Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение продуктивности, качества и устойчивости лесов, усиление их средообразующих функций – важнейшая проблема научного и практического ведения лесного хозяйства. Одним из путей решения этой проблемы наряду с учетом условий местопроизрастания и применением новых технологий является использование наследственного компонента фенотипов лесных древесных растений при лесовосстановлении. В широкой практике лесного хозяйства до недавнего времени, а во многих случаях в нашей стране и в настоящее время, именно этот компонент зачастую игнорируется. Это ведет к значительным потерям, особенно при создании специальных плантационных насаждений.
Реальное использование наследственного компонента древесных растений в лесном хозяйстве возможно как при применении вегетативного посадочного материала (например, черенкование тополей, ив, декоративных форм елей, пихт и др.), так и семян (сосна, ель, лиственница, береза и др.). В последнем случае наследственность не всегда возможно выявить через фенотип, и необходима большая многоступенчатая работа для оценки наследственных особенностей размножаемых растений и их мультипликации с тем, чтобы при воспроизводстве лесов использовать семена с ценными наследственными свойствами.
От этого зависят показатели продуктивности, качество и устойчивость лесов будущего. Данная отрасль лесного хозяйства имеет стратегическое значение для РФ, поскольку, с учетом продолжительности роста основных лесообразующих пород, наследственные качества семян в значительной степени определяют полезные свойства создаваемых насаждений через 50-100 лет. Необходимо отметить, что в результате недооценки этого направления развития лесного хозяйства в последние двадцать лет в ближайшие годы возможно резкое ухудшение обеспечение качественными семенами лесовосстановления. Речь может уже идти не только о решении задач по повышения продуктивности, качества, устойчивости и средообразующих функций создаваемых лесных насаждений за счет использования улучшенных семян. В ряде регионов можно ожидать дефицит даже нормальных семян, необходимых для обеспечения искусственного лесовосстановления и лесоразведения.
В Республике Карелия в 70-80-е и в начале 90-х годов XX века был создан один из крупнейших в стране региональный лесной генетико-селекционный комплекс. К сожалению, негативные процессы деградации лесного семеноводства в стране не обошли и Карелию, и многое из ранее созданного приходит в упадок. В связи с этим становится актуальным обобщение наработанного имеющегося опыта по созданию здесь лесного генетико-селекционного комплекса, проанализировать достоинства и недостатки проведенной работы и разработать прогнозные решения для его восстановления и развития. Такая попытка на примере основных лесообразующих хвойных пород Pinus sylvestris (L.), Picea abies (L.) Karst., частично Larix suckazhewii (Dyl.) и наиболее ценной разновидности березы повислой Betula pendula Roth. var. carelica (Merckl.) Hamet-Ahti и предпринята в настоящей работе.
Цель работы. На основе анализа состояния объектов лесного генетико-селекционного комплекса Республики Карелия разработать и научно обосновать предложения по его перспективному развитию.
В задачи исследования входили следующие аспекты.
1. Исследовать историю развития генетико-селекционных исследований в зарубежном и отечественном лесном хозяйстве и предложить примерную интегральную схему селекции и репродукции лесных древесных растений.
2. Модифицировать подходы к проведению селекционной инвентаризации и отбору плюсовых насаждений лесообразующих хвойных пород.
3. Проанализировать эволюцию требований к отбору плюсовых деревьев. Оценить состояние аттестованных деревьев.
4. Провести генетическую оценку плюсовых деревьев по вегетативному и генеративному потомству и выделить наиболее перспективные генотипы хвойных.
5. Обобщить опыт создания лесосеменных плантаций в Республике Карелия и предложить мероприятия по их реконструкции. Дать предложения по созданию плантаций с повышенной генетической ценностью деревьев.
6. Провести фенологические наблюдения за течением генеративных процессов у сосны обыкновенной для уточнения возраста обеспеченности плантации собственной пыльцой. Изучить рост вегетативного потомства с целью выявления плюсовых деревьев, перспективных при создании промышленных плантаций методом микроразмножения.
7. Изучить состояние генетических резерватов и географических культур и возможность их использования в лесосеменном деле. Оценить эффективность постоянных и временных семенных участков.
8. Провести исследования карельской березы в естественных и искусственных насаждениях и выполнить комплекс генетико-селекционных работ по созданию культур из отселектированного материала.
Научная новизна. Впервые со времени начала ведения лесосеменного хозяйства было проведено архивное изучение истории создания и приведение в известность практически всех опытных и производственных генетико-селекционных объектов Карелии. Проведенное исследование позволило установить состояние и перспективы дальнейшего развития лесного генетико-селекционного комплекса республики. Осуществлен комплексный анализ основных недостатков, допущенных при создании лесосеменных плантаций, и разработаны рекомендации, которые необходимо учесть в будущем. В ходе исследований на плантациях отобраны лучшие по росту и семеношению клоны и даны рекомендации по их использованию в лесосеменных плантациях повышенной генетической ценности (ЛСП-1,5). Впервые проведена масштабная оценка наследуемости плюсовых деревьев сосны обыкновенной из разных лесосеменных районов Карелии по их вегетативному потомству и отобраны лучшие деревья, микроразмножение которых позволит создавать промышленные плантационные насаждения ускоренного роста. Исследование общей комбинационной способности (ОКС) плюсовых деревьев в испытательных культурах сосны обыкновенной позволили отобрать ряд перспективных материнских деревьев, вегетативное потомство которых может быть рекомендовано для создания лесосеменных плантаций второго поколения (ЛСП-II). Обоснована необходимость буферной зоны вокруг плюсовых насаждений при рубках главного пользования. Разработаны методики проведения селекционной инвентаризации естественных и искусственных насаждений и аттестации плюсовых деревьев карельской березы. Создана и апробирована технология создания плантационных насаждений карельской березы гибридным потомством плюсовых деревьев. Предложена интегральная схема селекции и репродукции лесных древесных растений.
Практическая значимость. В Карелии, при участии автора создана одна из самых мощных лесосеменных баз России, имеются такие уникальные объекты, как многоклоновые лесосеменные плантации, плантационные культуры и заказники карельской березы, испытательные культуры сосны и опытная балансовая плантация ели. Представленные в работе данные за период с 1934-2011гг. вносят вклад в развитие лесосеменного дела Республики Карелия и могут быть использованы как в краткосрочной, так и долгосрочной программе развития лесного генетико-селекционного комплекса, как республики, так и страны. Даны конкретные предложения по улучшению ведения лесосеменного дела в Республике Карелия. Результаты исследований были использованы и используются в учебном процессе, а также при написании учебников и учебных пособий. Учебник «Селекция и репродукция лесных древесных пород» (соавтор; изд. 2001, 2002, 2003, 2004 гг.), награжден дипломом Ассоциации книгоиздателей России в 2003 г.: «лучшие книги года, учебник XXI века». Следующий учебник для вузов «Генетика лесных древесных растений» издан в 2010 г. (соавтор). Оба учебника рекомендованы Министерством образования РФ и УМО по образованию в области лесного дела для обучения специалистов лесного профиля в вузах России.
Степень достоверности результатов проведенных исследований подтверждается большим объемом фактического производственного и экспериментального материала, применением научно обоснованных методик сбора, обработки, анализа и оценки исходных данных, обеспечивающих необходимую достоверность результатов.
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Все виды работ по теме диссертации: создание и аттестация лесосеменных объектов, сбор экспериментального материала, анализ и обработка полученных результатов – осуществлены автором лично или при его непосредственном участии. В тех конкретных случаях, когда использованы материалы, собранные другими лицами, сделаны соответственные ссылки.
Исследование проблемы было начато по личной инициативе автора во время работы заведующим Петрозаводской лесной семеноводческой производственной станцией Минлесхоза КАССР (1981-1985 гг.), начальником отдела селекции Петрозаводского селекционного семеноводческого центра (1986-1994 гг.), Карельского лесохозяйственного производственного объединения и Карельского проектного производственного селекционно-семеноводческого центра Министерства Природных ресурсов Республики Карелия (1995-2002 гг.), в т. ч. в рамках инициативных и грантовых тем (с 1997 по 2012 гг.), а также во время работы в Петрозаводском государственном университете (2002-2012 гг.). Автор в течение 12 лет принимал участие в экспедиционных сезонных полевых работах (1981-1992 гг.). Курирование или непосредственное выполнение работ по созданию, аттестации и использованию объектов лесосеменной базы республики, работа с лесхозами, проектными, научными и образовательными организациями, входили в служебные обязанности автора.
Положения, выносимые на защиту
1. Современное состояние объектов лесного генетического комплекса Республики Карелия позволяет получать селекционно-улучшенный материал сосны обыкновенной, ели европейской и карельской березы, однако нуждается в модернизации на научной основе.
2. Разработанные автором методические положения и дополнения, учитывающие региональные особенности отбора плюсовых деревьев сосны, ели и карельской березы, апробированы и предлагаются для их дальнейшего использования.
3. Перспективные экземпляры плюсовых деревьев сосны обыкновенной, прошедшие генетико-селекционную оценку по семенному потомству и отобранные лично соискателем или с его участием, рекомендуются для создания промышленных плантационных насаждений ускоренного роста и семенных плантаций второго поколения.
4. Отселектированные по росту вегетативного потомства лучшие плюсовые деревья на лесосеменных плантациях и в архиве клонов могут быть рекомендованы для создания промышленных плантаций ускоренного роста при использовании микроразмножения и создания ЛСП-1,5.
5. Разработанная с участием соискателя методика обследования лесосеменных плантаций позволила создать проекты их реконструкции.
6. Авторская методика инвентаризации естественных и искусственных насаждений карельской березы позволяет вести объективный мониторинг создаваемой базы этой ценной формы березы повислой.
7. Выявленное преимущество по выходу узорчатых форм, созданных автором гибридных насаждений карельской березы, по сравнению с культурами от свободного опыления позволяет масштабное создание плантаций карельской березы на гибридной основе.
8. Предложенная интегральная схема селекции и репродукции лесных древесных растений может быть использована при перспективном планировании дальнейших генетико-селекционных работ в Республике Карелия.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований были доложены и представлены на 31 отечественных и международных форумах.
а) Международные конгрессы и конференции: Воронеж (2002); Bangor, United Kingdom (2004); Харьков, Украина (2005); Barcelona, Spain (2005); Wageningen, Netherlands (2006); Warsaw, Poland (2007); Kornik, Poland (2009); Новосибирск (2009); Санкт-Петербург (2009); Петрозаводск, две международные конференции (2011).
б) Всесоюзные и Всероссийские съезды, совещания и конференции: Петрозаводск (1987, 1993, 2007); Воронеж (2001); Москва (2004, 2009);
в) Региональные научные и научно-практические конференции и заседания: Томск (2003), Петрозаводск, доклады на трех заседания Карельского отделения ВОГиС (2007, 2011).
г) Вузовские научные, научно-методические и научно-технические конференции: Московский ЛТИ – МГУЛ (1991, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012); Петрозаводск (2005).
Связь с грантовыми и договорными исследованиями. Соискатель принимал непосредственное участие в совместных исследованиях фундаментального и прикладного характера, проводившимися, в том числе, при поддержке различных отечественных и зарубежных организаций. В частности: Министерства науки и технологий РФ и Российской Академия Наук, 1997 – 1998; Министерства образования России, 1998-2000, 2001-2002, 2011; ОАО Кондопога, 2001; ФЦП «Интеграция», 1997-2000; Университета Квебек в Атибити-Темискаминкью – Канада, 2003-2005; Университета Лаваль – Канада, 2006-2010; Института леса Кар НЦ РАН, 2009-2011гг.
Внедрение и реализация результатов исследования. Рекомендации и предложения соискателя использовались при создании лесосеменной базы Республика Карелия на разных этапах ее развития. По предложенным автором или совместным с Всесоюзным проектным институтом «Росгипролес» (б. «Союзгипролесхоз») методикам: созданы плантационные гибридные культуры карельской березы в Заонежском лесхозе на площади 6 га; проведена инвентаризация заказника карельской березы «Анисимовщина» на площади 6,8 га; проведена селекционная инвентаризация искусственных насаждений карельской березы в Заонежском спецсемлесхозе на площади 350 га. В 2001-2002 гг. автор принимал участие в разработке методик: «Рабочий проект реконструкции лесосеменной плантации первого порядка в Петрозаводском лесхозе республики Карелия. Перспективы создания плантаций повышенной генетической ценности – I,5-поколения» и «Рабочий проект реконструкции плантации в Заонежском лесхозе Республики Карелия» Министерства природных ресурсов РФ, по которым в 2001-2002 гг. РГПИИ «Росгипролес» проведены изыскательские работы. Автор принял участие в обследовании испытательных культур сосны в Карелии.
Публикации. Основные положения диссертации изложены в 60 печатных работах, в т. ч. 10 из них в рецензируемых периодических изданиях, рекомендованных ВАК. Соавтор 2-х учебников для вузов: «Селекция и репродукция лесных древесных пород» (2001, 2003) и «Генетика лесных древесных растений» (2010) и 9 работ, опубликованных в зарубежной печати или на иностранных языках.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, 8 глав, выводов и практических рекомендаций. Общий объем включает 429 стр., в т. ч. основной части 356 стр. и 15 приложений на 73 стр. Список литературы включает 479 источников, в т. ч. 37 на иностранных языках. Диссертация иллюстрирована 145 таблицами и 65 рисунками.
