RELATIONSHIPS BETWEEN MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS OF ROOTS AND STEM SAPWOOD TWISTED LAYER OF SCOTS PINE TREES GROWING IN THE UPPER BOG

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The main objectives of the work are: to determine the presence and to assess the nature of relationship between the asymmetry of root system structure and the twisting of tree trunk; to study the nature of relationship between the morphological characteristics of the first order lateral roots, of the trunk and of the layer of sapwood for Scots pine ( Pinus sylvestris L.) trees growing under the extreme hydrothermal conditions in the upper bog (Middle Urals, Russia). In two groups of trees (twisted and non-twisted) of the VI class of age (32 and 38 trees in each respectively), there were measured: trunk diameters without of bark at the root collar layer and at the distance of 1.3 m from it; the heights; the angles of inclination of wood fibers; the length of the twisted part of trunk and the height at which it begins; the number of lateral roots of the first order and the perimeters and the angles between them. In the analysis of the structure of root system there were used the indices of its asymmetry in terms of the location in space and of the radial growth. Values of indices were calculated for each tree as the average proportions of the difference between either the angles among individual roots or perimeters of roots from the average value. It was found that the variability of morphological characteristics of roots and the nature of their relationships differ in twisted and non-twisted trees. The evaluation of relationships between individual characteristics made it possible to identify 5 differences between two studied groups in the presence of statistically significant correlations ( R = 0.34-0.52). The twisting of the trunk arises during the growth of tree and is not directly dependent from the structure of the root system. The appearance of the twisted layer is facilitated by a relatively small number of lateral roots and low spatial asymmetry of the root system. There are positive correlations between trunk twisted layer length and root growth characteristics, including maximum root thickness and asymmetry in root perimeters.

About the authors

S. A. Shavnin

Institute Botanic Garden, Russian Academy of Sciences, Ural Branch

Author for correspondence.
Email: sash@botgard.uran.ru
Yekaterinburg, Russian Federation

D. Yu. Golikov

Institute Botanic Garden, Russian Academy of Sciences, Ural Branch

Email: mit2704@gmail.com
Yekaterinburg, Russian Federation

A. A. Montile

Institute Botanic Garden, Russian Academy of Sciences, Ural Branch

Email: org17@mail.ru
Yekaterinburg, Russian Federation

A. V. Kapralov

Ural State Forest Engineering University

Email: capralovav@m.usfeu.ru
Yekaterinburg, Russian Federation

A. V. Grigor’eva

Ural State Forest Engineering University

Email: grigorievaav@m.usfeu.ru
Yekaterinburg, Russian Federation

References

  1. Боровиков А. М., Уголев Б. Н. Справочник по древесине / под ред. Б. Н. Уголева. М.: Лесн. пром-сть, 1989. 296 с.
  2. Кайбияйнен Л. К., Хари П. Сбалансированность системы водного транспорта у сосны обыкновенной. I. Пути движения влаги в ксилеме // Лесоведение. 1985. № 5. С. 23–28.
  3. Судачкова Н. Е., Милютина И. Л., Романова Л. И., Семенова Г. П. Влияние низкой температуры почвы на морфогенез вегетативных органов Pinus sylvestris (Pinaceae) // Бот. журн. 2005. Т. 90. № 9. С. 1436–1444.
  4. Тюкавина О. Н., Евдокимов В. Н. Корневая система сосны обыкновенной в условиях северотаежной зоны // ИВУЗ. Лесн. журн. 2016. № 1. С. 55–65.
  5. Чиндяев А. С. Гидролесомелиоративные стационары в Уральском учебно-опытном лесхозе УГЛТУ. Екатеринбург: УГЛТУ, 2008. 80 с.
  6. Шавнин С. А., Овчинников И. С., Голиков Д. Ю., Монтиле А. А., Галако В. А., Власенко В. Э. Явление поворота ствола в процессе роста у древесных растений (на примере Pinus sylvestris L. и Picea obovata Ldb.) // Сиб. экол. журн. 2018. Т. 25. № 1. С. 89–97.
  7. Шиятов С. Г., Ваганов Е. А., Кирдянов А. В., Круглов В. Б., Мазепа В. С., Наурзбаев М. М., Хантемиров Р. М. Методы дендрохронологии. Часть I. Основы дендрохронологии. Сбор и получение древесно-кольцевой информации: учеб.-метод. пособие. Красноярск: КрасГУ, 2000. 80 с.
  8. Alia R., Gil L., Pardos J. A. Perfomance of 43 Pinus pinaster Ait. provenances on 5 locations in Central Spain // Silvae Gen. 1995. V. 44. Iss. 2–3. P. 75–81.
  9. Balneaves J. M., De la Mare P. J. Root patterns of Pinus radiata on five ripping treatments in a Canterbury forest // New Zealand J. For. Sci. 1989. V. 19. N. 1. P. 29–40.
  10. Blaise F., Fourcand T., Stokes A., Reffye P. de. A model simulating interactions between plant shoot and root architecture in non-homogeneous environment // The supporting roots of trees and woody plants: Form, function and physiology / A. Stokes (Ed.). Netherlands: Kluwer Acad. Publ., 2000. P. 195–207.
  11. Cermak J., Kucera J. Scaling up transpiration data between trees, stands and watersheds // Silva Karelica. 1990. Iss. 15. P. 101–120.
  12. Coutts M. P. Root architecture and tree stability // Plant & Soil. 1983. V. 71. Iss. 1–3. P. 171–188.
  13. Coutts M. P., Nielsen C. C., Nicoll B. C. The development of symmetry, rigidity and anchorage in the structural root system of conifers // The supporting roots of trees and woody plants: Form, function and physiology / A. Stokes (Ed.). Netherlands: Kluwer Acad. Publ., 2000. P. 3–17.
  14. Coutts M. P., Walker C., Burnand A. C. Effects of establishment method on root form of lodgepole pine and Sitka spruce and on the production of adventitious roots // Forestry. 1990. V. 63. Iss. 2. P. 143–159.
  15. Danjon F., Khuder H., Stokes A. Deep phenotyping of coarse root architecture in R. pseudoacacia reveals that tree root system plasticity is confined within its architectural model // PLoS One. 2013. V. 8. Iss. 12. e83548.
  16. Fournier M., Bailléres H., Chanson B. Tree biomechanics: growth, cumulative prestresses and reorientations // Biomimetics. 1994. V. 2. N. 3. P. 229–251.
  17. Garrido F., Martin R. S., Lario F. J., Sierra-de-Grado R. Root structure and biomass partitioning in tilted plants from twisted- and straight-stemmed populations of Pinus pinaster Ait. // Trees. 2015. V. 29. Iss. 3. P. 759–774.
  18. Harris J. M. Spiral grain and wave phenomena in wood formation. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1989. 215 p.
  19. Henderson R., Ford E. D., Renshaw E., Deans J. D. Morphology of the structural root system of Sitka spruce. I. Analysis and quantitative description // Forestry. 1983. V. 56. Iss. 2. P. 121–135.
  20. Lehnebach R., Beyer R., Letort V., Heuret P. The pipe model theory half a century on: a review // Ann. Bot. 2018. V. 121. Iss. 5. P. 773–795.
  21. Matthes U., Kelly P. E., Ryan C. E., Larson D. W. The formation and possible ecological function of stem strips in Thuja occidentalis // Int. J. Plant Sci. 2002. V. 163. N. 6. P. 949–958.
  22. Mellerowicz E. J., Baucher M., Sundberg B., Boerjan W. Unraveling cell wall formation in the woody dicot stem // Plant Mol. Biol. 2001. V. 47. Iss. 1. P. 239–274.
  23. Nadezdina N. Integration of water transport pathways in a maple tree: responses of sap flow to branch severing // Ann. For. Sci. 2010. V. 67. Iss. 1. P. 107.
  24. Nadezdina N., Cermak J. Responses of sap flow rate along tree stem and coarse root radii to changes of water supply // The supporting roots of trees and woody plants: Form, function and physiology. Developments in plant and soil sciences / A. Stokes (Ed.). V. 87. Dordrecht: Springer, 2000. P. 227–238.
  25. Nadezdina N., Cermak J. Instrumental methods for studies of structure and function of root systems in large trees // J. Exp. Bot. 2003. V. 54. Iss. 387. P. 1511–1521.
  26. Nicoll B. C., Easton E. P., Milner A. D., Walker C., Coutts M. P. Wind stability factors in tree selection: distribution of biomass within root systems of Sitka spruce clones // Wind and Trees / M. P. Coutts, J. Grace (Eds.). Cambridge, UK: Cambridge Univ. Press, 1995. P. 276–292.
  27. Richter Ch. Wood characteristics: description, causes, prevention, impact on use and technological adaptation. Basel: Springer Int. Publ., 2015. 222 p.
  28. Richter G. L., Monshausen G. B., Krol A., Gilroy S. Mechanical stimuli modulate lateral root organogenesis // Plant Physiol. 2009. V. 151. N. 4. P. 1855–1866.
  29. Rinn F. TSAP version 3.5. Reference manual. Computer program for tree ring analysis and presentation. Heidelberg, 1996.
  30. Shavnin S. A., Ovchinnikov I. S., Golikov D. Yu., Montile A. A., Galako V. A., Vlasenko V. E. Phenomenon of trunk twist during the growth of woody plants (using the example of Pinus sylvestris L. and Picea obovata Ldb.) // Contemp. Probl. Ecol. 2018. V. 11. N. 1. P. 72–78 (Original Rus. text © S. A. Shavnin, I. S. Ovchinnikov, D. Yu. Golikov, A. A. Montile, V. A. Galako, V. E. Vlasenko, 2018, publ. in Sib. Ekol. Zhurn. 2018. N. 1. P. 89–97).
  31. Shinozaki K., Yoda K., Hozumi K., Kira T. A quantitative analysis of plant form: the pipe model theory. I. Basic analyses // Jap. J. Ecol. 1964a. V. 14. Iss. 3. P. 97–105.
  32. Shinozaki K., Yoda K., Hozumi K., Kira T. A quantitative analysis of plant form: the pipe model theory. II. Further evidence of the theory and its application in forest ecology // Jap. J. Ecol. 1964b. V. 14. Iss. 4. P. 133–139.
  33. StatSoft Inc., 2007. https://www.statistica.com/en/
  34. Stokes A., Ball J., Fitter A. H., Brain P., Coutts M. P. An experimental investigation of the resistance of model root systems to uprooting // Ann. Bot. 1996. V. 78. Iss. 4. P. 415–421.
  35. Stokes A., Mattheck C. Variation of wood strength in tree roots // J. Exp. Bot. 1996. V. 47. N. 5. P. 693–699.
  36. Venturas M. D., Sperry J. S., Hacke U. G. Plant xylem hydraulics: What we understand, current research, and future challenges // J. Integrat. Plant Biol. 2017. V. 59. N. 6. P. 356–389.
  37. Zimmermann M. H. Xylem structure and the ascent of sap. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 1983. 146 p.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».