Modification of the methodology for ssessing the viability of introduced species in accordance with the conditions of dry steppe zone of the Orenburg region

Full Text

Введение. Интродукционные исследования, направленные на изучение устойчивости растений, ежедневно проводятся в практической работе сотрудников ботанических садов. Интродукция растений считаетсясамостоятельной наукой, является частью ботаники и рассматривается как научно-практическое направление, позволяющее расширить флористический состав конкретного региона. Особую значимость данное направление получает в озеленении городской среды, т. к. за счет интродуцентов, обладающих высокими декоративными качествами, возможно расширить ассортимент растений, используемых в зеленом строительстве. Основой любого интродукционного испытания является изучение экологического потенциала конкретного вида/рода/семейства растений в ходе их онтогенеза. На начальных этапах интродукции производится изучение анатомо-морфологических особенностей таксонов, с присущей для них генетической базой и с учетом их исторического развития в естественных ареалах обитания. На основании полученных сведений возможно предварительно оценить адаптационный потенциал интродуцента при переносе его в новые условия обитания [1; 2].

В настоящее время для качественного проведения интродукционных исследований разработано значительное количество методов и методических подходов, которые уже стали общепринятыми, и с успехом применяются научными сотрудниками для изучения особенностей растений, подвергающихся переносу из различных природно-климатических зон. Все методы интродукции можно разделить на две большие группы: экспериментальные и визуальные. Первая группа – это методы и методики интродукционного прогноза, направленные на оценку возможности переноса определенного растения в местообитания, отличные от аридных. Среди них широко известен метод фитоклиматических аналогов Майра [3; 4], а также дополненные и модифицированные методы, разработанные A. Pavari (1916) и Г.Т. Селяниновым (1928–1929); метод флорогенетичекого анализа В.П. Малеева (1993); экологический метод интродукции деревьев и кустарников, созданный с применением современных технологий; эколого-исторический и эколого-генетический методы М.В. Культиасова [5; 6; 8; 9]; метод интродукции растений флорогенетическими комплексами, метод интродукции растений с использованием геоботанических эдификаторов Ф.Н. Русанова (1950) [10].

Окончательный анализ жизнеспособности интродуцируемого растения производится с использованием второй группы методов (визуальные): оценка зимостойкости, засухоустойчивости, фенологического развития и др., чаще всего проводится по методике, разработанной ГБС РАН [11]. На основе полученных данных после использования этих методов оценивается первичная интродукция, или адаптация интродуцента в конкретных условиях среды. Другими словами, с использованием визуальных методов проводится определение перспективности интродукции испытуемого растения по определенным биоэкологическим показателям. По каждому показателю выставляется соответствующий балл, по суммарному числовому показателю определяется жизнеспособность интродуцента и определяется группа его перспективности. Разработана данная методика как для взрослых растений, так и для растений, не достигших генеративной стадии. Однако невозможно применение одной шкалы для проведения интродукции в разных климатических зонах, так как при интродукции важно учитывать лимитирующие факторы климата, которые в разных регионах соответственно отличаются. Правильно подобранная методика, учитывающая конкретные природно-климатические условия района интродукции, определяет успешность интродукции.

У каждого географического региона имеются свои характерные особенности, определяющие успех интродукции растений. К ним относятся почвенный состав, минимальные и максимальные температуры по сезонам года, водный, световой, ветровой режимы [5; 6]. Все это определяет климатические явления, характерные для каждого региона, которые, в свою очередь, определяют продолжительность периодов вегетации растений. Именно поэтому условия естественного местообитания интродуцентов не должны резко контрастировать с теми условиями среды, куда осуществляется их перенос. В целом интродукция растений представляет собой комплекс накопленных научных данных по особенностям развития конкретных таксонов растений в отдельно взятом регионе [10].

Условия, объкты и методика исследования. Экспериментальная часть исследования проводилась в течении 2012–2020 гг. на территории Ботанического сада Оребургского государственного университета. Город Оренбург – административный центр Оренбургской области. Расположен на юго-востоке европейской части России. Климат резко-континентальный. Основными лимитирующими факторами, препятствующими успешной интродукции растений в регионе, являются низкие зимние температуры, поздневесенние и раннеосенние заморозки, чередующиеся с оттепелями и недостаточной высотой снегового покрова в зимний период времени, а также высокие летние температуры с недостаточным количеством атмосферных осадков и суховеями в летний сезон. Малое количество осадков (360 мм/год) приводит к недостатку влаги в почве и воздухе. Засуха и суховеи оказывают влияние на рост и развитие растительных организмов: ростовые процессы значительно снижаются, могут увядать и осыпаться листья, соцветия и плоды, снижается продуктивность. Проанализировав вышеизложенное, становится очевидным, что при оценке жизнеспособности растений, произрастающих в таких климатических условиях Оренбуржья, необходимо использовать методику, учитывающую оценку засухоустойчивости (водного режима растений). Цель исследования – провести модификацию методики оценки перспективности интродукции, с учетом климатических факторов сухостепной зоны Оренбуржья. Предмет исследования – методика оценки перспективности интродукции растений, разработанная на базе ГБС [11]. Объекты исследования – виды древесно-кустарниковых растений, проходящие интродукционные испытания на базе Ботанического сада Оренбургского государственного университета. На основе всего вышесказанного, для оценки перспективности интродуценов предлагается использовать следующие показатели: степень вызревания побегов; жаростойкость; засухоустойчивость; зимостойкость; сохранение формы роста; ежегодный прирост; способность растений к вегетативному размножению; способность растений к генеративному размножению.

1. Степень вызревания побегов определяется визуально. Ключевой фактор – ежегодное или не ежегодное вызревание побегов у интродуцента. Определяется по изменению окраски наружных покровов или наличию специфических образований (восковой налет, волоски и т. д.); по степени сформированности и защищенности почек; по срокам завершения роста побегов у растений, а также по окончанию листопада в конце вегетационного периода. Балльная оценка показателя: вызревание (одревеснение) на 75–100% длины побега – 15–20 баллов; одревеснение на 50–75% – 10–15 баллов; одревеснение на 25–50% – 5–10 баллов; вызревание на 1–25% – 2–5 баллов; отсутствие одревеснения – 1 балл.
2. Жаростойкость – исследование степени устойчивости листовых пластинок к воздействию высоких температур: 50° С, 55° С, 60° С (возможно использование других температурных режимов, подбираемых под конкретный вид растения). Лабораторный метод с использованием водяной бани. По степени побурения листовых пластинок анализируется жаростойкость исследуемых образцов [12]. Согласно методике, по итогу проведения эксперимента, все исследуемые растения подразделяются на три группы в соответствии со степенью их жароустойчивости. Предлагается каждой группе выставлять соответствующую балльную оценку: высокая жароустойчивость – 10 балов; средняя жароустойчивость – 5 баллов; низкая жароустойчивость – 1 балл.
3. Засухоустойчивость. Существует большое количество показателей водного режима, определяющих степень засухоустойчивости растений. Были выбраны два показателя, проанализировав зависимость которых предоставляется возможным выявить степень засухоустойчивости растительного организма по общей оводненности листа и водоудерживающей способности листовой пластинки [12]. Методика лабораторная. Выполняется путем повторных взвешиваний листовых пластинок через определенные промежутки времени (сразу после сбора, через 24 ч и после полного высыхания листа). Балльная оценка показателя: высокая засухоустойчивость отмечается при больших показателях общей оводненнности, а также высокой водоудерживающей способности – 10 баллов; средняя засухоустойчивость – допускается следующая зависимость: низкая общая оводненность листьев в совокупности с высокой водоудерживающей способоностью – 5 баллов либо высокая оводненность при низкой водоудеживающе способности – 3 балла; низкая засухоустойчивость – при этом оба показателя имеют низкие значения – 1 балл.
4. Зимостойкость – оценка проводится визуально весной или в начале лета. При проведении данной методики возможно также осуществление поперечных срезов побегов (почернение камбия свидетельствует об обмерзании побега). Балльная оценка показателя: отсутствие повреждений однолетних побегов – 25 баллов; повреждены не более 50 % однолетних побегов – 20 баллов; повреждение однолетних побегов на 50–100% – 15 баллов; отмечаются повреждения двух- и трехлетних побегов – 10 баллов; повреждена вся надземная часть до уровня снегового покрова – 5 баллов; растение повреждено до корневой шейки – 3 балла – гибель растения – 1 балл.
5. Сохранение формы роста – сохранение габитуса. Все древесно-кустарниковые растения имеют свою определенную форму кроны. Данный показатель характеризует способность растения сохранять естественный габитус в новых условиях произрастания. Балльная оценка: растение сохраняет естественную форму роста – 10 баллов; растения повреждаются определенными факторами среды (высокие и низкие температуры, суховеи и т. д.), но при этом ежегодно способны восстанавливать присущую для них форму роста – 5 баллов; растение не сохраняют и не способны к восстановлению естественного габитуса – 1 балл.
6. Ежегодный прирост – прирост растения в высоту. Высота растений в разных природно-климатических условиях может варьировать и определяется различными критериями (экологические условия, возраст растений, генетические особенности растения и др.). Максимальная высота, которую способно достичь растение в конкретных условиях, – зональный оптимум. Увеличение высоты до зонального оптимума является показателем устойчивости растения. Балльная оценка: прирост ежегодный – 5 баллов; прирост не ежегодный – 1 балл.
7. Способность растений к вегетативному размножению. В данном случае основным критерием являются возможные способы размножения растений в культуре: самосев – 10 баллов; искусственный посев – 5 баллов; естественное вегетативное размножение – 3 балла; искусственное вегетативное размножение – 2 балла; повторное привлечение растений извне – 1 балл.
8. Способность растений к генеративному размножению учитывается только у взрослых растений, достигнувших генеративную стадию развития. Балльная оценка показателя: семена вызревают – 25 баллов; семена не созревают – 20 баллов; растения цветут, но не плодоносят – 15 баллов; растения не цветут – 1 балл.

Результаты исследования. Как видно, к уже имеющимся показателям в методике ГБС предлагается добавить еще два показателя (засухоустойчивость и жаростойкость), которые не меньше других являются важными для оценки жизнеспособности в условиях Оренбуржья. Важно отметить, почему для определения этих параметров выбрана лабораторная методика, а не полевая (визуальная), которая в использовании намного проще. Это связано с тем, что визуальный способ наблюдения имеет большую степень погрешности и неточности. Методика наблюдения учитывает взаимосвязь визуального повреждения (опадания) листовых пластинок, что не всегда свидетельствует о низкой жаро- либо засухоустойчивости растений. Многие засухоустойчивые растения (например, некоторые виды боярышника в условиях Оренбурга) могут сбросить большую часть листьев, но при этом не сбрасывают плоды и отлично закладывают цветовые почки. Именно поэтому наиболее надежным является использование лабораторно-полевого метода оценки данных показателей.

По величине суммарного балла устанавливается интегральный числовой показатель жизнеспособности, и определяется группа перспективности. В совокупности самый высокий балл, который может набрать объект исследования, равен 115, наименьший – 8. Группы перспективности растений в данной методике подразделяются следующим образом:

 

Перспективные растения	95–115 баллов	I Перспективные
	70–94 баллов	II Менее перспективные
Неперспективные растения	40–69 баллов	III Малоперспективные
	Менее 40 баллов	IV Неперспективные

 

В качестве примера приведем оценку перспективности интродукции нескольких таксонов древесно-кустарниковых растений, которые проходят интродукцию на территории Ботанического сада Оренбургского государственного университета. Для того, чтобы показать универсальность данной методики, мы взяли в качестве объектов исследования как хвойные, так и лиственные растения (табл.).

 

Таблица

Оценка жизнеспособности некоторых таксонов растений при интродукции в условиях Оренбургского Предуралья (с использованием модифицированной методики)

	Вызревание побегов	Жаростойкость	Засухоустойчивость	Зимостойкость	Сохранение формы роста	Ежегодный прирост	Способность к вегетативному размножению	Способность к генеративному размножению	Сумма баллов
Thuja occidentalis L.	20	8	5	25	10	5	7	25	105
Juniperus communis L.	20	10	4	25	10	5	7	25	106
Juniperus communis Horstmann	20	10	3	20	5	5	7	25	95
Aronia melanocarpa (Michx.) Elliott	20	5	7	25	10	5	7	25	104
Crataegus maximowiczii C.K. Schneid.	20	1	4	25	10	5	7	25	97
Sorbus intermedia (Ehrh.) Pers.	20	3	4	25	10	5	5	25	97
Sorbus koehneana C.K. Schneid.	20	3	4	25	10	3	3	20	88
Sorbus mougeotii Godr. & Soy.-Will.	20	5	4	25	10	4	5	25	98
Syringa amurensis Rupr.	20	5	3	25	10	5	7	15	90
Syringa × henryi C.K. Schneid.	20	1	3	15	10	5	7	25	86
Syringa josikaea J. Jacq. ex Reichenb.	20	10	7	20	10	5	7	25	104
Syringa reflexa C.K. Schneid.	20	5	3	15	10	5	7	25	90

 

Исходя из получившихся результатов, было определено, что среди объектов исследования выделяются только две группы перспективности, а именно: перспективные растения – Thuja occidentalis L., Juniperus communis L., Juniperus communis Horstmann, Aronia melanocarpa (Michx.) Elliott, Crataegus maximowiczii C.K. Schneid., Sorbus intermedia (Ehrh.) Pers., Sorbus mougeotii Godr. & Soy.-Will., Syringa josikaea J. Jacq. ex Reichenb., и менее перспективные растения – Sorbus koehneana C.K. Schneid., Syringa amurensis Rupr., Syringa × henryi C.K. Schneid., Syringa komarowii C.K. Schneid.

Выводы.

1. Анализ специфических характеристик климатических условий Оренбуржья позволил модификационно измененить методики оценки перспективности интродукции для растений. При этом предложено обязательно учитывать балльную оценку жаро- и засухоустойчивости растительных организмов по соответствующим методическим указаниям.
2. На основе многолетних данных вегетативного развития 12 таксонов древесно-кустарниковых растений, используя модифицированную методику оценки жизнеспособности растений, выделены 2 группы перспективности: 8 видов – перспективные, 4 – вида менее перспективные растения. Обе группы относятся к видам, перспективным для выращивания в условиях Оренбуржья.

About the authors

Daria G. Fedorova

Orenburg State University

Author for correspondence.
Email: daryaorlova24@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-5323-4965

Ph.D.

Russian Federation, Orenburg

Natalia M. Nazarova

Orenburg State University

Email: nazarova-1989@yandex.ru
Russian Federation, Orenburg

Yulia F. Kuhlevskaya

Roslesozashchita, CFP of the Orenburg Region

Email: v.kuhlevsky@yandex.ru
Russian Federation, Orenburg

References

Supplementary files