Содержание к диссертации
Введение
1. Каштан посевной на Кавказе 7
2. Естественно-исторические и лесорастительные условия Северо-Западного Кавказа 21
2.1. Типы леса и типы условий местопроизрастания 29
3. Программа, методика и объекты исследований 31
4. Изменчивость некоторых признаков каштана посевного 37
4.1. Изменчивость морфометрических показателей листьев каштана посевного 37
4.2. Изменчивость плодоношения и плодов каштана посевного 44
5. Лесоводственно - селекционная оценка искусственных насаждений каштана посевного 51
6. Культуры каштана посевного на Северо - Западе Кавказа 61
6.1. Агротехника создания культур каштана 61
6.2. Экономическая эффективность выращивания каштана 68
Выводы 74
Предложения производству 76
Список использованных источников 77
Приложения 99
- Каштан посевной на Кавказе
- Естественно-исторические и лесорастительные условия Северо-Западного Кавказа
- Изменчивость плодоношения и плодов каштана посевного
- Лесоводственно - селекционная оценка искусственных насаждений каштана посевного
Введение к работе
Актуальность темы. Повышение продуктивности насаждений главная задача лесоводства. Основной путь ее решения - создание насаждений из высокопродуктивных древесных пород, форм, сортов лесных видов. Выявление, изучение, отбор и размножение таких видов, форм, сортов имеют большое значение при работе с лесообразующими породами, в том числе, с каштаном посевным или съедобным.
Каштан посевной (Castanea sativa Mill.) является одной из лесообра-зующих пород Кавказа, отличается быстрым ростом, ценной древесиной, плоды используются как пищевой продукт, так и на корм скоту. В 60 - 70 лет достигает количественной и технической спелости, запас древесины составляет 400 — 600 м3/га. Поэтому возникает необходимость более широко использовать данную породу при лесовозобновлении, лесоразведении и особенно при реконструкции малоценных насаждений в тех местах, где имеются благоприятные условия для его роста и развития (Иссинский, 1968; Корешко, 1973; Хут, 1975; Зеленко, 2001; Чернышов, 2001). Актуальность работы подтверждается также включением ее в план ФЦП «Интеграция» (гос. номер регистрации 228.5.1).
Цель исследований — изучение внутривидовой изменчивости каштана посевного в искусственных насаждениях северного макросклона Кавказа, выявление наиболее информативных признаков для изучения популя-
ционной структуры, обобщение лесокультурного опыта и рекомендации производству по более эффективному лесовосстановлению. Основные задачи исследований:
Изучить внутривидовую изменчивость вегетативных и генеративных органов каштана в искусственных фитоценозах с выявлением наиболее информативных признаков на основе методов многомерного анализа;
Выполнить лесоводственно - селекционную оценку культур каштана;
Обобщить лесокультурный опыт и разработать рекомендации производству по технологии создания искусственных насаждений.
Научная новизна — заключается в попытке проанализировать в комплексе фенотипические признаки каштана в искусственных насаждениях, выделить наиболее значимые и использовать их в селекции, лесовос-становлении. При этом решены следующие задачи:
впервые в искусственных насаждениях каштана изучена индивидуальная изменчивость вегетативных (листья) и генеративных (плоды) органов каштана посевного;
выявлены наиболее информативные признаки, которые возможно использовать при изучении популяционной структуры вида;
дана лесоводственно — селекционная оценка искусственных насаждений каштана;
обобщен лесокультурный опыт на северном макросклоне Кавказа и даны практические рекомендации.
Теоретическая и практическая ценность работы заключается в следующем:
установлен характер внутривидовой изменчивости фенотипиче-ских признаков (листьев, плодов) каштана;
показана связь некоторых фенотипических признаков с таксационными показателями, что дает возможность вести селекцию в процессе формирования искусственных насаждений;
дано обоснование некоторых вопросов агротехники выращивания культур каштана посевного при лесоразведении и реконструкции малоценных насаждений.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждается использованием современных методик, большим объемом экспериментального материала, применением современных методов математического анализа (кластерного, главных компонентов), ПЭВМ, программы «STADIA» для решения поставленных задач.
На защиту выносятся следующие положения исследований:
Вскрытые закономерности внутривидовой изменчивости фенотипических признаков и показателей культур каштана посевного.
Лесоводвственно - селекционная оценка искусственных насаждений каштана с целью формирования высокопродуктивных, устойчивых насаждений.
Некоторые аспекты формирования искусственных древостоев каш-
6
^ тана с точки зрения использования агротехнических приемов в конкретных
лесорастительных условиях.
Личный вклад. На всех этапах работы: определение цели, составление программы и методик исследований, сбор материалов, их обработка,
анализ результатов выполнены лично автором.
Апробация работы. Материалы исследований докладывались на V
Международной конференции 24 - 25 октября 2002 г. (г. Красноярск), Ме
ждународной конференции «Лесной комплекс России XXI век» (С. Петер
бург, 2002), Всероссийской конференции с международным участием «Ин-
0 теграция науки и высшего образования, инновационная деятельность на
предприятиях лесного комплекса» (Воронеж,2002), Международной конференции Российской Академии Естествознания (Египет, 2003), Всероссийской конференции 12-15 августа (Мичуринск, 2003), ежегодных конференциях преподавательского состава ВГЛТА (2002,2003).
Каштан посевной на Кавказе
Каштан посевной, съедобный или европейский (Castanea sativa Mill.) является реликтом третичного периода. По остаткам цветов в январе в этот период установлено, что он занимал в Европе ареал от Арктики до Средиземного моря (Криштафович, 1946). В четвертичном периоде в связи с неоднократными оледенениями каштан сохранился в южных районах Средиземноморья. Каштан был об наружен в северных районах Италии, Альпах, в убежищах, откуда и шло его вторичное расселение (Fenaroli, 1945). Представители каштанов были описаны К. Линеем в составе рода Fagus, а затем Миллером (1768) в XVIII веке выделены в самостоятельный род Castanea. Современный ареал каштана занимает Пиренейский полуостров, к северу выходит во Францию. Наиболее северным районом является Рейн (Германия), где каштан доходит до 50 с. ш. Через южные склоны Альп он переходит на Аппенины, Швейцарию и юг Дуная и южной, центральной Венгрии. На Балканах - это бывшая Югославия (Хорватия, Словения, Сербия). В Болгарии в предгорьях Стара-Планины; в Греции в Македонии и Фракии. В Малой Азии занимает районы, прилегающие к Черному, Мраморному и Эгейскому морям. Кавказский клон каштана на Черноморском побережье занимает среднее течение р. Шапсу-хо, а также южнее г. Туапсе по отрогам Главного хребта и уходит в Восточную Грузию (Долуханов, 1945; Гулисашвили, 1950,1956; Кузнецов, 1981; Соколов, 1951,1952, 1984; Иссинский, 1968; Калгин, 1961, 1968; Харьюзова, 1996). На Кавказе и территории бывшего СССР насчитывалось около 72 тыс. га каштанников (Цепляев, 1965; Тугуши, 1971; Лозовой и др., 1982). На Черноморском побережье с господством каштана насаждения распространены от Джубги до границы с Абхазией и занимают около 1,5 тыс. га (Иссинский, 1968). Всего на территории Краснодарского края с участием каштана насчитывается около 40 тыс. га насаждений (Ильин и др., 1980; Ширяева и др., 2000; Зеленко, 2001). В настоящее время к каштанникам относят древостой с участием каштана 3 единицы и выше. На Кавказе каштан распространен на высоте от 200 до 1000 м над уровнем моря, однако встречаются культуры каштана за пределами указанной зоны.
Продолжительность вегетационного периода 6-7 месяцев, количество осадков не ниже 700 мм, влажность воздуха не ниже 70%. Произрастает на затененных склонах с выщелоченными горно-лесными бурыми почвами. По светолюбию каштан относят к промежуточным или умеренно теневыносливым породам (Gawer, 1980; Denglor, 1930; Курдиани, 1934; Соколов, 1936; Гулисашвили, 1956).
В условиях плантационных посадок каштан ведет себя как светолюбивая порода, в то же время в изреженных условиях образует водяные побеги. У каштанников выделены фенологические фазы от начала распуска- ния листьев до цветения, и от цветения до созревания плодов, что позволило выделить формы и сорта поздние по цветению и ранние по созреванию плодов (Shad et al., 1952). Это позволяет подбирать формы для продвижения их в более северные условия с целью интродукции. В древостоях каштан достигает высоты до 30 - 35 м, диаметра более 2 м на высоте груди, с серым стволом в молодом возрасте и трещиноватым темно-коричневым в старости. Мощная корневая система со стержневым корнем обеспечивает горнозащитные функции. Молодые побеги красноватые или оливковые с железистыми волосками. Листья опадающие, длиной 8 - 22 см и шириной 3-8 см, продолговатые, ланцетные, опушенные снизу, с заостренными зубцами по краю. Мужские сережки многоцветковые, женские дихазии из 7 цветков, из которых развиваются обычно - 3. Плюска усажена длинными, острыми колючками. Каштанов (орехов) - 3, боковые выпуклые с одной стороны, плоские с другой; средний плоский с обеих сторон (Miller, 1768). Каштан является однодомным растением, но в молодом возрасте встречаются двудомные экземпляры. Вначале развиваются и цветут мужские сережки. Женские средние цветки раскрываются несколько раньше мужских, а боковые женские цветки - позднее мужских. Для гибридизации большое значение имеет качество пыльцы и условия ее хранения (Borzi, 1920; Stout, 1926; Shad et al., 1952; Urguijo, 1946; Clapper, 1954; Nienstaedt, 1956). Количество прорастающей пыльцы колеблется от 6,5 до 54%. Луч- ший способ хранения пыльцы в запаянных пробирках при пониженной влажности воздуха. Изучение степени самостерильности различных видов каштана позволило установить, что каштан европейский является перекрестно-опыляемым растением (Borzi, 1920; Petri, 1924; Morettini, 1949), но отмеча- ется как возможность семеношения, так и апомиксис (Morris, 1914; Stout, 1926). Это необходимо учитывать при закладке плодовых плантаций, т. к. это обеспечит урожайность плодов и их качество.
Естественно-исторические и лесорастительные условия Северо-Западного Кавказа
Северный Кавказ - обширная территория Большого Кавказа с западной границей по берегу Азовского моря, восточной - побережье Каспийского моря, северная - Кума-Манычская впадина, южная - главный хребет. Геоботаническому районированию Северного Кавказа посвящено большое количество работ (Кузнецов, 1909; Гроссгейм, 1948; Шифферс, 1953; Гулисашвили, 1964; Мальцев, 1979; Гвоздецкий, Смагина, 1986; Коваль, Битюков, 2001). В силу большой расчлененности рельефа на Северном Кавказе большое разнообразие почвенных, климатических условий. На этой основе выделены поясные типы растительности (Шифферс, 1953) - нивальный, субнивальный, альпийский, субальпийский, горно-лесной, лесостепной, степной и полупустынный. Горно-лесной пояс в западной части занимает высоты от 300 - 500 до 1800 - 2000 м над уровнем моря. Северо-западная часть Кавказа по физико-географическому районированию входит в Северо-Кавказскую провинцию (Гроссгейм, 1958), простирающуюся по всему северному склону Большого Кавказа. Подпровин-ция - Кубанская занимает площадь от истоков р. Кубань и ее притоков до подножия Эльбруса. Кубанская провинция объединяет в себе 2 округа, где произрастают каштанники, Псекупский и Бело-Лабинский. Псекупский округ - западная часть провинции до Пшишско-Пше-ханского водораздела рек Лаба и Уруп. Бело-Лабинский округ простирается на восток до вершин водораздела рек Лаба и Уруп. С учетом вертикальной зональности А. А. Гроссгейн (1948) выделил четыре, зоны: пригородная лесная, среднегорная лесная, верхнегорная хвойная и альпийская. Каштановые древостой и насаждения занимают горные условия на высоте от 200 до 1000 м над уровнем моря, располагаясь на затененных склонах (Ильин и др., 1980). Географическое положение. Район исследований простирается от Горячего Ключа, Хадыженска, Апшеронска до республики Адыгея (Тульский, Первомайский лесхозы).
По своему положению они занимают Северо-запад Кавказа, входят в зону предгорий. По рельефу поверхность снижается с юго-запада на северо-восток в направлении долины р. Кубань. К северу простирается степная равнина, к югу - леса. Поверхность предгорий характеризуется большой изрезанностью балками, долинами рек, берущих начало в горных районах юга главного Кавказского хребта. Климат. Район занимает северную часть от Главного Кавказского хребта, простираясь между Черным и Каспийским морями, что накладыва- ет отпечаток на природно-климатические факторы. Главными факторами являются географическая широта и высота над уровнем моря. Так, изменение высоты на 200 м в среднем равносильно перемещению на 500 - 600 м по меридиану. Район исследований относится к природной зоне со средним годовым количеством осадков от 649 мм на востоке (Майкоп) до 851 мм (Горячий ключ), в горных условиях почти в 2 раза больше (1471 мм). Рельеф волнистый, с постепенным переходом к северу в долину р. Кубань, к югу в горы. Вершины предгорий располагаются перпендикулярно Главному Кавказскому хребту с юго-запада на северо-восток. Расчлененность рельефа балками, долинами рек способствует формированию множества микроклиматических зон, имеющих свои особенности, и под их влиянием формируется микропопуляции каштанов с присущим только им набором генотипов. Направление ветров и циркуляция атмосферы зависит от влажного западного и восточного сухого, холодного зимой и теплого летом, воздушных течений. Отсюда складываются климатические показатели, в зависимости от того какие воздушные течения преобладают в конкретный период.
Существенно на количество осадков, влажность воздуха влияние Кавказа хребта. Многолетние исследования погоды в восточной (Майкоп) и западной (Горячий Ключ) частях курортной зоны (табл. 1) позволили установить что климат характеризуется теплой короткой зимой, умеренно влажной теплой весной, продолжительным жарким летом и сухой осенью. Средняя температура колеблется в предгорьях от +8,8С на западе до +10,9С на востоке, в горах она составляет +13,2С. Максимальная температура отмечалась +40,5С в июле - августе, в горах +39,6С в июле, минимальная - 34,3С в предгорьях и - 29,6С в горах в январе месяце. Безморозный период составляет в среднем 290 - 300 дней, с температурой выше +10С колеблется от 185 до 195 дней. Предгорные условия рельефа обуславливают вертикальную зональность температуры, количество осадков, влажность воздуха. В горных условиях эти показатели более высокие, так как холодный воздух не поднимается выше 1400 м над уровнем моря. Важной особенностью климата являются частые поздние весенние и ранние осенние заморозки, которые негативно влияют на развитие, цветение и плодоношение каштана посевного. Осадки выпадают в виде снега и дождя и их количество уменьшается по мере движения с запада (851 мм Г. Ключ) на восток (649 мм Майкоп), в горах их количество возрастает почти в 2 раза (1471 мм). Такая же закономерность прослеживается и по относительной влажности воздуха. Максимальное количество осадков выпадает на востоке в летний период в виде дождей (Майкоп, 185 мм), в то время как на западе (Г-Ключ) и в горах в осенне-зимний период.
Изменчивость плодоношения и плодов каштана посевного
Каштан посевной кроме древесины дает ценные плоды, обладающие высокой биологической активностью и качеством. Вопросами изменчивости и селекции на качество плодов активно занимаются селекционеры в естественных лесах Средиземного моря (Испания, Франция, Италия, Греция), Черного моря (Болгария, Румыния). На черноморском побережье этими вопросами занималась большая группа исследователей (Харьюзова, 1936; Соколов, 1952; Иссинский, 1968; Гулисашвили, 1961; Тугуши, 1971; Тугуши, Тодуа, 1974; Коркешко, 1972, 1973). На Северном Кавказе этими вопросами занимались (Калгин, 1961; Хут, 1975). Нами индивидуальная изменчивость плодоношения каштана посевного изучалась в культурах 60-летнего возраста в Апшеронском и Горя-чеключевском лесхозах на 2 пробных площадях, в которых было не менее 200 деревьев каштана посевного. Индивидуальная изменчивость по 15 признакам плодоношения и плодам представлена в табл. 9, 10, а плодов на рис 4. Если сравнить уровни изменчивости (С, %), то в самой западной точке наблюдается почти по всем изученным признакам более высокие значения, чем в Апшеронском лесхозе. Это возможно связано с эколого-географической изменчивостью.
По признакам наиболее низкой или очень низкой изменчивостью обладают размеры плодов (С = 1,9-8,7 %) и средний вес плода (С = 1,8-3,2 %). Эти признаки, вероятно, являются генетически обусловленными и наследуются в потомстве. Остальные признаки имеют от среднего до очень высокого значения уровня изменчивости и зависят от внешних условий, складывающихся в период цветения, оплодотворения и формирования урожая. Подтверждением этому могут служить данные по селекции хозяйственно-ценных форм каштана посевного по плодам и плодоношению на Черноморском побережье (Коркешко, 1969,1971, 1973). Полученные материалы по изменчивости плодоношения и плодов были обработаны с использованием кластерного анализа (табл. И) и представлены в виде дендрограммы (рис. 5).
Наиболее информативными признаками являются урожай плодов на дерево и его качественные показатели - количество здоровых, поврежденных и недоразвитых плодов. Вторая группа признаков - средний вес плода и количество плодов в плюске, которые связаны с окраской плодов и плюсок. Третья группа признаков — количество плюсок на ветви, масса плодов в плюске и количество плодоносящих ветвей. А размеры плодов, масса плодов на средней ветви и, особенно, масса 1000 плодов не связаны с другими изученными признаками по уровню плодоношения. Все они, вероятно, находятся под влиянием комплекса внешних факторов, складывающихся в процессе формирования плодов и урожая. Селекция каштана в Западной Европе (Англия, Испания, Франция, Италия и др.) велась, в основном, на выведение и внедрение в производст- во крупноплодных сортов каштана, отличающихся качеством плодов, уро жайностью, плодоношением, адаптацией к различным природно- климатическим условиям. Второе направление селекции — отбор форм и выведение сортов устойчивых к чернильной болезни и фитофторозу (Detlefsen, Ruth, 1922; Schad, Venot, 1952; Clapper, 1954; Berry, 1955; Pavari, 1956; Graws, 1958; Ratzel, 1964; Rubio, 1999; Theocharis, 2000; Rudow, 2001). В России и странах СНГ вопросами селекции в естественных каш-танниках занимались многие исследователи (Мерзликина, 1959; Тугуши, 1966, 1971, 1974; Коркешко, 1969а, 19696, 1970а,б, 1972, 1979, 1974а,б, 1981, 1985; Сейидов, 1986, 1988а,б; Ахунзаде, 1991; Хохряков и др., 1994), на Северном Кавказе (Хут, 1975; Сушко, 1997, 1998; Коробова, 1997). В России все эти работы проводились, в основном, на Черноморском побережье Кавказа.
Лесоводственно - селекционная оценка искусственных насаждений каштана посевного
Наиболее древние искусственные насаждения сохранились в странах Средиземноморья. В Италии обнаружены культуры, имеющие возраст около 2000 лет. В Западной Европе каштан разводят для получения плодов и меньше древесины. История лесоразведения за рубежом хорошо освещена в работе П. А. Иссинского (1968) «Каштановые леса Кавказа и основы ведения хозяйства в них». На Черноморском побережье Кавказа культуры начали создавать в 1949 году в Адлерском и Сочинском лесхозах. Их площадь составила 3,6 га. В дальнейшем их стали культивировать на северном склоне Кавказа. Первые культуры на Северном Кавказе появились в 1928 году. В Первомайском ЛИХ впервые 3,8 га культур посажены в Первомайском лесничестве в 1937 году (Хут, 1975). На возможность разведения каштана в северных районах Кубани указывали П. Н. Алентьев (1967), П. Г. Калгин (1961), Ф. С. Барышман (1966), А. Ф. Суворин (1971), В. Д. Демьянов (1974), Ю. Г. Хут (1975), В. С. Чепурной (1984), М. П. Чернышев (1988), Е. И. Зеленко (2001) и др. В качестве индродуцента каштан посевной успешно культивируется в Закарпатье (Басманова, 1974).
Культуры каштана обычного создаются на северных склонах, как наиболее подходящие по микроклиматическим условиям. Существуют различные технологические особенности, которые необходимо учитывать при подборе лесокультурного фонда для создания культур каштана посевного. Это — экспозиция склонов, высота над уровнем моря, схемы смешения, способы обработки почвы и другие.
Основу лесокультурного фонда на северо-западе Кавказа составляют вырубки, образовавшиеся после рубки насаждений каштана, дуба че-решчатого или скального. По типу лесорастительных условий это свежие (СвКш) или влажные (ВлКш) каштанники, свежие дубравы (СвДч) дуба черешчатого или (СвДс) дуба скального. Это наиболее благоприятные условия для создания культур каштана посевного. Они закладываются, в основном, на склонах северной, северо-западной, северо-восточной экспозиции, на высоте от 200 до 1000 метров над уровнем моря, крутизна склонов не превышает 25. Способы подготовки почвы - от без подготовки почвы, до нарезки борозд и полос до 1 м ширины. Посадка, в основном, осуществляется вручную, иногда по дну борозд, используя сажалку бороздную СБН-1. Если проанализировать данные таблицы 17 по способу подготовки почвы во всех четырех лесхозах , то наилучшими показателями по производительности, занимают культуры созданные по бороздам. При составе 3-6 единицы каштана, они имеют П-1а бонитет, в то время как по полосам IV бонитет. В условиях Хадыженского лесхоза, даже в 42 года во влажном каштаннике, бонитет - IV, средняя высота 3,9 м, средний диаметр 4,6 см, запас 40,9 м3 на 1 га. Здесь негативно сказалось влияние экспозиции склона — южная, что усилило неблагоприятные микроклиматические условия на этой площади. При полосном способе подготовки почвы происходит интенсивное испарение влаги, в то время как в бороздах, проложенных плугом по диагоналям склонов осенью, происходит накопление влаги, перехват ее при ливневых осадках, которые преобладают в вегетационный период и, следовательно, максимально используется для роста и развития культур. Поэтому, в настоящее время, применяется нарезка борозд с применением имеющейся на предприятиях техники.
Промежуточное положение занимают культуры, созданные без подготовки почвы. Производительность их составляет — II бонитет. Способ посадки ручной или механизированный, не оказывает существенного влияния на рост и продуктивность культур каштана.
Важное значение имеет для культур каштана схема смешения. Большинство исследователей считают необходимым создавать смешанные или чистые культуры со вторым ярусом из теневыносливых пород (Пек-шибаев, 1958; Алентьев, 1967, 1971; Иссинский, 1968). По данным П. А. Калгина (1961) каштан успешно произрастает с буком, а также с грабом во втором ярусе. На черноморском побережье Кавказа (Иссинский, 1968) каштан успешно произрастает с орехом грецким. В условиях Апшеронско-го лесхоза в 45 лет наилучшую производительность (1а бонитет) имеют культуры каштана (6 единиц) с ясенем обыкновенным и грушей. Запас достигает 210-240м3/га, средний диаметр 20-21 см, средняя высота 26-28 м. Хорошие показатели в 23 года в этом же лесхозе имеют культуры состава черешчатого. В Хадыженском и Горячеключевскомлес-хозах успешно создают культуры на вырубках в типах лесорастительных условий - свежий каштанник и свежий дубняк скальный. Так, в кв. 14 Го-рячеключевского лесхоза в 24 года при составе ЗКшЗДнс10с2Г1Кло культуры имеют 1а бонитет и запас 181м3 /га. В Хадыженском лесхозе кв.43 при составе 4КшЗДнсЗОс в 33 года продуктивность культур и запас древе-сины 221 м /га. Все это говорит об успешном произрастании каштана в смеси с дубом, ясенем, буком, грушей. Особенно это необходимо учитывать при реконструкции малоценных, низкополнотных насаждений Северного Кавказа (Чернышов, 1988, 1990). Для изучения изменчивости диаметров, высот каштанников с возрастом по типам лесорастительных условий были заложены 3 пробные площади в культурах Апшеронского лесхоза в возрасте 40-45 лет. Таксационная характеристика представлена в табл. 18.
Похожие диссертации на Каштан посевной на северо-западном Кавказе (Изменчивость, селекция, лесные культуры)
