сотрудник
Воронеж, Воронежская область, Россия
Воронеж, Воронежская область, Россия
Орехи рода Juglans уникальные растения, по совокупности полезных свойств являющиеся одними из са-мых ценных растений планеты. Учитывая сложившуюся тенденцию к изменению климатических условий, уве-личение теплообеспеченности Воронежской области благоприятно скажется на росте и развитии орехов. Однако, необходимы исследования реакции растений на зимние условия, вызванные климатическими изменениями. В связи с этим, тема работы является актуальной. В качестве объектов исследования использованы лучшие по зимостойкости и урожайности местные формы 4 видов орехов рода Juglans, произрастающие на территории Воронежской области, возраст которых составлял от 40 до 55 лет. В работе использовались официальные данные основных метеорологических станций Воронежской области, применялись общепринятые методики и методические подходы. Определение устойчивости к низким температурам проводилось лабораторными методами, с применением прямого промораживания побегов. Рассмотрены 2 основных компонента зимостойкости: устойчивость к низким температурам – наибольшую резистентность свойственна орехам маньчжурскому (1,4 балла) и серому (1,6 балла) и способность выдерживать резкие перепады температур – где набольшим адаптивным потенциалом обладает орех сердцевидный (2,0 балла). По суммарному значению адаптивного потенциала в зимний период исследуемые виды орехов рода Juglans в порядке убывания можно расставить следующим образом: J. manshurica Max., J. cordiformis Max, J. cinerea L., J. regia L. Отобранные местные формы всех исследуемых видов орехов проявляют устойчивость к низким температурам, необходимую для полноценного роста и развития в Воронежской области.
орехи рода Juglans, селекция, климатические изменения, зимостойкость, устойчивость растений
Введение
Орехоплодные породы являются уникальными растениями, сочетающими в себе множество полезных функций, в связи с чем, широко используются как в лесоводстве, так и в плодоводстве. Систематика орехов рода Juglans неоднозначна – по данным различных исследователей насчитывает до 40 видов [9]. Тем не менее, Ю.И. Сухоруких (2007), Е.А. Николаев (2007) и другие авторы, в соответствии с современной классификацией, считают, что общее количество видов находится в пределах 15-20 шт. [4, 7, 14]. Большинство из них распространенны в умеренно теплых, субтропических и частично тропических областях Северного полушария, где повсеместно растут в горах смешанных широколиственных лесов [9, 12, и др.].
M. K. Aradhya (et al., 2007) отмечает, что во всех странах мира, подходящих по климату, происходит постоянное увеличение площадей, занимаемых орехоплодными культурами [11]. Одним из таких регионов, непременно должна являться Воронежская область [2, 4].
В Воронежской области в разные годы интродуцированы большинство видов орехов рода Juglans, но имеют хорошее состояние, ежегодно цветут и стабильно плодоносят 5 их них – орех грецкий (Juglans regia L.), орех маньчжурский (Juglans manshurica Max.), орех черный (Juglans nigra L.), орех серый (Juglans cinerea L.) и орех сердцевидный (Juglans cordiformis Max.) [14]. Еще 3 вида – орех мелкоплодный, орех айлантолистный и орех большой произрастают на территории региона в единичном количестве.
Учитывая полифункциональность видов орехов, они могут использоваться не только в качестве плодовых древесных пород, но и для создания лесных культур, озеленения, повышения устойчивости насаждений и преумножения их экологических функций. Однако основным лимитирующим фактором при их разведении является недостаточная зимостойкость, основными компонентами которой являются морозоустойчивость, морозостойкость устойчивость к резким перепадам температуры [14]. Цель работы – произвести оценку резистентности видов орехов к низкой зимней температуре и ее резким перепадам, для определения пригодности растений для плантационного разведения и лесовосстановления.
Изменения параметров климата характеризуются значительным повышением температуры (прежде всего холодных сезонов) [1]. Важнейшим результатом потепления является существенное уменьшение повторяемости зим с опасной для орехов минимальной температурой почвы и воздуха. Необходимы исследования реакции растений на зимние условия, вызванные климатическими изменениями [13]. В связи с этим, тема работы является актуальной.
Объекты, материалы и методы исследований. В работе рассмотрены 4 вида рода Juglans – грецкий, маньчжурский, серый и сердцевидный, которые произрастают в различных ареалах и отличаются друг от друга по комплексной устойчивости [14].
В качестве объектов исследования использованы лучшие по зимостойкости и урожайности местные формы орехов рода Juglans, произрастающие на территории Воронежской области. Их лесоводственно-таксационная характеристика приведена в таблице 1.
Средний балл состояния насаждений определялся согласно «Правилам санитарного состояния …, 2017» [5], поскольку большинство из них произрастают на землях лесного фонда.
Следует отметить сходство выбранных в качестве объектов исследования форм орехов по основным таксационным показателям – среднему возрасту (41-55 лет), состоянию (2,0-2,5 балла) и условиям произрастания. Все исследуемые деревья ежегодно цветут и плодоносят.
Оценка зимостойкости проводилась с учетом дифференциации на устойчивость к наиболее опасным климатическим факторам в зимний период –низкой устойчивой температуре воздуха и ее резким перепадам. Эксперименты проводились с использованием искусственного промораживания по методике М.М. Тюриной с сотрудниками [8] в климатермокамере «Sanyo MLR-350» (рис. 1).
Рисунок 1. – Внешний вид
используемой климатермокамеры
При определении устойчивости видов орехов к низким температурам использовались однолетние побеги, поскольку они наиболее чувствительны к воздействиям низких температур и позволяют произвести наиболее точную оценку вегетативных частей любого дерева [7, 8, 10].
Однолетние побеги срезали с периферийных частей кроны на высоте около
Практически у всех растений степень повреждения зависит от скорости замораживания [6, 8]. В связи с этим морозоустойчивость, морозостойкость и устойчивость к резким перепадам зимних температур определяли на основании следующих вариантов опыта [6, 10]:
- устойчивость к низким температурам промораживание от –5°С до –38°С; скорость снижения температуры 5°С в час;
- устойчивость к резким перепадам температуры – оттепель +3°С в течение 5 дней, промораживание при –30°С (рис. 2).
Рисунок 2 – Моделирование искусственного
промораживания черенков
Степень повреждения древесины устанавливали на длинных косых срезах в середине ветвей также по 6-ти балльной шкале [6]:
0 – изменений окраски нет, ткань светло-зеленая;
1 – легкое пожелтение ткани;
2 – древесина светло-коричневая, имеются отдельные участки погибших клеток (от 20 до 40%);
3 – древесина светло-коричневая, погибло не менее половины ткани (от 40 до 60%);
4 – древесина вся коричневая;
5 – древесина погибла.
Таблица 1
Характеристика объектов исследования
|
№ п/п |
Средние лесоводственно-таксационные показатели насаждений |
||||||
|
Виды орехов |
диаметр ствола ( |
высота, м |
диаметр кроны, м |
возраст, лет |
ТЛУ |
состояние, балл |
|
|
1 |
Орех грецкий |
40 |
12 |
4,5 |
42 |
Д2 |
2,4 |
|
2 |
Орех маньчжурский |
42 |
14 |
4,0 |
50 |
Д2 |
2,2 |
|
3 |
Орех серый |
34 |
11 |
4,0 |
55 |
Д2 |
2,5 |
|
4 |
Орех сердцевидный |
36 |
12 |
4,5 |
41 |
Д2 |
2,0 |
При статистической обработке учитывались рекомендации Б.А. Доспехова (2011) [3] и использована компьютерная программа STATISTICA-6.0.
Результаты исследований и выводы
При интродукции древесных пород в более северные условия важнейшим показателем адаптированности является их зимостойкость, которая включает в себя способность выдерживать как низкие температурные понижения, так и резкие перепады температуры без существенных повреждений. В связи с этим, выявление влияния экстремальных температур в зимний период на устойчивость растений является важной проблемой.
За последние 30 лет отмечены только положительные отклонения среднегодовой температуры воздуха от климатической нормы на территории Воронежской области (рис. 3).
Рисунок 3 – Динамика усредненной среднегодовой температуры воздуха в Воронежской области, за период 1961-
На графике (рис. 3) динамики среднегодовых температур воздуха видно, что с 1961 по 1990 гг. наблюдается рост амплитуды, тогда как с
Если рассматривать временной период с 2000-
Устойчивость изучаемых видов орехов рода Juglans в Воронежской области к низким отрицательным температурам приведена на рис. 4 к резким перепадам температуры приведена на рис. 5 (где: К – контроль, Оп – опытный вариант).
Рисунок 4 – Устойчивость видов орехов рода Juglans к низким отрицательным температурам
На графике (рис. 4) приведено сравнение устойчивости видов орехов к низким температурам относительно контроля. Установлено, что опытные и контрольные черенки ореха маньчжурского не имели отличий друг с другом. Это позволяет сделать вывод об очень высокой устойчивости данного вида к низким температурам.
Орех серый так же проявляет очень высокую устойчивость к отрицательным температурам (1,5 балла). Несмотря на теплолюбивые свойства, местные формы ореха грецкого проявили достаточную устойчивость при промораживании (1,8 балла), что свидетельствует о высокой степени их адаптации.
Рисунок 5 – Устойчивость видов орехов рода Juglans к резким перепадам температуры
В ходе моделирования резких перепадов температуры установлено, что все виды орехов получили повреждения. Наибольшую устойчивость по данному адаптивному признаку проявляет орех сердцевидный (2,0 балла). Следует отметить, что смоделированный перепад температур имел критический характер (от +5 до -30°С), повторение которого маловероятно в естественных природных условиях. Статистические показатели и оценка достоверности различий между средними значениями устойчивости орехов рода Juglans к низким отрицательным температурам в Воронежской области приведены в таблице 2, а к резкими перепадам температуры – в таблице 3. Отмечено, что средние значения устойчивости к низким температурам не превышали 2,0 балла. Важным показателем является коэффициент изменчивости, который у орехов грецкого, маньчжурского и сердцевидного имеет повышенный уровень. У ореха серого получен средний уровень изменчивости, потому что объектом исследования являлись деревья одной формы.
Различия между средними значениями для ореха грецкого и сердцевидного признаются существенными по сравнению с контролем при уровне вероятности 0,95.
Все исследуемые виды рода Juglans при достижении возраста плодоношения имеют сопоставимую устойчивость к температурным перепадам – достоверность различий между средними показателями признается случайной при уровне вероятности 0,95. Отмечены существенные различия между средними показателями орехов всех исследуемых видов с контролем (6,37 … 7,63 > t0,05 = 1,96).
Заключение.
Орех маньчжурский способен без существенных повреждений выдерживать температурные понижения до -40 С° в Воронежской области. Основным неблагоприятным фактором, причиняющим ущерб растениям, достигшим возраста плодоношения, являются оттепели, происходящие в зимне-весенний период. Лучшие по зимостойкости формы ореха грецкого также способны выдерживать кратковременные эктремальные понижения температуры без снижения продуктивности. По суммарному значению адаптивного потенциала в зимний период исследуемые виды орехов рода Juglans в порядке убывания можно расставить следующим образом: J. manshurica Max., J. cordiformis Max, J. cinerea L., J. regia L. Отобранные местные формы всех исследуемых видов орехов проявляют устойчивость к низким температурам, необходимую для полноценного роста и развития в Воронежской области, в связи с чем представляют ценный селекционный материал для плантационного разведения и создания лесных культур.
Таблица 2
Статистические показатели устойчивости орехов рода Juglans к низким отрицательным температурам
|
Виды орехов |
М±m, балл |
C, % |
Различия между средними значениями |
||||||
|
опыт |
контроль |
опыт |
контроль |
М1 |
М2 |
М3 |
М4 |
t0,05 |
|
|
Контроль (М1) |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
1,96 |
|
Грецкий (М2) |
1,88±0,077 |
1,41±0,056 |
29,5 |
21,0 |
4,67 |
– |
– |
– |
1,96 |
|
Маньчжурский (М3) |
1,41±0,061 |
1,32±0,052 |
22,2 |
20,5 |
1,13 |
4,62 |
– |
– |
1,96 |
|
Серый (М4) |
1,48±0,067 |
1,32±0,054 |
17,1 |
16,9 |
1,88 |
3,92 |
0,77 |
– |
1,96 |
|
Сердцевидный (М5) |
1,63±0,070 |
1,35±0,051 |
22,8 |
19,4 |
3,22 |
2,40 |
2,36 |
1,56 |
1,96 |
Таблица 3
Статистические показатели устойчивости орехов рода Juglans к перепадам температурного режима
|
Виды орехов |
М±m, балл |
C, % |
Различия между средними значениями |
||||||
|
опыт |
контроль |
опыт |
контроль |
М1 |
М2 |
М3 |
М4 |
t0,05 |
|
|
Контроль (М1) |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
1,96 |
|
Грецкий (М2) |
2,18±0,098 |
1,41±0,056 |
30,8 |
21,0 |
6,81 |
– |
– |
– |
1,96 |
|
Маньчжурский (М3) |
2,19±0,102 |
1,32±0,052 |
33,6 |
20,5 |
7,63 |
0,07 |
– |
– |
1,96 |
|
Серый (М4) |
2,11±0,093 |
1,32±0,054 |
22,1 |
16,9 |
7,45 |
0,63 |
0,57 |
– |
1,96 |
|
Сердцевидный (М5) |
2,00±0,089 |
1,35±0,051 |
27,2 |
19,4 |
6,37 |
1,38 |
1,36 |
0,85 |
1,96 |
1. Гисметео [Электронный ресурс]: Электрон. данные. - Режим доступа: https://www.gismeteo.ru.
2. Вересин М.М. Расширять посадки орехоплодных культур / М.М. Вересин // Сад и огород. - № 12. - 1958. - С.46-49.
3. Доспехов, Б. А. Методика полевого опыта: учебник / Б. А. Доспехов. - М.: «Колос», 2011. - С. 547.
4. Николаев, Е. А. Интродукция и селекция ореха грецкого в Воронежской области / Е. А. Николаев, В. А. Славский, В. В. Тищенко. - Воронеж: изд-во ВГУ, 2007. - 152 с.
5. Правила санитарной безопасности в лесах [Электронный ресурс] / Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 20 мая 2017 года N 607. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/436736467
6. Резвякова, С. В. Теоретические и практические основы повышения биоресурсного потенциала устойчивости садовых культур к температурным факторам : дис. … д-ра с.-х. наук: 03.02.14 / Резвякова Светлана Викторовна. - Орел, 2015. - 385 с.
7. Сухоруких Ю.И. Отбор ореха грецкого для защитного лесоразведения (рекомендации) / Сухоруких Ю.И., Биганова С.Г., Пчихачев Э.К., Избашев Р.Г. // Адыгейский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, Федеральное агентство по образованию, Майкопский государственный технологический университет. Майкоп, 2007.
8. Тюрина, М. М. Определение устойчивости плодовых и ягодных культур к стрессорам холодного времени года в полевых и контролируемых условиях / М. М. Тюрина, Г. А. Гоголева, Н. В. Ефимова, Л. К. Голоулина, Н. Г. Морозова, Й. Й. Эчеди, Ф. А. Волков, А. П. Арсентьев, Н. А. Матяш. - М: Агропромиздат, 2002. - 120 с.
9. Щепотьев Ф.Л. Орехоплодные лесные и садовые культуры / Щепотьев Ф.Л. [и др.]. - М.: Лесная промышленность, 1985. - 244 с.
10. Юшков, А. Н. Адаптивный потенциал и селекция плодовых растений на устойчивость к абиотическим стрессорам: дис. … д-ра с.-х. наук: 06.01.05 / Юшков Андрей Николаевич. - Мичуринск, 2017. - 394 с.
11. Aradhya, M. K. Molecular phylogeny of Juglans (Juglandaceae): a biogeographic perspective / M. K. Arad-hya, D. Potter, F. Gao, Ch. J. Simon // Tree Genetics and Genomes. - Springer Verlag, 2007.
12. Ebrahimia A. Genetic diversity of Persian walnut (Juglans regia) in the cold-temperate zone of the United States and Europe. A. Ebrahimia, A. Zareib J. R. McKennac, G. Bujdosod, K.E.Woeste. - Scientia Horticulturae 220. - 2017. - 36-41p.
13. Harrington C.A., Gould P.J., StClair J.B. Modeling the effects of winter environment on dormancy release of Douglas-fir / C.A. Harrington, P.J. Gould, J.B., StClair. // Forest Ecology and Management, 2010. no. 259. pp. 798-808.
14. Slavskiy V. A comprehensive assessment of the sustainability of nuts of the genus Juglans on adaptive fea-tures in the Voronezh region / V. Slavskiy, А. Vodolazhskiy, S. Biganova // IOP Conference Series: Earth and Envi-ronmental Science. FORESTRY-2018. - Vol. 232. - 2019.
