От Сыктывкара до Геленджика в поисках борщевика

В 2018 году случился июльский автопробег от Сыктывкара до Геленджика и обратно. Причина путешествия стара как мир — поиски моря и приключений. Конечно мы не замахивались на «Великие Географические», но то что мы получили будем вспоминать долго.

Особенно «порадовали» ростовские и краснодарские ДПС.  Да обрушатся на них египетские меры (старичок Рамсес I повелел людям, которых уличили во взяточничестве, отрезать нос и ссылали на каторгу). Дорогие друзья, тысяча извинений, как говорит Жорик Вартанов, за лирическое отступление.

Важный момент, что мы картографировали наличие борщевика Сосновского по пути своего следования (вдоль автодороги).

Маршрут из дома: Сыктывкар — Йошка-Ола — Ульяновск — Саратов — Волгоград — Сальск — Краснодар — Геленджик

Маршрут домой: Геленджик — Элиста — Волгоград — Саратов — Пенза — Саранск — Йошкар-Ола — Сыктывкар

В результате поездки борщевик наблюдали от Сыктывкара до Йошкар-Олы. В Пензенской области в одном месте вокруг фермы с красивыми коровками были замечены похожие на борщевик Сосновского растения. Но это наблюдение всё таки единичное.  В целом активное использование земли (придорожные посевы подсолнухов в Пензенской области особенно прекрасны), выпас скота и конечно климатические условия сдерживают распространение борща.

Фотоснимки борщевика Сосновкого с геопривязкой были загружены в систему РИВР.

Помораживание УНИЧТОЖАЕТ борщевик?!

Аннотация

Результаты наблюдений воздействия низких отрицательных температур на растения борщевика Сосновского (Heracleum sosnowskyi Manden.) в подзоне средней тайги (окрестности г. Сыктывкара, 61.64694444° с.ш 50.7572778).

Растения промерзали после уборки снежного покрова и снижения температур воздуха в марте-апреле. Показано негативное влияние промораживания на количество и ростовые показатели борщевика Сосновского в естественных зарослях.

На основе предварительных результатов следует провести масштабный опыт для разработки технологии управления инвазией гигантского борщевика с помощью естественного промораживания. Метод является безопасным для окружающей среды и может быть использован на любых участках с подходящими  климатическими условиями.

Введение

Во время вегетации растения борщевика Сосновского характеризуются высокой жизнеспособностью. Инвазии гигантских борщевиков обусловлены эффективным использованием ресурсов среды, высокими темпами роста, формированием плотного полога зарослей, высокой семенной продуктивностью и наличием у растений хорошо защищенного банка почек возобновления [Ecology and management…, 2007; Dalke et al., 2015, Веселкин и др., 2017].

До настоящего времени было предложено не менее восьми групп методов уничтожения зарослей гигантских борщевиков: вспашка (дискование) почвы, ручная прополка (выкопка растений), кошение, срезание (изоляция) соцветий, мульчирование (укрывные материалы), применение гербицидов, воздействие СВЧ-излучения, потрава скоту. Наиболее действенными из них являются: многократное дискование и посев замещающих культур, химическая обработка и применение укрывных материалов [Ecology and management…, 2007; Далькэ, Чадин, 2008, 2010; Малышев, 2014]. Согласно официальным данным (http://zakupki.gov.ru) в России на практике для  борьбы с H. sosnowskyi используют кошение зарослей, вспашку почвы и обработку гербицидами. Однако, ликвидировать H. sosnowskyi  исключительно скашиванием практически невозможно [Dalke et al., 2015]. Кошение и другие механические методы борьбы требуют значительных затрат ресурсов, высокой организации труда, тщательного контроля [Ecology and management…, 2007]. Эффективные биологические способы контроля инвазии борщевиков пока не разработаны [Резник и др., 2008].

С учетом ограничения использования  пестицидов и агрохимикатов в черте населенных пунктов [Гигиенические требования…, 2016] актуальной является разработка новых безопасных методов управления численностью нежелательной растительности. При разработке новых методов следует  учитывать обратить внимание на биологические особенности вида и климатические условия региона. Несмотря на высокую эффективность использования ресурсов среды и  устойчивость к неблагоприятным условиям растения  H. sosnowskyi подвержены отмиранию и выпадению после заморозков в бесснежный период [Александрова, 1971]. В условиях сезонного климата часто наблюдаются комбинации неблагоприятных для растений погодных явлений: поздневесенние и ранневесенние заморозки, сильные ветры с дождями и засуха [Агроклиматические ресурсы…, 1973].   В зимний период снежный покров  является естественным укрытием от низких повреждающих температур. Целью нашей работы было изучить влияния низких отрицательных температур на рост и развитие зарослей растений борщевика Сосновского естественных условиях после удаления снежного покрова.

Методика

Исследования проводили в подзоне средней тайги в окрестностях г. Сыктывкара. В типичных зарослях борщевика Сосновского вдоль автодороги заложили экспериментальные участки. Высота снежного покрова на участках в среднем составляла 80 см и варьировала от 60 до 100 см.

В первую группу вошли участки, на которых полностью убирали снежный покров (опыт, n=4), на участках второй группы снежный покров оставили без изменений (контроль, n=4). На опытных участках снег очищали полностью, до поверхности земли. После выпадения осадков на опытных участках снежный покров убирали.

Растения борщевика Сосновского быстро отрастают после схода снежного покрова и хорошо отличаются от других видов по форме и размерам листьев. Количество генеративных растений борщевика Сосновского прошлого года определяли по сохранившимся за зиму сухим генеративных побегам и их следам в почве, подсчитывали количество вегетирующих растений старше одного года, всходов и проростков. Возрастное состояние особей оценивали по степени расчлененности листовой пластинки [Сацыперова, 1984].

Количество множественных всходов и проростков  борщевика Сосновского определяли в серии 10-11 выборочных измерений по двум диагоналям участка с помощью рамки площадью 0.028 м2. Все данные по учету количества растений пересчитывали на один квадратный метр участка.

Проективное покрытие борщевика Сосновского   определяли по фотоснимкам при помощи программного комплекса ImageJ для обработки изображений (https://imagej.nih.gov/ij/index.html) [Конюхов, 2012].

Метеорологические данные – температура воздуха и почвы, высота снежного покрова, сумма осадков были получены на сайте погоды (https://rp5.ru) и из специализированных массивов климатических данных (http://aisori.meteo.ru/ClimateR) для метеостанции города Сыктывкара с синоптическим индексом 23804.

Для анализа данных использовали описательную статистику. Значения показателя количества растений по критерию Шапиро-Уилки имели распределение отличное от нормального. Поэтому для описания выборки вместе со средними значениями использовали медиану, размах, минимальное и максимальное значение. Показатели в контроле и опыте сравнивали с помощью непараметрических тестов.

 Результаты

Наблюдения за участками и состоянием растений борщевика Сосновского  проводили в период с 5 марта по 10 июня 2018 г.

Во время закладки опыта (5 марта) после очистки снежного покрова высотой около 80  см, температура почвы была положительная. После выпадений осадков (7 марта) опытные участки снова расчищали от снега. За первые трия дня наблюдений верхний слой почвы без снежного покрытия хорошо промёрз. В дальнейшем участки регулярно очищали от снега после его выпадения.

Данные об изменении температуры воздуха и высоте снежного покрова представлены на рис.1.

Рис. 1. Метеорологические показатели в период проведения наблюдений за растениями Heracleum sosnowskyi (По данным ресурса «Расписание Погоды» https://rp5.ru).

 

Согласно подсчету растений на участках, ценопопуляция, в которой были заложены опыты близка к типичным моновидовым зарослям борщевика Сосновского в условиях среднетаежной зоны. Средняя плотность генеративных растений составила 0.9 штук растений / м2 (рис. 2).

 

Рис 2. Плотность генеративных растений борщевика Сосновского (шт/м2) в контроле (1) и опыте (2).

Согласно критерию Краскела-Уолиса (p-value = 0.02) плотность растений старше 1-го года  на опытных участках было значимо меньше, чем  на контрольных участках (рис. 3).

Рис. 3. Плотность растений борщевика Сосновского  (шт/м2) старше 1-го года на контрольных и опытных участках

Количество растений 1-го года жизни (проростков из семян) на опытных участках было близко к 0 (медиана = 0, среднее = 36), в то время как в контроле число проростков было близко к значениям, характерным для моновидовых зарослей гигантского борщевика (медиана = 321, среднее = 331) (рис.4). Значимость наблюдаемых различий подтверждается критерием Краскела-Уолиса (p-value << 0.001).

Рис. 4. Плотность растений борщевика Сосновского (шт/м2) первого года жизни года на контрольных и опытных участках

Приведенные выше данные хорошо согласуются с значимым снижением проективного покрытия (медианы: 64 % и 15 %, p-value = 0.02) и высоты растений старше 1-го года жизни (медианы: 50 см и 22 см, p-value << 0.001) на опытных участках (рис 5).

Рис 5. Высота растений борщевика Сосновского старше 1 года (А) и проективное покрытие (Б) на контрольных и опытных участках по состоянию на 10.06.2018

Таблица 1. Результаты воздействия низких температур в период покоя на популяционные показатели борщевика Сосновского (10.06.2018).

Показатель Контроль Опыт p*
Плотность растений старше 1-го года (медиана), шт. / м2 3.3 1.8  0.02
Плотность растений 1-го года жизни (медиана), шт. / м2 321.0 0.0 4.79·10-12
Высота растений старше 1-года (медиана), см 50 22 1.68·10-5
Проективное покрытие, % 64 15 0.02

Примечание: * – приведено значение p по результатам теста Краскела-Уоллеса

 Обсуждение

Условия перезимовки на территории Республики Коми в основном благоприятные. Несмотря на понижения температуры до – 40 °С и более, устойчивый снежный покров обеспечивает хорошую сохранность зимующих культур и растений.  К концу зимы высота снежного покрова достигает своего максимального значения 60-70 см.  Согласно нашим определениям в конце календарной зимы 2018 года высота снежного покрова в зарослях H. sosnowskyi была даже несколько выше среднестатистических значений характерных для умеренно-прохладного агроклиматического района Республики Коми [Агроклиматические…, 1973].

Снег характеризуется хорошими теплоизоляционными свойствами. Один сантиметр снежного покрова при минимальных температурах повышает температуру примерно на один градус. От высоты снежного покрова зависит температура почвы на глубине узла кущения озимых (3-5 см).  При снижении температуры воздуха до – 20 °С и высоте снежного покрова до 10 см зимующие растения часто вымерзают. Разность между температурой почвы на уровне узла кущения и минимальной температурой воздуха в этом случае составляет около 9 °С . Снежный покров толщиной 40 см  хорошо изолирует холод,  а при его высоте более 75 см колебания температуры почвы почти полностью затухают. Благодаря хорошему снежному укрытию  средний минимум температуры почвы на глубине 3-5 см в течение зимы составляет в пределах – 4, – 8 °С [Агроклиматические…, 1973].

Биологической особенностью борщевика Сосновского является устойчивость к низким температурам и хорошая зимостойкость. Однако, в литературе описаны случаи вымерзания растений. Например, исключительные условия потепления (до + 2.5 ºС) в декабре 1965 года спровоцировали ростовые процессы борщевиков разных видов. Последовавшее затем резкое понижение температуры при отсутствии снежного покрова привело к гибели 89% растений борщевика Сосновского, 56% – борщевика Лемана и борщевика понтийского [Александрова, 1971].

Почки возобновления борщевика Сосновского расположены на стеблекорне, погружены в почву на глубину 10-15 см и хорошо защищены от механических повреждений. В течение вегетации меристемы почек борщевика Сосновского характеризуются эффективным запасанием энергии на рост и хорошо адаптированы к изменению температуры в широком диапазоне [Маслова и др., 2018].

В благоприятных климатических условия растения борщевика Сосновского продолжают вегетировать до глубокой осени и затем переходят в состояние вынужденного покоя. Наблюдения за отрастанием гигантского борщевика при потеплении в декабре [Александрова, 1971] были подтверждены нами в опыте. Поздней осенью после перемещения взрослых особей из природных условий в лабораторию при температура около 20 ºС, освещении до 80 мкмоль/м2с фотосинтетически активной радиации и регулярном увлажнении наблюдали рост побегов, появление соцветий и созревание семян [Dalke et al., 2018 https://doi.org/10.5281/zenodo.1244757].

Зимой под снежным покровом высотой около 70 см почки возобновления растений защищены от морозов. Под слоем снега семена борщевика проходят период стратификации, дозревают, чтобы сразу после таяния снега начать свой рост и «захват» территории. После уборки снежного покрова весенние заморозки, перепады температур приводят к гибели молодых и зрелых растений борщевика Сосновского, существенному снижению их проективного покрытия.

Борщевик Сосновского в Дагестане

В июне 2018 года нам удалось посетить гостеприимный Кавказ и увидеть как выглядят «заросли» гигантских борщевиков в первичном ареале.  Можно сразу отметить, что высота борщевика в горах существенно ниже, чем на равнине в тайге. Больших зарослей борщевика в горах мы не наблюдали. Координаты места произрастания растений были добавлены в систему РИВР.

Место: Россия, Дагестан, Гунибское плато, Горный ботанический сад Дагестанского научного центра РАН.

Координаты: 42° 24′ 4.32″ с.ш., 46° 55′ 1.19″ в.д. Высота 1731 м н.у.м.

Рис.1. Растения борщевика Сосновского в Горном ботаническом саду Дагестанского научного центра РАН (23 июня 2018 г.)

 

Рис.2. Сбор растительных материала в Горном ботаническом саду Дагестанского научного центра РАН (23 июня 2018 г.)

Статистка ожогов от борщевика в Республике Коми (2015-2017 гг.)

Приводим данные Министерства здравоохранения Республики Коми от 28.05.2018 г. о количестве обращений в медицинские учреждения с повреждениями, полученными в  результате контактов с борщевиком Сосновского, а также степени тяжести повреждений за период с 2015 по 2017 годы:

2015 г. — 160 обращений,

2016 г. — 200 обращений,

2017 г. — 233 обращения.

Фотофакты о борщевиках

Гигантские борщевики / Аврорин Н.А., Андреев Г.Н., Головкин Б.Н., Кальнин А.А. Переселение растений на Полярный Север. Результаты интродукции травянистых растений в 1932-1956 гг. Ч. 1. Наука, Москва — Ленинград, 1964 г. (Введение и результаты интродукции борщевика Сосновского)

 

VavilovPP_borsh

Организатор и первый директор Института биологии Коми НЦ УрО РАН чл.-корр. АН СССР, акад. ВАСХНИЛ П.П. Вавилов (крайний слева), ……. (в центре), Н.В. Чебыкина   (справа).

Борщевик Сосновского в период массового цветения, пятый год жизни (Фото К.А. Моисеева) / Моисеев К.А., Вавилов П.П., Болотова Е.С., Космортов В.Л. Новые перспективные силосные растения в Коми АССР / Разделы: природно-климатические условия Коми АССР, борщевик Сосновского, районирование новых силосных растений в Коми АССР, химическая характеристика силосов / Сыктывкар. 1963. 240 С.

 

Борщевик Лемана на шестой год жизни (Биостанция Коми филиала АН СССР) (Моисеев, 1969).

 

Фото из брошюры «Форпост советской науки на Европейском Северо-Востоке» 1974 г.

 

Механизированная уборка борщевика Сосновского (Агробиологические ресурсы…, 1999).

 

Растения борщевика Сосновского в Горном ботаническом саду Дагестанского научного центра РАН, г. Махачкала (23 июня 2018 г.). Сбор растительных образцов — Захожий И.Г.

 

Отдельной строкой…. Серия фотографий из альбома об Институте биологии (1976 г.)

Титульная страница альбома Институт биологии, Сыктывкар 1976 г.

 

Коллекционные посевы новых силосных растений (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Экскурсии на участках новых силосных растений (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Зав. отделениями ОК КПСС северо-западных областей (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Академики М. Келдыш и Виноградов (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Специалисты сельского хозяйства Коми АССР (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Борщевик Лемана на 10 году жизни (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Урожай зеленой массы различных видов силосных растений (Сыктывкар, 1976 г.)

 

Конференция «Экология и география растений и растительных сообществ», г. Екатеринбург 16-19 апреля 2018 г.

В апреле 2018 г. в г. Екатеринбурге успешно прошла IV международная научная конференция «Экология и география растений и растительных сообществ».

Благодарим Организаторов конференции за приглашение и возможность выступить с докладами, поделиться  и обсудить результаты нашей работы . Спасибо екатеринбургским коллегам за теплый прием!

Сборник материалов конференции размещён на официальном сайте Института естественных наук и математики УрФУ: insma.urfu.ru/conf/egras

В сборнике опубликованы несколько работ о биологии, распространении и границах вторичного ареала гигантских борщевиков (скачать):

 

На конференции прозвучали доклады о гигантских борщевиках (Скачать):

+ Скачать презентацию

 

+ Скачать презентацию

 

+ Скачать презентацию

Презентацию доклада представил и разрешил опубликовать д.б.н., проф. Александр Леонович Эбель (кафедра ботаники ТГУ, г. Томск).

Открыт исходный код информационной системы РИВР. Пользуйтесь. Совершенствуйте. Расширяйте

Информационная система РИВР (https://ib.komisc.ru/add/rivr) теперь доступна любому, кто согласится у условиями лицензии (https://ib.komisc.ru/add/rivr/License.txt), для разворачивания на собственных вычислительных мощностях. Мы надеемся, что программа РИВР принесет пользу исследователям других видов растений, а их наработки позволят усовершенствовать РИВР. РИВР — акроним фразы «Распространение инвазионных видов растений». Целью создания информационной системы РИВР является автоматизация процесса сбора и отображения сведений о географическом распространении инвазионных видов растений. На сайте http://ib.komisc.ru/add/rivr РИВР отображает сведения о географическом распространении борщевика Сосновского и предоставляет возможность пользователям ресурса дополнять эти сведения самостоятельно.

Авторы: И.В. Далькэ (проектирование, тестирование), Е.Г. Мади (написание прграммного кода, проектирование и создание базы данных), И. Ф. Чадин (проектирование, тестирование).

VII Всесоюзный симпозиум по новым кормовым культурам (Сыктывкар 1990 г.)

Небольшой обзор результатов интродукции и использования борщевика Сосновского на основе тезисов докладов  VII Всесоюзного симпозиума по новым кормовым растениям (Сыктывкар 1990 г.)

В сборнике опубликованы ряд работ по интродукции и возделыванию борщевика Сосновского и б.Мелендорфа :

  • Андреев Г.Н., Зуева Г.А. Интродукционное испытание борщевиков на Кольском полуострове. С.9-10.
  • Беляев Г.А. Новые кормовые культуры в условиях производства в южной зоне Коми АССР. С.24-25.
  • Варивончик В.В. Новые кормовые культуры в условиях Обь-Иртышского севера. С. 32-33.
  • Зайцева Т.В., Гутман Ф.В. Интродукция новых видов кормовых культур в условиях Молдавии. С.70-71.
  • Иевлев Н.И. Растениеводство на севере и новые кормовые культуры. С.75-76.
  • Косторной В.Ф. Морфо-биологические особенности некоторых интродуцентов в условиях Сибири. С.91-92.
  • Лавриненко И.А. Морфологическая и биохимическая изменчивость борщевика Мелендорфа в природе и в культуре. С. 104-105.
  • Мишуров В.П., Скупченко Л.А., Рубан Г.А. Новые крупнотравные кормовые растения в условиях севера. С.128-129.
  • Надежкин С.Н. Перспективные кормовые растения в условиях Башкирской АССР. С.132-133.
  • Тихановский А.Н. Новые кормовые культуры для крайнего севера Западной Сибири. С.191-182.
  • Тючкалов Л.В. Интродукция новых кормовых растений на северо-востоке Волго-Вятского региона. С. 187-189.

 

Кроме того, привлекла внимание публикация об использовании показателей СО2-газообмена, морфометрических и микроклиматических данных  для количественного описания процессов формирования урожая, построения моделей поведения растений при интродукции; определения и соотнесения реальных границ видов и популяций с потенциальными возможностями расселения видов за пределы естественных ареалов. Конкретное решение этих задач в докладе иллюстрируется на примере злаков (Назаров, 1990).

 

 

 

«Полёты во сне и наяву»

Борщевик Сосновского относится к группе анемохоров   — это  растения, плоды, семена, споры и др. зачатки которых распространяются воздушными течениями, разносятся преимущественно ветром. На какое же расстояние разлетаются созревшие семена борщевика? Для ответа на этот вопрос мы собрали данные о средней высоте генеративного побега — 2.74 метра (plant_height), времени падения отдельных семян с высоты 3 метра — 1,79 секунд (time_of_seed_falling_size_mass_of_seed_heracleum_2013), скорости ветра в сентябре — 1.96 метра/сек (wind_speed_in_September_2005-2011).

Затем, не без усилий, мы рассчитали терминальную скорость падения семян.  Учитывая среднюю скорости ветра в окрестностях г. Сыктывкара в период осыпания семян была смоделирована дистанция их  «полёта». Результаты выполнения R-скрипта показали, что дистанция переноса 90% семян составляет 6 метров от материнского растения (Рис.).  На основании этого, мы полагаем, что ширина буферной зоны для  ограничения распространения семян борщевика Сосновского должна составлять не менее 6 метров.

 

Рисунок. Кумулята распределения дистанции переноса семян борщевика Сосновского воздушными потоками от материнского растения в условиях г. Сыктывкара (результат моделирования на основе данных о скорости падения семян, высоты растений, скорости ветра в период плодоношения (Dalke, 2018).

Ссылка на публикацию данных:

Dalke, I. The R script and data for Heracleum sosnowskyi seed dispersal modelling in Syktyvkar region (Komi Republic, Russia) [Online] / I. Dalke, I. Chadin. – 2018. – URL: https://zenodo.org/record/1212547#.WsUV7YBn0pQ. – DOI:10.5281/zenodo.1212547

 

 

 

Переселение растений на Полярный Север 1932-1956 гг.

Сборник итоговых работ по интродукции растений Полярно-альпийским ботаническим садом за первые 25 лет его существования (1932-1956 гг.) содержит аннотированные перечни испытанных ими древесных и травянистых растений в открыточном грунте на интродукционных питомниках основной территории Сада без какой либо искусственной защиты на зиму и от от заморозков, а также перечень растений, испытанных в оранжереях Сада (Переселение растений на Полярный Север…, Часть 1, 1964).

Нас, прежде всего, интересовала работа по интродукции борщевика Сосновского. Читаем…

Растения борщевика Сосновского в естественных условиях произрастают на лугах, опушках, полянах, в ущельях горнолесного пояса Дагестана и В. и Ю. Закавказья. Эндем.

Согласно списку приведенному в работе всего в ПАБСИ было интродуцировано 26 видов рода Heracleum  (Переселение растений на Полярный Север…, Часть 1, 1964). Согласно сведениям, приведенным в Таблице на стр. 279, Борщевик Сосновского начали  выращивать в ПАБСИ с 1948 г. Семенной материал был получен из Тбилиси и Батуми. Посев проводили в апреле-мае 1948, 1953, 1954 гг. Всходы появлялись в начале мая следующего года. Растения цвели и  плодоносили  нерегулярно или единственный раз (на 7 год вегетации). Высота побегов достигала 2.3 метра. Растения повреждались заморозками.

 

Перейти к верхней панели