Interfax-Russia.ru — Красноярские ученые научились определять качество воздуха по соснам.
Группа ученых-экологов Красноярского научного центра Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН), Сибирского федерального университета (СФУ) и Сибирского института бизнеса, управления и психологии (СИБУП) обнаружила прямую зависимость между качеством атмосферного воздуха и количеством хвойных деревьев.
"Загрязнение воздуха промышленными выбросами приводит к ослаблению сосновых массивов Красноярской агломерации, активной утрате деревьями хвои, а также к существенному уменьшению количества деревьев — изреживанию", — сообщило научное издание СО РАН "Наука в Сибири".
С 2002 по 2019 годы ученые наблюдали за состоянием двух сосновых массивов в окрестностях Красноярска, в каждом из которых насчитывается примерно по 500 деревьев. Один расположен по розе ветров от промышленных предприятий, второй — с противоположной стороны от города.
Чтобы выяснить, что именно происходит с сосняком под действием загрязненного воздуха, специалисты разработали и применили метод некротической метки. В ходе исследования в ствол дерева вводился специальный препарат, содержащий элиситоры, полученные из патогенного гриба Ceratocystis laricicola. После инъекции сосна включала защитную реакцию, позволяющую растению быстро изолировать поврежденные клетки. В результате на стволе образовывался некроз (формирование из отмершей наружной ткани, ограниченной рубцом). Месторасположение этого некроза и указывало ученым на состояние исследуемой сосны. У здоровых деревьев некроз был смещен вниз от места инъекции, тогда как у ослабленных он поднимается вверх по направлению к кроне. Таким образом ученые каждый год тестировали состояние порядка 50 деревьев.
"Чтобы объяснить изменение места расположения некроза на стволе относительно места инъекции, мы предложили гипотезу, связывающую углеводный обмен и движение грибных элиситоров в растении", — рассказала старший научный сотрудник Института леса имени В.Н. Сукачева Красноярского научного центра СО РАН Галина Полякова.
Так, по словам ученого, при отсутствии факторов, повреждающих хвою, избыток глюкозы, образующейся в ней при фотосинтезе, перемещается, в том числе, и в корни, где запасается в виде крахмала. Движение сахаров, как и грибных элиситоров вниз по стволу регистрируется с помощью некроза, который смещается вниз относительно места укола.
"Когда хвоя по какой-либо причине повреждается (токсины/пожар), некротическое пятно на стволе перемещается вверх по направлению к кроне. Движение сахаров вверх по стволу обеспечивается расходованием запасов крахмала — дерево "худеет". Истощение сопровождается увеличением доли отмирающих деревьев в сосняке", — пояснила Галина Полякова.
Исследователи уверены, что разработанный ими метод поможет оценить влияние промышленных загрязнений на леса, хронологию токсичности промышленных выбросов, а также определить период восстановления крон деревьев после различных негативных воздействий на окружающую среду. Результаты научной работы опубликованы в журнале Environments. Исследование проводилось при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Красноярского научного фонда.
Также красноярские ученые из Сибирского федерального университета изучили и хвойные леса, произрастающие на верхней границе леса в районе Западно-Саянского хребта. Выяснилось, что кедровая сосна, или, как ее еще называют, сибирский кедр довольно легко приспосабливается к условиям высокогорья: дерево научилось вырабатывать комплексную защиту от поджидающих на высоте опасностей — чрезмерной инсоляции и резких колебаний температуры.
"Горные системы интересны тем, что в определенном смысле воспроизводят на более компактной территории те закономерности роста лесов, которые мы можем наблюдать в широтной поясности. То есть, "в высоту" состав лесов примерно такой же, как и "в ширину", только отследить это гораздо проще. Исследуя определенные участки горных лесных систем, можно выяснить, как и за счет чего меняется состав лесов", — рассказала доцент кафедры экологии и природопользования СФУ Нина Пахарькова.
Во время своей экспедиции ученые взяли пробы хвои на нескольких высотах (от 1413 до 1724 м над уровнем моря), а затем в лаборатории измерили во всех образцах содержание хлорофилла a и b, каротиноидов, а также температуру игл и почвы.
"Мы предположили, что кедр и пихта будут по-разному сдвигать верхнюю границу леса в горах. И действительно, подрост кедра обнаружился на высоте от 1700 метров над уровнем моря и выше, а вот ни молодых, ни зрелых пихт мы там не нашли", — рассказала эколог.
Уже в лаборатории специалисты выяснили, что у изученных видов наблюдаются серьезные изменения пигментного комплекса по мере увеличения высоты.
"Так, к примеру, уменьшение содержания хлорофиллов, увеличение каротиноидов в хвое с увеличением высоты над уровнем моря более выражены у кедра, чем у пихты. Проще говоря, сосна сибирская обладает большими запасами каротиноидов — пигментов, защищающих фотосинтетический аппарат от избытка света", — пояснила доцент.
Исследователь уточнила, что неблагоприятными условиями для хвойных является резкое потепление (переход к плюсовым температурам) и интенсивный солнечный свет ранней весной. В высокогорных областях эти факторы включаются раньше, чем деревья возобновляют тонко настроенный механизм фотосинтеза.
"Представьте, с чем приходится сталкиваться деревьям-альпинистам: воды в почве нет, поскольку снег еще не растаял, а солнце уже светит во всю силу. Дерево еще не пробудилось как следует, а его заставляют возобновить питание с помощью фотосинтеза, при котором хвоя неизбежно испаряет часть полученной влаги — а ведь как раз "напиться" пока совершенно неоткуда", — пояснила Пахарькова.
В таких стрессовых условиях, по словам эколога, кедр показал себя куда более жизнестойким, чем пихта — у нее механизмы защиты выражены слабее.
"Хвойные деревья, как, кстати, и люди, имеющие разный фототип (от светлокожих и рыжих до темноволосых и смуглых - ИФ) адаптируются к экстремальным условиям, в частности, повышенным дозам солнечного света, совершенно по-разному", — добавила эксперт.
Исследователи полагают, что верхняя граница лесов в Сибири будет интенсивно меняться в ближайшее время, и первопроходцем среди хвойных станет именно сосна кедровая, а вот пихта, возможно, потянется следом — сейчас она предпочитает селиться в затененных и влажных низинах.
"Есть в экологии понятия — физиологический и экологический оптимум, они не всегда совпадают. Физиологический подразумевает идеальные условия проживания для определенного вида, а экологический — возможные (терпимые) условия с широкими границами. Растения занимают те ниши, где они, в принципе, могут (пусть и не очень хорошо) жить", — пояснила доцент кафедры экологии и природопользования СФУ.
Таким образом, пошутила эксперт, горы для кедра и пихты сравнимы с небольшой, но в целом подходящей квартирой для человека.
"Можно было бы и лучше, но и так возможно. Конечно, высокогорные кедры будут ниже ростом, чем их равнинные собратья, их стволы и ветви - более искривленными. Но, тем не менее, они все равно будут идти вверх, завоевывая новое жизненное пространство", — подытожила красноярский эколог.
Ранее специалисты СФУ провели ряд исследований, доказавших, что потепление климата влияет как на видовой состав лесов, так и на продвижение деревьев в новые для них районы — например, горные системы юга Сибири. Очевиднее всего реагируют на изменения климата деревья, растущие на верхней границе леса.
