Лаборатория популяционной биологии древесных растений и динамики леса (ПБДРиДЛ)

Петрова И.В.Заведующая лабораторией - д.б.н. Петрова Ирина Владимировна
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
+7 (343) 210-15-28

Лаборатория ПБДР была создана в составе Института леса УрО РАН в 1991 г. под руководством д.б.н. С.Н. Санникова и преемственно продолжает исследования в БС УрО РАН.

 Лаборатория состоит из четырех групп:

Группа географии, экологии и генетики хвойных растений
Группа биологической продуктивности
Группа динамики леса 
Группа болотоведения

Основные направления исследований:

1. Генетика, экология и география популяций главных лесообразующих видов.
2. География фитопродуктивности и пула углерода в лесах Северной Евразии.
3. Генетическая типология и восстановительно-возрастная динамика лесов.
4. Изучение динамики лесных и болотных экосистем в голоцене в таежной зоне Урала и Западной Сибири.

 

I. География, экология и генетика популяций главных лесообразующих видов

В последние десятилетия на основе идей школы С.С.Шварца–Н.В.Тимофеева-Ресовского под руководством С.Н.Санникова на оригинальной методологической основе проведены фундаментальные экогеографические исследования репродуктивной изоляции, миграции, генетической структуры и дифференциации популяций Pinus sylvestris L. в пределах всего ареала вида. При поддержке РФФИ на сети трансект, пересекающих ареал, впервые выявлены роль различных факторов репродуктивной изоляции и миграции в дифференциации популяций, генетические градиенты и границы между ними у сосны обыкновенной на смежных суходолах и болотах, речных бассейнах, в островных степных борах и горных массивах. Разработана карта-схема внутривидовой таксономической структуры этого вида на популяционно-генетической основе как база дальнейших исследований, а также практических мер по селекции, семеноводству и охране генофонда. Итоги исследований по этому направлению обобщены в монографиях «Дифференциация популяций сосны обыкновенной» (2003); «Очерки по теории лесной популяционной биологии» (2012).

 Выявлены закономерности геногеографии и генотаксономии, полиморфизма и дифференциации, изоляции, анемо- и гидрохории и система плейстоценовых рефугиумов сосны обыкновенной в пределах всего вида в Северной Евразии.

 Принципы и методы географической ординации (зональной, высотной, провинциальной) типов леса, концепция дивергенции–конвергенции и классификации лесных биогеоценозов в пределах коренного типа леса. Микроэкосистемный подход и методы в лесной биогеоценологии.

 Географические закономерности структуры, семеношения и естественного возобновления сосновых лесов России и апробированная система мер по его оптимизации с применением оригинальной техники (патент РФ).

 Закономерности влияния пожаров на структуру, возобновление и адаптации популяций светлохвойных видов («эволюционная пироэкология»). Теория петропсаммофитности-пирофитности сосны обыкновенной.

В итоге масштабного гено- и феногеографического изучения структуры и полиморфизма популяций  вереска обыкновенного (Calluna vulgaris (L.) Hull) на основе общего методического принципа «вид в целом ареале» получены следующие приоритетные в международном плане результаты и обобщения: 

1. Разработана система подходов и адекватных методов исследований географо-генетической и морфо-анатомической дифференциации и выявления гипотетических плейстоценовых рефугиумов популяций C. vulgaris в пределах всего ареала вида.

2. Выполнен геногеографический ДНК-хлоропластный анализ 70 локальной популяции и адекватная база параметров и градиентов их полиморфизма – межпопуляционных генетических дистанций (FST) и сходства (1 – FST) на трансектах, пересекающих ареал вида.

3. Составлена картосхема географической локализации спектров 15 гаплотипов хп-ДНК и получено объективное геносистематически обоснованное (на основе 3-D ординации) подразделение популяций C. vulgaris на 5 филогеногеографических групп – Западно-европейско-атлантическую, Северо-европейско-скандинавскую, Восточно-европейско-средиземноморскую, Юго-восточно-европейскую и Западно-сибирско-притобольскую).

4. Установлены достоверное увеличение хорологических градиентов генетических дистанций и уменьшение полиморфизма популяций (вплоть до формирования моногаплотипов) в направлении от центра к северной и восточной границам ареала вида, подтверждающие «островную модель» геногеографии С. Райта.

5. В итоге иерархического анализа параметров генетического сходства популяций и ФГП ледниковой зоны ареала с 11 популяциями внеледниковой зоны Средиземноморья выявлено 6 основных (на уровне выше 0.75) и 5 аддитивных ГПР (на уровне 0.50) современных популяций ледниковой зоны, а также анцестральный центр происхождения Азорской островной атлантической популяции.

6. Сравнительный анализ средних хорологических градиентов генетического сходства, показал, что интенсивность расселения популяций вереска из основных ГПР Средиземноморья (Севенны, Мизунь) вдоль «сухопутных» (континентальных) географических трансект вдвое выше, чем вдоль трансект, пересекающих морские акватории. 

 7. Выполнен географический анализ изменчивости 15 признаков морфо-анатомической структуры листа 8 локальных популяций листа вереска в пределах всего ареала. Установлены достоверное увеличение градиентов морфо-анатомических признаков листьев вереска по направлению от центра к границам ареала и признаков их ксероморфизма по мере повышения засушливости климата и подтвержден постулат об адаптивной радиации популяций в экологически гетерогенном ареале.

 

  

Изменчивость и распределение гаплотипов хпДНК в популяциях Calluna vulgaris.

 

II. География фитопродуктивности и пула углерода в лесах Северной Евразии.

Цель этого  направления исследований,  интенсивно разрабатываемого в течение последних 15 лет, – обоснование единого эффективного подхода и адекватной системы достаточно точных количественных методов широкомасштабного изучения, оценки и составления тотальной базы данных о первичной продуктивности и запасах фитомассы и углеродного пула главных лесообразующих видов. Основные приоритетные достижения:

1. К настоящему времени разработаны и широко апробированы оригинальные конструктивные принципы и методы математико-статистического изучения географического распределения запасов, первичной продуктивности и углеродного пула лесов на основе многофакторных регрессионных моделей, совмещенных с местными таблицами хода роста древостоев, достоверно (на уровне R2 = 0.70–0.80) описывающих возрастную динамику различных фракций фитомассы фитоценозов  основных лесообразующих видов.

2. Составлены наиболее полная континентальная база данных по географии фитопродуктивности основных фракций фитомассы 13 главных лесообразующих видов Северной Евразии (свыше 7500 определений) и региональные базы данных в пределах России, которые  могут служить основой расчета и обоснования международных квот за сток углерода.

3. Разработаны картосхемы и обобщенные таблицы географического распределения запасов фитомассы и пула углерода в фитомассе лесных фитоценозов  305 лесничеств 9 регионов Уральского Федерального округа и смежных регионов, включая Свердловскую,  Курганскую, Челябинскую и Тюменскую (с Ханты-Мансийским и Ямало-Ненецким автономными округами) области, республики Башкортостан, Коми и Пермский край.

4. Впервые с помощью оцифровки размещения деревьев в естественных и культурных молодняках сосны на основе компьютерных программ выполнен автоматизированный расчет различных дендрометрических «индексов конкуренции» (рассчитанных в зависимости от диаметра, высоты и «индекса конкуренции» окружающих деревьев) и оптимальных радиусов их влияния на фитомассу и прирост модельных деревьев. Сделан вывод о том, что доля изменчивости фитомассы и прироста стволов деревьев, детерминируемая индексом конкуренции    от 0.2–11% в культурах до 5–36% в естественных молодняках – должна учитываться в расчетах их продуктивности.

 

III. Генетическая типология и восстановительно-возрастная динамика лесов

Цель разносторонних исследований этого направления – изучение хронологической и хорологической динамики структуры, продуктивности и стабильности лесных экосистем под влиянием изменений природных и антропогенных факторов. Стратегия устойчивого  антропогенного использования леса может базироваться лишь на познанных закономерностях его естественного  развития (Шварц, 1974). Основные (приоритетные) результаты исследований:

1. В итоге палинологического и геоботанического анализа (частью радиодатированного) торфяных залежей болот выявлены и охарактеризованы этапы развития лесной растительности в различных высотных поясах Южного, а также Среднего и Полярного Урала в связи с изменениями климата в голоцене. Выявлены позднеледниковые рефугиумы неморальной древесной флоры в юго-западных предгорьях Урала.

2. Установлена дифференциация структуры и восстановительно-возрастной динамики всех ярусов лесных фитоценозов после сплошной вырубки древостоя в коренном типе леса «ельник мелкотравно-зеленомошный» с формированием 4 экодинамических рядов возобновления и развития биогеоценозов:  субкоренного ельника, коротко-производного березняка, длительно-производного березняка и устойчиво-производного осинника. Предложены методы математического моделирования для диагностики типов и различий экодинамических рядов . 

3. Изучены процессы трансформации и мозаичной дифференциации нанорельефа, почвы, динамики структуры древостоя, возобновления и нижних ярусов фитоценоза в различных типах темнохвойных лесов под влиянием ветровалов в Висимском, Вишерском и Печоро-Илычском заповедниках. Выявлены количественные микробиотопические закономерности сукцессий растительности, выживания и роста подроста и всходов хвойных и лиственных видов.

Режим работы Ботанического сада

Институт

ПН - ЧТ: 830 - 1715
ПТ: 830 - 1600
Перерыв: 1200 - 1300

СБ, ВС - выходные

Сад (вход платный)

ПН - Чт: 800 - 1800
ПТ: 800 - 1700

СБ, ВС - выходные

Выставочный павильон

ПН - ПТ: 1000 - 1700
Перерыв: 1300 - 1400

СБ, ВС - выходные

Экскурсии, фотосессии

в рабочие дни по предварительной записи
тел.: +7 343 210-29-58