Introduction of species of the genus Cotoneaster Medik. in the changing climate of the Komi Republic

Full Text

Введение

Многолетним изучением адаптационных возможностей интродуцируемых древесных растений в Республике Коми занимается отдел Ботанический сад Института биологии Коми научного центра УрО РАН. Место проведения исследований находится в 8 км к югу от г. Сыктывкара вблизи села Выльгорт Сыктывдинского района и входит в подзону средней тайги [1]. Суровый климат региона остается основным сдерживающим фактором, влияющим на успешное введение в культуру древесных растений различного географического происхождения. Для климата республики характерны сравнительно длинная зима и короткое лето. Зима в регионе суровая, период с отрицательной температурой воздуха сохраняется 160–180 дней. Средняя температура января составляет −15°C, а абсолютный минимум может опускаться до отметки −51°C. Устойчивый снежный покров устанавливается в первой декаде ноября и максимальной высоты достигает в марте (60–70 см), что в какой-то степени спасает древесные растения от вымерзания. Особенностью климата данной территории являются возможные весенние заморозки с конца мая до начала июня, а также возвратные холода в июне, задерживающие процессы роста и развития, и ранние осенние заморозки в конце августа, прекращающие вегетацию некоторых растений [2–4]. В целом природно-климатические особенности района интродукции исследуемых древесных растений, показывают, что климат достаточно суров для культивирования многих декоративных видов растений.

Однако в настоящее время ученые практически всего мира обсуждают проблему глобального потепления, вызванную разными причинами. За прошлое столетие потепление климата на территории России в среднем составило 0,9°C, а нынешние климатические условия европейской части Российской Федерации свидетельствуют об изменении температуры воздуха в сторону ее дальнейшего потепления [5–16].

Цель настоящих исследований заключалась в изучении влияния потепления климата Республики Коми на процессы роста и развития некоторых видов рода Cotoneaster Medik.

Объекты и методика исследований

Исследования проводились в дендрарии Ботанического сада Института биологии Коми НЦ УрО РАН. Дендрарий сада является одним из самых северных в России, поэтому интродуцированные древесные растения, выращенные здесь в открытом грунте, представляют большой интерес для науки [17].

Объектами для наблюдений послужили 2 вида рода Cotoneaster (Кизильник) семейства Rosaceae Juss. (Розоцветные): Cotoneaster laxiflorus J. Jacq. ex Lindl. (кизильник черноплодный) и C. integerrimus Medik. (кизильник цельнокрайний). Кизильники – листопадные, вечнозеленые, декоративные кустарники и деревья, которые широко используются в области зеленого строительства, в частности, легко поддаются формирующей обрезке, являются фоновыми и почвопокровными растениями [18–21]. Род Cotoneaster насчитывает около 300 таксонов, распространенных в умеренных областях Европы, Северной и Центральной Азии, Северной Африки, но центром сосредоточения видового разнообразия является Китай [22–27]. Во флоре Республики Коми встречаются C. laxiflorus (син. C. melanocarpus) [28; 29] и C. uniflorus Bunge (кизильник одноцветковый) [29].

Исследования процессов роста и развития растений разных видов кизильника, интродуцируемых в Ботаническом саду проводили в течение 10 лет, с 2013 по 2022 гг., также имеются сведения о фенологии отдельных видов, изучавшихся и до 2013 гг. В работе представлены результаты изучения биологии только двух видов кизильника – C. laxiflorus и C. integerrimus, так как мы располагаем наиболее полной информацией о сезонном ритме роста и развития растений именно данных видов. К тому же в работе взяты к рассмотрению два года исследований – 2009 и 2016 – как года с наибольшим объемом данных по рассматриваемым видам кизильника и как входящие в два последних десятилетия (2001/2010 и 2011/2020) – что интересно для проведения сравнения темпа и сроков развития интродуцируемых растений в связи с потеплением климата в Республике Коми.

Фенологические наблюдения проводились согласно методике Главного ботанического сада (ГБС) РАН им. Н.В. Цицина [30]. Динамика роста побегов изучалась по методике А.А. Молчанова и В.В. Смирнова [31]. Полученные данные переводились в непрерывный числовой ряд и статистически обрабатывались (среднее, ошибка среднего, среднеквадратическое отклонение, коэффициент вариации); результаты анализировались по методике Г.Н. Зайцева [32]. При оценке зимостойкости использовалась 7-балльная шкала, также разработанная в ГБС РАН, которая включает следующие степени зимостойкости: I – растения не обмерзают; II – обмерзает не более 50% длины однолетних побегов; III – обмерзает от 50 до 100% однолетних побегов; IV – обмерзают более старые побеги; V – обмерзает надземная часть до снегового покрова; VI – обмерзает вся надземная часть; VII – растения вымерзают целиком [33]. Для уточнения названия видов использовались следующие источники: Royal Botanic Gardens, Kew [34], The World Flora Online [35], Flora of China [36]. В работе анализировались и использовались для построения диаграмм и таблицы метеоданные от справочно-информационного портала «Погода и климат» [37].

Результаты исследований и их обсуждение

Одним из основных факторов, определяющих рост и развитие растений, является температура воздуха. В данной работе для характеристики изменения климата в среднетаежной подзоне Республики Коми используется температурный фактор. Детальный анализ значений среднегодовой температуры воздуха в городе Сыктывкаре за весь период метеорологических наблюдений (начиная с 1901 г.) показал, что прослеживается тенденция к ее повышению. Данные изменения схожи с общемировыми [38–42].

Так, ход среднегодовой температуры воздуха по десятилетиям в районе исследования (рис. 1) за весь период наблюдений четко отображает три этапа изменения температуры воздуха в городе Сыктывкаре. На первом этапе – с 1901 по 1940 гг. – виден тренд в сторону значительного потепления, на следующем этапе – с 1941 по 1960 гг. – заметно отклонение от температурной нормы в сторону похолодания, анализ отклонения от нормы третьего этапа – с 1961 г. по настоящее время – выявляет тенденцию на потепление, где повышение температуры составляет 0,32°C/10 лет.

 

Рисунок 1 – Изменение среднегодовой температуры воздуха г. Сыктывкар (построено на основе метеоданных от справочно-информационного портала «Погода и климат») [37]

 

Начиная с 1960-х годов среднегодовая температура воздуха в районе наблюдений увеличилась на 0,789°C (рис. 2).

 

Рисунок 2 – Изменение среднегодовой температуры воздуха, г. Сыктывкар (построено на основе метеоданных от справочно-информационного портала «Погода и климат») [37]

 

Потепление климата в Республике Коми (за период в 119 лет) произошло прежде всего за счет повышения весенних температур – этот период становится все более теплым. С 1961 г. по 2020 г. (рис. 3, 4) отмечается превышение нормы среднемесячной температуры воздуха: если ранее средняя температура воздуха марта и мая – при норме −6,86 и 7,96°C соответственно – была ниже среднемноголетнего значения, то с начала 1960-х годов этого не наблюдается.

 

Рисунок 3 – Изменение среднемесячной температуры воздуха в марте, г. Сыктывкар (построено на основе метеоданных от справочно-информационного портала «Погода и климат») [37]

 

Рисунок 4 – Изменение среднемесячной температуры мая г. Сыктывкар (построено на основе метеоданных от справочно-информационного портала «Погода и климат») [37]

 

По расчетам С.А. Братцева и А.А. Братцева [5], в марте над территорией Республики Коми увеличивается количество циклонических образований, поступающих с юго-западного направления. Также исследователи отмечают, что за 110-летний период произошло существенное возрастание континентальности климата республики, температура воздуха января понизилась, а температура июля повысилась, что связано с увеличением активности азиатского антициклона зимой и улучшением прогрева территории в летнее время года. Также следует отметить, что средняя температура воздуха последних двух десятилетий значительно превышает температурную норму. Возможно, это явление обусловлено ослаблением влияния азиатского максимума над территорией Республики Коми за рассматриваемый период, что не могло не отразиться на росте и развитии интродуцируемых растений в данном регионе.

Фенологические особенности растений являются важным биологическим индикатором текущего изменения климата [5; 43; 44]. В результате многолетних наблюдений за интродуцируемыми видами рода Cotoneaster в условиях среднетаежной подзоны Республики Коми выявлены особенности их сезонного роста и развития, цветения и плодоношения, зимостойкости; дана оценка возможности культивирования дендроинтродуцентов в северном регионе.

C. laxiflorus – листопадный кустарник, от 1 до 2,5 м высотой. Естественно произрастает в субарктическом и умеренном климате, вид теневынослив, но открытые места произрастания для него более благоприятны, к плодородию почвы малотребователен [34–36]. В коллекцию дендрария вид привлечен в 2003 г. саженцами, полученными из г. Новосибирска. В условиях среднетаежной подзоны Республики Коми растение достигло в высоту 1,8 м, сформировав рыхлую крону с раскидистыми побегами. Вегетация данного вида начинается в первой декаде мая и продолжается до конца сентября. Листовая пластинка крупная, эллиптическая, 6 см в длину и 4 см в ширину, сверху зеленая, в осенний период приобретает окраску от золотистых до огненно-красных оттенков. В это время года растение становится особенно декоративным. Цветки мелкие около 6 мм в диаметре, бокаловидные, розоватые. Цветение продолжительное – от 20 до 30 дней, но необильное. Массовое цветение отмечается во второй декаде июня. Массовое созревание плодов – в конце августа. Плоды почти шаровидные, 1,2 см длиной и 1 см в диаметре, сначала светло-зеленые, зрелые – черные, матовые, с тремя–четырьмя семенами.

В дендрарии Ботанического сада C. laxiflorus отличается высокой зимостойкостью (I балл), вредителями и болезнями не повреждается, хорошо переносит формирующую стрижку.

Сравнительный анализ динамики роста побегов C. laxiflorus в условиях интродукции в 2009 г. и 2016 г. показал, что скорость завершения ростовых процессов у растений в 2016 г. возросла: окончание роста побегов в этом году отмечено в конце второй декады июля в отличие от 2009 г., где завершение наблюдается только во второй декаде августа. Однако прирост побегов в 2009 г. был более интенсивным, чем в 2016 г., что, вероятно, обусловлено возрастной особенностью роста растений (рис. 5).

 

Рисунок 5 – Динамика роста побегов Cotoneaster laxiflorus в разные годы наблюдений

 

При сравнении среднемесячных температур с апреля по август отмечено, что в 2016 г. температура воздуха этих месяцев была выше, чем в 2009 г., на 5,6°C – в апреле, на 2,6°C – в мае, на 0,1°C – в июне, на 3,7°C – в июле и на 4,4°C – в августе (табл. 1).

 

Таблица 1 – Среднемесячная температура воздуха г. Сыктывкара, °C (на основе метеоданных от справочно-информационного портала «Погода и климат») [37]

Годы	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь
2009	−0,8	8,8	14,5	16,2	13,7	11,6
2016	4,8	11,4	14,6	19,9	18,1	9,0

 

Таким образом, явно прослеживается зависимость ростовых процессов изучаемого вида от температурных факторов. Повышение температуры воздуха в месте интродукции способствовало сокращению периода роста побегов исследуемого вида, а также смещению сроков начала и окончания фенологических фаз. Теплый весенне-летний период 2016 г. стимулировал растения к раннему началу и окончанию вегетации, прохождению фаз цветения и плодоношения растений и ускорению ростовых процессов побегов (табл. 2).

 

Таблица 2 – Сезонный ритм развития Cotoneaster laxiflorus

Годы наблюдений	Фенологические фазы роста и развития, даты
	Вегетация		Рост побегов		Массовое цветение	Массовое плодоношение
	начало	окончание	начало	окончание
2009	12.V	05.X	16.V	18.VIII	22.VI	01.IX
2016	01.V	30.IX	04.V	18.VII	11.VI	21.VIII

 

C. integerrimus – листопадный, прямостоячий кустарник до 2 м высотой. Вид распространен от Европы до Северной Кореи и Западных Гималаев [34–36]. В Ботаническом саду растения этого вида испытываются с 1976 г. Семена получены из г. Архангельска. К 46 годам растения достигли 1,7 м в высоту, сформировали широкую, раскидистую крону. Начало вегетации растений в условиях культивирования в среднетаежной подзоне Республики Коми отмечено в первой декаде мая, окончание – в первых числах октября. Листья широкояйцевидные, сверху темно-зеленые, гладкие, снизу с войлочным опушением, до 5 см длиной. Цветет в июне розоватыми цветками (диаметром до 7 мм), собранными в поникающие щитковидные кисти. Растения весьма декоративны в период массового плодоношения в конце августа – начале сентября. Плоды ярко-красные, почти шаровидной формы, 1,2 см длиной, 1,3 см в диаметре, долго остаются на растениях после созревания.

В среднетаежной подзоне Республики Коми вид очень зимостоек (I балл зимостойкости), нетребователен к почве, не повреждается вредителями и болезнями, хорошо восстанавливается после стрижки.

Изменение сроков наступления и окончания фенологических фаз у C. integerrimus подчиняется той же закономерности, что и у C. laxiflorus. Из-за повышения температуры воздуха в весенне-летние месяцы 2016 г. (табл. 1), начало и окончание вегетации, цветение и плодоношение происходили раньше, нежели в летний период 2009 года (табл. 3). Также в ходе процесса роста значение линейного прироста побегов изучаемых растений в условиях повышения среднемесячных температур воздуха в районе интродукции существенно увеличивается. В 2016 г. прирост побегов за вегетационный сезон составлял 19,5 см, что в 2,3 раза превысило таковой показатель в 2009 г. (рис. 6).

 

Таблица 3 – Сезонный ритм развития Cotoneaster integerrimus в разные годы наблюдений

Годы	Фенологические фазы роста и развития, даты
	Вегетация		Рост побегов		Массовое цветение	Массовое плодоношение
	начало	окончание	начало	окончание
2009	14.V	08.X	18.V	04.VIII	27.VI	03.IX
2016	02.V	01.IX	05.V	27.VII	12.VI	25.VIII

 

Рисунок 6 – Динамика роста побегов Cotoneaster integerrimus в разные годы наблюдений

 

Таким образом, в связи с заметным изменением среднемесячных температур летних месяцев у изучаемых растений в районе интродукции отмечается смещение сроков наступления и окончания основных фенологических фаз, а также сокращение периода роста их побегов, что свидетельствует о приспособленности видов к условиям среднетаежной подзоны Республики Коми.

Заключение

В районе проведения исследований климат достаточно суров (длительная холодная зима и короткое умеренное лето) для интродукции многих ценных декоративных видов растений. Для выявления основных тенденций потепления климата в среднетаежной подзоне Республики Коми были обработаны и проанализированы среднегодовые и среднемесячные температуры воздуха в г. Сыктывкаре за период с 1901 по 2020 гг. Выявлено изменение среднемесячных температур воздуха вегетационного периода в сторону их повышения. Это оказало положительное влияние на акклиматизацию интродуцируемых растений рода Cotoneaster.

Анализ сезонного ритма роста и развития Cotoneaster laxiflorus и C. integerrimus в условиях потепления климата выявил существенные изменения, которые выражаются в сокращении сроков ростовых процессов и более раннем окончании вегетации, что позволяет интродуцентам успешно адаптироваться в условиях среднетаежной подзоны Республики Коми – они завершают процессы одревеснения побегов и успевают подготовиться к осенне-зимнему периоду. Интродуценты отличаются высокой зимостойкостью. Таким образом, происходящие климатические изменения оказывают положительное влияние и способствуют успешному культивированию исследуемых видов в Республике Коми.

About the authors

Artur Nikolaevich Punegov

Institute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: apunegov@ib.komisc.ru

Engineer-Researcher of the Botanical Garden

Russian Federation, Syktyvkar

Olga Valeryevna Skrotskaya

Institute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: skrockaja@ib.komisc.ru

Candidate of Biological Sciences, Head of the Botanical Garden

Russian Federation, Syktyvkar

Smirnova Anna Nikolaevna

Institute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: smirnova@ib.komisc.ru

Junior Researcher of the Botanical Garden

Russian Federation, Syktyvkar

References

Supplementary files