Министерство природных ресурсов и экологии Российской Федерации

ВАЛЕЖНИК — ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЗАПОВЕДНИКЕ «КИВАЧ»

Старовозрастные леса заповедника «Кивач» вот уже не одно десятилетие служат научно-исследовательской площадкой для ученых из Института леса Карельского научного центра Российской академии наук. В последние годы, когда все заметнее стали ощущаться «капризы погоды», которые приписывают росту концентрации СО2 в атмосфере, к этим нетронутым лесам возник особый интерес. В настоящее время считается научно доказанным, что в смягчении современных климатических изменений и в «обуздании» погодных аномалий лесные экосистемы призваны сыграть существенную роль.

В заповеднике «Кивач» в течение трёх последних лет под эгидой Института Леса Карельского научного центра Российской академии наук работают ученые из разных научно-исследовательских организаций: Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета, Санкт-Петербургского государственного университета, Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений, Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Полярно-альпийского ботанического сада-института (Е. В. Шорохова (руководитель проекта),  Е. А. Боровичев, Н. А. Галибина, И. А. Казарцев, Е. А. Капица, А. М. Крышень, И. Н. Курганова, Е. В. Кушневская, В. О. Лопес де Гереню, А. В. Мамай, Е. В. Мошкина, М. В. Окунь, А. В. Полевой, И. В. Ромашкин, А. В. Руоколайнен.) (фото 1). Комплексные исследования организованы в рамках проекта «Процессы фрагментации и разложения древесной коры: биотические и абиотические факторы» при финансовой поддержке Российского научного фонда. В составе группы принимают участие ученые разных специальностей — биологи, лесоводы и почвоведы.

Фото 1. Участники проекта

Фото 1. Участники проекта

Каждый, кто бывал в старом заповедном лесу, не мог не ощутить на себе, как трудно по нему передвигаться: под ногами всегда лежат то небольшие, а то и весьма крупные стволы поваленных деревьев (фото 2, 3, 4). Эти крупные древесные остатки (валёж, зависшие стволы, пни разной высоты) активно заселяются насекомыми, грибами, эпиксильной (растущей на поверхности валежа) растительностью.

Фото 2. Старовозрастный ельник в заповеднике «Кивач»  

Фото 2. Старовозрастный ельник в заповеднике «Кивач»

Фото 3. Масса гниющей древесины в таёжном лесу может составлять от 20% до 40% массы живых деревьев

Фото 3. Масса гниющей древесины в таёжном лесу может составлять от 20% до 40% массы живых деревьев

 Роль в экосистеме упавших деревьев коренным образом отличается от роли живых. Если растущие деревья забирают из атмосферы углекислый газ (СО2) и используют его на создание живого органического вещества, то из упавших он, наоборот, активно выделяется. Выделение двуокиси углерода осуществляется в процессе дыхания многочисленных живых организмов (от бактерий до насекомых), населяющих мертвую древесину

Даже опытные ученые, не один год проработавшие в лесу, не все обращают внимание на то, что скорости разложения коры и древесины не одинаковы. Кора и мёртвая древесина обладают разными физическими свойствами и неодинаковым биохимическим составом, они различаются и совокупностями населяющих их организмов. Это и определяет скорость их разложения.

Видовой состав живых организмов, заселяющих валёж и использующих его ткани в процессе жизнедеятельности, зависит от вида дерева и давности его падения, от микроклимата того или иного лесного сообщества. Одни из них предпочитают лиственные породы деревьев, другие — хвойные, одни заселяют недавно упавшие деревья, другие — мягкую сильно разрушенную древесину, одни селятся в сухих сосняках, другие — в сырых ельниках и так далее. Вариантов очень много.

Фото 4. Пройдёт много десятилетий, прежде чем ствол этого дерева окажется на поверхности земли, затем будет погребён в толще лесной подстилки и почвы, и наконец, под воздействием большой армии живых организмов, превратится в гумус

Фото 4. Пройдёт много десятилетий, прежде чем ствол этого дерева окажется на поверхности земли, затем будет погребён в толще лесной подстилки и почвы, и наконец, под воздействием большой армии живых организмов, превратится в гумус

 Разделить «жизнь» упавшего дерева на составляющие — кору и древесину оказалось не так-то просто. Именно на это: понимание роли коры в «судьбе» древесных остатков и жизни леса в целом, — направлена исследовательская деятельность нашей группы. Для проведения уникальных комплексных исследований на территории заповедника было выбрано 85 объектов — упавших деревьев разной давности отмирания и относящихся к четырем наиболее характерным для таежных лесов породам (сосна, ель, осина и берёза). Для определения интенсивности дыхания стволов в целом, а также коры и древесины в отдельности, были разработаны специальные камеры с держателями и сконструирован прибор, позволяющий с высокой точностью определять в них концентрацию углекислого газа (фото 5, 6). Это абсолютное ноу-хау: нигде ранее исследования по разделению дыхания коры и древесины не проводили, и методов для этого предложено не было.

Фото 5. Измерение потоков СО2 с валежных стволов

Фото 5. Измерение потоков СО2 с валежных стволов

Фото 6. Камеры и портативный газоанализатор для измерения дыхания валежа  в целом, а также коры и древесины в отдельности

Фото 6. Камеры и портативный газоанализатор для измерения дыхания валежа в целом, а также коры и древесины в отдельности

Для характеристики сообщества живых организмов, населяющих древесные остатки, использовались традиционные методы прямого учета насекомых (фото 7, 8), растений и плодовых тел грибов. Кроме того, для изучения микроорганизмов, населяющих кору различных древесных пород на разных стадиях ее разложения, применили один из самых современных методов молекулярной биологии — геномное секвенирование (от англ. sequence — последовательность), основанный на определении первичной аминокислотной или нуклеотидной последовательности биополимеров (белков и нуклеиновых кислот – ДНК и РНК). Использование этого метода позволило установить видовую структуру и встречаемость микроорганизмов, ассоциированных с разлагающейся корой деревьев.

Фото 7. Установка ловушек — стволовых эклекторов, для учета ксилофильных насекомых  на исследуемых объектах  

Фото 7. Установка ловушек — стволовых эклекторов, для учета ксилофильных насекомых на исследуемых объектах

Фото 8. В такую ловушку попадают только те насекомые,  личинки которых развивались в стволе этого упавшего дерева

Фото 8. В такую ловушку попадают только те насекомые, личинки которых развивались в стволе этого упавшего дерева 

 Первые результаты показали, что древесная порода валежа, в сочетании с его давностью, играет первостепенную роль в видовом составе сообществ, общем видовом разнообразии грибов и грибоподобных организмов, ксилофильных («любящих» древесину) насекомых и эпиксильной растительности. В результате начальной фрагментации коры насекомыми ускоряются процессы ее дальнейшего разложения на валеже и в лесной подстилке. При гниении кора, как правило, выделяет меньше СО2 в атмосферу, чем древесина.

В процессе работы среди разрушителей древесины нашлись несколько редких видов живых организмов (фото 9, 10, 11,12) 

Фото 9. Гриб Hericium cirrhatum (Pers.) Nikol. из семейства Герициевых (Hericiaceae) на валежном стволе осины. С конца июня до конца сентября образует плодовые тела на мертвой древесине лиственных пород

Фото 9. Гриб Hericium cirrhatum (Pers.) Nikol. из семейства Герициевых (Hericiaceae) на валежном стволе осины. С конца июня до конца сентября образует плодовые тела на мертвой древесине лиственных пород

Фото 10. Гриб Punctularia strigozozonata (Schwein.) P.H.B. Talbot из семейства Кортициевых (Corticiaceae) на валежном стволе осины. Приурочен к старовозрастным хвойным лесам и осинникам. Включен в Красную книгу Карелии (2007)  

Фото 10. Гриб Punctularia strigozozonata (Schwein.) P.H.B. Talbot из семейства Кортициевых (Corticiaceae) на валежном стволе осины. Приурочен к старовозрастным хвойным лесам и осинникам. Включен в Красную книгу Карелии (2007)

Фото 11. Печеночник Radula complanata (L.) Dumort. поселяется в заповеднике «Кивач» только на коре осин — как живых, так и валёжных  

Фото 11. Печеночник Radula complanata (L.) Dumort. поселяется в заповеднике «Кивач» только на коре осин — как живых, так и валёжных

Фото 12. Lophoziopsis longidens (Lindb.) Konstant. et Vilnet. — один из наиболее распространенных печеночников, встречающихся на валежнике

Фото 12. Lophoziopsis longidens (Lindb.) Konstant. et Vilnet. — один из наиболее распространенных печеночников, встречающихся на валежнике

Е. В. Шорохова, И. Н. Курганова. Фото участников проекта.

Оригинал статьи "ВАЛЕЖНИК — ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ В ЗАПОВЕДНИКЕ «КИВАЧ»