Scots Pine Generative Sphere as an Indicator of the Climate-Determined Change in Vital States of the Populations

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The problems of transition of Scots pine (Pinus sylvestris L.) from the stable state to an unstable equilibrium and the change of equilibrium population to non-equilibrium as a result of the global warming are discussed. The purpose of the research is to study the state of the southern and central forest-steppe Scots pine populations’ generative sphere on the basis of its seed fullness, assess their vital state in 2020 compared to 2016 – the year of the pine forests’ destabilisation, as well as compared to the state of the steppe populations in the abundant year of 2017. The objects of the study were the central and southern forest-steppe pine populations growing in the ecologically favourable territory of the Voronezh and Belgorod regions. In 2015, their transition from equilibrium to a slightly nonequilibrium systems was recorded. The level of seed fullness in the Stupino and Belgorod populations decreased by 25.6 and 24.6%, respectively, the number of seeds by 37.7 and 22.4%, and the mortality rate of ovules increased by 3.9 and 4.0 times. Comparison of the seed productivity indicators in 2013, 2016 and 2020 showed that at present both plantations can be considered equilibrium systems. The central population has returned to the regional norm (stable equilibrium), the southern one is in a state of unstable equilibrium. The analysis of variance revealed a significant (57.8%) influence of the HTC factor on the generative sphere of the Belgorod population on the basis of full grain. In the last decade, the number of optimal years in the CCR has decreased from 7–8/10 years to 5. It takes 3 optimal years to return pine forests to equilibrium. High rates of the global warming can lead to an imbalance and re-destabilization. A further reduction in the number of optimal years makes it almost impossible for pine forests to return to the regional norm.

About the authors

N. F. Kuznetsova

All-Russian Research Institute of Forest Genetics and Breeding

Author for correspondence.
Email: nfsenyuk@mail.ru
Russia, 394087, Voronezh, Lomonosov str., 105

References

  1. Акимов Л.М., Задорожная Т.Н. Особенности распределения трендов температуры воздуха на Европейской территории России и сопредельных государств // Вестник ВГУ. Сер. География. Геоэкология. 2018. № 4. С. 5–14. https://doi.org/10.17308/geo.2018.4/2260
  2. Боголюбов А.С., Буйволов Ю.А., Кравченко М.В. Методика оценки жизненного состояния леса по сосне. М.: Экосистема, 1999. 25 с.
  3. Виноградова В.В. Волны тепла на Европейской территории России в начале ХХI века // Известия РАН. Серия географическая. 2014. № 1. С. 47–55. https://doi.org/10.15356/0373-2444-2014-1-47-55
  4. Виноградава В.В., Титкова Т.Б., Черенкова Е.А. Динамика увлажнения и теплообеспеченности в переходных ландшафтных зонах по спутниковым и метеорологическим данным в начале ХХI в. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 2. С. 162–172.
  5. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2020 г. Москва, 2021. 104 с.
  6. Иванов В.П., Марченко С.И., Иванов Ю.В. Влияние погодных условий на женскую генеративную сферу сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2015. № 3(31). С. 114–129. https://doi.org/10.17223/19988591/31/9
  7. Касимов Н.С., Кислов А.В., Чернышев А.В., Семин В.Н., Аляудинов А.Р. Эколого-географические последствия глобального потепления климата ХХI в. на Восточно-Европейской равнине и в Западной Сибири. М.: МАКС Пресс, 2011. 496 с.
  8. Клушевская Е.С., Кузнецова Н.Ф. Оценка устойчивости сосны обыкновенной к засухе по физиологическим характеристикам хвои // Лесоведение. 2016. № 3. С. 216–222.
  9. Крамер К., Ван дер Верф Д.С. Концепции равновесия и неравновесия в генетическом моделировании лесов: популяционные и индивидуальные подходы. Forest Systems. 2010. № 19. С. 100–112. https://doi.org/10.5424/fs/201019S-9312
  10. Кузнецова Н.Ф. Взаимодействие генотип-среда и адаптивная селекция Pinus sylvestris L. на засухо- и стрессоустойчивость // Труды КубГАУ. 2021. № 91. С. 181–186. https://doi.org/10.21515/1999-1703-91-181-186
  11. Кузнецова Н.Ф., Клушевская Е.С., Аминева Е.Ю. Высокопродуктивные сосновые леса в условиях изменяющегося климата // Лесной журн. 2021. № 6. С. 9–23. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2021-6-9-23
  12. Куролап С.А., Нестеров Ю.А., Епринцев С.А. Типизация территории Воронежской области по уровню техногенного воздействия на среду обитания // Вестник ВГУ. Серия География. 2010. № 1. С. 5–11.
  13. Обновленский В.М. Физико-географический оптимум произрастания сосны обыкновенной и использование его в семеноводстве // Тез. докл. XI науч.-техн. конф. по итогам науч.-иссл. работ за 1961 г. Брянского технол. ин-та. Брянск, 1962. С. 27–29.
  14. Раутиан А.С. О природе генотипа и наследственности // Журн. общей биологии. 1993. Т. 54. № 2. С. 132–149.
  15. Романовский М.Г. Формирование урожая семян сосны обыкновенной в норме и при мутагенном загрязнении. М.: Наука, 1997. 111 с.
  16. Романовский М.Г. Продуктивность, устойчивость и биоразнообразие равнинных лесов Европейской России. М.: МГУЛ, 2002. 92 с.
  17. Свинцова В.С. Характер изменчивости признаков репродуктивной сферы Pinus sylvestris L. в условиях среднерусской лесостепи: Воронежская область: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.05. Воронеж, 2002. 20 с.
  18. Сердюкова А.П. Реакция сосны обыкновенной на изменение климата в условиях степной зоны Воронежской области // Организация и регуляция физиолого-биохимических процессов. Вып. 22. ВГУ, 2020. С. 177–181.
  19. Чудинова Л.А., Орлова Н.В. Изменчивость физиолого-биохимических показателей в зависимости от жизненного состояния модельных деревьев сосны обыкновенной // Экологический мониторинг и биоразнообразие. 2016. Т. 11. № 2. С. 168–172.
  20. Щербаков В.П. Эволюция как сопротивление энтропии. II. Консервативная роль полового размножения // Журн. общей биологии. 2005. Т. 66. № 5. С. 300–309.
  21. Alaquori H.A.A., Ozer Genc C., Aricak B., Kuzmina N., Cetin M. The possibility of using Scots pine (Pinus sylvestris L.) as biomonitor in the determination of heavy metal accumulation // Applied Ecology and Environmental Research. 2020. V. 18. № 2. P. 3713–3727. https://doi.org/10.15666/aeer/1802_37133727
  22. Alberto F.J., Aitken S.N., Alia R. et al., Potential for evolutionary responses to climate change – evidence from tree populations // Global Change Biology. 2013. V. 19. № 6. P. 1645–1661. https://doi.org/10.1111/gcb.12181
  23. Allen C.D., Macalady A.K., Chenchouni H. et al. A global overview of drought and heat induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests // Forest Ecology and Management. 2010. V. 259. № 4. P. 660–684. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2009.09.001
  24. Degtyareva A.P. Characteristics of Pinus sylvestris L. seeds under drought conditions in the steppe region of the Central Chernozem region // J. Agriculture and Environment. 2021. № 3(19).https://doi.org/10.23649/jae.2021.3.19.1
  25. Diaz S., Demissew S., Carabias J. et al. The IPBES conceptual framework – connecting nature and people // Current Opinion in Environmental Sustainability. 2015. V. 14. № 3–4. P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.cosust.2014.11.002
  26. Gauthier S., Bernier P., Kuuluvainen T., Shvidenko A.Z., Schepaschenko D.G. Boreal forest health and global change // Science. 2015. V. 349. № 6250. P. 819–822. https://doi.org/10.1126/science.aaa9092
  27. Iglesias V., Whitlock C. If the trees burn, is the forest lost? Past dynamics in temperate forests help management strategies // Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences. 2020. V. 375. № 1794. P. 20190115. https://doi.org/10.1098/rstb.2019.0115
  28. IPCC. Climate Change 2022: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Montreal, Canada, 2017. P. 3–29.
  29. Kuznetsova N.F. Self-fertility in Scots pine as a system for regulating close relationships and species survival in advance environment // Advances in Genetics Research. V. 9. N.Y.: Nova Science Publ., 2012. P. 83–106.
  30. Kuznetsova N.F., Semenov M.A., Sautkina M.Yu. Pine forests of East European plain: distribution trends, functions and development problems // Pinus: Growth, Distribution and Uses. N.Y.: Nova Science Publ., 2019. P. 1–47.
  31. Kramer K. Equilibrium and non-equilibrium concepts in forest genetic modeling: population- and individually-based approaches // Forest Systems. 2011. № 3(4). P. 100–109. https://doi.org/10.5424/fs/201019S-9312

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (49KB)
3.

Download (53KB)

Copyright (c) 2023 Н.Ф. Кузнецова

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies