Dynamics of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) growth and seed production: cyclicity or acyclic oscillation? | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2017. № 38. DOI: 10.17223/19988591/38/6

Dynamics of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) growth and seed production: cyclicity or acyclic oscillation?

The paper is based on the analysis of 18-year-old series of seed production dynamics in Siberian stone pine which was first obtained by direct counting the number of cones, as well as the number and mass of full seeds. The aim of the study was the comparative analysis of the dynamics of growth and seed production in Siberian stone pine, as well as revealing the nature of the differences between them. We collected the material in the southeastern part of the West Siberian Plain, in the south of the southern taiga, in the Tom-Ob interfluve, 20 km south-west of Tomsk, and in Nizhne-Sechenovsky near-settlement cembretum. We recorded the crop and collected cones annually between 1990 and 2007. We used from 25 to 100 trees in different years. We determined the crop by climbing into the crown, shaking the cones and counting them on the ground. The sample volume was 10-15 cones. The number of full seeds was determined by radiography. The width of the annual rings was measured in 15 trees. We used two cores from each tree from the opposite sides of the trunk. In the series of variability of the annual ring width, only cyclic fluctuations are presented, the age trend is absent. The average width of the annual ring of xylem over the past 18 years was 1.97 ± 0.92 мм (С = 16.3%). The minimum quantity of the characteristic is approximately 50% of the maximum. A 4-6 year cycles are clearly visible (See Fig.). Therefore, there is a significant autocorrelation of growth: according to the data for the last 40 years, the increase in the current year is positively related to the increase in the previous year (r = 0.41, p = 0.05). The average number of cones per tree during the observation period was 369 ± 71 pieces with the fluctuations from 10 to 740 pieces (С = 69%). The distribution of the feature is clearly depressive: a single year with a cone crop in the range of 193 to 391 pieces was not noted during 18 years. In the series of seed production dynamics, no regularity was found. Thus, two low crops were twice recorded in a row and once between two low crops there was an interval of three years. Two middle crops were twice recorded in a row but once between two middle crops there was an interval of six years. Finally, the interval between high crops ranged from 1 to 3 years. Autocorrelations within a seeding series are not significant. The weak tendency to negative correlation decreases with the increasing interval between years: r = - 0.39 between current and subsequent, r = - 0.24 between current and subsequent + 1, r = 0.07 between current and subsequent + 2. The analysis of information from the scientific literature has shown that in the dynamics of conifer seed production the dominance of rather long (up to 10-14 years) cycles is possible, presumably associated with climatic cycles of the same duration (mainly in Pinus). Very short cycles presumably of endogenous origin (for example, in Abies) are possible, too. There are reasons to believe that a fundamentally different variant is also possible: non-cyclic (random) dynamics of seeding. Described in the present work for the Siberian stone pine, and also in some other publications related to the genus Pinus, it implies a complete absence of autocorrelations within series and exactly the same, accidental, character of the long-term dynamics of external factors affecting the seed production. The article contains 1 Figure, 65 References.

Download file
Counter downloads: 311

Keywords

Pinus sibirica, прирост по диаметру, семенная продуктивность, флуктуации во времени, Siberian stone pine, growth and seed production dynamics, cyclicity, autocorrelation

Authors

NameOrganizationE-mail
Goroshkevich Sergey N.Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciencegorosh@imces.ru
Всего: 1

References

Битвинскас Т. Т. Дендроклиматические исследования. Л. : Гидрометеоиздат, 1974. 172 с.
Fritts H.C. Tree-rings and climate. New York : Academic Press, 1976. 567 p.
Schweingruber F. Tree rings and environment. Dendroecology. Berne ; Stuttgart ; Vienna : Paul Haupt Publ., 1996. 609 p.
Ваганов Е.А., Шиятов С.Г., Мазепа В.С. Дендроклиматические исследования в Урало- Сибирской Субарктике. Новосибирск : Изд-во СО РАН, 1996. 246 c.
Ваганов Е.А., Шашкин А.В. Рост и структура годичных колец хвойных. Новосибирск : Наука, 2000. 214 с.
Speer J.H. Fundamentals of tree-ring research. Tucson : University of Arizona Press, 2010. 333 p.
Некрасова Т.П. К методике изучения динамики плодоношения у хвойных // Известия восточных филиалов АН СССР. 1957. № 6. С. 138-145.
Горчаковский П.Л. Новое в методике исследования динамики семеношения хвойных // Ботанический журнал. 1958. Т. 43, № 10. С. 1445-1449.
Воробьев В.Н., Горошкевич С.Н. Методика ретроспективного изучения динамики мужского «цветения» Pinus sibirica (Pinaceae) // Ботанический журнал. 1989. Т. 74, № 4. С. 554-557.
Воробьев В.Н. Метод ретроспективного изучения динамики семеношения Pinus sibirica Du Tour (Pinaceae) // Ботанический журнал. 1979. Т. 64, № 7. С. 971-974.
Правдин Л.Ф. Итоги работ по изучению плодоношения кедра сибирского // Труды Института леса и древесины АН СССР. 1963. Т. 62. С. 174-189.
Ирошников А.И. Полиморфизм популяций кедра сибирского // Изменчивость древесных растений Сибири / отв. ред. Е.Г. Минина и А.И. Ирошников. Красноярск : Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1974. С. 77-103.
Ирошников А.И. Плодоношение и качество семян хвойных пород в северных и горных районах Сибири // Плодоношение лесных пород Сибири / отв. ред. Л.И. Милютин. Новосибирск : Наука, 1982. С. 98-117.
Воробьев В.Н. Биологические основы комплексного использования кедровых лесов. Новосибирск : Наука, 1983. 253 с.
Несветайло В.Д. Многолетняя динамика репродуктивной деятельности и радиального прироста кедра сибирского в припоселковом кедровнике южной тайги // Экология. 1987. № 6. С. 19-25.
Савчук Д.А., Воробьев В.Н. Сравнение динамики роста и репродукции кедра сибирского // Сибирский экологический журнал. 1999. № 2. С. 125-129.
Воробьев В.Н. Репрохронология хвойных: программа и методы // Сибирский экологический журнал. 1999. Т. 6, № 2. С. 117-123.
Некрасова Т.П. Биологические основы семеношения кедра. Новосибирск : Наука, 1972. 272 с.
Herrera C.M., Jordano P., Guitian J., Traveset A. Annual variability in seed production by woody plants and the masting concept : reassessment of principles and relationship to pollination and seed dispersal // The American Naturalist. 1998. Vol. 152, № 4. PP. 576594.
Schauber E.M., Kelly D., Turchin P., Simon C., Lee W.G., Allen R.B., Payton I.J., Wilson P.R., Cowan P.E., Brockie R.E. Masting by eighteen New Zealand plant species: the role of temperature as a synchronizing cue // Ecology. 2002. Vol. 83. PP. 1214-1225.
Silvertown J.W. The evolutionary ecology of mast seeding in trees // Biological Journal of Linnean Society. 1980. Vol. 14. PP. 235-250.
Visser M.D., Jongejans E., van Breugel M., Zuidema P.A., Chen Y.-Y., Kassim A.R., de Kroon H. Strict mast fruiting for a tropical dipterocarp tree: a demographic cost-benefit analysis of delayed reproduction and seed predation // Journal of Ecology. 2001. Vol. 99. PP. 1033-1044.
Горошкевич С.Н. Динамика роста и плодоношения кедра сибирского. Уровень и характер изменчивости признаков // Экология. 2008. № 3. С. 181-188.
Нестеров Н.С. Очерки по лесоведению. М. ; Л. : Гос. лесное техн. изд-во, 1933. 247 с.
Тольский А.П. Лесное семеноводство. М. ; Л. : Гослесбумиздат, 1950. 167 с.
Комин Г.Е. Цикличность динамики урожайности плодов и семян древесных растений // Записки Свердловского отделения Всесоюзного ботанического общества. Свердловск : Изд-во Урал. гос. ун-та, 1973. Вып. 6. С. 82-84.
Kelly D., Sork V.L. Mast seeding in perennial plants: why, how, where? // Annual Review of Ecology and Systematics. 2002. Vol. 33. PP. 427-447.
Drobyshev I., Niklasson M., Mazerolled M.J., Bergero Y. Reconstruction of a 253-year long mast record of European beech reveals its association with large scale temperature variability and no long-term trend in mast frequencies // Agricultural and Forest Meteorology. 2014. Vol. 192-193. PP. 9-17.
Hacket-Pain A.J., Friend A.D., Lageard J.G.A., Thomas P.A. Tree rings and masting: considering reproductive phenomena when interpreting tree rings? // Tree Rings in Archaeology, Climatology and Ecology. 2016. Vol. 14. PP. 78-85.
Шнитников А.В. Внутривековая изменчивость компонентов общей увлажненности. Л. : Наука, 1969. 244 с.
Алисов Б.П., Полтораус Б.В. Климатология. М. : Изд-во МГУ, 1974. 299 с.
Scafetta N. Empirical evidence for a celestial origin of the climate oscillations and its implications // Journal ofAtmospheric and Solar-Terrestrial Physics. 2010. Vol. 72. PP. 951-970.
Соловьев Ф.А. Кедр сибирский и его народнохозяйственное значение // Труды Института биологии УрФ АН СССР. 1955. Вып. 6. С. 3-34.
Ирошников А.И. Плодоношение кедра сибирского в Западном Саяне // Труды Института леса и древесины АН СССР. 1963. Т. 62. С. 104-120.
Королева Э.Б. Динамика семеношения кедра корейского за последние 20 лет // Половая репродукция хвойных / отв. ред. Т.П. Некрасова. Новосибирск : Наука, 1973. Т. 2. С. 139-141.
Tomback D.F. Foraging strategies of Clark's nutcracker // Living Bird. 1978. Vol. 16. PP. 123-161.
Некрасова Т.П. Цикличность плодоношения кедра сибирского // Биология семенного размножения хвойных Западной Сибири / отв. ред. Т.П. Некрасова и Н.П. Мишуков. Новосибирск : Наука, 1974. С. 3-15.
Хохрин А.В., Кирсанов В.А., Смолоногов Е.П. Анализ плодоношения кедра на Урале в связи с генетической неоднородностью и солнечной активностью // Развитие лесообразовательного процесса на Урале / отв. ред. Б.П. Колесников, Р.С. Зубарева. Свердловск : Уральский научный центр СО РАН, 1977. С. 102-115.
Воробьев В.Н. Цикличность репродуктивной деятельности кедра // Плодоношение лесных пород Сибири / отв. ред. Л.И. Милютин. Новосибирск : Наука, 1982. С. 25-44.
Алехина Н.М., Таранюк М.И. Роль циклов в атмосферных процессах // Актуальные проблемы геологии и географии Сибири. Томск : Том. гос. ун-т, 1998. Т. 4. С. 99-101.
Sala A., Hopping K., McIntire E.J.B., Delzon S., Crone E.E. Masting in whitebark pine (Pinus albicaulis) depletes stored nutrients // New Phytologist. 2012. Vol. 196. PP. 189-199.
Krebs C.J., Boonstra R., Boutin S., Sinclair A.R.E., Smith J.N.M., Gilbert B.S., Martin K., O'Donoghue M., Turkington R. Trophic dynamics of the boreal forests of the Kluane region // Arctic. 2014. Vol. 67, suppl. 1. PP. 71-81.
Powell G.R. Biennial strobilus production in balsam fir : a review of its morphogenesis and discussion of its apparent physiological basis // Canadian Journal of Forest Researches. 1977. Vol. 7, № 4. PP. 547-555.
Некрасова Т.П. Пыльца и пыльцевой режим хвойных Сибири. Новосибирск : Наука, 1983. 186 с.
Усов В.Н. Особенности семеношения ели корейской в Приморском крае // Охрана, учет и восстановление лесов Дальнего Востока / отв. ред. И.А. Павленко. Уссурийск : Приморский сельскохозяйственный ин-т, 1991. С. 9-13.
Усов В.Н. Особенности семеношения ели корейской в Приморском крае // Леса и лесообразовательный процесс на Дальнем Востоке / отв. ред. Ю.И. Манько. Владивосток : ДВО РАН, 1999. С. 214-216.
Wenger K.F. Annual variation in the seed crops of loblolly pine // Journal of Forestry. 1957. Vol. 55, № 8. PP. 567-569.
Юркевич И.Д., Лубяко М.Н., Кругликов Г.Г. Плодоношение сосны и ели в лесах БССР // Сборник работ по лесному хозяйству. Минск, 1940. Вып. 1. С. 38-45.
Азниев Ю.Н. Плодоношение сосны обыкновенной в Белоруссии // Лесная генетика, селекция и семеноводство / отв. ред. В.И. Ермаков. Петрозаводск : Карелия, 1970. С. 405-410.
Гиргидов Д.Я. Прогноз урожая семян сосны // Сборник научно-исследовательских работ по лесному хозяйству. М. ; Л. : Гослесбумиздат, 1961. Вып. 4. С. 244-253.
Koski V On the variation of flowering and seed crop in mature stands of Pinus sylvestris L. // Silvae Fennica. 1980. Vol. 14, № 1. PP. 71-75.
Разливалов Г.М. Кедровые леса Казахстана и перспективы их использования // Труды по лесному хозяйству Сибири. Новосибирск : Изд-во СО АН СССР, 1960. Вып. 6. С. 37-44.
Воробьев В.Н. Плодоношение кедра сибирского по высотным подпоясам СевероВосточного Алтая // Известия СО АН СССР. Сер. биолого-медицинских наук. 1964. № 12, вып. 3. С. 86-90.
Флягина И.А. Динамика семяношения кедровых лесов Сихотэ-Алиньского заповедника // Сихотэ-Алиньский заповедник : экологические исследования / отв. ред. Э.М. Сидорова. Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1985. С. 50-60.
Каплуновский П.С. Особенности плодоношения буковых лесов // Лесоведение. 1972. № 1. С. 51-61.
Forcella F. Ovulate cone production in pinyon: negative exponential relationship with late summer temperature // Ecology. 1981. Vol. 62, № 2. PP. 488-491.
Crawley M.J., Long C.R. Alternate bearing, predator satiation and seedling recruitment in Quercus robur L. // Journal of Ecology. 1995. Vol. 83, № 4. РЕ 683-696.
Krebs C.J., Boonstra R., Cowcill K., Kenney A.J. Climatic determinants of berry crops in the boreal forest of the southwestern Yukon // Botany. 2009. Vol. 87, № 4. PP. 401-408.
Krebs C.J., Cowcill K., Boonstra R., Kenney A.J. Do changes in berry crops drive population fluctuations of rodentsin the southwestern Yukon? // Journal of Mammalogy. 2010. Vol. 91, № 2. PP. 500-509.
Kelly D. The evolutionary ecology of mast seeding // Trends of Ecology and Evolution. 1994. Vol. 9, № 12. PP. 465-470.
Crone E.E., Rapp J.M. Resource depletion, pollen coupling, and the ecology of mast seeding // Annals of the New York Academy of Sciences. 2014. Vol. 1322. PP. 21-34.
Kataev G.D. Population monitoring of small mammals in the Kola peninsula over 75 years // Russian Journal of Ecology. 2012. Vol. 43, № 5. PP. 406-408.
Жигальский О.А. Динамика численности и структуры населения рыжей полевки (Myodes (Clethrionomys) glareolus) при зимнем и весеннем начале размножения // Зоологический журнал. 2012. Т. 91, № 5. С. 619-628.
Bogdziewicz M., Zwolak R., Crone E.E. How do vertebrates respond to mast seeding? // Oikos. 2015. Vol. 125, № 3. PP. 300-307.
Peters V.S., Macdonald S.E., Dale M.R.T. The interaction between masting and fire is key to white spruce regeneration // Ecology. 2005. Vol. 86, № 7. PP. 1744-1750.
 Dynamics of Siberian stone pine (<i>Pinus sibirica</i> Du Tour) growth and seed production: cyclicity or acyclic oscillation? | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2017. №  38. DOI: 10.17223/19988591/38/6

Dynamics of Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) growth and seed production: cyclicity or acyclic oscillation? | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya - Tomsk State University Journal of Biology. 2017. № 38. DOI: 10.17223/19988591/38/6

Download full-text version
Counter downloads: 598
Download file