С первых дней существования основой научных исследований отдела древесных растений является акклиматизация растений, нацеленная на подбор древесно-кустарниковых пород для зеленого строительства промышленных предприятий и населенных пунктов области.
С весны 1936 года проводятся первые насаждения и посев семян. Первоначальной основой арборетума послужили аборигенные виды, произрастающие на территории сада. Постепенно налаживались научные связи с ботаническими садами СССР, лесными питомниками, расширялись работы с коллекционными посадками. Несмотря на отсутствия генерального проекта строительства дендрария, фонд древесных пород постепенно рос и развивался. К 1940 году выращивались сеянцы и саженцы 38 видов, из них 14 таксонов тополей. Намечается проект и структура дендрария, реализуются первые саженцы для озеленения города. В отчетах того периода отмечается, что все научные работы проводятся двумя сотрудниками, директором сада Ермаковым П.А. и агрономом-растениеводом Ивановой К.В. Из-за острой нехватки научных кадров сотрудники выполняют исследования одновременно по нескольким темам. Систематические наблюдения ведутся лишь за сельскохозяйственными культурами. В годы войны основное внимание уделялось работам с лекарственными растениями местной флоры и развитию овощеводства в регионе. К 1946 году ассортимент древесно-кустарниковых пород сада насчитывает около 48 видов, из которых 14 таксонов входят в состав дендрофлоры Алтая. Общая площадь под коллекцией древесно-кустарниковых пород составляла около 500 квадратных метров с посевным отделением площадью в 0,06 гектар. Выходит первый перечень семян сада, предлагаемый для обмена. Он состоит из 203 видов, включает 19 древесных пород дендрария.
С 1947 года создается постоянная картотека коллекции древесных пород сада, и за древесными породами начаты систематические фенологические наблюдения. Особое внимание уделяется зимостойкости и морозоустойчивости интродуцентов. В дендрарии произрастают от 60 до 70 пород, пополнившихся за счет ввоза живых растении с Горно-Алтайска. С января 1948 года Алтайский ботанический сад переходит в подчинение Главному ботаническому саду Академии наук Казахской ССР. Разрабатывается семилетняя программа научных исследований (1949-1955 годы) по тематике «Подбор и изучение древесно-кустарниковых пород с целью их применения при озеленении городов». Исполнителями в разные годы становятся младшие научные сотрудники Селедцова Л.И. и Самусев Ф.Ф. Посадка растений на коллекционном участке стали проводиться по географическому принципу. В это время закладываются ботанико-географические экспозиции Алтая, Дальнего Востока, Северной Америки, Европы. Интродукционный питомник увеличивается до 0,5 гектар. В 1951 году в дендрарии фенологические наблюдения проводятся за 200 породами, из которых 42 входят в состав дендрофлоры региона. Проводятся масштабные озеленительные работы на промышленных предприятиях города Риддера. К использованию в культуре региона по данным научно-исследовательских работ рекомендовано 50 древесных пород. Особое внимание направлено на изучение, отбор и привлечение в коллекцию быстрорастущих пород из рода ива, тополь, спирея, жимолость. Проводятся опыты по их массовому семенному и вегетативному размножению. В 1954-1960 гг. выходят в свет первые сведения об итогах научных исследований по интродукции древесных растений в Алтайском ботаническом саду Самусева Ф.Ф. («Из опыта акклиматизации деревьев и кустарников в Алтайском ботаническом саду», «Бархат амурский в Восточном Казахстане», «Длинночерешковая осина», «Выращивание тополя из семян», «Однодольная ива козья» и др.). К 1960 году коллекционный фонд арборетума сада составил 250 видов, форм, сортов. Для озеленения региона рекомендуется 121 древесная порода. Из общего количества 49 видов являются представителями местной дендрофлоры и 72 - инорайонной (бархат амурский, сосна Банкса, сирень амурская, черемуха Маака, роза даурская и др.). К числу приспособленных пород к климатическим условиям сада выделено 69 видов, или 43,7% из состава арборетума сада. Сотрудниками отдела обследуется состояние ассортимента культивируемых пород на территории области.
Много сил и энергии в становлении дендрария, питомника, дендрологических посадок, ухода за коллекционными растениями, разработке тематических научно-исследовательских работ внесли сотрудники отдела Гаипова Д.Н., Хлопов В.М., Сумарокова Г.А., Ердикова В.Д. и др. Производится регулярная регистрация семян и посадочного материала.
После ревизии и уточнения видового состава дендрария первой половины шестидесятых годов, количество таксонов коллекционного фонда арборетума уменьшилось до 177 видов, форм, сортов. С 1965 года научные исследования в саду стали проводиться в рамках пятилетних программ. Основная тематика - « Интродукция древесных и кустарниковых пород в условиях Рудного Алтая». Изучалась биология и экология молодых растений интродукционного питомника, проводились исследования внутривидового разнообразия у липы мелколистной, особенности семенного и вегетативного воспроизводства перспективных растений, создается экспозиция сортовых сиреней. Сотрудниками отдела и лаборатории физиологии сада начата разработка дымо- и газоустойчивого ассортимента древесных пород для промышленных предприятий цветной металлургии области. Результаты исследований завершились опубликования работы «Дымо- и газоустойчивость древесных растений в промышленных центрах цветной металлургии Алтая» в 1968 году. В реализации научных программ в разные годы принимали участие научные сотрудники дендрария: Кесембаев А.Р., Стыцюк В.М., директора сада к.б.н. Лысова Н.В. и к.с.-х.н. Филатов И.И., лаборанты Межмаль Г.К., Немцева Т.П., Силина Н.Л., Антипина Л.А., Пугачева В.К., Каратаев П.Я., Овчинникова Л.Д. Результаты исследований вошли в сборник «Декоративные растения и озеленение г. Лениногорска», «Вопросы газоустойчивости растений», «Ассортимент дымо-газоустойчивых растений для озеленения г. Лениногорска». По материалам научно-исследовательской работы защищена диссертация Кесембаевым А.Р. по теме «Изучения внутривидовой изменчивости липы мелколистной в условиях Рудного Алтая». К этому времени коллекционный фонд дендрария вырос до 449 видов, форм, сортов, а к 1980 году уже насчитывал 544 таксона из 87 родов и 33 семейств, включая 46 видов хвойных пород. Проведено первое крупное обобщение итогов интродукции древесных растений в арборетуме Алтайского ботанического сада в сборнике «Интродукция растений в Восточном Казахстане». Издаются буклеты-рекомендации по выращиванию и размножению перспективных культур для зеленого строительства региона. Под руководством Ксембаева А.Р. в 1981 году разработан и издан «Ассортимент декоративных растений для озеленения городов и сел Восточного Казахстана», в который вошли 123 вида деревьев и кустарников местных и инорайонных дендрофлор, прошедших испытания в условиях сада. С 1986 года сотрудники отдела включаются в выполнение программы по теме «Интродукция инорайоннных древесных растений в Казахстан». В рамках исследований проводятся географические опыты по изучению механизмов адаптации интродуцентов в разных климатических условиях Казахстана. Данные сопоставления морфофизиологического развития позволяют прогнозировать адаптацию вида под влиянием разнообразных природно-климатических условий и дают возможность оценивать дендрофлоры флористических областей умеренной зоны северного полушария. Благодаря последовательному первичному испытанию новых видов древесных пород, коллекционный фонд вырос до 572 видов, форм, сортов. В генеративную стадию вступили 354 вида (61,8%), из них 280 плодоносят (48,9%).
В условиях финансового кризиса, развала СССР и становления Республики Казахстан в девяностые годы прошлого столетия, основной задачей ботанического сада стало сохранение коллекционного фонда растений, коллектива и выполнение планируемого объема научных исследований. Основное направление научных исследований отдела в тот период стало «Интродукция перспективных растений в Восточном Казахстане». Особое внимание при разработке данной темы было направлено на комплексное изучение экологической пластичности интродуцентов дендрария разного географического происхождения в условиях горно-таежной зоны Рудного Алтая. Сотрудниками отдела изучаются внутривидовое разнообразие и отбор высокодекоративных форм можжевельника казацкого из природных популяций Западного Алтая.
В последнем десятилетии сотрудники отдела разрабатывали научные темы: «Изучение закономерностей адаптации интродукции на Рудном Алтае», «Пополнение, изучение и сохранение коллекционных фондов ex-situ растений отечественной и мировой флоры в дендрарии Алтайского ботанического сада». Направление исследований включали вопросы привлечения и первичного испытания новых видов, подведения итогов сезонного развития коллекционных растений арборетума, разработки эффективных приемов размножения перспективных интродуцентов, а также резервирование генетического материала коллекционного фонда, изучение внутривидовой изменчивости ели сибирской с целью отбора высокодекоративных форм. В арборетуме сада начато создание экспозиции карликовых растений из декоративных сортов селекционного отбора и видов высокогорной дендрофлоры Алтая. Подводятся итоги интродукции древесных пород сада по результатам многолетних наблюдений («Интродуцированные виды рода таволги в Алтайском ботаническом саду», «Жимолости Алтайского ботанического сада», «Хвойные интродуценты Алтайского ботанического сада», «Древесные растений Дальнего Востока на Рудном Алтае» и др.).
18 февраля 2011 года Правительством Казахстана принят обновлённый закон Республики Казахстан «О науке». Согласно закону, существенно изменяется структура финансирования научных учреждений. Финансирование научной, научно-технической деятельности и инфраструктуры науки осуществляется за счет базового, программно-целевых и грантовых средств. В последние годы исследования отдела дендрологии выполнялись по 4 грантовым темам. Научная тематика направлена на обеспечение сохранения и развития живых коллекционных фондов, разработку научных основ интродукции и выявление механизмов адаптации инорайонных древесно-кустарниковых растений в почвенно-климатических условиях Восточного Казахстана, выявление высокопродуктивных видов и сортов нетрадиционных плодовых и ягодных культур, биологические методы реабилитации загрязненных ландшафтов горно-металлургических предприятий Риддера. Активизация обмена семенным материалом с ботаническими учреждениями, целевые командировки и экспедиции (Новосибирск, Барнаул, Владивосток, Москва, Минск, Алматы) позволили пополнить генофонд дендрария за прошедший период новыми перспективными таксонами. В настоящее время коллекционный фонд дендрария составляет 620 видов из 92 родов и 34 семейств. Сотрудниками отдела продолжается работа и выполнение комплексных многоцелевых научных исследований на базе коллекционного фонда дендрария. В настоящее время в лаборатории интродукции древесных растений сада трудятся Винокуров А.А. (заведующий отделом), Немцева Т.П., Исакова Л. А., Калякина А.А., Ярчук Е.А.
На сегодня дендрарий является наиболее крупным отделом Алтайского ботанического сада, занимающий 12 гектар в пойме реки Быструха и юго-восточного склона Сокольной сопки. Из них около половины территории представлены экспозициями коллекционного фонда древесно-кустарниковых растений, 0,3 гектара отведены под интродукционный питомник и школьное отделение, остальная территория находится под многорядными защитными полосами древесных культур и естественной пойменной растительностью. Современный коллекционный фонд арборетума составляет 504 вида и 116 форм, сортов из 93 родов и 34 семейств. Преобладают листопадные покрытосемянные виды, насчитывающие 566 таксонов (91,3%). Голосеменные породы составляют 54 вида (8,7%) от состава коллекции. В основу размещения деревьев и кустарников арборетума положен географический принцип в сочетании с ландшафтно-пейзажной планировкой. Экспозиция представлена крупными флористическими областями Земли умеренной зоны северного полушария, способные произрастать в горно-таежной зоне Рудного Алтая. Основная часть коллекционного фонда (52%), имеет североамериканское и дальневосточное происхождение, а также виды мультирегионального распространения, оказавшиеся наиболее устойчивыми к климатическим условиям региона. Костяк дендрария представлен растениями 30-50 -летнего возраста, которые составляют 52,4% из числа интродукционных популяций. Среди жизненных форм преобладают кустарники – 58,4%, на долю деревьев приходится 38,3% от числа культивируемых пород, 411 видов дендрария цветут и плодоносят, что позволяет выращивать посадочный материал собственной репродукции. На территории создана коллекция сортовых сиреней с 35 образцами различного возраста, чубушников – 15 сортов, формируются экспозиция низкорослых растений, лиан и плакучий сад. Многолетние интродукционные испытания позволили оценить успешность интродукции и акклиматизации древесных растений, определить возможность практического применения. Вполне адаптированы к почвенно-климатическим условиям 366 видов или 59% древесных пород.
На современном этапе научно-исследовательская работа с живыми растениями дендрария направлена на формирование и сохранение национальной коллекции фитогенетических ресурсов, реализации многоцелевых программ научных исследований в области интродукции и акклиматизации растений, а также эффективного использования биологического разнообразия мировой и отечественной дендрофлоры к условиям региона. Дендрарий ботанического сада ежегодно посещают с экскурсиями различные слои населения, проводятся полевые практики и занятия у студентов, оказывается консультативная помощь по вопросам выращивания и ухода за древесными породами.
Результаты научной деятельности коллектива дендрологов сада отражены в 44 научных работах и монографиях.
