Имеется достаточно четкая региональная зависимость воздействия инициализирующих факторов усыхания дубрав. Среднее Поволжье относится к наиболее опасным регионам по степени повреждения дуба заморозками и зимними морозами. Предельно низкой температурой в зимний период, которую способен перенести дуб, является для степной зоны -39°…-40°С, для северной лесостепи и Предуралья до -41°С. Устойчивость дуба к зимним температурам в значительной степени зависит от погоды во второй половине лета и подготовленности растений к зиме.

Две волны интенсивного усыханию дуба были вызваны экстремально низкими температурами зим 1941-1942 гг. и 1978-1979 гг. В исключительно суровую зиму 1941-1942 гг. абсолютный минимум температур понижался до -44°…-53°С. Действие низких температур привело к гибели цветочных и ростовых почек и нескольких слоев заболони и образованию морозного кольца у деревьев дуба. Если же повреждался камбий и луб, то дерево погибало.

Наиболее заметно процессы усыхания дубрав на больших площадях проявились после экстремально низких температур зимы 1978-1979 гг. В эту зиму температура воздуха в лесу понижалась до -43°С, а в отдельных районах на открытых местах до -53°С. Этому предшествовало частичное ослабление насаждений дуба после продолжительной засухи 1972 г. Наиболее сильно пострадали приспевающие, спелые и перестойные древостои, которые являются наиболее изреженными и менее устойчивыми. Среднее количество погибших деревьев дуба в приспевающих насаждениях составило 55%, в спелых - 67%, а на отдельных участках дуб погиб полностью. Менее пострадали молодняки и средневозрастные насаждения, как более высокополнотные: процент усыхания в молодняках составил около 5%, а в средневозрастных - 33% (Мурзов и др., 1984, 1986). Больше других усыханию подверглись дубравы Приволжской возвышенности. Площади вырубленных дубрав в результате сплошных санитарных рубок к 1985 гг. составили в Татарии - 4,3 тыс. га, в Ульяновской области - 36,6 тыс. га, в Чувашии - 4,0 тыс. га, в Мордовии - 1,1 тыс. га.

К 1993 г. сплошное усыхание дубрав в Республике Татарстан произошло на площади 19 тыс. га, а площадь насаждений поврежденных морозами достигла 127 тыс. га. Усыхание продолжается и до настоящего времени. В конечном итоге за 15 лет с 1978 по 1993 гг. площадь дубрав Татарстана уменьшилась на 30% - с 286,1 до 186 тыс. га. Сильные морозы приводят к возникновению различных повреждений, снижающих устойчивость и ослабляющих деревья.

Основным результатом воздействия экстремально низких зимних температур является: 1) замораживание почек и боковых побегов; 2) глубокое замораживание стволов и отмирание живых и камбиальных тканей, 3) образование морозных трещин.

1. Замораживание почек и побегов приводит к инициации развития спящих почек и появлению водяных побегов, которые обычно имеют более крупные и рыхлые листья менее устойчивые к воздействию мучнисто росы. При интенсивном отмирании боковых и скелетных ветвей, происходит активное развитие водяных побегов и зачастую формируется вторичная крона, которая также легко повреждается листогрызущими насекомыми и мучнистой росой.

2. Внутренняя заболонь, которую также называют морозными кольцами, образуется в результате повреждения морозом и отмирания слоев заболони дуба, из-за чего не происходит нормального процесса ядрообразования (Вакин и др., 1980). Отчетливо заметны повреждения на поперечном сечении лесоматериалов в виде одного или нескольких концентрических колец, светлого или темно-бурого цвета, каждое из которых охватывает несколько годичных слоев. Морозные кольца легко повреждаются грибами, образуя морозобойные гнили, резко снижающие качество дубовых сортиментов. Как было установлено почти 90% всех деревьев дуба имеют морозные кольца. Это дало повод некоторым лесоводам отнести дуб к малоценным породам и рекомендовать разведение вместо него хвойных пород, что явилось большим заблуждением и недооценкой всех присущих дубу свойств.

3. Другим наиболее распространенным и значительным повреждением дуба, вызванным морозами, является образование морозных трещин. Морозные трещины - наружные радиальные трещины, возникающие при резком охлаждении стволов (Kubler, 1988; Вакин и др., 1980). Механизм образования морозных трещин дол сих пор точно не установлен. Существует несколько точек зрения в отношении причин образования морозных трещин. Ряд ученых (H. Мауег-Wegelin, H. Kübler, H. Traber и Б.С. Чудинов - по Вакин и др., 1980) основной причиной этого явления считают значительную разницу в деформации древесины под действием низкой температуры в тангентальном и радиальном направлениях, ведущую к возникновению критических напряжений и разрыву тканей, чему в значительной степени способствует расширение воды при ее замерзании в центральной части ствола. Б.С. Чудинов подчеркивает значение так называемой внутренней сушки древесины при замораживании. Величина возникающей при этом усушки определяется степенью обезвоживания клеточных оболочек, зависящей от влажности и температуры древесины. Значение влажности древесины для образования морозных трещин подчеркивается в исследованиях Цинотти (Cinotti, 1987, 1989). А.К. Денисов (1966) объясняет предрасположенность дуба к образованию морозных трещин анизотропным строением древесины и наличием широких многорядных сердцевинных лучей. Выявлена зависимость предрасположенности к формированию морозных трещин от структуры ранней древесины и размеров (диаметра) сосудов ранней древесины заболони. Достоверно установлена высокая наследственная обусловленность этого явления (Kanowsky и др., 1991).

Повреждение деревьев морозными трещинами зависит от лесорастительных условий участка, полноты, структуры насаждений и индивидуальных особенностей деревьев. Степень поврежденности морозными трещинами возрастает с увеличением диаметра деревьев и уменьшается с увеличением полноты древостоя. Установлена закономерность, что воздействия экстремальных термических факторов сильнее проявляются в чистых изреженных древостоях дуба. Чем выше полнота и сложнее структура древостоя, тем меньше амплитуда температурных колебаний под пологом леса и тем меньше степень повреждения морозами.

Следовательно, меры против возникновения морозных трещин и колец должны включать:

1) лесохозяйственные - увеличение полноты древостоя, формирование подлеска и второго яруса в древостое, смешанных насаждений дуба при создании лесных культур или рубках ухода;

2) селекционно-генетические - поиск и отбор отдельных деревьев без морозных трещин для сбора семян и создание соответствующей лесосеменной базы (селекция на иммунитет).

Возникновение морозных трещин и колец понижает жизнеспособность отдельных деревьев дуба и древостоя в целом. Кроме того, нарушая цельность древесины и изменяя форму ствола, они понижают сортность и выход деловой древесины. Морозные трещины являются одним из основных путей проникновения грибной и вирусной инфекции в деревья. Установлена положительная корреляция между наличием морозных трещин и возникновением грибных инфекций. Подмерзание почек и луба приводит к инициации развития водяных побегов на стволах и в кронах деревьев, которые составляют кормовую базу для развития листогрызущих насекомых, и значительно легче поражаются мучнистой росой. Вся цепь этих последовательных событий ведет к продолжению хронического прогрессирующего ослабления и гибели отдельных деревьев и древостоев дуба в целом.