сотрудник
Красноярск, Красноярский край, Россия
Повышение температуры воздуха в результате глобального потепления, скорее всего, станет ключевым абиотическим стрессором, которому древесным растениям придется противостоять. Было проведено много исследований отдельных стрессоров, однако растения обычно страдают от сочетаний факторов стресса в естественной среде обитания. В последние годы комбинированные абиотические стрессы стали особенно серьезным последствием изменения климата. Ситуация, связанная с дефицитом влаги, которая вызвана засухой, в сочетании с повышающейся температурой воздуха были признаны одними из наиболее важных триггеров гибели деревьев во всем мире. Это исследование было первым, в котором темнохвойные насаждения кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour), произрастающие в восточной части республики Тыва были изучены с помощью быстрого аналитического метода исследования – термогравиметрия. Наши результаты показывают, что самая ранняя стадия диагностирования стресса возможна на жизненном состоянии «ослабленные деревья» с дефолиацией 11–25% и незначительным изменением окраски хвои и единичными повреждениями. На данном этапе происходит снижение относительного содержание лигнина и повышение относительного содержания целлюлозы. Вышеуказанный факт открывает возможность для выявления деревьев, которые находятся в критическом состоянии. Кроме того, увеличивающееся относительное содержание лигнина и снижающееся относительное содержание целлюлозы может быть маркером для установления критической фазы. Также, одновременное снижение значений энергии активации целлюлозы маркером деградации ее структуры. Полученные выводы, подчеркивают необходимость пересмотра традиционных подходов к лесопользованию в условиях антропогенных климатических изменений и разработки новых стратегий сохранения биоразнообразия бореальных экосистем. Последовательное изучение физико-химических процессов темнохвойных насаждений имеет важное значение для внедрения своевременных мер по управлению рисками в лесном хозяйстве.
кедр сибирский, термический анализ, усыхание, климатический тренд, комбинированный стресс
Темнохвойные насаждения горных лесов Республики Тыва представляют собой уникальный объект для экологических исследований, имеющий важное значение для поддержания биологического разнообразия и устойчивости горных ландшафтов всего Алтае-Саянского экорегиона. Южная Сибирь - один из наиболее уязвимых к изменению климата регионов России, современные климатические изменения, характеризующиеся ростом температур, изменением режима осадков и учащением экстремальных погодных явлений, оказывают значительное влияние на лесные экосистемы данного региона [1-3].
В современной лесной экологии особый научный интерес вызывают исследования горных лесных насаждений, что обусловлено их исключительной чувствительностью к глобальным климатическим трансформациям по сравнению с равнинными аналогами [3-5]. Горные леса представляют большой интерес для анализа связи между климатом и продуктивностью данных насаждений [2]. Особую актуальность приобретают исследования горных экосистем Южной Сибири, где многочисленными авторами была установлена их исключительная восприимчивость к современным климатическим изменениям [2].
За последние несколько десятилетний в бореальных лесах Сибири рядом авторов отмечена тревожная тенденция к увеличению смертности ценозообразующих хвойных пород, в частности кедра сибирского (Pinus sibirica Du Tour) [5-7]. Кедровые насаждения является чутким индикатором климатических изменений на южной границе произрастания [5]. Современные научные исследования [7], убедительно доказывают, что наблюдаемая деградация данных лесных экосистем представляет собой сложный многофакторный процесс, обусловленный взаимодействием климатических и биотических факторов, где ключевыми элементами являются прогрессирующее снижение влагообеспеченности, увеличение испаряемости на фоне глобального потепления и изменение сезонного распределения осадков, что в совокупности формирует устойчивый гидротермический дисбаланс в лесных экосистемах.
В контексте глобальных климатических изменений темнохвойные насаждения Республики Тыва, расположенные в южной части горной системы Южной Сибири, представляют особый научный интерес как уникальный модельный регион [8]. Географическое положение данной территории на стыке Центрально-Азиатского и Сибирского климатических регионов, а также выраженная высотная поясность создают исключительное разнообразие природных условий на относительно компактной площади [1, 8]. Кедровые насаждения Тывы формируются в условиях ограниченного увлажнения и значительных перепадов температур, что делает их особенно чувствительными индикаторами климатических изменений [8]. Важнейшей характеристикой региона выступает его относительная экологическая сохранность - антропогенная трансформация лесных экосистем здесь значительно менее выражена по сравнению со многими другими регионами Сибири, что позволяет изучать реакции лесных экосистем на изменяющиеся климатические параметры в условиях, максимально приближенных к естественным [1].
Современные климатические изменения, характеризующиеся устойчивым повышением средних температур, оказывают существенное воздействие на функционирование лесных экосистем, данный абиотический фактор приобретает особую значимость в связи с его прямым влиянием на ключевые физиологические и биохимические процессы [9]. Согласно современным данным, комбинированный эффект засухи и теплового стресса рассматривается как один из основных факторов, способствующих масштабной гибели древесных растений в глобальном масштабе. Важно отметить, что физиологические и биохимические реакции растений на комбинированный стресс зачастую существенно отличаются от их реакции на отдельные стрессовые воздействия [9, 10]. Это позволило исследователям выдвинуть гипотезу о том, что растения воспринимают комбинированный стресс как качественно новое стрессовое состояние.
Несмотря на то, что влияние климатического тренда на бореальные леса широко задокументировано, знания о том, как изменение климата влияет на основные полимерные компоненты клеточной стенки деревьев в процессе усыхания и, следовательно, на их жизненное состояние скудны. Исследования подобного рода предполагают использование современных высокоинформативных, точных и экспрессных методов. Этим требованиям удовлетворяют метод термического анализа (термогравиметрия – ТГ), который широко используются в древесиноведении и химии древесины при изучении свойств древесинного вещества и основных его полимерных компонентов – целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина [11]. Это послужило основанием использования нами метода ТГ для оценки изменения физико-химических процессов в клеточных стенках кедра сибирского под влиянием изменяющихся условий произрастания древесной растительности. Изложенный в работе материал имеет непосредственное отношение к исследованию особенностей древостоев в процессе усыхания в условиях современного климатического тренда.
Цель нашей работы состояла в оценке причины усыхания кедровых насаждений в горных лесах Южной Сибири с применением метода термического анализа.
