Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Репродукция кедра сибирского в ареале и при интродукции вида в европейскую часть России 7
1.1 Лесоводственно-биологическая характеристика кедра сибирского и особенности репродукции вида 7
1.2 Опыт искусственного выращивания кедра сибирского в ареале и при интродукции 16
ГЛАВА 2. Программа, методика и объекты исследований 30
2.1 Программа исследований 30
2.2 Методика исследований 33
2.3 Объекты исследований и объемы выполненных работ 35
ГЛАВА 3. Природные условия региона исследований 37
ГЛАВА 4. Исследование роста и семеношения кедра сибирского в интродукционных культурах в зоне смешанных лесов 42
4.1 Старые групповые посадки кедра сибирского 42
4.2 Опытные и опытно-производственные культуры кедра сибирского 53
4.3 Привитые культуры кедра сибирского 62
ГЛАВА 5. Исследование интенсивных приемов выращивания саженцев кедра сибирского 68
5.1 Варианты посева семян для получения всходов 68
5.2 Агротехника выращивания саженцев кедра сибирского с открытой и закрытой корневой системой 72
5.3 Формирование корневых систем саженцев 94
ГЛАВА 6. Выводы, практические рекомендации и хозяйственная эффективность рекомендуемых мероприятий ... 110
6.1 Выводы 110
6.2 Практические рекомендации 115
6.3 Хозяйственная эффективность рекомендуемых мероприятий 118
Литература
- Опыт искусственного выращивания кедра сибирского в ареале и при интродукции
- Объекты исследований и объемы выполненных работ
- Опытные и опытно-производственные культуры кедра сибирского
- Агротехника выращивания саженцев кедра сибирского с открытой и закрытой корневой системой
Введение к работе
Актуальность темы. Кедр сибирский благодаря совокупности полезных свойств является одним из старейших интродуцентов в европейской части России. Но интродукция этого ценного вида сдерживается повышенной трудоемкостью выращивания посадочного материала по сравнению с другими хвойными породами ввиду его биологических особенностей.
Работа нацелена на более широкую интродукцию кедра сибирского в европейскую часть России, где имеется высокий спрос на посадочный материал этой древесной породы, потребности в котором можно обеспечить, применяя современные приемы искусственной репродукции с учетом эколого - биологических особенностей вида. Выращивание саженцев с закрытой корневой системой для ускорения их роста - один из путей надежного получение качественного посадочного материала кедра сибирского. К настоящему времени исследований в этом направлении проведено мало. Поэтому весьма актуальна разработка интенсивной агротехники выращивания саженцев кедра сибирского с закрытой корневой системой.
Цель работы. Разработать научно обоснованный комплекс агро-приемов ускоренного выращивания саженцев кедра сибирского с закрытой корневой системой с учетом биологических особенностей вида.
Научная новизна. Дополнена информация в банк данных по интродукции кедра сибирского результатами исследований современного состояния ряда интродукционных объектов данной древесной породы.
Исследованы современные приемы семенной репродукции кедра сибирского на эколого-биологической основе: приемы посева, подрезка корней у всходов и формирование корневых систем в дальнейшем, подбор и обоснование агрофона, использование контейнеров разного объема для выращивания саженцев с закрытой корневой системой.
Определены тесные положительные корреляционные связи массы корневых систем и параметров надземных частей саженцев, выращиваемых по интенсивной агротехнике.
Выявлены возможности биологического потенциала кедра сибирского по скорости роста саженцев в имматурном возрастном периоде.
Практическая значимость. Разработан комплекс агроприемов ускоренного выращивания саженцев кедра сибирского с закрытой корневой системой, сокращающий на 2-3 года срок выращивания стандартных саженцев. Он позволяет обеспечить посадочным материалом создание интродукционных насаждений кедра сибирского разного целевого назначения и создает предпосылки для ранней селекционной диагностики данной древесной породы на быстроту роста и декоративность.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Результаты исследования уникальных и опытных объектов интродукции кедра сибирского.
-
Вегетативное размножение кедра сибирского - как способ целевой репродукции вида при его интродукции.
-
Современные приемы интенсивной агротехники семенного размножения кедра сибирского при интродукции вида, с ускоренным формированием корневых систем у всходов и последующим выращиванием саженцев в контейнерах разного объема.
-
Интенсивное формирование развитых корневых систем саженцев кедра сибирского, ускоряющих рост надземных частей саженцев.
-
Выявленные возможности биологического потенциала кедра сибирского по скорости роста саженцев в имматурном возрастном периоде.
Личный вклад автора. Автором определена цель, разработана программа, выбраны и уточнены методы исследований. Все экспериментальные работы по теме диссертации, включая обработку и анализ полученных результатов, выполнены лично автором в период с 2003 по 2008 г.
Апробация работы и публикации. Материалы диссерта-
ционной работы были апробированы в докладах на научно-технических конференциях Московского государственного университета леса в 2007, 2008 гг. и в четырех опубликованных статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 140 стр. машинописного текста, содержит 18 таблиц, 19 рисунков и состоит из введения, 5 глав, выводов и практических рекомендаций производству, списка литературы из 117 наименований и 7 приложений.
Опыт искусственного выращивания кедра сибирского в ареале и при интродукции
В европейской части страны создавать искусственные насаждения кедра сибирского начали намного раньше, чем в районах его естественного ареала, где вопросами искусственного возобновления кедровников стали заниматься только после значительного сокращения площадей кедровых лесов, в результате интенсивной вырубки начиная с середины прошлого века.
В настоящем, для научного обоснования искусственной репродукции кедра сибирского представляет интерес многовековой опыт его интродукции в европейской части России.
Первые посадки кедра делали монахи на территории своих монастырей, считавшие эти деревья священными. До наших дней от этого периода сохранились кедровые рощи Толгского и Коряжемского монастырей. По свидетельству монастырских летописей, в Толгской кедровой роще в конце XIX в. насчитывалось 160 взрослых деревьев, которые отличались хорошим семеношением. В специально организованном питомнике выращивали саженцы для замены отпавших или старых деревьев. Поэтому Толгская роща состоит не из одного поколения кедров (Дроздов, 2005). В настоящее время в роще сохранилось несколько десятков кедров высотой до 25 метров.
С середины XIX века кедр сибирский начал широко использоваться для создания парковых насаждений во многих дворянских поместьях. К настоящему времени из этих посадок хорошо сохранились кедровые рощи недалеко от города Плёс (в Ивановской области) и в д. Выпово (Владимирская область). В рощах наблюдается семеношение деревьев, что свидетельствует о полном соответствии местных лесораститель-ных условий требованиям интродуцента.
Кедровые посадки создавались в различных климатических условиях. Например в Ульяновской области сохранились аллеи и куртины кедра сибирского, растущие в Акшуатском парке, заложенном В.Поливановым в конце XIX в. Кедры давно вошли в пору обильного семеноше-ния и почти ежегодно дают хорошие урожаи (Петров, 1968).
В Карелии, на острове Валааме, в пятидесятых годах XIX в. были высажены сибирские кедры. До наших дней сохранилось несколько десятков деревьев. Они имеют высоту до 25 метров, диаметр ствола до 36 см. Кедры отличаются хорошим ростом и семеношением. Большой практический и научный интерес представляют культуры кедра на Большом Соловецком острове, поскольку этот остров находится на 65-й параллели. Посев семян относится к концу пятидесятых годов XIX в. У кедров наблюдается обильное семеношение, о чём свидетельствуют следы опавших шишек на ветках и наличие подроста. (Петров, 1970).
Приведённые примеры показывают высокую экологическую пластичность кедра сибирского при интродукции в европейскую часть страны.
В первой половине прошлого века начали создавать опытные лесные культуры кедра сибирского, которые до 1940 г. имели небольшие площади (0,1-0,5 га). Один такой участок сохранился в Еленском лесхозе Калужской области. По материалам лесоустройства 2004 года площадь участка 0,3 га, состав - 5К 5С, возраст кедров 78 лет, полнота древостоя 0,4. Кедры имеют высоту до 23-х метров и средний диаметр около 28 см. Встречаются 40-60 летние культуры кедра в Московской области (Дмитровский лесокомбинат и др.). Хорошее состояние культур кедра отмечено в Лесогорском, Выборгском, Гатчинском, Ломоносовском и Тихвинском районах Ленинградской области (Гиргидов, 1968).
В 60-х годах прошлого века в европейской части страны проводилась более массовая интродукция кедра сибирского. Только в зоне смешанных лесов, в основном в период с 1959 по 1966 годы, было заложено 1500га. чистых и смешанных культур кедра сибирского (Дроздов, 2005). Несмотря на большие площади, посадки культур кедра в 60-е годы носили все ещё стихийный характер. Не всегда учитывались оптимальные для кедра лесорастительные условия. Часто использовались семена неизвестного происхождения. За культурами не проводились должные уходы. Культуры кедра не имели определённого целевого назначения. Значительный ущерб нанесли лоси. В результате около 80% посадок тех лет погибла (Янгутов, 1983), а сохранившиеся не всегда можно использовать как лесосеменную базу для дальнейшей интродукции кедра сибирского.
Но, во многом благодаря анализу прежнего опыта, в дальнейшем удалось разработать программу и научно обоснованные рекомендации по интродукции кедра в европейской части страны (Дроздов, 1991, 1999).
С учетом долговечности кедра и его многосторонней ценности, определены направления хозяйства при интродукции: создание лесосеменных плантаций, промышленных плантаций на древесину, создание лесных, рекреационных, водоохранных культур, насаждений комплексного назначения (Дроздов, 1999).
Была составлена схема интродукционного районирования кедра сибирского в европейской части страны на основе сравнения условий произрастания в естественном ареале и в предполагаемых местах интродукции. В ней были выделены зоны, рекомендованные для производственных культур кедра. Лучшие условия для разведения кедра складываются в свежих и влажных суборях и сураменях (В2-3, С2-3). Это зона хвойных и смешанных лесов. В лесостепной зоне были рекомендованы только опытные посадки. Также были выделены районы в естественном ареале кедра, откуда предпочтительнее завозить семена (Твеленев, 1968; Лесосеменное районирование..., 1982).
Объекты исследований и объемы выполненных работ
Исследования выполнялись с использованием апробированных и принятых в лесном хозяйстве методик, корректированных с учетом особенностей интродукционных работ.
Культуры кедра сибирского в Московской, Калужской, Владимирской и Ивановской областях были исследованы по методике кафедры лесных культур МГУЛ (Александров и др., 2005; Дроздов, Янгутов, 1984).
Агрохимический анализ образцов почвы выполнен стандартным методом в лаборатории ФГУ Калужского центра химизации и с/х радиологии.
Исследования по выращиванию саженцев кедра сибирского на опытном питомнике были проведены в соответствии с методикой проведения полевого опыта (Доспехов, 1973). Схемы опытов с подробной характеристикой вариантов и анализом полученных результатов отражены в разделах специальной главы.
Для опытов использовали районированные семена 1 класса качества из Горного Алтая и из интродукционного насаждения во Владимирской области (кедровая роща в д. Выпово). При подготовке семян кедра сибирского к посеву использовали рекомендации МЛТИ (Родин, Дроздов, 1978).
Для защиты посевов и саженцев от повреждения птицами, мышевидными грызунами и кротами применяли защитные короба с металлическими сетками и индивидуальные контейнеры. При этом учитывали рекомендации по использованию рубероида и черной мульч - пленки для укрытия поверхности почвы (Алькин, 1976, 1979; Нилов, 1975).
Для равномерного распределения корней саженцев по объему почвенного субстрата в контейнерах при посадке однолетних саженцев кедра сибирского их корни расправляли по конусам почвы, предварительно сформированным в контейнерах. После этого контейнеры оконча тельно заполнялись почвенным субстратом.
Для изучения влияния степени развития корневых систем 3-х и 4-х летних саженцев кедра сибирского, выращенных в 4-х л контейнерах, на рост их надземных частей отбирали по 13 шт. модельных растений. В качестве критерия отбора была принята высота саженцев. Выборка охватывала весь диапазон высот саженцев со средним шагом около 11мм.
У каждого саженца измеряли диаметр стволика и высоту. После этого саженцы разрезали по уровню корневой шейки на надземную часть и корневую систему. Корневую систему разделяли на мелкие корни диаметром менее 1,5 мм (активная всасывающая часть корневой системы) и корневую лапу с более толстыми корнями. Затем, у каждого саженца отдельно взвешивали надземную часть, мелкие корни и остальные корни.
Между параметрами корневых систем (массой мелких корней, массой корневой системы) и параметрами надземных частей (высота, диаметр корневой шейки, масса надземной части) устанавливали корреляционные зависимости и проводили регрессионный анализ. Корреляционная связь считалась существенной, если фактический показатель критерия значимости коэффициента корреляции (tr) был выше теоретического значения критерия (t) Стьюдента.
Для измерения посадочного материала использовали штангенциркуль ШЦ-1 (ГОСТ 166-80) и металлическую линейку (ГОСТ 427-75). Диаметр стволиков саженцев измеряли с точностью до 0,1 мм, длину—1 мм.
Взвешивание посадочного материала выполняли на лабораторных электронных весах модели ВЛЭ-200-М. Точность взвешивания в опытах (0,01г.) не превышает допустимой погрешности в работе весов.
При планировании биометрических исследований, обработке и анализе полученных результатов применяли методы математической статистики (Доспехов, 1973). При оценке биометрических параметров саженцев до 3-х летнего возраста вычисление основных статистических показателей проводили по малым выборкам. Биометрические параметры 4-х летних саженцев оценивали по большим выборкам. При этом вычисление основных статистических показателей выполняли с составлением вариационных рядов. Для статистической обработки материала использовалась компьютерная программа Excel.
Опытные и опытно-производственные культуры кедра сибирского
Несмотря на относительно большие объемы закладки культур кедра сибирского в зоне смешанных лесов, к настоящему времени лесная интродукция этой древесной породы несколько затруднена. Значительная часть заложенных культур имеет низкую сохранность либо находится в угнетенном состоянии ввиду отсутствия соответствующих биологии вида лесохозяйственных мероприятий. Успешность адаптации вида к новым условиям среды во многом определяется влиянием на интродуцент фитоценотических условий, складывающихся в искусственных биоценозах.
Для выяснения особенностей роста и семеношения кедра сибирского в интродукционных культурах нами были обследованы лучшие из сохранившихся участков в Калужской области, в которой посадка кедра проводилась в больших объемах. Были изучены чистые культуры кедра в возрасте от 17 до 30 лет, созданные с густотой посадки 5000 шт/га (размещение 3,5x0,5м). Культуры заложены во влажных сураменях (тип условий местопроизрастания СЗ). Почвы легкосуглинистые и среднесуглинистые, со средним содержанием гумуса и фосфора, повышенным и высоким содержанием калия и низким содержанием азота ( приложение 2 ). Условия произрастания благоприятны для кедра сибирского (Дроздов, Янгутов, 1988). Характеристика обследованных культур дана в приложении 4. Биометрические параметры кедров в насаждениях и данные о наличии семеношения отражены в таблице 4.4.
Культуры произрастают в разных фитоценотических условиях. Двадцатилетние культуры в Юхновском лесничестве (рис. 4.4) находятся в угнетенном состоянии под пологом лиственных пород. Они имеют минимальную высоту, диаметр ствола, ширину и протяженность кроны из всех обследованных насаждений. При этом наблюдается высокая изменчивость всех этих параметров. Вместе с тем, у кедров еще не наступили морфологические изменения крон. Благодаря теневыносливости и отсутствию сильной внутривидовой конкуренции, в этом возрасте они еще имеют высокую относительную протяженность крон. Поэтому в данном насаждении осветление и прореживание могут дать значительный лесоводственный эффект (Попов и др., 2004).
В Приокском лесничестве культуры кедра не испытывают сильного угнетающего влияния со стороны лиственных пород. К 30 летнему возрасту они имеют максимальную высоту, диаметр ствола, ширину и протяженность кроны среди всех обследованных культур.
Но в насаждении наблюдается усиление внутривидовой конкуренции из за густой посадки кедров в рядах. В большей мере это сказывается на изменчивости диаметра ствола и ширины кроны ( соответственно 36,7% и 25,2% ) за счет отмирания угнетенных деревьев. Затенение приводит к отмиранию ветвей в нижней части кроны. Поэтому кедры в насаждении имеют минимальную из всех исследованных культур относительную протяженность кроны. Изменчивость по высоте находится на среднем уровне.
Важно отметить угнетающее влияние на данное насаждение окружающих фитоценозов. Культуры кедра были заложены по редине между культурами ели и сосны, создающими боковое затенение крон кедров. Кроме того, в кедровом насаждении появился самосев этих пород. На момент обследования сосна превосходит кедр в насаждении по высоте почти в 2 раза, по ширине кроны - более чем в 3 раза. Количество самосева ели, высотой от 0,1м. до 3,6м. местами превышает 20 тыс. шт./га. Благодаря высокой теневыносливости ель хорошо сохраняется и активно растет под пологом кедра. Со временем, может произойти полное подавление кедра елью. Поэтому в данном насаждении кедра потребуются постоянные лесоводственные уходы по удалению сопутствующих хвойных пород.
В более молодых 17 летних культурах кедра в Тарусском лесничестве (рис. 4.5) еще не проявляется сильно внутривидовая конкуренция. Из за сильного задернения почвы затруднено возобновление лиственных пород. Кедры находятся в условиях хорошей освещенности, поэтому у них формируются хорошо развитые кроны. Кедры в данном насаждении опережают 20 летние затененные культуры кедра в Юхновском лесничестве по диаметру ствола в 2,5 раза, по высоте - на 46%, по ширине кроны - на 54%, по протяженности кроны — на 52%. При этом кедры имеют лучшую из всех обследованных насаждений относительную протяженность кроны и минимальную изменчивость всех рассмотренных параметров. Деревья отличаются сильным ростом. У многих кедров годовые приросты превышают 50 см. В насаждении нами обнаружен кедр, у которого в течение двух лет годовые приросты превышали 80 см.
Представляют интерес два 24 летних дерева кедра сибирского, произрастающие на территории опытного питомника ( рис. 4.6 ). Кедры выращены автором из семян, привезенных из Новосибирской области. Деревья находятся в условиях полной освещенности крон. Почва супесчаная, с высоким и хорошо сбалансированным содержанием калия и фосфора, высоким содержанием гумуса и низким содержанием азота (приложение 2). Кедры отличаются сильным ростом и хорошим развитием крон. Максимальные приросты достигают 53см. По высоте деревья уступают на 8% кедрам из 30 летних культур в Приокском лесничестве, но по диаметру ствола и ширине кроны превосходят их соответственно на 30% и 44%. (таблица 4.4) Больше у них также абсолютная и относительная протяженность кроны.
Агротехника выращивания саженцев кедра сибирского с открытой и закрытой корневой системой
Саженцы кедра сибирского отличаются медленным ростом, достигая стандартных размеров, в зоне смешанных лесов европейской части страны только в 5-7 лет (ОСТ 56-98-93). Поэтому очень важно выяснить биологический потенциал кедра сибирского по интенсивности роста надземной части в имматурном возрастном периоде.
Целью нашего исследования является определение возможной агротехники для ускоренного выращивания саженцев кедра сибирского с учетом его биологических особенностей. Исследование проводилось в 2003-2007 гг. на опытном питомнике (Калужская область).
При выращивании саженцев кедра сибирского очень важно учитывать следующие особенности биологии этой древесной породы. Кедр хорошо приспособлен к суровому континентальному климату. Поэтому сеянцы и саженцы кедра обладают очень высокой стойкостью к холоду. Они не боятся весенних заморозков в отличие от ели. Поэтому нежелательно использовать плёночные теплицы для ускорения роста сеянцев кедра. В них кедры попадают в неестественные условия повышенной влажности и высокой температуры в дневные часы. Побеги вырастают "изнеженными", что требует постепенной адаптации их к зимним условиям. В теплицах ухудшается процесс микоризообразова-ния на корнях кедров по сравнению с открытым грунтом (Пинаева, 2007).
Всходы кедра не боятся солнечных ожогов корневой шейки и поэтому не требуют затенения. Несмотря на высокую теневыносливость, сеянцы и саженцы кедра растут лучше при полном солнечном освещении (Петров, 1961). Особенность кедра-очень медленный рост надземной части в первые годы по сравнению с быстрым развитием корневой системы (Дроздов, 1972; Судачкова, 1967).
Вместе с тем кедр обладает большой регенеративной способностью (Бех, Таран, 1979). Это, в частности, проявляется в быстром замещении утраченных частей побегов и корней и появлении придаточной корневой системы на сырых почвах с развитым моховым покровом, которая усиливает рост кедра ( Судачкова, 1967).
При исследованиях автором культур кедра сибирского было отмечено, что активная часть корневой системы кедра располагается непосредственно под лесной подстилкой. Поэтому для деятельности корневых систем кедров очень важны высокое плодородие, влажность и хорошая аэрация верхнего 5 см. слоя почвы, а также наличие лесной подстилки, сохраняющей почвенную влагу и улучшающей плодородие почвы. Кедр отличается также повышенной требовательностью к влажности воздуха.
На корнях кедра образуются различные виды микоризы, улучшающие его минеральное питание и усиливающие рост. На почвах легкого механического состава, супесчаных и легкосуглинистых, наблюдается более успешное естественное возобновление кедра и лучшее развитие корневых систем (Бех, Таран, 1979; Игнатенко, 1988).
Особенностью минерального питания кедра является его высокая калиефильность. Присутствие фосфора в почве улучшает рост кедра, а избыток азота подавляет развитие корневой системы (Дроздов, 1972; Судачкова, 1967). Эти биологические особенности кедра были учтены при выращивании саженцев.
Использовали семена, собранные в области экологического оптимума кедра сибирского - Турочакском районе Республики Алтай, в горно-черневом подпоясе (высота над ур. моря около 500 м.). Семена были собраны 18 августа 2003 г. на одном урожайном кедре. Это уменьшило влияние генетического фактора на точность исследования. Был проведен осенний посев, при котором семена проходят подготовку к прорастанию в условиях, близких к естественным в ареале вида (подробнее в разделе 5.1). Схема опытов по выращиванию саженцев приведена на рис. 5.2.
Всходы 2004 года в фазе частичного раскрытия семядолей были распикированы 11 мая из посевного ящика в деревянные короба с песчаным субстратом. Предварительно у всходов подрезались корни. Высота коробов - 20см, ширина - 72см. Для защиты от кротов снизу коробов была закреплена металлическая сетка. Субстрат состоял из смеси компоста с песком в соотношении 3:1. Компост готовился из лесной подстилки, собранной в ольховом и липовом древостоях. Агрохимическая характеристика субстрата приведена в табл. 5.2.
