Xylogenesis of Scots Pine in an Uneven-Aged Stand of the Minusinsk Depression (Southern Siberia)

Abstract

Tree-ring formation studies are important for assessing the impact of environmental factors on tree growth at intra-seasonal resolution. This information is necessary for understanding plant acclimatization to current and expected climate changes. Little is still known about how tree age may affect the duration and rate of annual ring formation. In this study, we investigated tree-ring formation in Scots pine (Pinus sylvestris L.) trees of different ages (30- and 95-year-old trees) from the foreststeppe zone in Southern Siberia. The main objectives were 1) to estimate the timing of cambial activity by distinguishing the phases of division, enlargement, wall thickening, and maturation of tracheids and 2) to compare the anatomical structure of the tracheids forming the annual rings of the differently aged trees. Stem tissue was sampled weekly from April to September 2014. The results showed a 1-2 week difference in duration of the phases of xylem formation between the groups; in addition, the ring width of the young trees was slightly narrower. The size of the tracheids of the entirely formed ring (i.e. the results of the enlargement phase) did not differ between the groups whereas the dynamics of the cell-wall thickness showed significant differences. The data obtained in the present study can provide references to calibrate process-based models linking environment to wood formation. These data can be used to benchmark time-explicit simulated measurements of annual ring increment and cell anatomical structure against the corresponding parameters of mature trees growing under natural conditions

Исследования сезонного формирования ксилемы годичных колец деревьев позволяют оценивать влияние факторов среды на рост древесных растений с высоким временным разрешением и скорость их адаптации к текущим и ожидаемым изменениям климата. Все еще недостаточно изученным является вопрос, как возраст деревьев может влиять на скорость их роста и продолжительность ксилогенеза. В связи с этим целью нашего исследования было установить особенности сезонного формирования годичных колец сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), произрастающей в зоне лесостепи Южной Сибири, для деревьев двух возрастных групп (30 и 95 лет) и получить данные о продолжительности камбиальной активности, растяжении трахеид, утолщении их клеточной стенки и появлении зрелых трахеид в кольце, а также сопоставить анатомическую структуру образованных годичных колец у деревьев разного возраста. Отбор сезонных образцов проводили еженедельно в течение 2014 г. с апреля по сентябрь. Результаты исследования показали, что длительность различных фаз формирования ксилемы у этих групп отличалась на 1-2 недели, при этом в течение сезона роста у молодых деревьев сформировалось более узкое кольцо с меньшим числом клеток по сравнению со старыми деревьями. Радиальные размеры трахеид полностью сформированного кольца у двух групп деревьев оставались практически одинаковыми, тогда как динамика толщины клеточной стенки показала значимые различия. Полученные данные могут быть использованы в дальнейшем как входящие параметры имитационных моделей роста древесных растений и позволят получить биологически обусловленную согласованность между измеренной и имитационной величинами годичного прироста и анатомической структуры ксилемы