The impact of weather conditions on the development of female cones of Scots pine (Pinus sylvestris L.)
Due to global climate change, the average annual temperature and growing season length have increased in the Northern hemisphere in recent years. In this respect, research of potential changes in seed crop of forest-forming species has become a major problem. Scots pine (Pinus sylvestris L.) is one of the main forest-forming species in the Northern hemisphere. The aim of this work was to study the weather effect in 2006-2012 on the seed cone biometric parameters and seed productivity of Scots pine middle-aged forest stands in mixed coniferous-broad leaved forests (Bryansk region). During the five-year period (2009-2013) about 4 thousands female cones, initiated in 2006-2010, were collected and analyzed. The period of 2006-2012 was characterized by an increase by 12.3% (+1,6°C) in average air temperature from May to October and in the reduction of rainfall by 8.7%, compared to 1961-1990 normal. Through this period in 2010 and 2012 were severe droughts; furthermore, heat wave of 2010 was the strongest during the past 60 yrs. The minimum values of biometric parameters of female cones were observed in the crop of 2012, but not in 2010, as one could expect: 2012<2010 <2009 <2008 <2011. Differences between maximum and minimum values of biometric parameters were (p < 0.01): length - 15.5%; diameter - 14.3%; form factor - 8.4%; weight - 43.2%; number of scales - 17.7%; number of seed scales - 21.6%. Ranking of parameters of seed productivity: 2012<2010 <2008 <2009 <2011 revealed similar trend to cone's biometric parameters. However, ranges of variability between the minimum and maximum values were significantly higher (p < 0,001): mortality of unfertilized ovules - 44.7%; mortality of fertilized ovules - 283.8%; number of plump seeds - 221.5%; weight per 1000 plump seeds - 32.5%; seed efficiency - 201.5% and the number of empty seeds - 165.6%. Strong growth inhibition of female cones in 2012 was associated with intense saturation deficit due to the reduction of rainfall in antecedent off-season and droughty weather in May and June 2012. In contrast, the best development of cones in 2011, contributed to the accumulation of a sufficient amount of precipitation in snowpack and warm humid weather during the growing season in 2011. Synchronous increase in mortalities of unfertilized and fertilized ovules in the crop of 2012, together with minimal crop of cones was associated with abnormal climatological conditions of summer 2010. We showed the futility of using biometric parameters for forecasting of seed productivity due to the high variability of correlation rate for each year. We found out that the cones weight and the weight per 1000 plump seeds are dependable indicators of climatic factors impact in the final year of maturation of Scots pine cones.
Keywords
климат,
аномальная жара,
шишка,
биометрические параметры,
семенная продуктивность,
climate,
heat wave,
strobilus,
biometric characteristics,
seed productivityAuthors
Ivanov Valery P. | Bryansk State Technological University of Engineering | ivpinfo@mail.ru |
Marchenko Sergey I. | Bryansk State Technological University of Engineering | mars_bryansk@mail.ru |
Ivanov Yury V. | Timiryazev Institute ofPlant Physiology, Russian Academy of Sciences (Moscow) | ivanovinfo@mail.ru |
Всего: 3
References
Правдин Л.Ф. Сосна обыкновенная. Изменчивость, внутривидовая систематика и селекция. М. : Наука, 1964. 192 с.
Молчанов А.А. Лес и климат. М. : Наука, 1961. 280 с.
Седельникова Т.С., Пименов А.В., Ефремов С.П., Муратова Е.Н. Особенности генеративной сферы сосны обыкновенной болотных и суходольных популяций // Лесоведение. 2007. № 4. С. 44-50.
Philipson J.J. Predicting cone crop potential in conifers by assessment of developing cone buds and cones // Forestry. 1997. Vol. 70, № 1. P. 87-96.
Иванов В.П., Марченко С.И., Глазун И.Н., Паничева Д.М., ИвановЮ.В. Формирование женских шишек и семян Pinus sylvestris (Pinaceae) в зоне воздействия выбросов цементного производства (Брянская обл.) // Растительные ресурсы. 2013. Т. 49, № 4. С. 547-557.
Переведенцев Ю.П., Гоголь Ф.В., Наумов Э.П., Шанталинский К.М. Глобальные и региональные изменения климата на рубеже XX и XXI столетий // Вестник ВГУ. Серия: География. Геоэкология. 2007. № 2. С. 5-12.
Базыкина Г.С., Бойко О.С. Влияние аномальных погодных условий последних десятилетий на водный режим типичных черноземов Заповедной степи (Курская область) // Почвоведение. 2008. T. 41, № 7. С. 833-844.
Мохов И.И. Особенности формирования летней жары 2010 г. на Европейской территории России в контексте общих изменений климата и его аномалий // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 6. С. 709-716.
Минин А.А., Воскова А.В. Гомеостатические реакции растений на современные изменения климата: пространственно-фенологические аспекты // Онтогенез. 2014. Т. 45, № 3. С. 162-169.
Иванов В.П., Марченко С.И., Зайцева Л.В., Иванов Ю.В. Методологические аспекты определения биометрических параметров шишек сосны обыкновенной // Вестник Московского государственного университета леса - Лесной вестник. 2012. № 1 (84). С. 42-46.
Иванов В.П., Марченко С.И., Глазун И.Н., Нартов Д.И., Иванов Ю.В. Использование показателей развития женской генеративной сферы сосны обыкновенной в экологическом мониторинге // Экология и промышленность России. 2012. № 8. С. 56-59.
Marcysiak K. Scots pine (Pinaceae) from the Crimea compared to the species variation in Europe on the basis of cone traits // Phytologia Balcanica. 2006. Vol. 12(2). P. 203-208.
Sivacioglu A., Ayan S. Evaluation of seed production of Scots pine (Pinus sylvestris L.) clonal seed orchard with cone analysis method // African Journal of Biotechnology. 2008. Vol. 7 (24). P. 4393-4399.
Романовский М.Г. Гаметофитная смертность семяпочек сосны обыкновенной // Генетика. 1989. Т. 25, № 1. С. 99-108.
Sivacioglu A. Genetic variation in seed and cone characteristics in a clonal seed orchard of Scots pine (Pinus sylvestris L.) grown in Kastamonu-Turkey // Romanian Biotechnological Letters. 2010. Vol. 15, № 6. P. 5695-5701.
Forshell C.P. Seed development after self-pollination and cross-pollination of Scots pine, Pinus sylvestris L. // Studia Forestalia Suecica. Stokcholm. 1974. № 118. 37 p.
Беспаленко О.Н. Влияние климатических аномалий на семеношение сосны обыкновенной // Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений. 2014. Т. 17, № 17. С. 9-12.
Иванов В.П., Марченко С.И., Глазун И.Н., Нартов Д.И., Соболева Л.М. Изменения в биогеоценозах центральной части Брянской области после летней жары 2010 года // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2013. № 1 (17). С. 25-35.
Mukassabi T.A., Polwart A., Coleshaw T., Thomas P.A. Scots pine seed dynamics on a waterlogged site // Trees. 2012. Vol. 26. P. 1305-1315.
Свинцова В.С., Кузнецова Н.Ф., Пардаева Е.Ю. Влияние засухи на генеративную сферу и жизнеспособность пыльцы сосны обыкновенной // Лесоведение. 2014. № 3. С. 49-57.
Хромова Л.В., Романовский М.Г. Режим опыления и выживаемость семяпочек сосны в условиях промышленного загрязнения воздуха цементной пылью // Лесоведение. 2002. № 3. С. 3-11.
Пименов А.В., Седельникова Т.С., Ефремов С.П. Морфология и качество пыльцы сосны обыкновенной в контрастных экотопах Хакасии // Лесоведение. 2014. № 1. С. 57-64.
Носкова Н.Е., Третьякова И.Н. Репродукция сосны обыкновенной в условиях глобального изменения климата и стратегические пути сохранения вида // Хвойные бореальной зоны. 2011. Вып. XXVIII, № 1-2. С. 41-46.
Кузнецова Н.Ф. Чувствительность генеративной сферы сосны обыкновенной к засухе // Лесоведение. 2010. № 6. С. 46-53.
Алексеев В.М., Бурцев Д.С. Влияние метеорологических факторов на посевные качества семян хвойных пород в условиях таежной зоны северо-запада европейской части России // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2014. № 3. С. 43-55.
Пардаева Е.Ю., Машкина О.С., Кузнецова Н.Ф. Состояние генеративной сферы сосны обыкновенной как биоиндикатора устойчивости лесов на территории ЦентральноЧерноземного района в связи с глобальным изменением климата // Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. 2013. № 2. С. 16-21.