Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса 7
1.1. Систематика рода Pyrus L. и краткая характеристика груши обыкновенной 7
1.2. Ареал, морфологические, биологические и экологические свойства груши уссурийской 11
1.3. Хозяйственно-значимые свойства груши уссурийской 16
1.4. Опыт интродукции и выращивания груши уссурийской 26
Выводы 34
2. Объекты и методика исследования 36
2.1. Программа исследования 36
2.2. Объекты исследования 36
2.3. Методики и объем исследования 40
3. Биологические особенности груши уссурийской при ее интродукции в среднее поволжье 48
3.1. Закономерности сезонного развития груши уссурийской в условиях интродукции 48
3.2 Рост культур груши уссурийской 65
3.3. Посевные качества семян и рост семенного потомства местной репродукции 71
3.4. Оценка жизнеспособности и перспективности интродукции груши уссурийской 82
Выводы 84
4. Биоресурсный потенциал груши уссурийской в культуре среднего поволжья и пути ее использования... 87
4.1. Урожайность и морфометрическая характеристика плодов груши уссурийской 87
4.2. Нектаропродуктивность груши уссурийской 89
4.3. Содержание арбутина, Сахаров и титруемых кислот в плодах груши уссурийской 92
4.4. Совместимость подвоя груши уссурийской с районированными сортами груш 98
4.5. Агротехника выращивания посадочного материала груши уссурийской 100
Выводы 102
Выводы 105
Практические рекомендации 107
Список литературы 109
Приложения 124
- Ареал, морфологические, биологические и экологические свойства груши уссурийской
- Посевные качества семян и рост семенного потомства местной репродукции
- Оценка жизнеспособности и перспективности интродукции груши уссурийской
- Содержание арбутина, Сахаров и титруемых кислот в плодах груши уссурийской
Введение к работе
Актуальность темы обусловлена необходимостью дальнейшего увеличения биологических ресурсов региона для обеспечения нужд населения. Одним из перспективных растений для этой цели является интродуцированный вид - груша уссурийская (Pyrus ussuriensis Maxim.), что подтверждают результаты исследований, полученных в некоторых регионах Российской Федерации.
Многогранность использования груши уссурийской обусловлена ее высокой зимостойкостью, пищевыми и лекарственными свойствами, медоносностью и декоративностью, ценностью древесины для изготовления столярных изделий.
Возможности использования данного вида в Среднем Поволжье в качестве биоресурса изучены пока недостаточно, что и определяет актуальность выбранной нами темы.
Цели и задачи исследования. Целью исследований является оценка успешности интродукции груши уссурийской в Среднее Поволжье и путей рационального использования ее ресурсного потенциала.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1) установить закономерности роста деревьев, формирования кроны,
сезонного ритма развития интродуцированных культур груши уссурийской
во взаимосвязи с климатическими и эдафическими факторами;
изучить особенности урожайности и нектаропродуктивности деревьев, посевных качеств семян и рост семенного потомства местной репродукции;
выявить лекарственную и пищевую ценность плодов путем определения содержания в них арбутина, общих Сахаров и титруемых кислот;
4) изучить совместимость подвоев груши уссурийской с
рекомендованными к производству сортами груш;
5) разработать агротехнику выращивания посадочного материала.
Научная новизна. Впервые для условий Среднего Поволжья установлены закономерности роста деревьев и формирования их кроны, особенности плодоношения и нектаропродуктивности культур груши уссурийской. Уточнены сроки прохождения фенофаз и установлена их связь с метеорологическими условиями. Оценены количественные показатели биохимического состава, определяющие пищевую и лекарственную ценность, а также уточнена степень совместимости рекомендованных к производству и перспективных культурных сортов груш на подвоях груши уссурийской.
Обоснование и достоверность результатов работы обеспечена правильно подобранными объектами, применяемыми современными методами полевых и лабораторных исследований, статистической обработкой экспериментальных данных.
Личное участие автора заключается в постановке задач, составлении программы и методик и исследований, сборе и обработке экспериментального материала, его анализе и обобщении.
Практическая значимость работы. Применительно к условиям Среднего Поволжья разработаны рекомендации по агротехнике выращивания посадочного материала груши уссурийской и районированных сортов груш. Показана высокая пищевая и лекарственная ценность плодов груши уссурийской, формирующихся в условиях интродукции. Результаты исследований используются при выращивании посадочного материала груши в Ботаническом саду, в учебном процессе при обучении студентов факультета лесного хозяйства и экологии МарГТУ по дисциплине «Основы сельскохозяйственных пользований». Результаты диссертационной работы внедрены в производство.
Положения, выносимые на защиту:
1) особенности сезонного развития, роста и плодоношения груши
уссурийской в условиях Среднего Поволжья;
2) биоресурсный потенциал груши уссурийской в условиях
интродукции и перспективы ее использования;
3) обоснование агротехники выращивания посадочного материала
груши уссурийской.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены на международных и всероссийских конференциях: «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (Красноярск, 2003, 2005), «Ботанические сады как центры сохранения биоразнообразия и рационального использования растительных ресурсов» (Москва, 2005), «Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: состояние и перспективы» (Йошкар-Ола, 2005), «Восьмые Вавиловские чтения», (Йошкар-Ола, 2004), «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов» (Чебоксары, 2005), «Современные проблемы почвоведения и экологии» (Йошкар-Ола, 2006), «Десятые Вавиловские чтения» (Йошкар-Ола, 2006); «Творчество студентов - экономике России» (Йошкар-Ола, 2006); «Социальная синергетика и актуальная наука: Потенциальные России в глобальном мире: проблема адаптации и развития» (Йошкар-Ола, 2007).
Структура и объем диссертации. Рукопись диссертации включает введение, 4 главы, выводы, список литературы и приложения. Объем диссертации 133 страницы, в том числе 23 таблицы, 18 рисунков, 5 приложений. Список литературы включает 214 наименований, из них 19 на иностранных языках.
Ареал, морфологические, биологические и экологические свойства груши уссурийской
Род Pyrus, как отмечают А.А. Федоров (1951; 1954) распространен исключительно в Старом свете, при этом только северном полушарии. Ареал рода охватывает в Евразии страны с умеренным климатом и лишь в Китае опускается к югу до тропика.
Согласно данным В.П. Малеева (1939), П.М. Жуковского (1950, 1971) и других авторов, ареал груши уссурийской охватывает бассейн реки Уссури на Дальнем Востоке, северную часть Китая, Японии, Кореи. По данным А.Б. Горбунова, В.Н. Васильевой, B.C. Смагина (1980) северная граница естественного ареала груши уссурийской на Дальнем Востоке поднимается до 50 с.ш. (рис. 1.). Растения груши уссурийской куртинами или одиночно произрастают в лесах, долинах рек, в нижнем поясе гор, среди широколиственных и хвойношироколиственных лесов.
Морфологические, биологические и экологические особенности груши уссурийской изучены В.П. Малеевым, 1939; А.А. Федоровым, 1954; Н.Н. Тихоновым, 1955, В.Н. Ворошиловым, 1982; А.С. Агеенко, Н.Г. Васильевым; Д.А. Глоба-Михайленко и др., 1982, Б.С. Ермаковым, 1992; и др.
В.П. Малеев (1939), А.А. Федоров (1954), П.И. Лапин (1966) и другие отмечают, что груша уссурийская растет в виде небольшого дерева с одним или несколькими стволами высотой 7-8 м. По данным А.С. Агеенко, В.Н. Васильева, Д.А. Глоба-Михайленко и др. (1982) единичные растения груши уссурийской достигают высоты 20-25 м со стволом до 70 см в диаметре. В большинстве случаев деревья образуют крону пирамидального типа. В.П. Петрова (1987) указывает на встречаемость растений с округлой, продолговатой кроной.
Кора стволов серая или почти черная, неровная, немного трещиноватая. Почки и молодые побеги шерстистопушенные со скоро сходящим опушением. Веточки серо-бурые или почти черные, блестящие, обычно колючие. Черешки 2-6 см длиной, сначала опушенные, потом голые. У груш существует два типа побегов: на укороченных морщинистых развиваются цветки и плоды; удлиненные покрытые гладкой корой несут листья (В.П. Малеев, 1939; А.А. Федоров, 1954). Листья простые, 3,5-7,5 см в длину и шириной 3,5-6 см, почти округлые, иногда слегка сердцевидным основанием, с длиной оттянутой острой верхушкой. По краю перисторассеченные, цельнокрайние или пильчатые, зубчатые. Низ листа с рано сходящими опушением, остающимися более долго только по краю, а верх листа - голый, блестящий. Листорасположение очередное (В.П. Малеев, 1939; А.А. Федоров, 1954; Д.П. Воробьев, 1968; А.А. Ворошилов, 1968; В.П. Петрова, 1987; Е.Т. Валягина-Малюта, 1998).
Цветет и плодоносит с 7-летнего возраста. Нуждается в перекрестном опылении. Белые ароматные цветки появляются в мае. Цветет одновременно с распусканием листьев в середине или во второй половине мая. Продолжительность цветения 5-8 дней. Цветки правильные, обоеполые, крупные, до 3-4 см в диаметре, на длинных цветоножках, собраны в многоцветковое щитковидное соцветие. Чашечка 5-листная, венчик 5-лепестной, белый, до цветения слабо-розоватый. Тычинок 15-20, расположенных как бы в 3 ряда, с белыми изогнутыми перед цветением нитями и розовато-фиолетовыми двухгнездыми пыльниками. Столбиков 5, реже 2-3, свободных, с маленьким рыльцем. Завязь 5-гнездная (В.П. Малеев, 1939; А.А. Федоров, 1954; Н.В. Кречетова, А.Г. Емлевская и др. 1972). Опыляется пыльцой другого дерева, а растущие одиноко груши обильно цветут, но не плодоносят (А.П. Шиманюк, 1967).
Плоды груши уссурийской на коротких, 1,5-2 см длиной, плодоножках (В.П. Малеев, 1939). По данным Н.Н. Тихонова (1955), в местах естественного произрастания на Дальнем Востоке встречаются разнообразные по форме и величине плоды (преимущественно массой 15-25 г, крупноплодные - до 90 г). Как отмечают А.Б. Горбунов, В.Н. Васильева, B.C. Смагин (1980) плоды груши уссурийской в диаметре 2-3 см, удлиненно-округлые, зеленовато-желтые, неопадающей чашечкой на короткой плодоножке. Н.Е. Булыгин (1991) указывает, что плоды достигают в диаметре до 4 см.
Плоды из обратноконического или округлого основания постепенно переходят в плодоножку. В молодом возрасте несколько опушенные, потом голые, мясистые или затверделые, круглые или грушевидные, крупные или мелкие, гладкие или мелкобородавчатые от рассеянных по поверхности чечевичек. Мякоть плода с каменистыми клетками, сочная, очень вяжущая. Кожица плода коричневая, зеленоватая, золотисто-желтая, иногда с румянцем, покрыта точечными чечевичками. Плоды варьируют по величине диаметра (1,5-6,5 см), массе (10-90г), форме и вкусу (от очень терпких и кислых до довольно приятных) (В.П. Петрова, 1987). В естественном ареале плоды созревают в конце августа, чаще в сентябре (Н.В. Кречетова, А.Г. Емлевская, Г.В. Сенчукова и др., 1972; А.С. Агеенко, Н.Г. Васильев; Д.А. Глоба-Михайленко, 1982). Средний урожай с одного дерева груши в возрасте 20-25 лет в урожайный год достигает 30-40 кг, а садах при уходе вдвое выше. Выход чистых, просушенных семян из свежих плодов колеблется от 1 до 2%. В 1 кг насчитывается около 23-24 тыс. семян (А.Т. Савельев, А.П. Шиманюк, 1970; Н.В. Кречетова, А.Г. Емлевская, Г.В. Сенчукова и др., 1972; Деревья и кустарники: Покрытосеменные, 1974).
Посевные качества семян и рост семенного потомства местной репродукции
Показатели качества семян и получение посевного материала местной репродукции могут служить одним из критериев успешности интродукции растений (В.И. Некрасов, 1963, 1973). В сформированных плодах груши уссурийской насчитывали от 2 до 10 семян, из них выполненных (определенных визуально) в среднем насчитывалось 7,3±0,2 штук, а щуплых - 1,7±0,2 шт. В учетный период с 2003 по 2006 годы масса 1000 воздушно-сухих семян груши уссурийской, включая и щуплые, недозревшие, составляла 38...42 г (рис. 15), что несколько меньше средней массы 1000 семян в естественных условиях. По нормативным данным для региона Дальнего Востока аналогичный показатель составляет 43 г, Видно, что в условиях Республики Марий Эл семена груши уссурийской в сравнении с нормативными по массе несколько хуже. Грунтовую всхожесть семян изучали с 2003 по 2006 г.г. в Ботаническом саду МарГТУ. Для этого посев производили семян в разные сроки: осенью во II декаде октября и весной стратифицированными семенами в I декаде мая. Семена, высеянные в позднеосенний период, дали всходы в 2004г. -20 апреля, 2005 г. - 18 апреля, 2006 г. - 26 апреля. Стратификацию семян (субстрат-песок) проводили в течение 3 месяцев при температуре 0...6С. После холодной стратификации семена высевали в открытый грунт. В 2004 и 2005 г.г. всходы весеннего посева появлялись через 7 дней, а в 2006 г. - через 14 дней после посева.
В результате выявили, что в посевах позднеосеннего срока высева семян всходы появлялись в среднем на 30-35 дней раньше весеннего посева. Результаты исследований грунтовой всхожести семян груши уссурийской приведены в таблице 3.7. Грунтовая всхожесть семян груши уссурийской местной репродукции варьировала от 33 до 56%. Изменчивость изученного признака семян варьировала от слабой (4,8%) до умеренной (6,9%). При весеннем посеве грунтовая всхожесть семян варьировала от 41 до 56%. При осеннем посеве отмечена всхожесть: максимальная - 44% и минимальная - 33%. Можно видеть, что в сравнении с осенним сроком высева грунтовая всхожесть стратифицированных семян при весеннем сроке посева оказалась выше. Стратификация семян при температуре 0...6С в течение 3 месяцев позволяет повысить грунтовую всхожесть в 1,2 раза. В исследованиях по влиянию сроков стратификации на всхожесть семян получены следующие результаты (таблица 3.8). Наибольший показатель грунтовой всхожести отмечен при стратификации семян в течение 3 месяцев, худший - при продолжительности стратификации 5 месяцев. Причем, семена репродукции дендрария заповедника оказались на уровне III класса посевных качеств. Низкая всхожесть семян при 5-месячной стратификации объясняется тем, что даже незначительные отклонения в температурном и влажностном режимах приводит к потере жизнеспособности. В варианте при 2-месячном стратификации всхожесть семян местной репродукции оказалась несколько ниже, чем при стратификации в течение 3 месяцев.
На втором году выращивания были отмечены дополнительные всходы (6,4±0,7%). Масса воздушно-сухих семян груши уссурийской и обыкновенной урожая 2005 года, включая и щуплые, недозревшие, составили соответственно 37,7 и 20,1 г. По «Наставлению выращивания посадочного материала древесных и кустарниковых пород в лесных питомниках» средняя масса 1000 семян груши уссурийской и обыкновенной соответственно 43 и 24 г. Видно, что в сравнении с нормативными данными в условиях Республики Марий Эл у груш изученных видов (неочищенная фракция) в 2005 году формировались семена, по массе несколько худшие. Масса 1000 воздушно-сухих семян груши уссурийской, подвергнутой водной флотации, составила 67,6 г, аналогичная у груши обыкновенной -21,5 г. При близких значениях массы 1000 семян груши обыкновенной с нормативными, показатель массы 1000 семян груши уссурийской, формирующихся в условиях интродукции Республики Марий Эл, в 1,6 раза выше.
Оценка жизнеспособности и перспективности интродукции груши уссурийской
Перспективность интродукции растений в новых природно-климатических условиях, зависит от различных показателей: фенологических показателей, особенностей роста, способности к семенному и вегетативному размножению. Зимостойкость является важнейшим показателем перспективности введения в культуру. Изучение зимостойкости проводили в течение несколько лет и весьма актуальны ее показатели после зимы с экстремальными температурами. Так, зима 2005/2006г.г. отличалась наиболее минимальными температурами (до-35С), продержавшейся в январе несколько дней. Весной в период наблюдения не зафиксировано повреждений от низких аномальных температур, поэтому зимостойкость взрослых и молодых растений груши уссурийской оценивается I. В 2004, 2006 г.г. в конце вегетации неодревесневшая часть стволиков у однолетних сеянцев груши повреждалась раннеосенними заморозками. У взрослых растений полностью одревесневали побеги. Изучаемый вид сохраняет присущую ему в естественном ареале жизненную форму. Рост в высоту в нормальных условиях продолжается до достижения растением свойственных ему предельных размеров. Вступление растений в период плодоношения придается большое значение при интродукции. Изученные биогруппы растений груши уссурийской, вступившие в фазу плодоношения, устойчиво цвели и плодоносили, образовали жизнеспособные семена и им присваивается максимальный балл по этому показателю. Возобновление интродуцентов естественным семенным путем говорит о высокой степени их адаптации в новых природных условиях. Учет показал, что груша уссурийская может размножаться в культуре с помощью посева семян.
Продолжительность роста начинается в начале III декады мая и оканчивается I декаде июля. Взрослые растения успевают одревесневать до раннеосенних заморозков. На основании числовых показателей, предложенных П.И. Лапиным, СВ. Сидневой (1975), высчитали суммарный балл жизнеспособности и перспективности интродукции (табл. 3.15). В целом, груша уссурийская по шкале перспективности интродукции (97 баллами у взрослых растений и 55...65 баллами у сеянцев местной репродукции) оценивается как вполне перспективный вид, относящийся к I группе перспективности. 1. В условиях интродукции набухание вегетативных почек груши уссурийской отмечается в начале III декады апреля при сумме эффективных температур 68,9 ... 150,7С. 2. Растения вегетацию начинают в конце III декады апреля - начале I декады мая. 3. Цветение деревьев в условиях интродукции проходит в среднем с 8 мая по 22 мая, его продолжительность длится в среднем 13 дней. Созревание плодов длится с I декады августа по II декаду сентября. 4.
Растения вегетацию заканчивают в III декаде сентября, средний период их вегетации в условиях Республики Марий Эл составляет 144 дня, что в сравнении с естественным ареалом на 9 дней короче. 5. В интродукционной культуре в Республике Марий Эл груша уссурийская по своей зимостойкости и принадлежности к I фенологической группе растений типа рано начинающие и рано оканчивающие вегетацию характеризуются как растение высокой зимостойкости (I). 6. Груша уссурийская в условиях интродукции Волго-Вятского региона проходит все фазы развития, сохраняет присущую ей жизненную форму. Сезонный ритм развития интродуцированной культуры тесно обусловлен накоплением определенной суммы эффективных температур. 7. Изученные две возрастные группы груши уссурийской (27 и более 45 лет), произрастающие в отличающихся по плодородию окультуренных слабоподзолистых почвах, по морфометрическим признакам практически не отличаются от деревьев в естественном ареале.
Содержание арбутина, Сахаров и титруемых кислот в плодах груши уссурийской
В характеристике биохимического состава груши уссурийской большинством авторов (Малеев, 1939; Заборовский, 1962; Петрова, 1987) указывается сумма Сахаров, общее количество кислот, сухое вещество и лишь некоторыми (Вигоров, 1979; Ермаков, 1987; Макарова, Черенкова, Станкевич и др., 1990; Савельев, Макаров, Леонченко и др., 2002) содержание биологически активного вещества - арбутина. Поэтому для оценки качества плодов груши уссурийской и обыкновенной, а также культурных сортов, произрастающих в Волго-Вятском регионе, в течение трех лет изучали их биохимический состав. Показатели содержания Сахаров и арбутина в плодах груш приведены в таблице 4.3.
Количественный анализ содержания Сахаров в плодах груши уссурийской показал, что в условиях интродукции показатель варьирует от 7,0 до 9,6%, что сопоставимо с аналогичными (по В.П. Петровой (1987)) данными, характерными для растений в естественном ареале (6,4-8,4%)) и культурами груши обыкновенной (8-10,5%)). Уровень изменчивости признаков в изученные годы по показателю Сахаров в плодах груши уссурийской варьировал от 0,24 до 7,9 %. Аналогичные значения у груш сортов от 0,2 до 12,5 %.
Для проверки значимости различий в химическом составе плодов груши уссурийской, произрастающих в различных регионах Среднего Поволжья, был применен метод однофакторного анализа. О достоверности различий судили по значению критерия Фишера /Рфакт=7,3...171,75 Бтабл = 6,94. Отмечается существенная разница при 5% уровне значимости по количеству Сахаров в плодах груши уссурийской в дендрарии ВКГПЗ РТ в сравнении с аналогичными показателями груш обыкновенной и уссурийской, произрастающих в Ботаническом саду РМЭ. Наименьшая существенная разница в изученный период варьировала от 0,26 до 1,28%. Отмечается тенденция к увеличению значений НСРо5 в 2005 и 2006 году, когда в плодах в сравнении с 2004 годом отмечали повышенное содержание Сахаров.
Как отмечает Б.П. Плешков (1980) химический состав и качество фруктов резко изменяется в зависимости от района выращивания и климатических условий. Количество осадков и высокая сумма температур способствуют повышению содержания Сахаров в плодах и ягод. Например, средний химический состав яблок изменяется в зависимости от сорта и места произрастания. Так, в г. Москве содержание сахара в плодах составило 7,54%, а в Крыму - 13,12%.
Средняя температура в ВКГПЗ РТ в период вегетации груши уссурийской выше на 0,3 С, чем в Ботаническом саду РМЭ (Экология ландшафтов Волжского бассейна..., 1995). Ранее в гл. 3 также было отмечено увеличение количества эффективных температур на среднюю дату созревания плодов. Поэтому можно предположить определенную зависимость влияния фактора тепла на содержание Сахаров.
Плоды груши уссурийской в условиях интродукции характеризуются содержанием арбутина от 2,2 до 3,7%, что в 1,8-2,0 раза выше аналогичного значения груши обыкновенной (1,0-2,0%). Отличаются высоким содержанием арбутина растения, произрастающие в дендрарии заповедника, у которых в сравнении с другими культурами груши уссурийской показатель в 1,7-3,7 раза выше. Можно предположить, что различия в анализируемых признаках обусловлены комплексом абиотических факторов.
В изученных сортах груши Бергамот, Дюймовочка, Лада, Тема, Тонковетка содержание Сахаров составило от 7,1 до 12,3%), арбутина -1,1 ...3,7%). Можно предположить, что химический состав плодов культурных сортов груш обусловлен сортовой специфичностью.
Содержание Сахаров в плодах определяли по двум методикам: ГОСТ 26176-84 (антроновый метод) и ГОСТ Р 51433-99 (метод определения содержания растворимых сухих веществ рефрактометром) (табл. 4.4).
