Корневая система сосны обыкновенной в условиях северотаежной зоны Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»
Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Тюкавина О.Н., Евдокимов В.Н.
Сосна обыкновенная может приспосабливаться к различным экологическим условиям, развивая как глубоко идущую, так и поверхностную корневую систему. Данные о строении и развитии корневых систем сосны позволяют повысить эффективность лесокультурных, лесохозяйственных и гидротехнических мероприятий в лесопарковом хозяйстве, выявить опасные и аварийные деревья. Устойчивость деревьев связана с распределением скелетных корней в плоскости и их размерами. Поэтому целью исследования являлось изучение структуры корневой системы сосны в Архангельском лесничестве (Архангельская область). Исследования по изучению строения корневой системы сосны проводились в сосняках лишайниковом, мохово-лишайниковом, черничном и долгомошном. Корневую систему подроста и деревьев сосны изучали путем частичного или полного освобождения ее от почвы. Установлено, что в сосняке лишайниковом формируется полноценно развитый стержневой корень . В остальных типах леса стержневой корень имеет резко сбежистую форму (форму «редьки») или не развивается. У зрелых деревьев в сосняке черничном, долгомощном, мохово-лишайниковом четко выраженный стержневой корень отсутствует. В процессе взросления дерева он переходит в хорошо развитые горизонтальные корни или принимает горизонтальное направление. До 10-летнего возраста корневая система подроста развивается одинаково в различных типах леса. В более старшем возрасте происходит дифференциация структуры и параметров корневой системы в зависимости от условий произрастания. Превышение доли вертикальных корней после 10-летнего возраста указывает на наличие патологии корневой системы или нижней части ствола. Мощность корнеобитаемого слоя в сосняке черничном больше, но проникновение вглубь вертикальных корней и радиус скелетных корней преобладают в сосняке лишайниковом. Следовательно, устойчивость наземной части деревьев в сосняке лишайниковом формируется за счет развития стержневого и скелетных корней , в сосняке черничном в результате значительной разветвленности как вертикальных, так и горизонтальных корней. Высокая вероятность вывала деревьев в сосняке долгомощном связана не только с поверхностной корневой системой , но и с патологией ее развития.
Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Тюкавина О.Н., Евдокимов В.Н.
Текст научной работы на тему «Корневая система сосны обыкновенной в условиях северотаежной зоны»
КОРНЕВАЯ СИСТЕМА СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРОТАЕЖНОЙ ЗОНЫ
© О.Н. Тюкавина, канд. с.-х. наук, доц. В.Н. Евдокимов, канд. биол. наук, доц.
Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: olga-tukavina@yandex.ru
Сосна обыкновенная может приспосабливаться к различным экологическим условиям, развивая как глубоко идущую, так и поверхностную корневую систему. Данные о строении и развитии корневых систем сосны позволяют повысить эффективность лесокуль-турных, лесохозяйственных и гидротехнических мероприятий в лесопарковом хозяйстве, выявить опасные и аварийные деревья. Устойчивость деревьев связана с распределением скелетных корней в плоскости и их размерами. Поэтому целью исследования являлось изучение структуры корневой системы сосны в Архангельском лесничестве (Архангельская область). Исследования по изучению строения корневой системы сосны проводились в сосняках лишайниковом, мохово-лишайниковом, черничном и долго-мошном. Корневую систему подроста и деревьев сосны изучали путем частичного или полного освобождения ее от почвы. Установлено, что в сосняке лишайниковом формируется полноценно развитый стержневой корень. В остальных типах леса стержневой корень имеет резко сбежистую форму (форму «редьки») или не развивается. У зрелых деревьев в сосняке черничном, долгомощном, мохово-лишайниковом четко выраженный стержневой корень отсутствует. В процессе взросления дерева он переходит в хорошо развитые горизонтальные корни или принимает горизонтальное направление. До 10-летнего возраста корневая система подроста развивается одинаково в различных типах леса. В более старшем возрасте происходит дифференциация структуры и параметров корневой системы в зависимости от условий произрастания. Превышение доли вертикальных корней после 10-летнего возраста указывает на наличие патологии корневой системы или нижней части ствола. Мощность корнеобитаемого слоя в сосняке черничном больше, но проникновение вглубь вертикальных корней и радиус скелетных корней преобладают в сосняке лишайниковом. Следовательно, устойчивость наземной части деревьев в сосняке лишайниковом формируется за счет развития стержневого и скелетных корней, в сосняке черничном - в результате значительной разветвленности как вертикальных, так и горизонтальных корней. Высокая вероятность вывала деревьев в сосняке долгомощном связана не только с поверхностной корневой системой, но и с патологией ее развития.
Ключевые слова: сосна обыкновенная, корневая система, стержневой корень, скелетные корни.
Сосна обыкновенная является одной из основных лесообразующих хозяйственно-ценных древесных пород северных регионов. На территории Архангельской области сосна имеет большую площадь распространения. Сосняки приурочены главным образом к песчаным отложениям, склонам холмов
и занимают около % покрытых лесом площадей. К сухим условиям произрастания тяготеют сосняки лишайниковые и брусничные, характерные для маломощных и среднемощных песчаных и супесчаных подзолов с глубоким залеганием грунтовых вод. Сосняки черничные распространены на подзолах маломощных и среднемощных песчаных и супесчаных, подстилаемых суглинками с удовлетворительными дренажными условиями. Сосняки долгомошные и сфагновые ассоциированы с торфянистыми, торфяно-глеевыми и торфяно-верховыми подзолами, подстилаемыми водоупорными суглинками [5]. Корневая система сосны очень пластична. Благодаря этому она может приспосабливаться к различным экологическим условиям, развивая как глубоко идущую, так и поверхностную корневую систему. На легких почвах, которые для произрастания сосны наиболее благоприятны, развиваются корни как горизонтальной, так и вертикальной ориентации. Основная масса тонких всасывающих и проводящих корней находится в верхних горизонтах почвы. Якорные корни могут уходить на значительную глубину, заканчиваясь там метлообраз-ными разветвлениями [14]. Якорные корни в большинстве случаев формируются с 25. 30 лет [3]. Мощную корневую систему со слабо развитым стержневым корнем, но исключительно сильно развитыми боковыми корнями, располагающимися на небольшой глубине параллельно поверхности на песчаных почвах, отмечает ряд авторов [3, 7-9, 13, 14, 16, 17]. На заболоченных почвах и верховых болотах сосна формирует типично поверхностную корневую систему. Вертикальные корни отсутствуют, некоторые скелетные корни заканчиваются своеобразными пучками, «лапами», с многочисленными живыми и отмершими корнями [1, 2, 4]. В сосняках черничных формируется мощная корневая система с развитым стержневым («редькой») и боковыми корнями. Большая масса корней всех фракций сосредоточена в самой верхней части почвенного профиля, но в небольшом количестве они распределены по всему почвенному профилю [14]. В условиях достаточного увлажнения почвы, при уменьшении уровня ее потенциального плодородия, сосна образует менее интенсивную стержневую часть корневой системы, но существенно увеличивает вертикальные ответвления от горизонтальных корней, позволяющие более интенсивно использовать верхние наиболее плодородные слои почвы по всей глубине их залегания [6].
Пластичность корневой системы может выражаться через степень изменения ее структуры. Под структурой корневой системы понимается соотношение трех категорий корней: горизонтальных, стержневых, вертикальных ответвлений от горизонтальных корней [6]. Соотношение данных групп корней показывает устойчивость дерева к ветровалу, его резистентность к различным факторам среды, адаптивность и способность к регенерации. В зависимости от выполняемой функции корни подразделяются на скелетные и тонкие (менее 3 мм). Основным фундаментом дерева является корневая лапа. Она располагается от шейки корня в радиусе до 6 его диаметров. Корни этой зоны имеют форму клиньев и переходят в скелетные корни, имеющие цилиндриче-
скую форму. Эти группы корней выполняют механическую функцию по удержанию дерева в почве, поэтому для выявления аварийных деревьев необходимо определять радиус распространения скелетных корней, равномерность их распределения вокруг ствола дерева. Всасывающие корни образуются как на длинных горизонтальных корнях, так и на вертикальных, но основная их часть располагается на тонких (менее 1 мм) проводящих корнях, представляющих систему последнего порядка ветвления [1]. Тонкие корни (менее 3 мм) повышают интенсивность использования занятого объема почвы и формируют зону почвенного питания растения. Основная масса тонких корней сосредоточена в верхнем 20-сантиметровом слое почвы при различных условиях произрастания [1, 6, 12, 14, 19]. С возрастом дерева увеличивается интенсивность ветвления корней, т. е. повышается плотность корней в верхнем слое почвы и увеличивается площадь корневого питания. Следовательно, радиус распространения тонких корней больше радиуса распространения скелетных корней. Радиус корней, обеспечивающих механическую устойчивость дерева, будет меньше радиуса корневого питания. В зависимости от поставленных задач необходимо определять зону корневого питания дерева. Это связано с трудоемкими кропотливыми исследованиями с применением микроскопа по методикам А.Я. Орлова [10, 11], И.Н. Рахтеенко [13] или достаточно определить радиус скелетных корней путем поверхностной раскопки по ходу корней. При раскопках желательно учитывать тонкие корешки сосны без волосков, корневые мочки темно-коричневого цвета, отходящие веерообразно, и скелетные корни светло-коричневого цвета с длинными шелушащимися чешуйками покровной ткани.
Данные о строении и развитии корневой системы сосны позволяют повысить эффективность лесокультурных, лесохозяйственных и гидротехнических мероприятий. В лесопарковом хозяйстве и насаждениях города важна правильная оценка опасных и аварийных деревьев. Устойчивость дерева связана с распределением скелетных корней в плоскости и их размерами. Поэтому исследования корневых систем деревьев актуальны и востребованы.
Изучением корневых систем занимались многие ученые. Большинство работ относятся к более южным районам лесной зоны. В условиях северотаежной подзоны корневая система деревьев изучена недостаточно.
Целью исследования являлось изучение структуры корневой системы сосны обыкновенной (Pinus sylvestris) в северотаежной подзоне на примере Архангельского лесничества Архангельской области.
Исследования по изучению строения корневых систем сосен проводили в сосняках лишайниковом, мохово-лишайниковом, черничном и долгомошном. Сосняки чистые с примесью березы, в сосняке черничном - с примесью березы и ели. Полнота древостоев составляла 0,6, средний возраст 60. 80 лет. Почвы в сосняке лишайниковом и мохово-лишайниковом песчаные свежие, в сосняке черничном - слабоподзолистые, иллювиально-железистые, супесчаные на моренном суглинке, в сосняке долгомошном - супесчаные влажные на су-
глинке. В каждом типе леса подбирали модельные деревья разного возраста, у которых полностью или наполовину освобождали корневую систему от почвы.
В сосняке лишайниковом у сосны хорошо развиваются корни горизонтальной и вертикальной ориентации. Корневая система с развитым стержневым корнем есть и у подроста, и 150-летних деревьев. Из рассмотренных типов леса только в сосняке лишайниковом отмечается стержневой корень у деревьев в возрасте зрелости [15]. К.С. Бобкова [1] так же указывала на формирование сосной стержневой корневой системы на песчаных почвах. Вероятно, это является особенностью сосны, произрастающей в подзоне средней тайги. В остальных типах леса стержневой корень имеет резко сбежистую форму (форму «редьки») или не развивается. У зрелых деревьев в сосняке черничном, долгомошном, мохово-лишайниковом четко выраженный стержневой корень отсутствовует. В процессе взросления дерева он переходит в хорошо развитые горизонтальные корни или принимает горизонтальное направление.
До 10 лет длина стержневого корня у подроста одинакова при различных условиях произрастания и составляет около 10 см (рис. 1).
Рис. 1. Развитие стержневого корня сосны с возрастом
В более старшем возрасте темпы развития стержневого корня различаются. В сосняке долгомошном стержневой корень или не формируется, или не превышает 10 см. С возрастом в данных условиях увеличивается масса горизонтальных корней и корней меньших порядков. Стержневой корень не формируется у подроста с искривленным стволиком в области шейки корня. Стволик
располагается сначала горизонтально, а потом занимает вертикальное положение. Вероятно, это связано с выжиманием подроста на влажных почвах. Так как нижняя часть молодого стволика находится в постоянном контакте с почвой, на нем начинает формироваться совокупность вертикальных корней. Горизонтальные корни тоже формируются, но исключительно в направлении первичной корневой системы. Неравномерность расположения корней вокруг ствола способствует ветровалу деревьев. Следовательно, ветровал сосны в долгомошном типе леса связан в основном не с поверхностной корневой системой, а с неравномерностью расположения скелетных корней.
Особенностью развития корневой системы сосны в сосняке мохово-лишайниковом является интенсивное развитие горизонтальных корней. От горизонтальных корней отходят вертикальные корни. Такая корневая система позволяет улавливать атмосферные осадки и использовать верхние наиболее плодородные слои почвы. Устойчивость деревьев будет зависеть от протяженности горизонтальных корней и равномерности их распределения вокруг ствола.
В сосняке черничном формируется мощная корневая система за счет большого количества (более 7) отходящих от шейки корня скелетных корней с интенсивным ветвлением. От горизонтальных корней отходят не только сильно ветвящиеся корни больших порядков, но и вертикальные. Стержневой корень на глубине 20 см переходит в горизонтальное положение, но крупные вертикальные ответвления от скелетных корней проникают на глубину до 2 м.
У подроста до 10 лет корневая система осваивает верхний слой почвы мощностью до 20 см. Но горизонтальные корни отмечаются лишь в верхнем 10-сантиметровом слое почвы (см. таблицу). С возрастом деревьев проникновение отдельных вертикальных корней вглубь происходит интенсивнее в сосняке лишайниковом по сравнению с сосняком черничным: в молодом возрасте - в 2,5 раза, в зрелом возрасте - в 1,5 раза (рис. 2). Однако мощность корнеобитаемого слоя почвы выше в сосняке черничном (рис. 3). Под корне-обитаемым слоем почвы в данном исследовании понимается область интенсивного ветвления основных корней, без учета тонких корней и всасывающих. С 20 лет корневая система сосны в черничном типе леса интенсивно использует весь освоенный корнями почвенный профиль, это связано с благоприятными водным и воздушным режимами и наличием питательных веществ. Многие авторы отмечают, что корневая система интенсивно развивается, ветвится в благоприятных условиях, особенно при наличии питательных веществ. Неравномерное распределение питательных элементов в почве может приводить к скученности корней в зонах с лучшими условиями [18]. Следовательно, на распределение корней относительно корневой шейки влияют качественные характеристики почвы и наличие препятствий для развития корней. Препятствиями могут быть более плотные горизонты, включения [1, 12, 14], а в городской среде - антропогенные объекты [19]. В связи с множественностью факторов, влияющих на развитие корневой системы, можно лишь предполагать о типе корневой системы, наиболее распространенном в конкретных условиях, но нельзя прогнозировать ее количественные характеристики.
Разнообразие параметров корневой системы в пределах одного возраста для сходных лесорастительных условий представлено в таблице.