиорации; интродукционные ресурсы биоразнообразия деревьев и кустарников ВНИАЛМИ для рационализации природопользования, борьбы с засухой и опустыниванием; закономерности динамики генеративной способности интродуцентов в засушливых условиях; критерии подбора деревьев и кустарников для многофункциональных лесонасаждений; оптимальные сочетания видов и оценка их пригодности для повышения эстетического потенциала ландшафта; экологические принципы формирования защитных урболесных насаждений; стратегия сохранения и непрерывного использования дендрологических ресурсов при лесомелиоративном обустройстве территории; практические рекомендации по ассортименту адаптированных видов деревьев и кустарников для лесомелиорации.
При решении поставленных задач использовались методы натурных и лабораторных исследований, которые базируются на принципе системного, всестороннего и комплексного изучения адаптации деревьев и кустарников для лесомелиоративных целей. Эколого-экспериментальный мониторинг с учетом биологических, хозяйственно ценных, ландшафтно-формирующих принципов подбора ассортимента деревьев и кустарников многоцелевого назначения и формирования стабильно развивающихся насаждений составляет основу настоящей работы и определяет ее актуальность в теоретическом и прикладном аспектах.
Обоснованность научных положений и выводов диссертационной работы подтверждена многолетним их применением в хозяйствах региона, рекомендациях, предложениях и методических указаниях, планах внедрения научных достижений и передового опыта. Материалы диссертации использованы при разработке проектов по обогащению дендрофлоры: при реконструкции лесонасаждений; при разработке проекта «Модели адаптивно-ландшафтного обустройства территории и системы земледелия Волгоградской области». Практическая значимость работы обусловлена объемами исследований и перспективностью в области обогащения защитных лесных насаждений аридных территорий хозяйственно ценными экзотами многоцелевого назначения. Материалы исследований используются в учебном процессе Волгоградской сельскохозяйственной академии и Волгоградского госунивер- ситета. Выявлена возможность введения деревьев и кустарников в различных типах насаждений в агролесомелиоративных районах сухой степи и полупустыни. Результаты исследований положены в основу рекомендаций: «Предложения по ассортименту устойчивых и долговечных древесных и кустарниковых пород для районов Степного Поволжья» (Волгоград, 1982); «Рекомендации по ассортименту интродуцированных древесных и кустарниковых видов для озеленения городов и поселков Волгоградской области» (Волгоград, 1986); «Рекомендации по обогащению аридных пастбищ новыми видами кормовых древесных растений» (Волгоград, 1990); «Рекомендации по обогащению агролесомелиоративных комплексов кустарниками многоцелевого назначения» (Москва, 1999); «Ассортимент деревьев и кустарников для мелиорации агро- и урболандшафтов засушливого пояса России (Москва, 2002).
Результаты проведенных исследований учтены при проектировании и создании лесопарковых насаждений санатория «Волгоград», санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром», агроландшафта ОПХ «Нива Ставрополья», ландшафтно-экологического комплекса «Горная поляна» (г. Волгоград), про-тивоабразионных насаждений Донского залива Цимлянского водохранилища, а также в других хозяйствах Самарской, Астраханской и Волгоградской областей.
Достоверность результатов обеспечена многолетними комплексными экспериментальными исследованиями в области интродукции деревьев и кустарников и обогащения дендрофлоры защитных лесных насаждений, проведенными современными методами. Диссертационная работа выполнена в период с 1975 по 2004 годы в соответствии с заданиями ВАСХНИЛ, РАСХН по тематическим планам Всероссийского научно-исследовательского института агролесомелиорации (№№ Госрегистрации - 71066195; 01860070237; 01860080211; 01.9. 40006326; 01.960009781), а также по хоздоговорным темам.
Диссертация написана по материалам собственных исследований с привлечением данных, полученных в отделе биологии древесных пород ВНИАЛМИ. В разработке отдельных вопросов под руководством автора и совместно с ним участвовали Шутилов В. А., Долгих А. А., Воронина В. П., Адямова Г. У., Острая Т. И., Мухаев Б. А. и др. Всем им выражаю искреннюю признательность и благодарность.
Рельеф и гидрологические условия
Территория региона в основном равнинная с невысокими грядами и возвышенностями имеет общий наклон на юго-восток к Каспийскому морю. В северную часть заходят Донская гряда и Приволжская возвышенность. Приволжская возвышенность на всём протяжении резко асимметрична. Линия наибольших высот сдвинута к востоку, и высокие расчленённые обрывы, совпадающие с крупным тектоническим швом Русской равнины - Волжской флексурой, отделяют эту возвышенность от долины р. Волги.
Приволжская возвышенность сменяется невысокой (180-220 м), треугольной в плане, молодой, аккумулятивной плоской и тоже асимметричной возвышенностью Ергеней. Наибольшие высоты её сдвинуты к востоку и увеличиваются в южном направлении. С трёх сторон она ограничена долинами и низменными территориями: на западе - участком долины р. Дона и долинами, затопленными Цимлянским водохранилищем, на юге — Манычской ложбиной, на востоке - Прикаспийской низменностью.
Прикаспийская низменность - почти идеальная равнина со слабым уклоном к Каспийскому морю. Она представляет собой одну из наиболее опущенных бессточных внутриконтинентальных впадин мира. Над плоской поверхностью низменности здесь на берегах крупнейших солёных озёр Эльтон и Баскунчак поднимаются высокие для этих мест соляно-купольные «горы» Улаган (абс. высота 67 м) и Большой и Малый Богдо (абс. высоты 152 и 34 м).
Волго-Ахтубинская долина протяжённостью более 400 км состоит из широкой развитой поймы и морских террас. Она имеет густую гидрологическую сеть из множества рукавов, притоков, ериков, соединённых с основным руслом Волги. Озёра и старицы становятся проточными только в половодье.
В геологическом отношении север региона прямо с поверхности сложен комплексом относительно молодых мезо-кайнозойских отложений, начиная от меловых и палеогеновых до неоген-четвертичных. Более древние (юрские, девонские, карбоновые) пласты осадочного покрова обычно не выходят на поверхность. В районах относительно неглубокого залегания они обнажаются в обрывах речных долин.
Мел-палеогеновые поверхности водоразделов (сложенные мергелями, мелом, песками, песчаниками, опоками, сланцами и др.) покрыты тонким разорванным плащом молодого песчано-глинистого делювия и выветренного щебнистого материала. Юг территории выделяется широким площадочным развитием на поверхности молодых песчано-глинистых отложений - морских четвертичных (Прикаспийская низменность), континентальных неоген-четвертичных (Ергени, южная часть Сыртового Заволжья) и голоценовых (Волго-Ахтубинская долина и дельта Волги) [448].
Характерной особенностью гидрологической сети региона является её густое ветвление в степных районах. В полупустыне реки с постоянным стоком встречаются редко. Не менее характерной чертой всех рек является неравномерное распределение стока по сезонам года. Основное питание реки получают за счёт снеговых вод весеннего половодья (60 - 80 %), а многие реки засушливых степей имеют сток только в этот период.
Наиболее крупные реки Волга и Дон. Они принадлежат к бассейнам Азовского и Каспийского морей. Направление их течения с севера на юг. Неустойчивое и недостаточное положение в сочетании с большими величинами приходной части радиационного баланса предопределяет черты водного режима рек, которые дают основание относить их к степному типу.
Озёр в регионе мало. Большая их часть расположена в северной части территории. В основном это озёра пойменных и надпойменных террас. Подземные воды, принимающие участие в формировании речного стока большей частью расположены в четвертичных отложениях.
Вследствие большого испарения с поверхности почвы и транспирации влаги растительностью, запасы грунтовых вод в летнее время невелики в дренируемых реками горизонтах. Наиболее затруднён водообмен поверхностных вод на юге Прикаспийской низменности.
Исследования проводились в следующих почвенных зонах. Зона каштановых почв, которые на крайнем юго-востоке переходят в зону с бурыми почвами, солонцами, солончаками и песками.
Почвы сухой степи. Северная часть зоны занята тёмно-каштановыми почвами, которые постепенно сменяются светло-каштановыми. Тёмно-каштановые почвы во многом сходны с южными чернозёмами, но отличаются заметной развитостью комплексности животного и почвенного покровов, более отчётливыми границами перехода генетических горизонтов, меньшим содержанием гумуса и меньшей выщелоченностью солей.
Они менее обеспечены азотом, фосфором и калием. Содержание обменного кальция снижается, а магния - увеличивается. Несколько отличаются эти почвы в Заволжье. Среди них больше пятен солонцов. Почвы более гумусированные в горизонте А, но мощность горизонтов А + Б у них меньше. Они сильно эродированы.
Каштановые почвы имеют ещё более дифференцированный профиль. Они характеризуются повышенной солонцеватостью. Вкрапления гипса с 70 - 80 см. Выделение водорастворимых солей отмечается с 100 - 120 см. Количество солонцов в комплексах повышается до 15-25 %.
Содержание гумуса в них достигает в заволжской части зоны 2,5-3,5 %, а в приволжской - 2,0-2,5 %
Светло-каштановые почвы - на большей части территории. Они формируются на лёссовидных суглинках и шоколадных глинах. Характерной особенностью их является комплексный пёстрый характер. Это определяется формой рельефа и связанной с ним неодинаковой степенью увлажнения.
В южной части комплексы, как правило, двухчленные и трёхчленные. Двухчленные приурочены к участкам с ровным или слабо расчленённым микрорельефом. Трёхчленные комплексы распространены в местах, где мик-ро и мезорельеф выражен более резко. В них обычно входят лугово-светло-каштановые и темноцветные почвы, светло-каштановые почвы различной степени солонцеватости и солонцы.
Средняя мощность надсолонцового горизонта (А) типичных светло-каштановых почв составляет 14-17 см, солонцового горизонта (В) 28-30 см, а содержание гумуса в них колеблется в пределах - 1,7-2,5 % и 1,5-2,0 % соответственно.
Лимитирующие факторы, критерии подбора и дендрологические ресурсы многоцелевого использования
Существование растительных организмов в естественной среде обитания обусловлено группой экологических факторов, неравноценных по своему значению.
По происхождению и характеру действия все экологические факторы подразделяют на группу абиотических (факторы неорганической, или неживой, среды) и группу биотических (связанных с влиянием живых существ). Это разделение в известной степени условно, поскольку многие абиотические факторы испытывают сильное влияние жизнедеятельности живых организмов.
I. Абиотические факторы: климатические - свет, тепло, воздух (его состав и движение), влага (включая осадки в разных формах, влажность почвы, влажность воздуха); эдафические (или почвенно-грунтовые) - механический и химический состав почв, их физические свойства и т. д.; топографические (или орографические) - условия рельефа.
II. Биотические факторы: фитогенные - влияние растений сообитателей как прямое (механические контакты, симбиоз, паразитизм, поселение эпифитов), так и косвенное (фитогенные изменения среды обитания для растений); зоогенные - влияние животных (поедание, вытаптывание и прочие механические воздействия, опыление, распространение зачатков, а также косвенное влияние на среду).
В группу биотических факторов входит и влияние на растения микроорганизмов (микробогенные факторы). В связи с тем, что в последнее время грибы выделяют в самостоятельное царство живой природы, можно говорить отдельно об их влиянии на растения как о микогенных факторах.
В группу биотических факторов иногда помещают и влияние человека на растения. Однако как по специфическим формам воздействия (таким, например, как сознательное изменение растений и среды или влияние через хозяйственную деятельность), так и по масштабам последствий, особенно возросшим в последние десятилетия, влияние человека заслуживает выделения в особую группу антропогенных факторов.
В эту простейшую классификацию укладываются далеко не все, а только главные экологические факторы. Есть и другие, менее существенные для жизни растений (например, атмосферное электричество, магнитное поле Земли, ионизирующие излучения и др.).
Приведенное деление в значительной степени условно: например, такие эдафические факторы, как тепловой и водный режим почвы, не только характеризует саму почву, но в большей мере определяются солнечной ра диацией и режимом осадков, т. е. служат и факторами климатическими. Среда действует на растение как единое целое, а разделение факторов и их классификация - не более чем методический прием, облегчающий изучение и изложение закономерностей взаимосвязи растения и среды (табл. 4.1).
Изучение влияния на растения отдельно взятых экологических факторов позволяет выделять экологические типы растений по отношению к одному фактору. В действительности среда влияет на организмы как нераздельное целое, и адаптации вырабатываются у них ко всему комплексу факторов.
По характеру воздействия на организм различают экологические факторы прямодействующие (непосредственно влияющие на обмен веществ, формообразовательные процессы, развитие) и косвенно действующие (влияющие на организм через изменение других факторов). Однако такое разделение не совсем правомерно, поскольку один и тот же фактор может быть и прямодействующим (например, действие тепла на рост), и косвенно действующим (действие тепла на влажность почвы и через нее - на водный режим растения). Поэтому лучше говорить не о разделении самих факторов, а об их прямом и косвенном действии на растение.
В природных условиях далеко не всегда можно расчленить влияние отдельных факторов и их последствия: так, сильное освещение очень часто связано с увеличением нагревания воздуха и почвы, их иссушением и т. д.
Влияние экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы - ведущие - оказывают более сильное влияние, другие - второстепенные - действуют слабее. Одни влияют на все стороны жизни растения, другие - на какой-либо определенный жизненный процесс. Диапазон действия экологического фактора (или область толерантности) ограничен точками минимума и максимума соответствующими крайним значениям данного фактора, при которых возможно существование растения. Точка соответствующая наилучшим показателям жизнедеятельности растений, означает оптимальную величину фактора - это точка оптимума. Однако трудно определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью, чаще говорят о зоне оптимума или - в более широком значении - зоне комфорта. Точка оптимума, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможности реакции организма на данный фактор.
Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при резком недостатке или избытке фактора, называют областями пессимума; им соответствуют пессимальные значения фактора, а за пределами зоны толерантности - летальные.
Условия среды, в которых какой-либо фактор (или несколько) выходит за пределы зоны комфорта и оказывает угнетающее действие, называют крайними (или экстремальными, трудными). Это выражение характеризует не только экологические (очень высокие или очень низкие температуры, сильная сухость, высокая концентрация вредных солей в почве и пр.), но и такие местообитания, где условия близки к пределам возможности существования для растений, - пустыни, высокогорья и т. д. В соответствии с условиями обитания различаются количественные закономерности реакции организмов на действие экологического фактора.
Это различие может выражаться в положении оптимума на шкале экологического фактора: например, у растений из холодных районов он сдвинут в область низких температур. У видов из теплых или жарких местообитаний оптимум лежит в области высоких температур. Различна может быть и ширина диапазона фактора (или зоны оптимума).
Толерантность растений к низким температурам
Растительный покров аридного региона России ежегодно в течение нескольких месяцев подвергается действию низких температур. Кроме того, и в более теплые сезоны растения могут подвергаться кратковременному воздействию пониженных температур (заморозки). В таких условиях способны выжить растения с имеющимися защитными приспособлениями к неблагоприятному действию холода.
При действии отрицательных температур замерзает вода внутри клеток, что ведет к обезвоживанию и механическому повреждению клеток, а затем к коагуляции белков и разрушению цитоплазмы. Холод тормозит основные физиологические процессы, замедляет развитие растений. Отрицательное воздействие холода усиливается с увеличением продолжительности его воздействия. Возможны и механические повреждения: у древесных пород при продолжительных и сильных морозах образуются глубокие трещины в коре, древесине на стволах и крупных ветвях (морозобоины, или морозобой-ные трещины).
Кроме морозостойкости - способности переносить действие низких температур, различают еще зимостойкость - способность к перенесению зимних условий. Адаптивное изменение формы как защита от холода - явление, характерное для холодных районов. В районах умеренных областей более универсальны физиологические способы защиты. Особенности холодостойких растений, как повышение концентрации клеточного сока, направлены на снижение точки замерзания клеточного сока. В состоянии покоя растения способны выдержать длительное и сильное охлаждение. Почки лиственных деревьев и кустарников, хвоя и почки хвойных выносят 40-ные морозы. По окончании покоя холодостойкость резко падает. Осенний покой с его неустойчивым температурным режимом, частой сменой похолоданий и потеплений опасен для растений тем, что кратковременные потепления могут вызвать возобновление роста и развития и стать толчком к началу новой вегетации. Адаптивный смысл глубокого покоя заключается в защите против возможных осенних провокаций преждевременного начала развития [59, 70, 75, 77,100,233].
Оценку интродуцентов на зимостойкость в Поволжье позволили дать суровые зимы 1968/69, 1971/72, 1978/79, 1998/99 гг. Особенно важно сравнение района интродукции с районом обитания вида по минимальным температурам, что подтверждается законом периодической географической зональности. В разных климатических зонах в процессе эволюции сформировался видовой состав древесных видов с четко выраженной толерантностью к низким температурам (табл. 5.10).
Подбор растений по степени их морозоустойчивости позволяет обеспечить высокую сохранность насаждений в районе интродукции. Исследования по адаптации морозостойких сортов и форм субтропических культур (фундук, унаби) в условиях Нижнего Поволжья проводились с целью создания орехоплодных и плодовых многолетних насаждений по договору о творческом сотрудничестве с ВНИИ цветоводства и субтропических культур РАСХН (№6 от 1998 г.). Для выявления адаптивных реакций субтропических культур и оценки их пластичности изучались морфологические, физиологические и другие показатели (рис. 5.11).
В суровые зимы отмечалось понижение температуры почвы до - 14 С (на 10,4-11,4 ниже многолетней). В этот период пострадали от мороза деревья и кустарники, которые зимуют при большом снежном покрове — Acer campestre, Corylus avellana, С. americana, Malus pallasiana и др. Осенним и весенним заморозкам (обмерзание однолетних побегов) подвержены виды из умеренно теплых областей юга и юго-запада Сев. Америки, с Дальнего Востока, Среднеземноморья, долин Средней и Восточной Азии: Juglans, Morus, Gleditsia, Robinia, Amorpha и др.
В 1998-99 гг. у всех сортов Ziziphus отмечалось сильное подмерзание растений (на 80 %). В последующие годы (2002-03 гг.) отмечалось подмерзание годичного прироста на 20%. Подмерзание верхушечных почек в период ее развертывания или расправление листочков, повреждение развернувшихся листьев весенними заморозками не наблюдалось. Для растений Ziziphus в ус 132 ловиях Нижнего Поволжья характерны осенние и зимние повреждения, которые носят термический характер, т.е. объясняются или низкими температурами, или резкими колебаниями температур. В основе повреждений лежат градиентные нарушения температуры и оводненность побегов, которые происходят вследствие не завершения вегетационного процесса. С увеличением возраста у всех видов растений повышаются пределы толерантности к низким температурам. Высокая толерантность к низким температурам большинства растений коллекционных фондов ВНИАЛМИ объясняется тем, что они в процессе эволюции выработали способность адаптироваться.
Пищевые и лекарственные свойства интродуцентов
Современные фитоценозы аридной зоны характеризуются бедным видовым составом флоры и фауны, что приводит к снижению их стабильности. Посадка плодовых, ягодных, энтомофильных кустарников как в защитных лесных полосах, так и в лесных массивах позволяют создать естественную среду обитания для многих полезных животных и птиц. В связи с этим видовой состав защитных лесных и озеленительных насаждений должен отличаться не только долговечностью, привлекательностью для опылителей и распространителей семян, но и привлечением гнездующихся птиц для борьбы с вредителями полей, а также с возможностью использования видов в других хозяйственных полезных целях.
Продуктивность и качественный состав плодов интродуцированных видов являются одним из важнейших показателей успеха интродукции. Накопление биологически активных веществ определяются климатическими условиями года. Ценность плодов интродуцентов обусловлена довольно высоким содержанием, по сравнению с традиционно используемыми плодами, аскорбиновой кислоты, каротина, а также веществ, обладающих активностью витамина Р (табл. 6.8).
В связи с большой ценностью хеномелеса, как малораспространенной в южном регионе культуры, по содержанию витамина С, органических кислот, пектиновых веществ и Сахаров в зрелых плодах её можно рекомендовать для широкого внедрения в качестве низкого кустарника. К ценным плодовым кустарникам относятся виды рода Aronia L. Плоды Aronia melonocarpa содержат сахара, органические кислоты, йод, витамины Р, С, Рв, РР, каротин [305].
Изучение интродуцированных видов боярышников для лечебных целей и плодоводства показало значительные различия между видами. Цветы и плоды боярышника издавна применяются как в народной, так и в научной медицине при гипертонии, неврозах и сердечно-сосудистых заболеваниях
Цветы и плоды боярышника издавна применяются как в народной, так и в научной медицине при гипертонии, неврозах и сердечно-сосудистых заболеваниях. Местное население Средней Азии и Кавказа используют в пищу плоды дикорастущих боярышников. Давно культивируют боярышник как плодовую культуру в Алжире, Италии, Испании, Америке.
Введению боярышника в культуру в качестве плодового растения в Поволжье препятствует посредственный вкус местных видов и недостаточная изученность их биологических и биохимических особенностей.
Род боярышник {Crataegus L.) семейство розоцветных (Rosaceae Juss.) насчитывает 1250 видов, родиной которых в основном является Северная Америка. У нас в стране в диком виде и в культуре произрастает более 150 видов, в Поволжье в диком виде боярышник однокосточковый и согнуто столбиковый. Сведения о химическом составе плодов боярышников ограничены [25, 33, 72, 178,298, 313,440, 506, 545, 560].
Объектом исследований служили 11 видов боярышников, интродуциро-ванных в Поволжье и принадлежащих к различным секциям.
Для более полной характеристики боярышники при взятии образцов определяли средний вес и процентное содержание мякоти. Свежие плоды исследовали на содержание сухого вещества, витамина С, суммы каротинои-дов, каротина, органических кислот и Р - активных полифенолов (антоциа-ны, катехины, флавонолы). В свежих плодах определяли также пектин и про-пектин. После фиксации и сушки плоды исследовали на содержание и состав Сахаров, а также на количественное содержание сорбита. Средние трехгодичные результаты анализов наиболее перспективных для лесных мелиорации видов приведены в табл. 6.9-6.10. Средний вес плодов варьировал в пределах 0,4-2,4 г. Значительной была также разница в содержании мякоти по видам боярышника (62,3-81,4 %). Боярышники с высоким весом плодов отличаются и большим содержанием мякоти. К таким видам можно отнести боярышники Арнольда, мягковатый, шамплейский.
Количество каротина в плодах боярышников сравнительно невелико, однако отмечена значительная разница в содержании суммы каротиноидов и каротина по видам. Наиболее высоким содержанием каротина отличаются плоды видов дальневосточного происхождения. В плодах местных видов содержание каротина не превышает 0,4 мг /%. Обнаружен большой диапазон в содержании аскорбиновой кислоты. Высокое содержание аскорбиновой кислоты наблюдалось в плодах американских видов боярышников.
Для всех изучаемых видов боярышника характерно высокое содержание суммы Р - активных полифенолов (катехины, антоцианы, флавонолы). Что же касается отдельных групп биофлавоноидов, то оно значительно изменяется по видам. Особенно много катехинов в плодах боярышника Шредера, алма-атинского, Факсона. В плодах боярышников Факсона, зеленомясого накапливается до 474 мг % флавонолов, несколько уступают им по этому показателю такие виды, как шамплейский.
Что же касается антоциановых пигментов, то для большинства видов характерно небольшое количество собственно антоцианов (31-246 мг %). Существенное влияние на химический состав оказывают метеорологические условия. Трехлетние исследования плодов боярышника показывают значительные колебания отдельных показателей по годам. Особенно большая вариабельность в содержании витамина С по годам (до 35 мг %). В условиях сухого и жаркого лета в плодах боярышника накапливается меньше витамина С, чем во влажные годы. Более высокая температура в период созревания плодов способствует накоплению каротиноидов и Р - активных полифенолов, особенно антоциановых пигментов и катехинов.
Похожие диссертации на Лесомелиорация и обогащение дендрофлоры аридных регионов России
