ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2019, № 6, С.556-566


СОПРОТИВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ ВЛАГИ В ПРОВОДЯЩЕЙ СИСТЕМЕ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
Т. А. Сазонова, В. К. Болондинский, В. Б. Придача
Институт леса КарНЦ РАН
Россия, 185910, Петрозаводск, ул. Пушкинская, 11
Е-mail: sazonova@krc.karelia.ru


Поступила в редакцию 13.12.2017 г.
Вода является ведущим фактором среды, лимитирующим продуктивность растений. Водоснабжение растения обусловлено гидравлической проводимостью всех его тканей и органов от корней до листьев. Для выявления количественной оценки сопротивлений движению влаги в разных звеньях водопроводящей системы древесного растения нами проведен анализ данных многолетних наблюдений скорости водного потока по ксилеме ствола, абсолютной влажности ксилемы, водных потенциалов корней и охвоенных побегов сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) в условиях сосняка черничного свежего европейской части средней тайги (Южная Карелия). На основе полученных данных рассчитаны сопротивления движению влаги в звеньях «почва – корень» и «корень – побег», равные 2.2*106 и 5.5*106 МПа с м-3 соответственно. Установлен диапазон изменчивости удельного сопротивления в звене «корень – побег» в течение вегетации, который составил 0.39*104… 0.84*104 МПа с м-2 при изменении абсолютной влажности ксилемы от ее максимальных до минимальных значений.
Ключевые слова: сосна обыкновенная, водный потенциал корня и охвоенного побега, скорость водного потока по ксилеме ствола, абсолютная влажность ксилемы, сопротивление движению влаги в звене «почва – корень», сопротивление ксилемы ствола, сосняк черничный, Южная Карелия.
Работа выполнена в рамках Государственного задания Института леса КарНЦ РАН (0220-2017-0002) и при частичной финансовой поддержке РФФИ (17-04-01087-а).
DOI: 10.1134/S0024114819060081


СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



  • Балыков Н.Г. Методы и устройства автоматической регистрации процессов роста древесных растений // Биофизические методы исследований в экофизиологии древесных растений. Л.: Наука, 1979. с. 18–34.

  • Гамалей Ю.В. Транспортная система сосудистых растений. СПб: Изд-во Санкт-Петербургского государственного университета, 2004. 424 с.

  • Ивантер Э.В., Коросов А.В. Введение в количественную биологию. Петрозаводск: Изд-во Петрозаводского государственного университета, 2003. 304 с.

  • Кайбияйнен Л.К. Эколого-физиологические исследования сосны и сосновых древостоев // Труды Карельского НЦ РАН. 2003. Вып. 5. С. 65–73.

  • Кайбияйнен Л.К., Сазонова Т.А. Запасы воды в древесине сосны обыкновенной // Лесоведение. 1993. № 6. С. 58–64.

  • Кайбияйнен Л.К., Сазонова Т.А., Тихов П.В. Транспирационные потоки в ксилеме сосны и динамика потребления влаги // Лесоведение. 1981. № 2. С. 27–34.

  • Назарова Л.Е. Климат республики Карелия (Россия): температура воздуха, изменчивость и изменения // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2014. № 1. С. 746−749.

  • Назарова Л.Е. Атмосферные осадки в Карелии // Труды Карельского НЦ РАН. 2015. № 9. С. 114−120.

  • Романов А.А. О климате Карелии. Петрозаводск: Карелия, 1961. 140 с.

  • Сазонова Т.А., Болондинский В.К., Придача В.Б. Эколого-физиологическая характеристика сосны обыкновенной. Петрозаводск: Verso, 2011. 207 с.

  • Сазонова Т.А., Болондинский В.К., Придача В.Б. Влияние водного дефицита хвои сосны обыкновенной на фотосинтез в условиях достаточного почвенного увлажнения // Лесоведение. 2017. № 4. С. 311–318.

  • Сазонова Т.А., Кайбияйнен Л.К., Колосова С.В. Диагностика водного режима Pinus sylvestris (Pinaceae) // Ботанический журнал. 2005. Т. 90. № 7. С. 1012−1022.

  • Соловьев С.А. Применение тензиометров в экологических исследованиях // Экология. 1971. № 6. С. 93–95.

  • Berry J.A., Beerling D.J., Franks P.J. Stomata: key players in the earth system, past and present // Current Opinion in Plant Biology. 2010. V. 13. Р. 232–239.

  • Bouche P.S., Larter M., Domec J.C., Burlett R., Gasson P., Jansen S., Delzon S. A broad survey of hydraulic and mechanical safety in the xylem of conifers // Journal of Experimental Botany. 2014. V. 65. P. 4419–4431.

  • Brodersen C.R., McElrone A.J., Choat B., Lee E.F., Shackel K.A., Matthews M.A. In vivo visualizations of drought-induced embolism spread in Vitis vinifera // Plant Physiology. 2013. v. 161. P. 1820–1829.

  • Brodribb T.J., Cochard H. Hydraulic failure defines the recovery and point of death in water-stressed conifers // Plant Physiology. 2009. V. 149. P. 575–584.

  • Buckley T.N. The control of stomata by water balance // New Phytologist. 2005. V. 168. P. 275–292.

  • Carminati A. Rhizosphere wettability decreases with root age: a problem or a strategy to increase water uptake of young roots? // Frontiers in Plant Science. 2013. V. 4. P 1–9.

  • Cochard H. Vulnerability of several conifers to air embolism // Tree Physiology. 1992. v. 11. P. 73–83.

  • Cruiziat P., Cochard H., Améglio T. Hydraulic architecture of trees: main concepts and results // Annals of Forest Science. 2002. V. 59. P. 723–752.

  • Domec J.C., Schäfer K., Oren R., Kim H.S., McCarthy H.R. Variable conductivity and embolism in roots and branches of four contrasting tree species and their impacts on whole-plant hydraulic performance under future atmospheric CO2 concentration // Tree Physiology. 2010. V. 30. P. 1001–1015.

  • Doussan C., Pierret A., Garrigues E., Pagès L. Water uptake by plant roots: II – modelling of water transfer in the soil root-system with explicit account of flow within the root system – comparison with experiments // Plant & Soil. 2006. V. 283. P. 99–117.

  • Draye X., Kim Y., Lobet G., Javaux M. Model-assisted integration of physiological and environmental constraints affecting the dynamic and spatial patterns of root water uptake from soils // Journal of Experimental Botany. 2010. V. 61. P. 2145–2155.

  • Fatichi S., Pappas C., Ivanov V. Modeling plant–water interactions: an ecohydrological overview from the cell to the global scale // WIREs: Water. 2015. P. 1–42.

  • Franks P.J., Drake P.L., Froend R.H. Anisohydric but isohydrodynamic: seasonally constant plant water potential gradient explained by a stomatal control mechanism incorporating variable plant hydraulic conductance // Plant, Cell & Environment. 2007. V. 30. P. 19–30.

  • Granier A., Breda N., Claustres J.P., Colin F. Variation of hydraulic conductance of some adult conifers under natural conditions // Annals of Forest Science. 1989. V. 46. Р. 357–360.

  • Hellkvist J., Richards G., Jarvis P.G. Vertical gradients of water potential and tissue relations in Sitka spruce trees measured with the pressure chamber // Journal of Applied Ecology. 1974. v. 11. p. 637–667.

  • Hinckley T.M., Lassoie J.R., Running S.W. Temporal and spatial variations in the water status of forest trees // Forest Science. 1978. V. 24. P. 186–194.

  • Huber B. Die beurteilung des wasserhaushaltes der pflanze // Jb. Wiss. Botanik. 1924. V. 64. S. 1–20.

  • Irvine J., Perks M.P., Magnani F., Grace J. The response of Pinus sylvestris to drought: stomatal control of transpiration and hydraulic conductance // Tree Physiology. 1998. V. 18. P. 393–402.

  • Jarvis P.G. Water transfer in plants // Heat and mass transfer in the plant environment. Washington: Scripta, 1975. P. 369–394.

  • Jarvis P.G. Stomatal response to water stress in conifers // Adaptation of plants to water and high temperature stress. N. Y.: Academic Press, 1980. P. 105–121.

  • Katul G.G., Oren R., Manzoni S., Higgins C., Parlange M.B. Evapotranspiration: a process driving mass transport and energy exchange in the soil-plant-atmosphere-climate system // Reviews of Geophysics. 2012. V. 50. P. 1–25.

  • Köcher P., Horna V., Leuschner C. Stem water storage in five coexisting temperate broad-leaved tree species: significance, temporal dynamics and dependence on tree functional traits // Tree Physiology. 2013. V. 33. P. 817–832.

  • Kramer P.J., Boyer J.S. Water relations of plants and soil. N. Y.: Academic Press, 1995. 495 p.

  • Lu P., Biron P., Granier A., Cochard H. Water relations of adult Norway spruce (Picea abies (L) Karst.) under soil drought in the Vosges mountains: whole-tree hydraulic conductance, xylem embolism and water loss regulation // Annals of Forest Science. 1996. V. 53. Р. 113–121.

  • Marshall D.C. Measurement of sap flow in conifers by heat transport // Plant Physiology. 1958. v. 39. p. 385–396.

  • Martín-Gómez P., Aguilera M., Pemán J., Gil-Pelegrín E., Ferrio J.P. Contrasting ecophysiological strategies related to drought: the case of a mixed stand of Scots pine (Pinus sylvestris) and a submediterranean oak (Quercus subpyrenaica) // Tree Physiology. 2017. V. 37. P. 1478–1492.

  • Martínez-Vilalta J., Sala A., Piñol J. The hydraulic architecture of Pinaceae – a review // Plant Ecology. 2004. V. 171. P. 3–13.

  • McCulloh K.A., Meinzer F.C., Sperry J.S., Lachenbruch B., Voelker S.L., Woodruff D.R., Domec J.C. Comparative hydraulic architecture of tropical tree species representing a range of successional stages and wood density // Oecologia. 2011. V. 167. P. 27–37.

  • Meinzer F.C., McCulloh K.A. Xylem recovery from drought-induced embolism: where is the hydraulic point of no return? // Tree Physiology. 2013. V. 33. P. 331–334.

  • Nardini A., Salleo S., Tyree M.T., Vertovec M. Influence of the ectomycorrhizas formed by Tuber melanosporum Vitt. on hydraulic conductance and water relations of Quercus ilex L. seedlings // Annals of Forest Science. 2000. V. 57. P. 305–312.

  • Nardini A., Savi T., Trifilò P., Gullo M.A. Drought stress and the recovery from xylem embolism in woody plants // Progress in Botany. 2018. V. 79. P. 197-232.

  • North G.B., Nobel P.S. Changes in hydraulic conductivity and anatomy caused by drying and rewetting roots of Agave deserti (Agavaceae) // American Journal of Botany. 1991. V. 78. P. 906–915.

  • Olchev A.V., Deshcherevskaya O.A., Kurbatova Y.A., Molchanov A.G., Novenko E.Y., Pridacha V.B., Sazonova T.A. CO2 and H2O exchange in the forest ecosystems of southern taiga under climate change // Doklady Biological Sciences. 2013. V. 450. P. 173−176.

  • Roberts J. The use of tree-cutting techniques in the study of the water relations of mature Pinus sylvestris L. I. The technique and survey of the results // Journal of Experimental Botany. 1977. V. 28. P. 751–767.

  • Roberts J. The use of the ‘tree cutting’ technique in the study of the water relations of Norway spruce, Picea abies (L.) Karst. // Journal of Experimental Botany. 1978. V. 29. P. 465–471.

  • Running S.W. Environmental and physiological control of water flux through Pinus contorta // Canadian Journal of Forest Research. 1980. V. 10. P 82–91.

  • Running S.W., Waring R.H., Rydell R.A. Physiological control of water flux in conifers // Oecologia. 1975. V. 18. P. 1–16.

  • Sack L., Holbrook N.M. Leaf hydraulics // Annual Review of Plant Biology. 2006. V. 57. P. 361–381.

  • Sack L., Buckley T.N., Scoffoni C. Why are leaves hydraulically vulnerable? // Journal of Experimental Botany. 2016. V. 67. P. 4917–4919.

  • Scoffoni C., Albuquerque C., Brodersen C., Townes S.V., John G.P., Bartlett M.K., Buckley T.N., McElrone A.J., Sack L. Outside-xylem vulnerability, not xylem embolism, controls leaf hydraulic decline during dehydration // Plant Physiology. 2017. V. 173. P. 1197–1210.

  • Sellin A. Resistance to water flow in xylem of Picea abies (L.) Karst. trees grown under contrasting light conditions // Trees. 1993. V. 7. P. 220–226.

  • Sellin A. Hydraulic and stomatal adjustment of Norway spruce trees to environmental stress // Tree Physiology. 2001. V. 21. P. 879–888.

  • Sevanto S., Hölttä T., Holbrook N.M. Effects of the hydraulic coupling between xylem and phloem on diurnal phloem diameter variation // Plant, Cell & Environment. 2011. V. 34. P. 690–703.

  • Smith S.E., Facelli E., Pope S., Smith F.A. Plant performance in stressful environments: interpreting new and established knowledge of the roles of arbuscular mycorrhizas // Plant & Soil. 2010. V. 326. P. 3–20.

  • Sperry J.S., Wang Y., Wolfe B.T., Mackay D.S., Anderegg W.R., McDowell N.G., Pockman W.T. Pragmatic hydraulic theory predicts stomatal responses to climatic water deficits // New Phytologist. 2016. V. 212. P. 577–589.

  • Stroock A.D., Pagay V.V., Zwieniecki M.A., Holbrook N.M. The physicochemical hydrodynamics of vascular plants // Annual Review of Fluid Mechanics. 2014. V. 46. P. 615–642.

  • Swanson R.H. Water transpired by trees is indicated by heat pulse velocity // Agricultural Meteorology. 1972. v. 10. p. 277–281.

  • Trubat R., Cortina J., Vilagrosa A. Plant morphology and root hydraulics are altered by nutrient deficiency in Pistacia lentiscus (L.) // Trees. 2006. V. 20. P. 334–339.

  • Tyree M.T., Ewers F.W. The hydraulic architecture of trees and other woody plants // New Phytologist. 1991. V. 119. P. 345–360.

  • Tyree M.T., Velez V., Dalling J.W. Growth dynamics of root and shoot hydraulic conductance in seedlings of five neotropical tree species: scaling to show possible adaptation to differing light regimes // Oecologia. 1998. V. 114. P. 293–298.

  • Urli M., Porté A.J., Cochard H., Guengant Y., Burlett R., Delzon S. Xylem embolism threshold for catastrophic hydraulic failure in angiosperm trees // Tree Physiology. 2013. V. 33. P. 672–83.

  • Van den Honert T.H. Water transport in plants as a catenary process // Interaction of water and porous materials. Discussions of the Faraday Society. 1948. v. 3. p. 146–153.

  • Whitehead D., Jarvis P.G. Coniferous forest and plantations // Water deficits and plant growth. N. Y.: Academic Press, 1981. V. 6. P. 50−151.

  • Whitehead D., Jarvis P.G., Waring R.H. Stomatal conductance, transpiration, and resistance to water uptake in a Pinus sylvestris spacing experiment // Canadian Journal of Forest Research. 1984. V. 14. P. 692–700.

  • Wullschleger S.D., Meinzer F.C., Vertessy R.A. A review of whole-plant water use studies in tree // Tree Physiology. 1998. V. 18. P. 499–512.

  • Zimmermann M.H. Xylem Structure and the aspect of sap. N. Y.: Springer-Verlag, 1983. 143 p.