ИССЛЕДОВАНИЕ CO2-ГАЗООБМЕНА ДЕРЕВЬЕВ КАРЕЛЬСКОЙ БЕРЕЗЫ В УСЛОВИЯХ НИЗКОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ В ПОСАДКАХ С РАЗНЫМ ПЛОДОРОДИЕМ ПОЧВЫ

Виктор Константинович Болондинский, Людмила Матвеевна Виликайнен, Viktor Bolondinskii, Lyudmila Vilikainen

Аннотация


Проведена сравнительная оценка CO2-газообмена у листьев затененных ветвей карельской березы (Betula pendula var. сarelica) на двух культурах 40-50-летнего возраста при различных уровнях минерального питания. Для каждого из участков сравнивались также параметры СО2-газообмена световых и теневых листьев. Характеристики CO2-газообмена теневых листьев различались по своим показателям в зависимости от содержания основных минеральных веществ (N, P, K) в почве. При улучшении плодородия почвы средние величины фотосинтеза теневых листьев возрастали с 1,22 до 2,74 мкмоль СО2·м-2·с-1, темнового дыхания – с 0,43 до 0,69 мкмоль СО2·м-2·с-1. Величины фотосинтеза световых листьев существенно не различались (р>0,05), а дыхание возрастало с -1,54 до -2,63 мкмоль СО2·м-2·с-1. По мере возрастания плодородия почвы изменялись и параметры моделей световых кривых фотосинтеза: уменьшались константа насыщения с 100-120 до 40-60 мкмоль·м-2·с-1, световой компенсационный пункт – с 12-20 до 6-8 мкмоль·м-2·с-1, что свидетельствует о более эффективной работе фотосинтетического аппарата в отсутствии лимитирования питательных веществ. Зафиксированы значимые различия всех величин у световых и теневых листьев на каждом из участков. Показатели использования ФАР при фотосинтезе у световых и темновых листьев участка с более высоким содержанием NPK составили соответственно 6,1 и 53,1 мкмоль СО2· (ммоль фотонов)-1, темнового дыхания - -2,63 и -0,66 мкмоль СО2·м-2·с-1, светового компенсационного пункта - 45,8 и 5,91 мкмоль·м-2·с-1. Величины количества каротиноидов (с) и хлорофилла хл (a+b) у теневых и световых листьев в пересчете на сырой вес не имели достоверных различий. Средние величины отношения хл (a+b)/с  у теневых листьев были достоверно в 1,5 раза больше чем у световых. При расчете на единицу площади из-за уменьшения толщины теневых листьев хл (a+b) ниже у теневых листьев по сравнению с растущими на свету. Оценка углеродного баланса нижних затененных ветвей на участках с относительно высоким плодородием почвы показала, что он оставался положительным при среднедневных значениях ФАР 25 мкмоль·м-2·с-1. Карельская береза, растущая на почвах с относительно высоким плодородием, более эффективно использует низкие значения ФАР, чем на почвах с низким содержанием питательных веществ и благодаря морфологическим и физиологическим адаптациям короткоствольные и кустовидные формы с узорчатой структурой древесины могут выживать в условиях сильного затенения.


Ключевые слова


Betula pendula var. сarelica; СО2-газообмен; дыхание; световые кривые фотосинтеза; хлорофилл

Полный текст:

PDF

Литература


Болондинский В. К. Исследование зависимости СО2‑газообмена от интенсивности солнечной радиации у карельской березы и березы повислой // Современное состояние, тенденции развития, рациональное использование и сохранение биологического разнообразия растительного мира: материалы межд. науч. конф. Минск, 2014. С. 170–174.

Болондинский В. К., Виликайнен Л. М. Исследование дыхания ветвей и стволов карельской березы и березы повислой // Труды КарНЦ РАН. 2015. № 6. С. 66–79. doi: 10.17076/eb249

Болондинский В. К., Виликайнен Л. М. Исследование световой зависимости фотосинтеза у карельской березы и березы повислой в условиях разной обеспеченности элементами минерального питания // Труды КарНЦ РАН. 2014. № 5. С. 207–213.

Болондинский В. К., Виликайнен Л. М. Исследование СО2‑газообмена листьев березы повислой и карельской березы в условиях засухи 2010 г. // Труды КарНЦ РАН. 2011. № 3. С. 12–15.

Болондинский В. К., Яковлев В. В. Измерение фотосинтетически активной радиации в лесном ценозе // Факторы устойчивости растений в экстремальных природных условиях и техногеннойсреде: материалы всерос. конф. Иркутск, 2013. С. 452–454.

Ветчинникова Л. В., Титов А. Ф., Кузнецова Т. Ю. Карельская береза: биологические особенности, динамика ресурсов и воспроизводство. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 312 с.

Гавриленко В. Ф., Жигалова Т. В. Большой практикум по фотосинтезу. М.: Академия, 2003. 256 с.

Евдокимов А. П. Биология культуры карельской березы. Л.: Изд-во Лен. ун-та, 1989. 224 с.

Жакоте А. Г. Минеральное питание и активность

фотосинтетического аппарата растений. Кишинев: Штиинца, 1974. 156 с.

Коновалов В. Н., Зарубина Л. В. Эколого-физиологические особенности хвойных на удобренных почвах. Архангельск: С(А)ФУ, 2011. 338 с.

Лархер В. Экология растений. М.: Мир, 1978. 384 с.

Любавская А. Я. Карельская береза. М.: Лесная промышленность, 1978. 157 с.

Методическое руководство по ускоренному анализу золы растений и определению азота. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 1990. 45 с.

Мошкина Е. В. Оценка свойств дерново-подзолистой почвы под посадками березы в опыте с применением минеральных удобрений // Ресурсный потенциал растениеводства – основа обеспечения продовольственной безопасности: Труды международной заочной научно-практической конференции. Петрозаводск: ПетрГУ, 2012. С. 124–127

Новицкая Л. Л. Карельская береза: механизмы роста и развития структурных аномалий. Петрозаводск: Verso, 2008. 143 с.

Придача В. Б., Позднякова С. В. Метрические параметры листьев и биохимические особенности Betula pendula var. pendula и В. pendula var. carelica и их сезонная динамика // Ботанический журнал. 2010. Т. 95, № 11. С. 1595–1605.

Цельникер Ю. Л. Физиологические основы теневыносливости древесных растений. Л.: Наука, 1978. 215 с.

Чернобровкина Н. П. Экофизиологическая характеристика использования азота сосной обыкновенной. СПб.: Наука, 2001. 172 с.

Godbold D., Tullus A., Kupper P. et al. Elevated atmospheric

CO2 and humidity delay leaf fall in Betula pendula, but not in Alnus glutinosa or Populus tremula × tremuloides // Annals of Forest Science. 2014. Vol. 71. P. 831–842.

Hoogesteger J. Tree ring dynamics in mountain birch // Licentiate thesis, Faculty of Natural Resources and Agricultural Sciences Report from the Department of Crop Production Ecology (VPE) Swedish University of Agricultural Sciences (SLU) Uppsala, 2006. No. 5. P. 1–33.

Larcher W. Physiological plant ecology. Berlin: Springer-Verlag, 1995. 506 p.

Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic membranes // Methods Enzymol. 1987. Vol. 148. P. 350–382.

Muraoka H., Koizumi H. Photosynthetic and structural characteristics of canopy and shrub trees in a cooltemperate

deciduous broadleaved forest: Implication to the ecosystem carbon gain // Agricultural and Forest Meteorology. 2005. Vol. 134. Р. 39–59.

Niglas A., Kupper P., Tullus A., Sellin A. Responses of sap flow, leaf gas exchange and growth of hybrid aspen to elevated atmospheric humidity under field conditions // AoB PLANTS 2014. 6: plu021. doi: 10.1093/aobpla/plu021

Niinemets U., Tenhunen J. D. A model separating leaf structural and physiological effects on carbon gain along light gradients for the shade-tolerant species Acer saccharum // Plant, Cell and Environment. 1997. Vol. 20. P. 845–866.

Oleksyn J., Zytkowiak R., Reich P. B. et al. Ontogenetic patterns of leaf CO2 exchange, morphology and chemistry in Betula pendula trees // Trees. 2000. Vol. 14. P. 271–281.

Ovaska J., Ruuska S., Rintamäki E., Vapaavuori E. Combined effects of partial defoliation and nutrient availability on cloned Betula pendula saplings. II. Changes in net photosynthesis and related biochemical properties // J. Exp. Bot. 1993. Vol. 44. P. 1395–1402.

Palva L., Markkanen T., Siivola E. et al. Tree scale distributed multipoint measuring system of photosynthetically active radiation // Agricultural and Forest Meteorology. 2001. Vol. 106. P. 71–80.

Reich P. B., Walters M. B., Ellsworth D. S. Leaf lifespan in relation to leaf, plant and stand characteristics among diverse ecosystems // Ecological Monographs. 1992. Vol. 62. P. 365–392.

Reich P. B., Oleksyn J., Tjoelker M. G. Needle respiration and nitrogen concentration in Scots pine populations from a broad latitudinal range: a common garden test with field-grown trees // Functional Ecology. 1996. Vol. 10. P. 768–776.

Sellin A., Tullus A., Niglas A. et al. Humidity-driven changes in growth rate, photosynthetic capacity, hydraulic properties and other functional traits in silver birch (Betula pendula) // Ecological Research. 2013. Vol. 28. P. 523–535. doi: 10.1007/s11284‑013‑1041‑1

Wang J. R., Hawkins C. D. B., Letchford T. Photosynthesis,

water and nitrogen use efficiencies of four paper birch (Betula papyrifera) populations grown under different soil moisture and nutrient regimes // Forest Ecol. Manag. 1998. Vol. 112, no. 3. P. 233–244.

References in English

Bolondinskij V. K. Issledovanie zavisimosti SO2‑gazoobmena

ot intensivnosti solnechnoj radiacii u karel’skoj berezy i berezy povisloj [Study of SO2 gas exchange response to solar radiation intensity in theKarelian birch and the silver birch]. Sovremennoe sostojanie, tendencii razvitija, racional’noe ispol’zovanie i sohranenie biologicheskogo raznoobrazija rastitel’nogo mira: materialy mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii[Current State, Development Trends, Rational Use,

and Conservation of Flora Biodiversity: Proceed. of the Int. Sci. Conf.]. Minsk, 2014. P. 170–174.

Bolondinskij V. K., Jakovlev V. V. Izmerenie fotosinteticheski

aktivnoj radiacii v lesnom cenoze [Measurement of photosynthetically active radiation in forest cenosis]. Faktory ustojchivosti rastenij v jekstremal’nyh prirodnyh uslovijah i tehnogennoj srede: materialy vserossijskoj konferencii [Factors of Plant Resistance under Extreme Conditions in Technogenic Environment: Proceed. of the All-Russian Conf.]. Irkutsk, 2013. P. 452–454.

Bolondinskij V. K., Vilikajnen L. M. Issledovanie dyhanija vetvej i stvolov karel’skoj berezy i berezy povisloj [Study of twigs and stems respiration in the Karelian birch and the silver birch]. Trudy KarNTs RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2015. No. 6. P. 66–79. doi: 10.17076/eb249

Bolondinskij V. K., Vilikajnen L. M. Issledovanie SO2‑gazoobmena list’ev berezy povisloj i karel’skoj berezy v uslovijah zasuhi 2010 g. [Study of SO2 gas exchange in the leaves of the silver birch and the Karelian birch under drought of 2010]. Trudy KarNTs RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2011. No. 3. P. 12–15.

Bolondinskij V. K., Vilikajnen L. M. Issledovanie svetovoj

zavisimosti fotosinteza u karel’skoj berezy i berezy povisloj v uslovijah raznoj obespechennosti jelementami mineral’nogo pitanija [Study of photosynthesis light dependence in the Karelian birch and the silver birch in different mineral nutrient availability settings]. Trudy KarNTs RAN [Trans. of KarRC of RAS]. 2014. No. 5. P. 207–213.

Cel'niker Ju. L. Fiziologicheskie osnovy tenevynoslivosti drevesnyh rastenij [Physiological bases of woody plants shade tolerance]. Leningrad: Nauka, 1978. 215 p.

Chernobrovkina N. P. Jekofiziologicheskaja harakteristika

ispol’zovanija azota sosnoj obyknovennoj [Ecophysiological characteristics of nitrogen use by the Scots pine]. St. Petersburg: Nauka, 2001. 172 p.

Evdokimov A. P. Biologija kul’tury karel’skoj berezy [Biology of the Karelian birch]. Leningrad: Izd-vo Len. un-ta, 1989. 224 p.

Gavrilenko V. F., Zhigalova T. V. Bol’shoj praktikum po fotosintezu [Practical course on photosynthesis]. Moscow: Akademija, 2003. 256 p.

Konovalov V. N., Zarubina L. V. Jekologo-fiziologicheskie osobennosti hvojnyh na udobrennyh pochvah [Ecological and physiological features of the conifers in fertilized soils]. Arhangel’sk: S(A)FU, 2011. 338 p.

Larher V. Jekologija rastenij [Plant ecology]. Moscow: Mir, 1978. 384 p.

Ljubavskaja A. Ja. Karel’skaja bereza [The Karelian birch]. Moscow: Lesnaja promyshlennost’, 1978. 157 p.

Metodicheskoe rukovodstvo po uskorennomu analizu zoly rastenij i opredeleniju azota [Methodology guidelines for express analysis of plant ashes and nitrogen identification]. Petrozavodsk: KarRC of RAS, 1990. 45 p.

Moshkina E. V. Ocenka svojstv dernovo-podzolistoj pochvy pod posadkami berezy v opyte s primeneniem mineral’nyh udobrenij [Quality assessment of sodpodzolic soils for birch planting treated with mineral fertilizers as an experiment]. Resursnyj potencial rastenievodstva – osnova obespechenija prodovol’stvennojbezopasnosti: Trudy Mezhdunarodnoj zaochnoj nauchno- prakticheskoj konferencii [Resource Potential of Plant Cultivation – Base of Food Security: Proceed. of the Int. Remote Res. and Pr. Conf.]. Petrozavodsk: Izdvo

PetrGU, 2012. P. 124–127.

Novickaja L. L. Karel’skaja bereza: mehanizmy rosta i razvitija strukturnyh anomalij [The Karelian birch: mechanisms of growth and structural anomalies development]. Petrozavodsk: Verso, 2008. 143 p.

Pridacha V. B., Pozdnjakova S. V. Metricheskie parametry list’ev i biohimicheskie osobennosti Betula pendula var. pendula i B. pendula var. carelica i ih sezonnaja dinamika [Metric parameters of leaves and biochemical peculiarities of the Betula pendula var. pendula i B. pendula var. carelica and their seasonal dynamics]. Botanicheskij zhurnal [Botanical Journal]. 2010. Vol. 95, no. 11. P. 1595–1605.

Vetchinnikova L. V., Titov A. F., Kuznecova T. Ju. Karel’skaja bereza: biologicheskie osobennosti, dinamika resursov i vosproizvodstvo [The Karelian birch: biological peculiarities, resource dynamics, and reproduction]. Petrozavodsk: KarRC of RAS, 2013. 312 p.

Zhakote A. G. Mineral’noe pitanie i aktivnost’ fotosinteticheskogo apparata rastenij [Mineral nutrtion and activity of plants photosynthetic apparatus]. Kishinev: Shtiinca, 1974. 156 p.

Godbold D., Tullus A., Kupper P., Sõber J., Ostonen I., Godbold J. A., Lukac M., Ahmed I. U., Smith A. R. Elevated atmospheric CO2 and humidity delay leaf fall in Betula pendula, but not in Alnus glutinosa or Populus tremula × tremuloides. Annals of Forest Science. 2014. Vol. 71. P. 831–842.

Hoogesteger J. Tree ring dynamics in mountain birch. Licentiate thesis, Faculty of Natural Resources and Agricultural Sciences Report from the Department of Crop Production Ecology (VPE) Swedish University of Agricultural Sciences (SLU) Uppsala, 2006. No. 5. P. 1–33.

Larcher W. Physiological plant ecology. Berlin: Springer-Verlag, 1995. 506 p.

Lichtenthaler H. K. Chlorophylls and carotenoids: pigments of photosynthetic membranes. Methods Enzymol. 1987. Vol. 148. P. 350–382.

Muraoka H., Koizumi H. Photosynthetic and structural characteristics of canopy and shrub trees in a cooltemperate

deciduous broadleaved forest: Implication to the ecosystem carbon gain. Agricultural and Forest Meteorology. 2005. Vol. 134. Р. 39–59.

Niglas A., Kupper P., Tullus A., Sellin A. Responses of sap flow, leaf gas exchange and growth of hybrid aspen to elevated atmospheric humidity under field conditions. AoB PLANTS 2014. 6: plu021. doi: 10.1093/aobpla/plu021

Niinemets U., Tenhunen J. D. A model separating leaf structural and physiological effects on carbon gain along light gradients for the shade-tolerant species Acer saccharum. Plant, Cell and Environment. 1997. Vol. 20. P. 845–866.

Oleksyn J., Zytkowiak R., Reich P. B., Tjoelker M. G., Karolewski P. Ontogenetic patterns of leaf CO2 exchange, morphology and chemistry in Betula pendula trees. Trees. 2000. Vol. 14. P. 271–281.

Ovaska J., Ruuska S., Rintamäki E., Vapaavuori E. Combined effects of partial defoliation and nutrientavailability on cloned Betula pendula saplings. II. Changes in net photosynthesis and related biochemical properties. J. Exp. Bot. 1993. Vol. 44. P. 1395–1402.

Palva L., Markkanen T., Siivola E., Garam E., Linnavuo M., Nevas S., Manoochehry F., Palmroth S., Rajala K., Ruotoistenmäki H., Vuorivirta T., Seppälä I., Vesala T., Hari P., Sepponen R. Tree scale distributed multipoint measuring system of photosynthetically active radiation. Agricultural and Forest Meteorology. 2001. Vol. 106. P. 71–80.

Reich P. B., Walters M. B., Ellsworth D. S. Leaf lifespan in relation to leaf, plant and stand characteristics among diverse ecosystems. Ecological Monographs. 1992. Vol. 62. P. 365–392.

Reich P. B., Oleksyn J., Tjoelker M. G. Needle respiration and nitrogen concentration in Scots pinepopulations from a broad latitudinal range: a common garden test with field-grown trees. Functional Ecology. 1996. Vol. 10. P. 768–776.

Sellin A., Tullus A., Niglas A., Õunapuu E., Karusion A., Lõhmus K. Humidity-driven changes in growth rate, photosynthetic capacity, hydraulic properties and other functional traits in silver birch (Betula pendula). Ecological Research. 2013. Vol. 28. P. 523–535. doi: 10.1007/s11284‑013‑1041‑1

Wang J. R., Hawkins C. D. B., Letchford T. Photosynthesis,

water and nitrogen use efficiencies of four paper birch (Betula papyrifera) populations grown under different soil moisture and nutrient regimes. Forest Ecol. Manag. 1998. Vol. 112, no. 3. P. 233–244.




DOI: http://dx.doi.org/10.17076/eb518

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


© Труды КарНЦ РАН, 2014-2019