DIAGNOSTICS OF SPECIES VIABILITY ON CONIFEROUS PLANTATIONS BASED ON BIOELECTRIC INDICATORS

Валерий Николаевич КАРАСЕВ, Маргарита Антиповна КАРАСЕВА

Abstract


Introduction. Electric signals propagation in plants on the cellular level is thoroughly studied and described in detail in a number of research papers. However, the formation of bioelectric indicators of woody plants in the natural environment is understudied. The research is aimed at the detection of information capacity of bioelectric parameters for instant diagnostics of viability of coniferous species under continuous climate and anthropogenic impact. The research is focused on the plantations of Scots pine, Siberian larch and Norway spruce growing in the Middle Volga Region. Bioelectric potentials were measured using high-impedance millivoltmeter of direct current with platinum electrodes (Extra-999). Bioelectric potentials were referenced at root collar and at the height of 1.3m. Impedance of pre-cambial plant tissues  was measured using C 4314 apparatus with 500 frequency  using the sensing system of timber humidity electronic indicator EV-2K. The distance between the electrodes was 20.0 mm, the length of electrode active part was 10.0 mm, the diameter was 1.0 mm. All the measurements were carried out in the mid vegetation period from the north (shady) side at the height of 1.3 m. Results. Fast growing local coniferous species have high values of bioelectric potential (150-200 mV), while the slowly growing introductions (Mountain pine), the same values are below 50mV. Under significant anthropogenic disturbance the bioelectric parameters are between 60-70 mV. The dominant trees have higher bioelectric parameters and lower impedance parameters  of pre-cambial plant tissue as compared to the weakened ones. There is direct and reverse interlinking between the humidity of plant tissue and pre-cambial plant tissue impedance (r = -0.85…-0.90). The trees of 1st and 2nd class of Kraft's  biological classification, forming the dominating canopy feature pre-cambial plant tissue impedance values between 20 and 40 kW. The trees of 4th and 5th class of Kraft's  biological classification feature impedance values above 40kW. Under anthropogenic disturbance occurred in urban plantations the bioelectric values are going down, the total chlorophyll is decreasing and the catalase activity in needles is weakened. In weakened treed the osmotic potential and pre-cambial plant tissue impedance values are growing. The bioelectric parameters for Siberian larch planted along the main roads with anthropogenic disturbance is 108 mV, while the same indicator for the greenbelt is 144 mV. Conclusion. The trees with good viability characteristics demonstrate high bioelectric parameters of 150-200 mV. Weakened trees feature far lower values. Water regime abnormalities that result in plant weakening can be diagnosed by variations of pre-cambial plant tissue impedance values. Under deterioration of species viability the impedance value is increased by 2-3 times. Any changes in bioelectric parameters tell about deterioration of species viability on the initial weakening stages. Bioelectric potential and pre-cambial plant tissue impedance values should be used for early instant diagnostics of species viability under climate and anthropogenic impact.

Keywords


diagnostics; viability; coniferous plantations; bioelectric capacity; impedance of pre-cambial plant tissue

Full Text:

PDF (Russian)

References


Пятыгин С.С. Распространяющиеся электрические сигналы в растениях // Цитология. 2008. Т. 50, № 2. С. 154-159.

Опритов В.А., Пятыгин С.С., Ревитин В.Г. Биоэлектрогенез у высших растений. М.: Наука, 1991. 276 с

Коловский Р.А. Биоэлектрические потенциалы древесных растений. Новосибирск: Наука, 1980. 176 с.

Шеверножук Р.Г., Высоцкий А.А. Некоторые итоги, проблемы и перспективы плюсовой селекции // Лесная генетика и селекция на рубеже тысячелетий. Воронеж, 2001. С. 32-33.

Рутковский И.В. Рекомендации по методике измерений электрофизиологических характеристик древесных растений с целью оценки их состояния и жизнеспособности. Пушкино: ВНИИЛМ, 1975. 18 с.

Rнos-Rojasa L, Franco T., Gurovich A. A. Electrophysiological assessment of water stress in fruit-bearing woody plants // Plant Physiology. 2014. Vol. 171. Pp. 799–806.

Borges E., Sequeira M., Cortez A. F. V, et al. Bioimpedance Parameters as Indicators of the Physiological States of Plants in situ // International Journal on Advances in Life Sciences. 2014. Vol. 6. Pp. 74-86.

Oyarce P, Gurovich L. Evidence for the transmission of information through electric potentials in injured avocado trees // Plant Physiol. 2011. Vol. 168. Pp. 103–108.

Карасев В.Н., Карасева М.А. Экологофизиологическая диагностика жизнеспособности хвойных пород: монография. Йошкар-Ола: ПГТУ, 2013. 216 с.

Иванов Л.А., Силина А.А., Цельникер Ю.Л. О методе быстрого взвешивания для определения транспирации в естественных условиях // Ботанический журнал. 1950. Т. 35, № 2. С. 171.

Годнев Т.Н. Строение хлорофилла и методы его количественного определения. Минск, 1952. 327 с.

Гусев Н. А. Состояние воды в растении. М.: Наука, 1974. 134 с.

Воскресенская О.Л., Сарбаева Е.В. Эколого-физиологические адаптации туи западной (Thuya occidentalis L) в городских условиях: Монография. Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т., 2006. 130 с.

Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. № 4. C. 51-57.

Маторкин А.А., Карасева М.А., Карасев В.Н. Оценка водного режима саженцев хвойных пород в послепосадочный период // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции / под ред. Е.А. Памфилова. Брянск: БГИТА, 2007. Вып. 17. С. 197 – 200.

Маторкин А.А., Карасева М.А. Информативность импеданса прикамбиального комплекса тканей деревьев хвойных пород при диагностике их жизнеспособности // Современная физиология растений: от молекул до экосистем: материалы докладов Международной конференции. Часть 2. Сыктывкар, 2007. С. 265-266.

Карасев В.Н., Карасева М.А. Особенности водного режима деревьев ели европейской в ранневесенний период // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2011. № 1. С. 37-43.

Карасев В.Н., Карасева М.А., Серебрякова Н.Е, Лазарева С.М. Эколого-физиологическая оценка адаптации хвойных интродуцентов в Среднем Поволжье // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2014. № 4 (23). С. 55-67.

Бухарина И.Л., Поварницина Т.М., Ведерников К.М. Эколого-биологические особенности древесных растений в урбанизированной среде. Ижевск: ИжГСХА, 2007. 216 с.

Алябышева Е.А., Сарбаева Е.В., Воскресенская О.Л., Воскресенский В.С. Экологическая оценка городской среды. Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2013. 96 с.

Николаевский В.С. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации. М.: МГУЛ, 1999. 193 с.

Бессчетнова Н.Н. Многомерная оценка плюсовых деревьев сосны обыкновенной по показателям пигментного состава хвои // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Лес. Экология. Природопользование. 2013. № 1 (17). С. 5-12.

Сергейчик С.А. Древесные растения и окружающая среда. Минск: Урожай, 1985. 111 с.

Карасева М.А., Карасев В.Н., Маторкин А.А. Эколого-физиологические аспекты мониторинга зеленых насаждений при техногенном воздействии // Проблемы экологии на пути к устойчивому развитию регионов: Материалы Второй международной научно-технической конферен-ции. Вологда: ВоГТУ, 2003. С. 38-42.


Refbacks

  • There are currently no refbacks.