CC BY
105
Workpiece by Plasma Electrolysis // Surface Engineering and Applied Electrochemistry. - 2012. -V. 48. - No. 2. - P. 141-147.
11. Шадрин С.Ю. Электрохимико-термическая цементация стальных цилиндрических образцов
в барботируемой ячейке // Быстрозакаленные материалы и покрытия: тез. докл. 4-ой Всероссийской науч-техн. конф. - М: МАТИ - РГТУ им К.Э. Циолковского, 2005. - С. 127-131.
УДК 630*524+630*182
Махныкина Анастасия Владимировна
sunlife1408@yandex.ru
Верховец Сергей Владимирович
sverhovec@sfu-kras.ru Сибирский федеральный университет (г. Красноярск)
Кошурникова Наталья Николаевна
natank1980@mail.ru
Климченко Александр Васильевич
klimchenko@mail.ru
Институт леса им. В.Н. Сукачёва ^ РАН (г. Красноярск)
ДИНАМИКА ЗАПАСОВ УГЛЕРОДА В НАРУШЕННЫХ СОСНОВЫХ НАСАЖДЕНИЯХ СРЕДНЕЙ СИБИРИ
Одним из основных вопросов в понимании того, как изменение климата будет влиять на запасы углерода в экосистемах высоких широт в северном полушарии, является учет роли нарушений в функционировании бореаль-ных экосистем. По результатам исследования был определен период восстановления сосновых насаждений Средней Сибири после природных и антропогенных нарушений.
Ключевые слова: запасы углерода, бореальные леса, мониторинг экосистем, лесные пожары, сплошные рубки леса, изменения климата.
Лесные насаждения являются не только уникальными механизмами в глобальном цикле углерода, но также представляют собой индикаторы происходящих изменений климата. По оценкам ІРСС, изменение климата в большей степени повлияет на бореальные леса, потому что уже сейчас потепление происходит именно в высоких широтах [7].
Бореальными лесами покрыто около 14% поверхности Земли (исключая льды и полярные пустыни). Они представляют собой крупнейшую взаимосвязанную наземную экосистему и образуют зеленый пояс различной ширины по всему северному полушарию, приблизительно между 45 и 70° с.ш. Более половины площади бореальных лесов сосредоточено в России, 6% - в Скандинавии. Бореальные леса являются тем регионом, в котором чувствительность к изменениям климата и размеры делают его способным влиять на глобальную климатическую систему: (1) путем изменения глобального углеродного бюджета через изменения поглощения и высвобождение углерода; (2) путем изменения радиационного баланса через выбросы от пожаров и изменения альбедо и (3) путем изменения баланса влажности [11].
Одним из основных вопросов в понимании того, как изменение климата будет влиять на запасы углерода в экосистемах высоких широт в северном полушарии, является учет роли нарушений в функционировании бореальных экосистем [10]. Они подвергаются крупномасштабным природным на-
рушениям и в последнее время все чаще испытывают давление человека как от прямого воздействия в результате хозяйственной деятельности, так и от изменения глобальной климатической системы. При рубках леса наблюдается замедление связывания углерода, что приводит к повышенному содержанию в атмосфере диоксида углерода. Пожары также имеют непосредственное воздействие на баланс углерода бореальных лесов в результате преобразования живой биомассы и почвенного углерода в атмосферный углерода (СО2, СО, СН4) [6; 9].
В условиях повышенного внимания к углеродному бюджету лесов задача его инвентаризации, казалось бы, должна быть давно решена. Однако по отношению к лесам России этого не произошло. Опубликованные лишь в последние годы оценки стока углерода в леса России варьируют от 100 до 600 Мт С в год. Неопределенности пространственной и экосистемной привязки стоков углерода с неизбежностью сказываются на глобальных прогнозах климатических изменений. Формирование согласованной точки зрения на величины углеродного бюджета лесов России следует считать актуальной научной задачей [2]. Целью данной работы является определение возраста перехода нарушенных сосновых экосистем из источника углерода в объект его стока, используя базу данных подстилающей поверхности района исследования ZOTTO Forest (http://forest.sfu-kras.ru), посредством оценки запасов углерода в лесных насаждениях.
Рис. 1. Схема пробной площади
Исследования проводились на юге Туруханско-го района Красноярского края на территории радиусом до 100 км от измерительной вышки международной обсерватории ZOTTO (Zotino Tall Tower Observation), расположенной в районе поселка Зо-тино (60° с.ш., 89° в.д.). Район исследований находится в пределах Кеть-Сымской низменности на левобережье реки Енисей. Согласно лесорастительному районированию Сибири территория находится в пределах средней тайги Сымско-Дубченского лесорастительного округа. Район относится к числу труднодоступных таёжных территорий. С точки зрения экономической базы он принадлежит к числу слабоосвоенных, малообжитых северных районов. В качестве объектов исследования были выбраны сосновые биогеоценозы, сформированные на песчаных подзолах, которые занимают около 16% территории. Для оценки запасов углерода в древо-стоях было отобрано 30 пробных площадей лишайникового типа леса [4]. Данный тип леса отличается повышенной эксплуатационной нагрузкой со стороны лесного хозяйства, а также испытывает частое воздействие природных нарушающих факторов - в среднем межпожарный интервал составляет 25 лет [12].
Породный состав древостоев представлен сосной (Pinus sylvestris L.), редко с единичной примесью березы и сосновым подростом. Ярус подлеска, как правило, не выражен или представлен отдельными экземплярами ив (Salix caprea L.) или рябины (Sorbus sibirica Hedl.). Напочвенный покров в основном представлен мохово-лишайниковым ярусом, в видовом составе которого преобладают лишайники (Cladonia stellaris (Opiz) Pouzar et Vezda, Cl. arbuscula (Wallr) Flot). Основными доминантами травяно-кустарничкового яруса являются: брусника (Vaccinium vitis-ideae (L.) Avror.), шикша (Empetrum nigrum L.), толокнянка
(Arctostaphylos uva-ursi L.), плаун пластинчатый (Lycopodium complanatum L.) и другие [5].
Для выявления участков со сходными типами растительного покрова на территории радиусом до 100 км от измерительной вышки была проведена автоматическая классификация космоснимков LANDSAT ETM+ с использованием метода максимального правдоподобия (Maximum likelihood), реализованного в ГИС ERDAS IMAGINE. Для однородных участков в ГИС определены географические координаты [3].
Сбор материала проводился по методике, разработанной научными сотрудниками Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН совместно с Институтом биогеохимии им. Макса Планка (г. Йена, Германия) [9].
Методика состояла в выборочном пересчете деревьев. Пробную площадь разбивали на три концентрических круга. Диаметр первого круга - 3,5 м, второго - 7,5 м и третьего - 15,0 м (рис. 1). Разбивка пробной площади на местности осуществлялась по направлениям С, Ю, З, В.
Перечет древостоя проводился в первом круге -сплошной, во втором и третьем - выборочный. В первом круге минимальная длина окружности деревьев, принимаемая в перечет, - 10 см, во втором - 30 см, в третьем - 60 см. Перечет осуществлялся от направления на север, с указанием в ведомости породы дерева, азимута, дистанции от центра пробной площади до дерева, длины окружности на высоте 1,3 м., общей высоты дерева, высоты основания кроны, высоты самой широкой части кроны, класса Крафта, категории технической годности, повреждений, статуса дерева, причин смерти (если требуется). Сухостойные деревья также учитывались. На каждой пробной площади в радиусе 7,5 метров проводился сплошной учет стволового валежа и пней отдельно по породам. Учет валеж-
і Стволы і Кора і Ветви І Хвоя і Корни
1 2 3 4 5
Возрастная стадия
Рис. 2. Структура фитомассы древостоев по фракциям, %. Возрастные стадии:
1 - молодняки, 2 - средневозрастные, 3 - приспевающие, 4 - спелые, 5 - перестойные насаждения
ника и пней проводится по стадиям разложения с измерением линейных параметров. У валежника измеряются длина и диаметры двух противоположных концов, у пней учитывается высота и два диаметра: на высоте спила (или слома) и у шейки корня, у сухостоя - высота и диаметр на высоте 1,3 м [3].
Данная методика позволяет сократить трудозатраты и получить достоверные данные о структуре и запасах фитомассы в древостоях. Сейчас она признана мировым научным сообществом и используется как зарубежными научными коллегами [6], так и в системе российского лесоустройства [1]. С помощью данной методики создана уникальная база данных по подстилающей поверхности в районе охвата станции высотной мачты 20ТТ0 [8].
Результаты нашего исследования показали, что общий запас углерода надземной фитомассы для изученных сосновых насаждений варьирует от 0,2 до 62,2 т С га-1.
В результате анализа спутниковой информации на территории охвата высотной мачты (3139 тыс.
га) выделено 11 агрегированных классов земной поверхности. При этом установлено, что покрытая лесом площадь составляет около 84%. Вторым по площади классом являются болота (10,5%). По возрастной структуре в исследованных сосняках преобладают спелые и приспевающие насаждения - их доля от общего количества изученных сосновых насаждений составляет 28,3 и 28,4% соответственно.
В процессе роста и развития древостоев, наряду с изменением общих запасов фитомассы, происходят изменения и в ее структуре (рис. 2). По соотношению массы отдельных фракций, изучаемые древостои схожи. Основной запас приходится на стволовую древесину (до 66%), хвоя составляет 4-17% запаса углерода в древостое, ветви - 5-10%. Немалый вклад в запас углерода древостоя вносят корни 12-15%, причем их доля остается сравнительно постоянной на протяжении периода роста и развития древостоя и снижается только в перестойных насаждениях.
■Запас древостоя, т С/га С\ЛШ, тС/га
•Сумма запас+С\Л/Р, т С/га
Возраст древостоя, лет Рис. 3. Динамика запасов углерода при послепожарном восстановлении
Запас древостоя, т С/га ►CWD, тС/га
•Сумма запас+CWD, т С/га
60 80 100110120 0 5 10 20 40 60 80 100
Возраст древостоя, лет Рис. 4. Динамика запасов углерода в послерубочной сукцессии
В качестве естественного нарушения были выбраны низовые пожары, на которые в Средней Сибири приходится до 80% от общего числа пожаров. В качестве антропогенного нарушения были выбраны сплошные рубки леса, которые за последние 30 лет получили широкое распространение в районе исследования. Всего для анализа из базы данных ZOTTO Forest было отобрано 54 пробных площади, пройденных низовыми пожарами и 13 пробных площадей со сплошными рубками леса разного срока давности.
При определении возраста перехода экосистемы из источника углерода в объект его стока мы брали во внимание запасы надземной фитомассы, а именно запасы углерода в древостое и фракцию крупных древесных остатков (CWD), как наиболее значимые величины пулов углерода.
Для территорий, пройденных низовыми пожарами, запас древостоя варьирует от 1,2 до 54,7 т С га-1. Общий запас фитомассы, включая запасы CWD и древесного яруса, находится в пределах от 7,9 до
67.7 т С га-1.
Мы выяснили, что при послепожарном восстановлении в сосновых насаждениях переход экосистемы из состояния источника в сток углерода наступает в возрасте 44±5 лет (рис. 3).
Для территорий, пройденных низовыми пожарами, запас древостоя варьирует от 1,2 до 54,7 т С / га. Общий запас фитомассы, включая запасы CWD и древеного яруса, находится в пределах от 7,9 до
67.7 т С / га.
Мы выяснили, что при послепожарном восстановлении в сосновых насаждениях переход экосистемы из состояния источника в сток углерода наступает в возрасте 44±5 лет (рис. 3).
На территории послерубочных участков запас углерода в древостое варьирует от 0,01 до 24,9 т С га-1. Общий запас фитомассы, включая запасы CWD и древесного яруса, изменяется от 13,8 до 29,3 т С на га-1. Анализ послерубочной сукцессии показал, что восстановление после нарушения происходит в течение 32±4 лет, после чего экосистема вновь может функционировать как сток углерода (рис. 4).
Характерной чертой растительного покрова изученной территории является высокая мозаичность лесных экосистем, которая выражена как в видовом разнообразии растительного мира, так и в величине их биометрических показателей. На данной территории широкое распространение имеют как высокополнотные сосняки со сложной вертикальной и возрастной структурой, так и низкопол-нотные и низкопродуктивные древостои.
Таким образом, мы выяснили, что в сосновых насаждениях Средней Сибири период восстановления после природного нарушения (пожар) занимает 44±5 года, а после антропогенного (сплошная рубка леса) - 32±4 года. Эти данные говорят о том, что в условиях средней тайги естественные нарушения зачастую бывают более мощным разрушающим фактором, чем антропогенное влияние.
Библиографический список
1. Государственная инвентаризация лесов России / Федеральное агентство лесного хозяйства ФГУП «Рослесинфорг». - М., 2012. - 14 с.
2. Замолодчиков Д.Г., Грабовский В.И., Краев Г.Н. Динамика бюджета углерода лесов России за два последних десятилетия // Лесоведение. -2011. - № 6. - С. 16-28.
3. Климченко А.В., Верховец С.В., Слинки-на О.А., Кошурникова Н.Н. Запасы крупных древесных остатков в среднетаежных экосистемах при-енисейской Сибири // География и природные ресурсы. - 2011. - № 2. - С. 91-97.
4. Кукавская Е.А. Воздействие лесных пожаров на баланс углерода Среднетаежных сосняков енисейской равнины: дис. ... канд. биол. наук / Ин-т леса им. В.Н. Сукачёва СО РАН. - Красноярск, 2009. - 190 с.
5. Трефилова О.В., Ведрова Э.Ф., Оскорбин П.А. Запас и структура крупных древесных остатков в сосняках Енисейской равнины // Лесоведение. -
2009. - №4. - С. 16-23.
6. Eric J. Gustafson, Anatoly Z. Shvidenko, Robert M. Scheller Effectiveness of forest management strategies to mitigate effects of global change in south-
central Siberia // Canadian Journal of Forest Research. - 2011. - 41(7). - P. 1405-1421.
7. Field C.B., Barros V., Stocker T.F., Qin D., Dokken D.J. andMidgley P.M. (Eds.). Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation. - Cambridge: Cambridge University Press, 2012. - P. 594.
8. FOREST Система управления базами данных. - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://forest. sfu-kras.ru/
9. Schulze E.-D., Heimann M., Harrison S., Holland E., Lloyd J. Global Biogeochemical Cycles in the Climate System. - Jena: Academic Press,
2010. - P. 345.
10. Scott J. Goetz, Gregory J. Fiske, Andrew G. Bunn Using satellite time-series data sets to analyze fire disturbance and forest recovery across Canada // Remote Sensing of Environment. - 2006. - № 101 -P. 352-365.
11. Soja, A J m. fl. 2007: Climate induced boreal change: predictions versus current observations // Global and Planetary Change. - Vol. 56. - P. 274296.
12. Wirth C., Czimczik C. I., Schulze E.-D. Beyond annual budgets: carbon flux at different temporal scales in fire-prone Siberian Scots pine forests // Tellus. - 2002. - № 5. - P. 611-630.
УДК 635.132:57.082.261
Пояков Алексей Васильевич
доктор биологических наук
Демидкина Марина Александровна
Всероссийский НИИ овощеводства Россельхозакадемии
Зонтиков Дмитрий Николаевич
Костромской государственный университет им. Н.А. Некрасова
ЭМБРИОГЕНЕЗ МОРКОВИ СТОЛОВОЙ (DAUCUS CAROTA L.) В КУЛЬТУРЕ МИКРОСПОР
Культура микроспор позволяет получить при плотности суспензии микроспор 20000 шт./мл 0,12% — 0,25% эмбриоидов, при 50000 шт./мл среды — 0,22%о — 0,35% в зависимости от сортообразца. Культивирование микроспор моркови на агаризованной питательной среде МСм, содержащей 2,4 — Д в концентрации 0,2 мг/л, сахарозу — 3%, агар — 6 г/л позволяет получить от 0,34% до 0,49% эмбриогенных структур в зависимости от сортообразца. Использование комбинаций сахарозы в двухслойной питательной среде агаризованная среда 3%о и жидкая среда 3%о или агаризованная среда 6%о и жидкая среда 3%о позволяет получить у сорта Rondo от 0,75%о до 0,78%о эмбриоидов. Доращивание зонтиков моркови столовой в лабораторных условиях не привело к растрескиванию пыльников и выходу микроспор/ пыльцы из них.
Ключевые слова: морковь столовая, in vitro, микроспоры, эмбриоиды.
Использование гаплоидных растений может значительно ускорить селекционный процесс при создании высокопродуктивных, устойчивых к неблагоприятным биотическим и абиотическим факторам внешней среды линий и сортов сельскохозяйственных культур [3]. Однако процесс производства гомозиготных линий моркови столовой в силу двулетнего цикла ее размножения и перекрестного типа опыления достаточно трудоемкий, малопроизводительный и занимает длительное время.
Для повышения эффективности этого процесса разработаны методы получения гаплоидов и удвоенных гаплоидов в культуре изолированных пыльников; культуре семяпочек [1; 4; 6] и индуцированном апомиксисе [2; 5]. Однако эти методы остаются недостаточно эффективными для того, чтобы использовать в селекционном процессе, и нуждаются в усовершенствовании. В связи с этим актуально получение удвоенных гаплоидов моркови в культуре микроспор, так как они являются уникальным объектом для изучения процессов морфогенеза и регенерации гаплоидных растений. В свя-
зи с этим целью нашей работы было изучение эмбриогенеза в культуре изолированных микроспор моркови столовой.
Объектами исследований служили зонтички, бутоны, пыльники и микроспоры трех сортов моркови - Лосиноостровская 13, Шантенэ королевская, Rondo.
Донорные растения выращивали в открытом и защищенном грунтах. Доращивание зонтичков осуществляли в лабораторных условиях in vitro и in vivo.
Доращивание зонтичков в условиях in vitro осуществляли на среде с содержанием сахарозы 2,5%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 40% в течение одних и двух суток.
Доращивание зонтичков в условиях in vivo на питательной среде в термостате при температуре 25 0С и 32 0С, экспозиции одних и двух суток.
Для введения в культуру in vitro пыльники извлекали из зонтичков 2-4 порядков с центрального зонтика и применяли ступенчатую стерилизацию. Первоначально бутоны промывали проточной водой, затем замачивали в мыльном растворе в течение 1-2 часов. В стерильных условиях обраба-
