Приложение 13

Приложение 13
Наименование программы:
«Структурные и функциональные изменения компонентов лесных экосистем при
воздействии неблагоприятных факторов окружающей среды»
Обоснование необходимости проведения исследований:
Ксилогенез (образование древесины) – глобальный процесс консервации углерода
в составе структурных полимеров углеводной и фенольной природы в составе клеточных
стенок древеснеющих тканей растений по масштабам вовлекаемых веществ  второй
после фотосинтеза. Подавляющая часть лесов Сибири произрастает в условиях, далеких
от оптимума, испытывая негативное влияние постоянно (1) и периодически (2)
действующих природных стрессов: 1 – воздействие абиотических и биогенных факторов,
ограничивающих продукционный процесс в связи с географическим положением и
состоянием экосистемы, малоизученным воздействием внутривидовой конкуренции как
регулятора численности популяций через посредство комплекса негативных воздействий,
вызывающих фитоценотический стресс, приводящий к естественному изреживанию
насаждений; 2 – влияние пожаров на лесные экосистемы, также корректирующих
продуктивность древостоев, техногенных воздействий, усугубляющих негативное
действие первых. Фундаментальной проблемой экологии древесных растений является
влияния экологических стрессов на интенсивность включения углерода в состав
фитомассы в процессе ксилогенеза. Для решения этой задачи предполагается изучить
влияние природных и техногенных стрессов на метаболизм камбиальной зоны и
структурные изменения годичного кольца древесины под влиянием внутривидовой
конкуренции, повреждений пожарами различной интенсивности, рубок ухода, адаптации
к условиям произрастания на техногенных землях.
Почва как неотъемлемый компонент лесных экосистем, является регулятором
многих процессов, протекающих в биосфере. «Функционирование» почвы включает в
себя совокупность взаимосвязанных процессов перемещения и трансформации вещества и
энергии, обеспечивающих устойчивое развитие наземных экосистем. Основными
параметрами, характеризующими функционирование почвы, наряду с показателями
гидротермического режима, служат строение почвенного профиля и физико-химические
свойства почвы; строение органопрофиля, формы и запасы органического вещества (ОВ),
включая подстилку и корневой детрит; интенсивность поступления ОВ с опадом
надземной и подземной фитомассы; скорость разложения ОВ на поверхности и в толще
почвы; активность микробного комплекса и педобионтов и др. На разных этапах эти
параметры неодинаковы и сопряжены с этапами развития всего биогеоценоза. Природные
и антропогенные факторы могут существенно изменить тип формирования почвы,
интенсивность процессов, обусловив изменение статуса почвы и экосистемы в целом, что
делает количественную оценку влияния факторов окружающей среды на параметры
функционирования почвы в лесных экосистемах Сибири (включая нарушенные и
восстанавливающиеся леса после рубки, пожаров, на отвалах вскрышных пород, а также в
экспериментальных культурах хвойных и лиственных пород) весьма актуальной. В связи с
этим центральной задачей почвенного блока проекта является анализ аккумуляции и
трансформации органического и минерального вещества как важнейшей ресурсной и
биосферной функции лесных почв.
Микробные комплексы лесных экосистем вследствие своей высокой
чувствительности и полифункциональности служат индикаторами состояния всех
биогоризонтов (почвы, ризосферы, филлосферы) лесного биогеоценоза на самых ранних
стадиях воздействия экологических и антропогенных факторов. Они чутко реагируют на
все нарушения экосистемы, с одной стороны, и обладают высокой адаптивной ответной
реакцией на эти нарушения и функциональной устойчивостью, являются агентами,
198
поддерживающими систему в состоянии гомеостаза – с другой. Ранее нами были
выявлены адекватные индикационные микробиологические и физиолого-биохмические
(по реакции древостоя) показатели и разработана принципиальная схема соподчиненной
индикации нарушений почвенного компонента и фитоценоза лесных экосистем Сибири
при
различных
антропогенно-техногенных
воздействиях.
Реализация
микробиологического блока позволит расширить диапазон знаний о структурной
организации, динамике и функциональной активности микробных комплексов при
антропогенных воздействиях разного типа. Это позволит, в свою очередь, реализовать
прогностическую составляющую микробиологического мониторинга (в том числе в виде
моделей) и разработать научные основы эколого-биотехнологического использования
функциональных возможностей микробных комплексов в улучшении состояния
нарушенных биогоризонтов лесных экосистем.
Цель исследований:
 Выявление общих и специфических для различных негативных воздействий
окружающей среды изменений морфогенеза и метаболизма лесообразующих видов
хвойных, стресс-индуцируемых изменений активности ферментов в тканях хвойных и
функций антиоксидантной системы в защите растений от стрессов
 Оценка параметров функционирования почвы в лесных экосистемах Сибири, в разной
степени нарушенных и восстанавливающихся после воздействия рубки леса, пожаров,
на отвалах вскрышных пород, в экспериментальных культурах хвойных и лиственных
пород, в экосистемах с высокими рекреационными нагрузками.
 Исследование структурных и функциональных изменений микробных комплексов в
лесных биогеоценозах при воздействии экологических и антропогенно-техногенных
факторов, фитопатологического состояния насаждений и разработка вариантов
микробиологической биоремидиации.
 Выявление приуроченности параметров (разнообразие, продуктивность) компонентов
к сукцессионным стадиям техногенных экосистем; разработка сукцессионных серий
восстановления, продолжительности и параметров их стадий.
Предполагаемые результаты:
 критерии комплексной оценки стрессового состояния и устойчивости хвойных по
морфологическим и биохимическим показателям;
 характеристика изменения физико-химических показателей ранней и поздней
древесины, образованной при различных условиях окружающей среды, на основе
результатов термогравиметрии, дифференциальной сканирующей калориметрии, ИКФурье-спектроскопии, N/C-анализа и растровой электронной микроскопии;
 прогноз жизнеспособности лесных фитоценозов, поврежденных низовыми пожарами
различной интенсивности и растущих на рекультивированных землях по экологофизиологическим показателям;
 количественная оценка параметров функционирования почв в природных лесных
экосистемах Сибири и их антропогенно-нарушенных аналогах;
 характеристика доминантных и устойчивых к антропогенным воздействиям
микроорганизмов почвы, ризосферы и филлосферы;
 характеристика биогеохимических функций микробных комплексов почв в условиях
экстремального развития (криогенез, заболачивание, антропогенное воздействие),
микробиологической трансформации углерода и азота в условиях криогенеза –
микробиологическая эмиссия СО2, СН4, N2O. фитопатогенного состояния ризосферы
и филлосферы лесных насаждений республики Тыва;
 характеристика сезонной и сукцессионной изменчивости компонентов биоценоза –
почвы, растительности, животных; описание сукцессионных серий восстановления,
продолжительности и параметров их стадий.
199