Influence of industrial felling on the structure of spruce undergrowth needles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Changes in the structure of spruce undergrowth needles (Picea obovata L.) after clearcutting were studied. The study was carried in the bilberry spruce forest and in a spruce forest clearing in the middle taiga of the European North-East of Russia. Annual vegetative shoots of spruce at the clearcut were statistically significantly superior to shoots under the forest canopy by 45–47% in length and by 44–53% in number of needles (p < 0.05). The loss of needles with age is more intensive under the forest canopy. The needle number of fifth year shoots is 1.5 times lower than that of shoots in the clearcut. The needles in the clearcut are 27, 13 and 15% larger in cross-sectional area, thickness and width, respectively (p < 0.001). It is associated with an increase in the number and/or size of cells of the needle tissues. The observed changes in the ultrastructure of mesophyll cells of annual needles during the growing season differed between plots. In the spruce forest the density of chloroplasts in cytoplasm increases from the beginning to the middle of the vegetation period, the number of mitochondria increases until fall. The maximum density of mesophyll cell organelles in the clearcut was observed in spring. The following are common for needles under the forest canopy and on the clearcut: gradual decrease of starch in green plastids from May to October, maximum number of granal thylakoids in chloroplasts in summer and accumulation of lipid droplets in the cytoplasm of mesophyll cells at the end of the vegetation period. Due to adaptation of the photosynthetic apparatus to increased insolation, chloroplasts in mesophyll cells at the clearcut are characterized by a greater proportion of twinned thylakoids throughout the growing season, compared to the spruce forest.

Full Text

Restricted Access

About the authors

S. N. Plyusnina

Komi Scientific Centre of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences

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

Institute of Biology

Russian Federation, Kommunisticheskaya str., 28, Syktyvkar, 167982

M. A. Kuznetsov

Komi Scientific Centre of the Ural branch of the Russian Academy of Sciences

Email: pljusnina@ib.komisc.ru

Institute of Biology

Russian Federation, Kommunisticheskaya str., 28, Syktyvkar, 167982

References

  1. Горышина Т. К. Фотосинтетический аппарат растений и условия среды. Л.: Изд-во ЛГУ, 1989. 202 с.
  2. Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Республики Коми в 2022 году»: Гос. доклад / Минприроды Республики Коми [и др.]. Под общ. ред. ГБУ РК «ТФИ РК». – Электронная версия. – Сыктывкар: Минприроды Республики Коми, 2023. 164 с.
  3. Долгая В. А., Бахмет О. Н. Свойства лесных подстилок на ранних этапах естественного лесовозобновления после сплошных рубок в средней тайге Карелии // Лесоведение. 2021. № 1. С. 65–77. doi: 10.31857/S0024114821010022
  4. Комиссаров Д. А., Штейнвольф Л. П. Интенсивность фотосинтеза подроста ели в разных экологических условиях / В кн.: Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. С. 243–254.
  5. Коренные еловые леса Севера: биоразнообразие, структура, функции / Отв. ред. К. С. Бобкова, Э. П. Галенко. СПб.: Наука, 2006. 337 с.
  6. Крышень А. М. Растительные сообщества вырубок Карелии. М.: Наука, 2006. 262 с.
  7. Леса Республики Коми / Под ред. Г. М. Козубова, А. И. Таскаева. М.: Дизайн. Информация. Картография, 1999. 332 с.
  8. Лиханова Н. В. Влияние сплошнолесосечной рубки на круговорот азота и зольных элементов в ельниках средней тайги: Автореф. дис. канд. биол. наук. Сыктывкар: Ин-т биологии Коми науч. центра УрО РАН, 2015. 22 с.
  9. Львов П. Н., Ипатов Л. Ф., Плохов А. А. Лесообразовательные процессы и их регулирование на Европейском Севере. М.: Лесная промышленность, 1980. 112 с.
  10. Орфанитский Ю. А., Орфанитская В. Г. Почвенные условия таежных вырубок. М.: Лесная промышленность, 1971. 96 с.
  11. Паутов Ю. А., Ильчуков С. В. Пространственная структура производных насаждений на сплошных концентрированных вырубках в Республике Коми // Лесоведение. 2001. №2. С. 27–32.
  12. Писаренко А. И. Лесовосстановление. М.: Лесная промышленность, 1977. 250 с.
  13. Побединский А. В. Изучение лесовосстановительных процессов. М.: Наука, 1966. 64 с.
  14. Плюснина С. Н., Тужилкина В. В. Структурно-функциональная характеристика фотосинтетического аппарата подроста Pinus sylvestris (Pinaceae) в подзоне средней тайги европейского Северо-Востока России // Ботанический журнал. 2021. Т. 106. № 11. С. 1072–1084. doi: 10.31857/s0006813621110077
  15. Пристова Т. А. Динамика древесной растительности в лиственных насаждениях послерубочного происхождения (подзона средней тайги Республики Коми) // Принципы экологии. 2019. Т. 8. № 3. С. 3–14.
  16. Световой режим, фотосинтез и продуктивность леса. М.: Наука, 1967. 275 с.
  17. Судницина Т. Н. Влияние рубок на морфоструктуру хвои, рост и азотное питание сохраненного подроста ели в березняках южной тайги // Лесоведение. 2006. № 4. С. 61–67.
  18. Тихонов А. С., Ковязин В. Ф. Лесоводство: Учебник. СПб.: Лань, 2019, 480 с.
  19. Торбик Б. Н., Феклистов П. А. Влияние обновительных рубок ухода на некоторые элементы микроклимата в ельниках черничных // Лесной вестник. 2009. № 1. С. 85–88.
  20. Тужилкина В. В. Функциональная характеристика хвои подроста ели сибирской под пологом и на вырубке ельника черничного в подзоне средней тайги // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2022. № 6. С. 107–116. doi: 10.37482/0536-1036-2022-6
  21. Уланова Н. Г. Основные тренды динамики биоразнообразия после природных и антропогенных “катастроф” в ельниках европейской части России // Вестник Тверского гос. ун-та. Сер. Биология и экология. 2018. № 3. С. 317–335. doi: 10.26456/vtbio20
  22. Хелдт Г.-В. Биохимия растений. М.: БИНОМ, 2011. 471 с.
  23. Bag P., Chukhutsina V., Zhang Z., Paul S., Ivanov A. G., Shutova T., Croce R., Holzwarth A. R., Jansson S. Direct energy transfer from photosystem II to photosystem I confers winter sustainability in Scots Pine // Nature Communications. 2020. V. 11. P. 6388. doi: 10.1038/s41467-020-20137-9
  24. Bobkova K. S., Likhanova N. V. Removal of Carbon and Mineral Nutrients upon Clear Felling of Spruce Forests in the Middle Taiga // Contemporary Problems of Ecology. 2012. V. 5. № 7. P. 633–644. doi: 10.1134/S1995425512070037
  25. Dymov A. A., Startsev V. V., Gorbach N. M., Severgina D. A., Kutyavin I. N., Osipov A. F., Dubrovsky Yu. A. Changes in soil and vegetation with different number of passes of wheeled forestry equipment (middle taiga, Komi Republic) // Eurasian Soil Science. 2022. V. 55. № 11. P. 1633–1646. doi: 10.1134/S1064229316050021
  26. Ovsyannikov A. Y., Koteyeva N. K. Seasonal movement of chloroplasts in mesophyll cells of two Picea species. Protoplasma. 2020. V. 257. № 1. P. 183–195. doi: 10.1007/s00709-019-01427-6
  27. Osipov A. F., Kuznetsov M. А. Influence of clear-cutting on ground vegetation biomass and dwarf shrubs increment in the Scots pine forests of the European North-East // Cerne. 2023. V. 29. e-103107. doi: 10.1590/01047760202329013107.
  28. Steinmfiller D., Tevini M. Composition and function of plastoglobuli // Planta. 1985. V. 163. P. 201–207.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences