На правах рукописи

БУТЕНКО ОЛЕСЯ ЮРЬЕВНА

Влияние параметров

посадочного материала на лесоводственную

эффективность культур ели

06.03.01 – «Лесные культуры, селекция и семеноводство»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Санкт-Петербург, 2008 Диссертация выполнена на кафедре лесных культур Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Маркова Инна Александровна

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, Егоров Александр Борисович кандидат биологических наук, Дорошин Антон Викторович

Ведущая организация: Комитет по природным ресурсам и охране окружающей среды Ленинградской области

Защита состоится: «22» октября 2008 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.02. при Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова по адресу:

194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., д. 5., главное здание, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова

Автореферат разослан «» сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета И.А. Маркова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время в России лесные культуры ежегодно закладываются на площади более 230,4 тыс. га, однако в покрытую лесом площадь переводится только 50-60% закультивированных площадей, что связано низким уровнем агротехники работ и качеством посадочного материала. Применяя оптимальные технологии лесокультурного производства можно повысить производительность лесных земель и получить быстрорастущий древостой, а, следовательно, и экономическую прибыль. Использование высококачественного посадочного материала, позволит обеспечить высокую лесоводственную эффективность насаждений.

Цель исследования – определить параметры посадочного материала, обеспечивающие высокую производительность, устойчивость и быстрый рост лесных культур ели европейской (Picea abies [L.] Karst.) с первых лет после посадки.

Основные задачи исследования:

– определить влияние биометрических параметров посадочного материала на рост и развитие ели в фазах приживания, индивидуального роста, смыкания и чащи;

– изучить эффективность ранней диагностики особей быстрого роста при выращивании целевого посадочного материала для лесосырьевых плантаций;

– исследовать архитектонику корневых систем культур ели;

– выполнить математическое моделирование роста культур при выращивании ели по широко используемым технологиям;

– уточнить практические рекомендации по использованию посадочного материала в прогрессивных технологических схемах.

Научная новизна. Установлено влияние характеристики посадочного материала на рост, сохранность и производительность лесных культур ели I-II классов возраста в основные фазы роста древостоя.

Обоснованы оптимальные параметры посадочного материала ели, для ускоренного выращивания в южной тайге.

Выявлено влияние посадочного материала на сроки проведения первого разреживания.

Определены параметры ПМЗК в сравнении с посадочным материалом с открытой корневой системой.

Практическая значимость. Уточнены рекомендации по целевому использованию посадочного материала ели разных видов и параметров в условиях Северо-Запада России.

Обоснованность и достоверность результатов подтверждается значительным объемом экспериментального материала, полученного в динамике на 8 стационарных объектах с 30-летним сроком наблюдений; при обработке натурных данных использованы современные методы математической статистики и анализа. В работе использовались стандартные опробированные методики полевых исследований.

Предмет защиты. 1. Влияние агротехники выращивания посадочного материала на рост культур ели. 2. Влияние технологии лесокультурного производства на эффективность использования посадочного материала. 3. Влияние отбора особей высших ранговых групп на производительность культур ели. 4. Архитектоника корневых систем культур ели из посадочного материала разной массы. 5.

Уточнения к рекомендациям по целевому использованию посадочного материала в прогрессивных технологических схемах.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований автора представлены в 3 научных отчетах лаборатории лесовосстановления ФГУ «СПбНИИЛХ» за 2004, 2005 и 2006 года, а также в 2 отчетах кафедра лесных культур Санкт-Петербургской лесотехнической академии (СПбГЛТА) за те же годы. Они обсуждались на ежегодных Научно-технических конференциях СПбГЛТА в 2003-2007 гг. и Международных научно-практических конференциях в Екатеринбурге, 2005 и г. Шопроне (Венгрия), 2006.

Личный вклад автора состоит в сборе с 2002 по 2007 гг., обработке, анализе полевых и камеральных материалов. Автором проведено обобщение результатов, сделано обоснование научных выводов и рекомендаций на основе 30-летнего срока наблюдений на указанных опытных стационарах.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 7 печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 169 страницах, состоит из введения, 7 глав, заключения и 3 приложений. Список используемой литературы включает 169 наименований, в том числе 19 иностранных. Текст содержит 23 таблицы и иллюстрирован 8 рисунками.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Успешность роста насаждения во многом зависит от потенциальных возможностей посадочного материала. Вопросам изучения этих возможностей в лесоводственной литературе всегда уделялось большое внимание: Тюрмер К.Ф., 1891; Тольский А.П., 1907, 1925; Морозов Г.Ф., 1950; Огиевский В.В., 1966;

Кобранов Н.П., 1930; Преображенский А.В., 1964; Родин А.Р., 1977, 2002; Долголиков В.И., 1974; Kosulic M., 1978; Смирнов Н.А., 1981, 1997; Редько Г.И. и др., 1983; Маслаков Е.Л., 1984, 1999; Мангалис И.К., 1985; Маркова И.А. и др.

1989, 1997,1992, 1994, 2004; Жигунов А.В., 1995, 2000; A. Bonnie, 1995;

Романов Е.М., 2000; Herruso A., 2004 и др.

Посадочный материал является важнейшим элементом технологии искусственного лесовыращивания. Однако несмотря на многочисленные опыты с сеянцами и саженцами отсутствие данных по его исходной характеристике и динамике роста не позволяло установить вклад посадочного материала в эффективность лесокультурного производства.

Изучение роли посадочного материала только в начальном этапе производства не позволяет решить вопрос по срокам проведения первого разреживания.

ГЛАВА 2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Программой исследований предусматривалось: 1) Изучить состояние вопроса по использованию посадочного материала в лесокультурной практике; 2) Исследовать влияние биометрических характеристик посадочного материала на приживаемость, сохранность, рост и состояние культур ели I-II классов возраста в начальные фазы онтогенеза; 3) Исследовать влияние механической обработки почвы, густоты и уходов на эффективность использования посадочного материала разных видов; 4) Выявить особенности архитектоники корневых систем ели в культурах; 5) Закономерности роста ели из разных видов посадочного материала; 6) Определить влияние посадочного материала на экономическую эффективность создания культур; 7) Уточнить практические рекомендации по целевому использованию посадочного материала ели.

Исследования проводились на опытных объектах, созданных СанктПетербургским НИИ лесного хозяйства в 1975-1986 г. в ОЛ «Сиверский лес», Ломоносовский и Волосовский лесхозах в кисличных, кислично-черничных, приручейниковых, травяно-таволжных типах условий местопроизрастания.

Материалы для сравнения и анализа были получены из документации, лаборатории лесовосстановления ФГУ «СПбНИИЛХ» (в диссертации есть соответствующие ссылки) и путем закладки пробных площадей по ОСТ 56-69-83 в 3кратной повторности.

Созданию культур предшествовало картирование площади вырубок, механическая обработка почвы посадочных мест и сортировка посадочного материала, выращенного из местных семян. Характеристику сеянцев и саженцев определяли по 50 модельным растениям по вариантам опыта. Посадочный материал различался по возрасту (1-8 лет), сухой массе надземной части (2-190 г), объему субстрата на корнях (0,1-3,5 литра). Он не был поврежден вредителями и болезнями, имел хорошее физиологическое состояние.

Закладка культур выполнялась в мае. Шаг посадки – 0,9…1,1 м, ширина – междурядий 3,5 м. Агротехнические уходы и осветления осуществлялись в превентивном режиме.

Методика лесокультурных исследований стандартная (Н.П. Кобранов, 1930;

Огиевский В.В., Хиров А.А., 1964; А.Ф., Чмыр и др., 2001).

Общая площадь опытных объектов, вариантов с посадочным материалом 23: в т.ч. с открытыми корнями – 14, с закрытыми корнями – 9. Количество постоянно учитываемых деревьев – 150 тыс. шт.

Показатели роста ели определялись не менее одного раза в 3-5 лет. На каждой повторности замерялись 100-300 деревьев по высоте и диаметру ствола, не менее 50 по диаметру крон.

Математическая обработка натурных данных выполнена по методике Б.А. Доспехова, 1985, моделирование по В.А. Соловьеву, 1985.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ АГРОТЕХНИКИ ВЫРАЩИВАНИЯ

ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА НА РОСТ КУЛЬТУР ЕЛИ

Повышение эффективности лесокультурного производства возможно только путем интенсификации технологических процессов и повышения качества работ на всех его этапах. Наиболее ответственным из них является этап закладки культур.

3.1. Посадочный материал с открытой корневой системой (ОКС) Качество посадочного материала определяется его генотипом, фенотипом и физиологическим состоянием. В начале своего роста ель растет сравнительно медленно, образует мочковатую корневую систему и хорошо переносит пересадку. Это позволяет увеличить размер ее посадочного материала.

Интегральной характеристикой посадочного материала является его масса, которая тесно коррелирует с диаметром ствола. Как показали опыты в исследованном диапазоне (2-170 г), чем больше общая масса посадочного материала при оптимальном соотношении масс тонких корней и надземной части, тем быстрее растут культуры ели и тем более устойчивы они к неблагоприятным факторам среды (заморозки, мощный травяной покров, высокая конкуренция нежелательной древесно-кустарниковой растительности и др.). Эта тенденция может сохраняться в насаждении до 25 лет (табл. 1, рис. 1).

Динамика роста ели из посадочного материала с ОКС Приживаемость, % В кислично-черничных лесорастительных условиях 2-летние культуры ели не имели принципиальных различий между сеянцами и саженцами по сохранности. В 5 лет (фаза индивидуального роста) сеянцы по диаметру ствола были на 44% меньше 4-летних саженцев и на 72% меньше саженцев-гейстеров;

по высоте это соотношение составляло – 30 и 62%, соответственно. Сохранность в этот период достаточно высокая и у сеянцев и у саженцев (89-94%). К 6-7 годам диаметр крон составлял 1,0-1,4 м при посадке 4-6-летними саженцами. Произошло смыкание корней и надземных частей в ряду, что усилило внутривидовую конкуренцию и дифференциацию деревьев. В 10 лет к концу фазы индивидуального роста разница в росте по биометрическим параметрам между сеянцами и 4-летними саженцами составляла 40-44% и между сеянцами и 6-летними саженцами – 44-56%. В 15 лет различия между вариантами опыта начинают сглаживаться.

На вырубках ельника травяно-таволжного (эдатоп С4), где темпы роста культур ниже, чем в кислично-черничных условиях влияние исходной массы посадочного материала остается существенным и в 20 лет, так как смыкание корней и крон наступило позднее (рис. 1). Максимальный эффект в этих условиях был достигнут при использовании укрупненных саженцев (гейстеров).

Многолетние исследования показали, что в южной тайге темпы роста культур при выращивании по интенсивным технологиям могут быть увеличены в 1,2-1,8 раза за счет использования укрупненного посадочного материала с хорошо развитой массой тонких корней при одновременном снижении густоты культур: для стандартных саженцев с сухой массой 7-30 г до 2,4-3,0 тыс. шт./га, для саженцев с массой более 60 г (гейстеры) до 1,5-2,0 тыс. шт./га. Это позволяет увеличить шаг посадки до 1,5 м, избежать агротехнических уходов и первого некоммерческого разреживания культур, получив высокую сохранность культур.

Рис. 1. Объем ствола культур ели в зависимости от массы надземной части посадочного материала (эдатоп С4) Таким образом, установлено, что в первые 15-20 лет саженцы растут значительно быстрее, чем сеянцы даже очень высокого качества (в опытах были использованы сеянцы, высота и диаметр корневой шейки которых, в 1,5 раза выше требований стандарта), что существенно облегчает уходы и снижает затраты.

3.2. Посадочный материал с закрытой в торфяной субстрат С целью экономии семян, сокращения сроков выращивания и удлинения периода посадки культур в мировой практике широко практикуется использование теплиц и закрытие корней в торфяной субстрат.

Нами было сделано сравнительное исследование ПМЗК с массой надземной части от 0,6 до 24,1 г (табл. 2).

Динамика роста ели из ПМЗК на плужных грядах высотой 20 см в эдатопе С Показатель Масса надземная часть 0,6±0,01 2,1±0,10 6,9±0,31 2,2±0,03 17,4±1,10 24,1±1, сухая, г все корни 0,4±0,01 1,3±0,06 2,4±0,18 0,6±0,01 5,7±0,30 8,0±0, Приживаемость, % На первом этапе роста приживаемость культур во всех вариантах высокая 95-99%, что говорит о хорошей адаптации растений к новым условиям местопроизрастания.

В фазе индивидуального роста (5-9 лет), когда главным лимитирующим фактором, становится конкуренция с травянистой растительностью, лучшим ростом по диаметру и высоте обладают крупные растения (с массой надземной части 6,9-24,1 г). Однолетние сеянцы и саженцы «Брикет» существенно отстают (рис. 2).

Увеличение массы ПМЗК, обеспечивает ускорение роста в течение всего срока наблюдений, что приводит к большему накоплению стволовой массы на 60% в 21-летних культурах ели.

Сравнение темпов роста культур ели, созданных саженцами с открытыми корнями и закрытыми корнями показало, что 2-летний ПМЗК в контейнере, объемом 0,4 л, будучи моложе на 2 года и имея меньшую массу надземной части меньше, растет в культурах так же как и 4-летний посадочный материал с ОКС (табл. 3).

Рис. 2. Характеристика роста культур ели в эдатопе С Сравнение динамики роста культур ели, созданных посадочным материалом Характеристика посадочного материала Саженцы Сеянцы, 2т, 0,4 л Следовательно, при использовании ПМЗК, сохраняются те же закономерности по росту, что и у посадочного материала с ОКС – чем больше исходная масса сеянца или саженца, тем выше темпы роста на лесокультурной площади.

В тоже время ПМЗК, выращенный в теплице, позволяет в 3-4 раза сократить расход семян, растянуть период посадки культур на длительный срок с автоматизацией процесса производства, т. е. выйти на промышленные методы лесовосстановления.

3.3. Влияние отбора особей высших ранговых групп В опытных посадках применялся массовый отбор особей лучших ранговых групп среди партии посадочного материала из семян «нормальной» селекционной категории. В 20 годам густота культур составляла 2100-3400 шт./га, запас 520-100 м3/га. Отбор 25% лучших по массе растений, представленные, в основном, особями с улучшенным генотипом, среди 2-летних сеянцев ПМЗК и саженцев 2+2 с открытыми корнями позволяет добиться более высоких показателей роста по диаметру ствола в 5, 10 и 15 лет. В 20-летних культурах объем ствола в опытах с отбором посадочного материала был выше на 25% (табл. 4).

Улучшенный генотип, таким образом способствует существенному ускорению роста культур без увеличения объема субстрата на корнях. Объем среднего ствола в культурах, заложенных посадочным материалом с интенсивностью отбора не более 25% с учетом ранней диагностики по признакам быстрого роста выше на 22% по сравнению с культурами, созданными посадочным материалом без сортировки, что согласуется с данными В.Я. Попова (1986) и В.В. Беляева (1995).

Динамика роста культур ели на плужных грядах, высотой 20 см в кислично-черничных лесорастительных условиях Масса надземная часть 2,1±0,10 17,4±1,10 31,1±2,70 19,1±1, Следовательно, при выращивании целевого посадочного материала для ускоренного (плантационного) производства надо ориентироваться на сортовые и селекционно-улучшенные семена, а также интенсивность отбора не менее 25% лучших по фенотипу особей с учетом диаметра корневой шейки (высокий уровень корреляции с массой саженца), высоты саженца, крупности верхушечной почки, четкой мутовчатости и длины хвои. При наличии весенних и летних заморозков лучше использовать позднораспускающиеся формы ели.

ГЛАВА 4. АРХИТЕКТОНИКА КОРНЕВЫХ СИСТЕМ КУЛЬТУР ЕЛИ ИЗ

ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА РАЗНОЙ МАССЫ

Нами было исследовано развитие по элементам лесокультурной полосы корневых систем 21-летних культур, созданных посадочным материалом с разной массой. Почвы на опытном участке модергумусные, легкосуглинистые свежие на плотном моренном суглинке.

При посадке использовались саженцы с массой надземной части 11,3±0,30 г и 122,5±4,00 г.

Исследования показали, что глубина освоенного корнями слоя почвы в гряде достигает 60 см и в нем распространяется 50-70% всех корней толще 1 мм и 24-30% тонких корней, наиболее активно поглощающих из почвы воду и растворенные в ней питательные вещества. Особенно заселен корнями верхний 10-сантиметровый слой почвы (75-80% массы всех корней), на глубине 10-20 см находится 5-9% общей массы корней. Глубже 20 см масса корней составляла не более 4%.

Поскольку лесокультурная борозда была сточной и застоя воды в ней не было, и, вследствие симметричного развития корней дерева, наблюдался переход проводящих корней по дну борозды в соседний пласт на расстояние 1,4м от места посадки, что обеспечило формирование ветроустойчивых древостоев.

При посадке укрупненных саженцев (гейстеров) с массой надземной части 123 г, общая масса корней культур больше на 20% и основную часть этого превышения составляют корни толщиной более 5 мм.

По сравнению с травяно-таволжными условиями (И.А. Маркова и др., 1996) на вырубке ельника кислично-черничного общая масса корней и освоенная ими площадь при одном и том же виде саженцев и типе посадочного места достоверно больше и в почву они уходят на 20 см глубже.

На основании сравнения данных по развитию корневых систем стандартных (11 г) и укрупненных саженцев (гейстеров) (123 г) можно сделать вывод, что различия между ними в возрасте 21 год несущественны и основными факторами, определяющими их развитие, являются лесорастительные условия и глубина обработки почвы с отводом воды с лесокультурной площади.

Таким образом, использование даже укрупненных саженцев не может решить проблему устойчивости культур ели без обработки почвы.

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕСОКУЛЬТУРНОГО

ПРОИЗВОДСТВА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Для того, чтобы посадочный материал реализовал все свои потенциальные возможности необходима обработка почвы посадочных мест и превентивные уходы за культурами.

5.1. Влияние механической обработки почвы на рост культур В таежной зоне основными факторами, лимитирующими рост хвойных пород на вырубках, являются избыточное увлажнение почвы, слабое ее прогревание в ризосфере посадок, повышенная плотность (1,2 г/см3 и более) с глубины 15 см, низкое актуальное плодородие вследствие низкой биологической активности почвы, высокая конкуренция нежелательной растительности (Маркова И.А. и др., 2004). Механическая обработка почвы посадочных мест позволяет оптимизировать условия роста растений.

В 26 лет культуры, созданные по необработанной почве на 50-55% отстают в росте по объему ствола от растений на плужных грядах. Различия по запасу в опытах с 3-летними сеянцами составляют 84%, с саженцами «Брикет» – 75% (табл. 5).

Увеличение содержания органического вещества в гряде за счет смещения его с бермы борозды и перемешивания с минеральной частью почвы (ПШ-1), а также глубина мелиорирующей борозды (20 см – ПШ-1 и ПЛ-2-50) существенно Динамика показателей роста культур, созданных разным посадочным материалом ели с густотой 4000 шт./га в эдатопе С Вариант обработки Саженцы “Брикет”, масса надземной части 2,6±0,20 г, D0=3,3±0,10 мм, Н=24±0,6 см Необработанная почва 7,0±0,35 8,5 2314 Сеянцы ОКС, масса надземной части 1,5±0,20 г, D0=2,5±0,10 мм, Н=16±0,4 см Необработанная почва 6,6±0,51 7,7 1171 улучшают условия роста высаженные растений, что приводит к увеличению прироста по диаметру (рис. 3).

Рис. 3. Динамика роста по диаметру ствола саженцев ели при разном сложении В 10-летних культурах на необработанной почве средний диаметр насаждения составлял 1,2±0,14 см, что в 1,8 раза меньше, чем у посадок, созданных по грядам плуга ПШ-1 с увеличенным содержанием в гряде органического вещества за счет смещения его с бермы борозды и перемешивания с минеральной частью и в 1,5 раза меньше, чем при посадке по пластам плуга ПЛ-2-50. Эта закономерность отмечалась на протяжении всего 25-летнего срока наблюдений.

Следовательно, рекомендации по созданию культур ели саженцами или ПМЗК по необработанной почве (Механизация лесокультурных…, 1980) нельзя признать оптимальными для условий таежной зоны с холодными переувлажненными почвами.

При посадке по целине саженцы дают более высокую (на 18%) сохранность культур по сравнению с сеянцами и значительно увеличивают (до 30%) темп роста.

Максимальный эффект получен при обработке почвы плугом ПШ-1, который в процессе вспашки перемешивает минеральный и гумусовый горизонты и перемещает этот грунт в гряду на расстояние 0,6-0,8 м от кромки борозды.

5.2. Влияние уходов на устойчивость и параметры культур ели В год посадки культур почти полностью восстанавливается напочвенный покров (масса травы 91-228 г/м2) на плужных грядах высотой 20 см (ПШ-1 и ПЛ-2-50), в которых содержание гумуса повышено за счет смещения его шнеками с бермы борозды и концу первого года выращивания уже нужен агротехнический уход. Лучшим способом преодоления негативного влияния травостоя следует признать закладку культур укрупненным посадочным материалом (табл.

6). Жесткая внутривидовая конкуренция после смыкания крон приводит к сильному затенению. Физиологические исследования показали, что при затенении происходит перераспределение потоков ассимилянтов в пользу надземной части по сравнению с ростом корневых систем.

Вследствие такого перераспределения замедляется рост корневых систем.

Наблюдается нарушение оптимального соотношения между массой корней и хвоей. При этом сильно подавляется поглощение фосфатов, которое физиологически зависит от света. Это приводит к снижению темпов накопления древесины и ослаблению ветровой устойчивости культур.

Показатели роста культур ели на плужных грядах высотой 20 см Н, см Н, см По данным А.Н. Красновидова, А.Н. Мартынова, 1977 недостаток света сильнее сказывается на массе растения и диаметре ствола (наибольший прирост наблюдается при освещенности свыше 60% от полной), чем на его высоте. Связь между освещенностью и ростом культур достаточно тесная (коэффициент корреляции R=0,9).

Наблюдения за диаметром крон показали, что смыкание в рядах наступило в возрасте 5-6 лет, что привело к усилению внутривидовой конкуренции, и в последствии, к торможению роста еловых культур и снижению производительности.

В таблице 7 приведено сравнение показателей роста культур с разреживанием, выполненным в 25 лет. В 24-летних культурах разница в росте по линейным параметрам составляла 9-18%.

При снижении густоты оставлялись лучшие по фенотипу ели и, как следствие, увеличивалась площадь питания отдельного дерева. При рубке выполнен 50%-ный селекционный отбор с удалением деревьев отставших в росте и с повреждениями. После разреживания произошло формирование большего объема ствола (на 48%) на меньшем количестве деревьев.

Сравнение роста культур с разреживанием (эдатоп С3) В условиях средней и южной тайги с 10-13-летнего возраста в культурах густотой более 2-2,5 тыс. шт./га (шаг посадки менее 1,5 м) происходит усиление внутривидовой конкуренции и угнетение роста ели вследствие снижения освещенности. В 23-летних культурах ели при снижении освещенности на 20-40% потери по запасу составляют более 50 м3/га.

Своевременно выполнение разреживания в еловых культурах даст возможность избежать потерь производительности насаждения, позволит древостою раньше достигнуть возраста технической спелости и сохранит его устойчивость к ветровалу.

Следовательно, разреживание необходимо начинать раньше, до начала внутривидовой конкуренции. Это позволит уменьшить потери текущего прироста по диаметру и высоте.

ГЛАВА 6. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РОСТА КУЛЬТУР ЕЛИ

ИЗ РАЗНЫХ ВИДОВ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА

Для моделирования процессов роста были использованы данные 43 пробных площадей еловых культур в кислично-черничных лесорастительных условиях.

Для всех вариантов была рассчитана удельная скорость роста, которая характеризует относительную скорость роста конкретного параметра в единицу времени.

В первые 30 лет в культурах, созданных посадочным материалом с ОКС, наблюдался экспоненциальный ход роста.

Определение точки, после которой происходило снижение удельной скорости роста, производилось путем сравнения двух прямых линий, проведенных через три или четыре точки, по коэффициенту детерминации и достоверности коэффициентов регрессии в каждом возрастном диапазоне культур. Эта точка разделила рост культур на две фазы. После определения системы уравнений наиболее точно описывающих рост культур, было рассчитано время после которой происходило изменение удельной скорости роста. Коэффициенты детерминации, показатели значимости для коэффициентов регрессионного уравнения и для регрессии в целом достоверны на 5% уровне значимости.

Исследование культур, созданных ПМЗК показало, что их рост описывался уравнением Б. Гомпертца.

Анализ табл. 8 показывает, что исследованные виды посадочного материала с ОКС имеют точку (время наступления второй фазы), после которой наступает снижение удельной скорости роста в 2-3 раза.

Параметры роста по высоте/диаметру еловых культур, созданных посадочным материалом ОКС на пластах высотой 20 см Сеянцы стандартные (2,1±0,20) 2-фаза 10 / 10 262,4 / 21,9 0,1004 / 0,0980 683 / дартные (12,7±1,33) Время наступления снижение удельной скорости роста у саженцев произошло в то же время, что и у более мелкого посадочного материала, так как первые, имеющие большую массу, ранее смыкание крон и, как следствие, ранее усиление внутривидовой конкуренции, чем вторые, более устойчивы к внешним неблагоприятным условиям среды и способны дольше сохранять постоянный темп роста, не снижая его.

Анализ роста культур, созданных ПМЗК выявил, что удельная скорость роста у сеянцев больше на 32-44%, чем у саженцев с массой надземной части 18,1 г. Это объясняется тем, что будучи моложе и имея небольшую массу надземной части по сравнению с саженцами, они стараются ликвидировать разницу в росте в благоприятные периоды путем его увеличения (табл. 9).

Параметры роста по высоте/диаметру еловых культур, посадочного скорость росвысота, см время насту- рост по Полученные результаты по влиянию размеров растений на устойчивость к внешним факторам подтверждаются работой Кармановой И.В. (1976), выполненной в лаборатории лесоведения Академии наук.

Наибольший текущий прирост по диаметру ствола (точка перегиба) в исследованных нами еловых культурах, созданных ПМЗК наступает на 4-7 лет раньше, чем по высоте и время наступления этого момента увеличивается с увеличением массы ПМЗК.

Таким образом, растения, с более высокой массой надземной части, способны дольше выдерживать усиление внутривидовой конкуренции не снижая рост.

ГЛАВА 7. СРАВНЕНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ВИДОВ ПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА В ЛЕСОКУЛЬТУРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

На основе исследования еловых культур были выполнены экономические расчеты и сравнение эффективности лесовосстановления с использованием разных видов посадочного материала.

Самым дешевым видом посадочного материала являются сеянцы. Но при создании лесных культур экономия на посадочном материале приводит к значительным затратам на посадку и уходы. При использовании 4-летних саженцев затраты на создание культур (за счет доставки на вырубку) такие же как и при использовании сеянцев, также происходит увеличение стоимости посадочного материала на 20-25%, но значительно снижаются затраты на уходы (в 1,5 раза) (табл. 10).

Сравнение затрат на посадку и уход за культурами из разных видов посадочного материала (на 1 га) Сеянцы (контроль) Саженцы 4-летние 3-летние в контейнере объемом 1 л 6-летние При применении ПМЗК и саженцев-гейстеров массой 50-60 г значительно увеличиваются расходы на выращивание посадочного материала, но при этом затраты на уходы сводятся к минимуму. Использование саженцев-гейстеров при создании культур позволяет сократить расходы, из-за перенесения части работ на питомник. Таким образом, при одинаковой общей стоимости создания культур сеянцами и 4-летними саженцами, увеличение по объему ствола последних произошло на 33%. При увеличении же стоимости создания культур саженцамигейстерами всего лишь на 8% по сравнению с сеянцами, объем ствола в 20 лет увеличился на 63%.

Использование посадочного материала, массой 2-3 г (сеянцы) и 12-15 г (4-летние саженцы) можно рекомендовать в тех случаях, если гарантировано своевременное проведение агротехнических и лесоводственных уходов.

В тех случаях, когда нет возможности обеспечить культуры уходами лучше использовать ПМЗК или укрупненные саженцы массой 50-60 г.

ВЫВОДЫ

1. В условиях средней и южной тайги темпы роста культур при выращивании по интенсивным технологиям в первые 15-20 лет могут быть увеличены в 1,2-1,8 раза за счет использования укрупненного посадочного материала с хорошо развитой массой тонких корней при одновременном снижением густоты культур: для саженцев стандартных с сухой массой 7-30 г до 2,4-3,0 для саженцев с массой более 60 г (гейстеры) до 1,5-2,0 тыс. шт./га. Увеличение шага посадки при использовании хорошо сформированных укрупненных саженцев с массой тонких корней 5,0-5,3 г до 1,5 м, позволяет избежать агротехнических уходов и первого некоммерческого разреживания культур, получив высокую их сохранность. Саженцы ели растут лучше, чем даже очень высокого качества сеянцы (в опыте их высота и диаметр корневой шейки в 1,5 раза выше требований стандарта) в первые 15-20 лет, что существенно облегчает уходы и сокращает затраты на них.

2. При использовании ПМЗК сохраняются те же закономерности, что и у посадочного материала с открытой корневой системой – чем больше исходная масса сеянца или саженца, тем выше темпы роста на лесокультурной площади. В тоже время ПМЗК, выращенный в теплице, позволяет в 3-4 раза сократить расход семян и растянуть период посадки культур на длительный срок с автоматизацией процесса производства при выращивании и посадке культур.

3. При выращивании целевого посадочного материала для ускоренного (плантационного) производства, надо ориентироваться на сортовые и селекционно-улучшенные семена, а также на 25% отбор лучших по фенотипу особей в партии стандартного посадочного материала с учетом комплекса признаков по признакам быстрого роста При наличии опасности весенних и летних заморозков лучше использовать позднораспускаюшиеся формы ели.

4. При посадке по необработанной почве саженцы дают более высокую (как минимум на 20-25%) сохранность культур по сравнению с сеянцами. Максимальный по производительности ели эффект получен при обработке почвы плугом ПШ-1, который в процессе вспашки перемешивает минеральный и гумусовый горизонты и перемещает этот грунт в гряду на расстояние 0,6-0,8 м от кромки борозды. Посадка укрупненного посадочного материала не решает проблемы отвода воды с лесокультурной площади.

5. Отсутствие разреживания ведет к смыканию сначала корневых систем, а затем и крон деревьев, что приводит к ухудшению освещенности хвои и потере темпов роста по диаметру ствола. В результате снижается устойчивость культур и повышается опасность ветровала, что особенно опасно на фоне высокого уровня грунтовых вод, который ограничивает глубину проникновения корней и уменьшает объем корнеобитаемой зоны.

6. Раскопки корневых систем культур показали, что качественная обработка почвы посадочных мест увеличивает объем ее освоения за счет проникновения корней на глубину до 60 см, что обеспечивает их устойчивость к ветровалу. Различия между стандартными и укрупненными саженцами в возрасте 21 год несущественны и основными факторами, определяющими их развитие, являются лесорастительные условия и качество обработки почвы.

7. В зависимости от состояния корневой системы посадочного материала (ОКС или ЗКС), использованного в еловых культурах, ход их роста различен.

При закладке культур посадочным материалом с ОКС в первые 30 лет наблюдался рост ели по экспоненте. Снижение (в 2-3 раза) удельной скорости роста наблюдается при отсутствии разреживания культур к 9-10-летнему возрасту.

Чем крупнее был использован посадочный материал при закладке культур, тем дольше он способен был испытывать острую внутривидовую конкуренцию.

При закладке еловых культур ПМЗК рост описывался уравнением Б. Гомпертца. Рассчитанное время накопления максимального прироста по высоте и диаметру, наступает позже у вариантов с большей массой посадочного материала.

Время проведения первого разреживания для культур, созданных саженцами, следует снизить до 10-11 лет, тем более, что к их 8-летнему возрасту уже возможно определение деревьев-лидеров.

8. Сравнение затрат на создание еловых культур из разных видов посадочного материала показало, что саженцы (D0 – 8,2±0,30 см; Н – 34±0,8 см) с массой 12-15 г при оптимальном соотношении массы тонких корней к надземной части (1:10-1:25) являются наиболее подходящим вариантом по затратам и лесоводственной эффективности для массовых посадок. Использование укрупненных саженцев (гейстеров), массой 50-60 г и ПМЗК в контейнере объемом 1,0 л и более увеличивает стоимость закладки культур на 8-9% по сравнению с саженцами, массой 12-15 г, но снижает затраты на уходы. Затраты на создание еловых культур таким посадочным материалом будут оправданы при посадках в условиях, где по тем или иным причинам затруднено выполнение уходов, в культурах, ориентированных на ускоренное производство, а также и на техногенно загрязненных территориях.

Уточнения к практическим рекомендациям Стандартные сеянцы ели с открытой корневой системой существенно и на длительный срок отстают в росте от саженцев, поэтому они будут иметь преимущество только в случае недостатки влаги на вырубках, слабо зарастающих травяной и древесной растительностью и при возможности выполнения 3кратных своевременных агротехнических уходов, 2-кратных осветлений и разреживания культур в 11-12 лет. Густота посадок – 4,0…4,5 тыс. шт./га.

На Северо-Западе России в богатых лесорастительных условиях можно рекомендовать посадку культур ели стандартными саженцами с ОКС с надземной массой 12-20 г с диаметром стволика 6-8 мм и соотношением массы тонких корней к надземной части 1:10-1:25. Этот посадочный материал устойчив к конкуренции с нежелательной травяной растительностью, что позволяет сократить количество агротехнических уходов до одного, снизив густоту посадки культур до 2-2,5 тыс. шт./га.

Использование саженцев-гейстеров со специально сформированной компактной корневой системой позволяет снизить исходную густоту до 1,5-1,8 тыс.

шт./га и отказаться от агротехнических уходов и первого разреживания.

Для ускоренного лесовыращивания необходим целевой селекционноулучшенный, отборный по гено- и фенотипу посадочный материал из школы 5лет с диаметром стволика не менее 16 мм, хорошо развитой верхушечной почкой, крупной хвоей и четко выраженной мутовчатостью ветвей. Саженцы ели должны выращиваться на высоком агрофоне, что обеспечивает формирование мочковатой компактной корневой системы, удобной для качественной посадки в микроповышения или пласты.

Все виды посадочного материала не должны иметь подсыхания корней в предпосадочный период.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Бутенко О.Ю. Влияние качества посадочного материала на производительность культур ели // Леса Евразии – Белые ночи: Материалы III Международ. конф. молодых ученых. – М.: Изд-во МГУЛ, 2003. – С. 81-83.

2. Маркова И.А., Шестакова Т.А., Большакова Н.В., Бутенко О.Ю. Обобщение 30-летнего опыта плантационного лесовыращивания в таежной зоне России // Труды СПбНИИЛХ. – СПб.: 2004. – Вып. 2 (12). – С.58-76.

3. Бутенко О.Ю. Реакция сеянцев и саженцев хвойных пород на обработку почвы посадочных мест // Современные проблемы и перспективы рационального лесопользования в условиях рынка: Сб. тезисов Международ. научнопрактической конф. молодых ученых (16-18 ноября 2004 г) в СанктПетербургской лесотехнической академии. Под. ред. А.А. Егорова. – СПб.:

СПбЛТА, 2005. – С. 9-11.

4. Большакова Н.В., Бутенко О.Ю. Совершенствование технологии по выращиванию лесных культур ели на Северо-Западе России // Леса Евразии – Уральские горы: Материалы V Международ. конф. молодых ученых, посвященной 175-летию первого лесоустройства на Урале и 160-летию со дня рождения лесовода Ф.А. Теплоухова. – М.: МГУЛ, 2005. – С. 89-91.

5. Бутенко О.Ю. Роль посадочного материала в технологиях лесовосстановления леса // Леса Евразии – Венгерский лес: Материалы VI Международ. конф.

молодых ученых. – М.: МГУЛ, 2006. – С. 57-59.

6. Бутенко О.Ю. Роль посадочного материала в технологиях лесовосстановления ели // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – СПб:

СПбГЛТА, 2006. – Вып. 11. – С. 63-67.

7. Маркова И.А., Шестакова Т.А, Бутенко О.Ю., Большакова Н.В., Степанова О.П. Лесосырьевые плантации сосны и ели. – СПб.:

ФГУ «СПбНИИЛХ», 2008.– Вып. 1(16). – 159 с. (Серия “Стационарные опытные объекты»).

БУТЕНКО ОЛЕСЯ ЮРЬЕВНА

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 0.09. Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная.

Уч.-изд. л. 1,00. Тираж 100 экз. Заказ № 261. С11 а Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия Издательско-полиграфический отдел СПбЛТА 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер.,