The Influence of Late Spring Frosts on the Reproduction of Four 5-Needle Pine Species during their Cultivation in the South of the Forest Zone of Western Siberia

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

As is known from the introduction theory, the two necessary conditions for complete acclimatization of a species in its new habitat are the species’ resistance and reproducibility. Late spring frosts are the most important factor that causes losses of crops of forest woody species in the south of the forest zone of Western Siberia. In particular, for the valuable local species of Siberian pine P. sibirica, the crop production periodicity is directly dependent on the impact of late spring frosts on its generative organs. To date, no similar research has been conducted on the introduction objects of exotic 5-needle pines in this region. Therefore, the present study aims to assess the influence of late spring frosts on the reproductive organs of four 5-needle exotic pine species during their introduction through the vegetative method in subtaiga and the forest zone of south taiga of Western Siberia. Methods. Grafting was performed on four-year-old
P. sibirica rootstocks, with the 3×6 m placement of trees, in nine replications. The study was carried out during seven years after the transition of grafts to the generative stage of ontogenesis.
The assessment of spring frost damage to cones was conducted using the following indicators: the average daily sum of effective temperatures, the last frost date, the sum of effective temperatures before the last frost date, the last frost date temperature, and the number of days with temperatures above +5 ºC before the last frost date. Results. Based on the timing of peak pollen shedding and cone receptivity phases, the species were placed in the order of accumulation of the necessary sum of temperatures depending on their natural habitat conditions: subarctic-subalpine P. pumila, mountain-taiga P. cembra, nemoral P. koraiensis, and P. strobus distributed in monsoonal areas of the temperate and subtropical zones. The survivability and resistance of the reproductive organs in 5-needle exotic pine species were found to be higher in the case the final spring frost occurred earlier in May and was combined with a low accumulated sum of effective temperatures along with a relatively small number of days with temperatures above +5 ºC before the last frost date. Conclusion. The species P. cembra and P. strobus were resistant to frosts, while P. pumila and P. koraiensis were less frost resistant, the latter exhibiting a wider range of resistance of its generative structures. The primary reason is related to the cone development timing. For P. pumila, the least adversely affected by spring frosts were the western continental and nemoral ecotypes, while for P. koraiensis those were ecotypes from the northern part of its native habitat. It is these ecotypes that are recommended to be used in this introduction area while conducting works on their complete acclimatization and further introduction into forestry and landscaping.

About the authors

A. G. Popov

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: popovaleksa@yandex.ru

Research Assistant at the Laboratory of Dendroecology, Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences.

Russian Federation, 10/3, Akademicheskiy Ave., Tomsk, 634055

References

  1. Lapin P. I., Sidneva S. V. Assessment of the prospects for the introduction of woody plants based on visual observation data. In: Experience in the Introduction of Woody Plants. Moscow: MBG AS USSR Publ., 1973:7–68. (In Russ.)
  2. Tretyakova I. N. Coniferous Embryology. Monograph. Novosibirsk: Nauka, 1990. 157 p. (In Russ.)
  3. Volkova E. S., Mel’nik M. A. Frosts in southern taiga of Western Siberia as a risk factor for plant production. Geography and Natural Resources. 2023;(1):67–75. doi: 10.15372/GIPR20230108; EDN: LKNEJM. (In Russ.)
  4. Velisevich S. N., Popov A. V., Mel’nik M. A. et al. Influence of late spring light frosts on Siberian stone pine (Pinus sibirica Du Tour) seed production in a changing climate. Forestry Bulletin. 2024;28(5):138–152. doi: 10.18698/2542-1468-2024-5-138-152; EDN: EPIGAP. (In Russ.)
  5. Velisevich S. N., Khutornoy O. V., Popov A. V. The results of 30-year monitoring of Siberian stone pine sexual reproduction in relation to climate dynamics. In: XIII Siberian Conference and School of Young Scientists on Climatic-Ecological Monitoring. Abstracts of the Russian Conference (Tomsk, October 15–19, 2019). Tomsk: Agaf-Press, 2019:160–161. EDN: RZWFIN. (In Russ.)
  6. Goroshkevich S. N., Velisevich S. N., Popov A. V. et al. 30-year cone production dynamics in Siberian stone pine (Pinus sibirica) in the southern boreal zone: a causal interpretation. Plant Ecology and Evolution. 2021;154(3):321–331. doi: 10.5091/PLECEVO.2021.1793; EDN: LIQMIQ.
  7. Lazareva S. M. Brief results of coniferous plants introduction in the Botanic Garden of Mari State Technical University. Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal). 2004;(5):25–32. EDN: ICGSMN. (In Russ.)
  8. Trofimuk L. P., Puzansky R. K., Karamysheva A. V. Results of Pinus pumila (Pinaceae) introduction in the Karelian Isthmus. Rastitelnye Resursy. 2021;57(3):245–259. doi: 10.31857/S0033994621030092; EDN: VYLJHM. (In Russ.)
  9. Ivolina G. V., Zhuk E. A. Siberian dwarf pine cultivation of different geographical provenance in Western Siberia. Forestry Bulletin. 2024;28(6):18–27. doi: 10.18698/2542-1468-2024-6-18-27; EDN: GLWESG. (In Russ.)
  10. Lazareva S. M. Use of techniques of data processing in phenological observations (on the example of Pinaceae Lindl.). The Bulletin of Irkutsk State University. Series: Biology. Ecology. 2011;4(2):56–65. EDN: NXQRXH. (In Russ.)
  11. Levin S. V. Korean cedar (Pinus koraiensis Sieb. et Zucc.) seed production during its introduction in Voronezh Region forest-steppe. Forestry Bulletin. 2023;27(3):36–47. doi: 10.18698/2542-1468-2023-3-36-47; EDN: CAVORF. (In Russ.)
  12. Lazareva S. M., Kotov M. M., Kotova L. I. Coniferous Introducents of the Republic of Mari El. Saint Petersburg: Renome, 2002. 136 p. (In Russ.)
  13. Titov E. V. History of cultivation and prospects of pine nut production in Eastern Europe. Conifers of the Boreal Area. 2022;40(5):404–409. doi: 10.53374/1993-0135-2022-5-404-409; EDN: UCFYLT. (In Russ.)
  14. Popov A. G. Initial introduction of some 5-needle pine species to the southern forest zone of Western Siberia. Conifers of the Boreal Area. 2010;27(1–2):169–174. doi: 10.53374/1993-0135; EDN: NEJQLB. (In Russ.)
  15. Popov A. G. State of 5-needle exotic pines in the southern forest zone of Western Siberia. In: XIII Siberian Conference and School of Young Scientists on Climatic-Ecological Monitoring. Abstracts of the Russian Conference (Tomsk, October 15–19, 2019). Tomsk: Agaf-Press, 2019:218–219. EDN: YHPJHC. (In Russ.)
  16. Popov A. G. Valuable introduced 5-needle pine species in the dendrological archives of “Cedar” nursery IMCES SB RAS. In: Monitoring and Assessment of the State of the Plant World. Materials of the VI International Scientific Conference (Minsk–Lyaskovichi, Belarus, October 9–13, 2023). Minsk: IVTS Minfina Publ., 2023:83–84. EDN: JTPFEM. (In Russ.)
  17. Syring J., Farrell K., Businsky R. et al. Widespread genealogical nonmonophyly in species of Pinus subgenus Strobus. Systematic Biology. 2007;56(2):163–181. doi: 10.1080/10635150701258787.
  18. Trifonova L. I., Iznairskaya I. A., Kurygina L. I. et al. Climate of Tomsk. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1982. 176 p. (In Russ.)
  19. Titov E. V. Megastrobiles development in Siberian stone pine. Forest Geobotany of Woody Plants. 1982;(18):136–140. EDN: UZRFJN. (In Russ.)
  20. Zabelin I. A. Method of phenological and ecological observations over conifers and its application to cedar and pine trees. Nikitsky Botanical Garden Bulletin. 1934;(13):55. (In Russ.)
  21. Grosset H. E. Pinus pumila (Pall.) Rgl. Materials on its Biological Study and Economical Utilization. Monograph. Moscow: Moscow Society of Naturalists, 1959. 143 p. (In Russ.)
  22. Popov A. G. Investigation of vegetative compatibility of stone pines (Cembra, Korean, and Japanese) with the local ecotype of Siberian stone pine; growth and development of grafts in new conditions. In: Rational Use of Natural Resources and Comprehensive Ecological Monitoring of Environment. Materials of the International School-Seminar (Tomsk, December 14–16, 2006) / Ed. S. N. Kirpotin. Tomsk: TPU Publ., 2006:127–130. EDN: SMRZEX. (In Russ.)
  23. Silvestro R., Rossi S., Zhang S. et al. From phenology to forest management: ecotype selection can avoid early or late frosts, but not both. Forest Ecology and Management. 2019;436:21–26. doi: 10.1016/j.foreco.2019.01.005; EDN: WWVRPF.
  24. Guo X., Klisz M., Puchałka R. et al. Common-garden experiment reveals clinal trends of bud phenology in black spruce populations from a latitudinal gradient in the boreal forest. Journal of Ecology. 2022;110(5):1043–1053. doi: 10.1111/1365-2745.13582; EDN: OSZQIZ.
  25. Mura C., Buttò V., Silvestro R. et al. The early bud gets the cold: diverging spring phenology drives exposure to late frost in a Picea mariana [(Mill.) BSP] common garden. Physiologia Plantarum. 2022;174(6):e13798. doi: 10.1111/ppl.13798; EDN: WQPEAC.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».