«Пермь 2013 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ...»

М. В. РОГОЗИН

СЕЛЕКЦИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

ДЛЯ ПЛАНТАЦИОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ

Пермь 2013

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Естественнонаучный институт М. В. РОГОЗИН

СЕЛЕКЦИЯ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ

ДЛЯ ПЛАНТАЦИОННОГО ВЫРАЩИВАНИЯ

Монография Пермь УДК 582.47: 630*232.1: 630*165: 630*5 (470.53) ББК 443.813 – 4 (2Рос – 4 Пер) Р Рогозин М. В.

Р 59 Селекция сосны обыкновенной для плантационного выращивания: монография / М. В. Рогозин; Перм. гос.

нац. исслед. ун-т. – Пермь, 2013. – 200 с.: ил.

[Электронный ресурс]. Режим доступа: http. www.psu.ru Электронный ресурс для ПГНИУ, цифровая библиотека для ПГНИУ, тематический каталог, биология.

ISBN 978-5-7944-2148- Рассматривается онтогенез сосны и ели, селекция сосны на общую комбинационную способность (ОКС). Дается анализ литературы, а также приводятся собственные данные, полученные в результате крупных опытов, моделирующих отбор и раннюю диагностику роста растений, древостоев и потомства. Представлены расчеты наследуемости высоты на потомстве в 3–18-летнем возрасте, полученном от 910 деревьев, растущих на семенных участках и имеющих возраст 20–26 лет. Продемонстрированы последствия теоретических заблуждений в лесоведении, лесоводстве и таксации леса. Приведены новые правила в лесной селекции для плантационного выращивания.

Книга адресована лесоводам, селекционерам и генетикам, занимающимся выведением промышленных сортов лесных пород и выращиванием лесов.

Издание электронное, доступно на сайте ПГНИУ и в Национальной электронной библиотеке.

УДК 582.47: 630*232.1: 630*165: 630*5 (470.53) ББК 443.813 – 4 (2Рос – 4 Пер) Издается по решению ученого совета Естественнонаучного института Пермского государственного национального исследовательского университета Рецензенты:

Ю. Н.Исаков – д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник Научн.-исслед. ин-та лесной генетики и селекции;

В. В. Тараканов – д-р с.-х. наук, директор Западно-Сибирского филиала Ин-та леса им.

В.Н.Сукачева СО РАН _ Научное издание Рогозин Михаил Владимирович Издается в авторской редакции Подписано в печать 07.06.2013. Формат 60х84/16.Усл. печ. л. 11, Редакционно-издательский отдел Пермского государственного национального исследовательского университета. 614990, Пермь, ул. Букирева, Типография Пермского государственного национального исследовательского университета 614990, Пермь, ул. Букирева, © М. В. Рогозин, © Пермский государственный национальный исследовательский университет, ISBN 978-5-7944-2148- Оглавление ВЕДЕНИЕ................................................ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..................................... 1.1 Ареал, популяции и сохранение генофонда сосны и ели.......... 1.2 Развитие отдельных деревьев и ранняя диагностика их роста.... 1.3 Развитие древостоев....................................... 1.4 Краткая история лесной селекции в России.................... 1.5 Результаты селекции: плюсовой, индивидуальной и селекции ценопопуляций........................................... 1.6 Наследуемость признаков и перспективы селекции хвойных.....

2. ОБЪЕКТЫ, ОБЪЕМЫ РАБОТ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты и объемы исследований............................ 3. РАЗВИТИЕ ДЕРЕВЬЕВ И ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР........... 3.1 Развитие деревьев в культурах сосны......................... 3.2 Краткие сведения о развитии деревьев в культурах ели.......... 5.4 Наследуемость высоты в возрасте потомства 3-18 лет........... 5.5 Когда возможен ранний отбор полусибовых семей сосны........

6. ОТБОР НА ОБЩУЮ КОМБИНАЦИОННУЮ СПОСОБНОСТЬ

6.6 Лесоводственный и генетический выигрыш использования семян

ВВЕДЕНИЕ

Сохранение биоразнообразия на планете Земля, в том числе и сохранение генофонда лесных популяций, является центральной проблемой настоящего времени (Ирошников, 1975; Мамаев, Махнев, 1996). СевероЗапад России и Урал подвергаются интенсивному освоению лесов уже второе столетие. Хвойные леса, что остались здесь в обжитых районах, низкопродуктивны и их запасы снизились настолько, что рубить их стало нерентабельно (Шутов, 2011). Расчетная лесосека по хвойному хозяйству, например, в Пермском крае в 2008 г. преодолела отметку в 50%, и в использовании лесов край стал лиственным, а не хвойным (Лесной план Пермского края, 2008).

Деятельность человека и стихийные бедствия снижают генетическое разнообразие лесов. Искусственный отбор и селекция (уже по определению) так же ведут к его снижению, но разные их методы неоднозначны и необходим поиск оптимального их соотношения (Исаков, 1999).

Биологические науки развиваются, происходит их разделение и возникает кризис при обобщении результатов, сущность которого представляется как отсутствие общей теории онтогенеза (Тимофеев-Ресовский и др., 1973). В лесном деле он проявился в виде отсутствия прогнозных моделей развития древостоев (Верхунов, Черных, 2007). Это вынуждало лесные науки искать частные и эмпирические решения технологий выращивания и ухода за лесом.

Сейчас крайне необходимо, во-первых, теоретическое обобщение работ, связанных с ростом, развитием, динамикой и тенденциями естественного отбора в древостоях и, во-вторых, с начальными этапами новейшей эволюции хвойных, инициированных рубкой лесов и искусственным отбором, частным случаем которого является лесная селекция. Естественное развитие леса обычно связывают с жестким отбором, и чем больше плотность популяции, тем он интенсивнее. Однако при создании, например, плантационных культур возникает вопрос выбора посадочного материала с совершенно особенными технологическими свойствами, а именно, с интенсивным ростом в условиях слабой конкуренции. Т. е. современная эволюция хвойных, направляемая человеком, не увязывается с их естественной эволюцией, в особенности с последними ее шагами, которые можно отследить в ценопопуляциях.

Вопрос этот наименее изучен и имеет множество аспектов, в особенности со стороны взаимоотношения растений со средой и друг с другом, в основе которого лежит разнообразный материальноэнергетический обмен – от обмена метаболитами до взаимодействия полей.

В этом направлении разработаны концепция «фитогенного поля»

А.А.Уранова (1965), «ценогенного поля» А.Е.Катенина (1972) и «эффект группы» Ю.В.Титова (1978) с настройкой активности процессов обмена у отдельных травянистых растений на режим колебаний в своей группе.

Совершенно иная настройка обнаружена в 180-летних древостоях ели и пихты, где деревья с близким типом прироста росли на большом расстоянии, а деревья с разной динамикой прироста образовывали группы (Горячев, 1999). По-видимому, во втором случае в эти группы возможен отбор правых и левых форм растений: левые формы предпочитают прямой свет и слабую конкуренцию, а правые – рассеянный и толерантны к ней; при этом их соотношение находится в пределах определенной нормы (0.38:0.62 или наоборот), и эта закономерность универсальна (подчиняется правилу «золотого сечения»), проявляясь в потомстве не только отдельных деревьев Pinus sylvestris (L.) и Picea abies (L.) Karst, но и в потомстве их популяций (Голиков, 2004). Разработана также концепция И.С.Марченко (1995) о решающем влиянии биологических полей и биоактивных зон Земли на онтогенез древостоев. Множество работ свидетельствует о том, что в древостоях преобладает групповое размещение растений (Ипатов, Тархова, 1975; Чудный, 1976; Проскуряков, 1981; Бузыкин и др., 1983; Маслаков, 1984; Мартынов, 2010), но причины такого группового размещения неясны.

Хвойные виды на территории России изучались в основном в плане изменчивости в пределах ареала вида (Правдин, 1964, 1975), или на значительной его части (Мамаев, 1970; Милютин, 1985; Попов, 2005;

Черепнин, 1980). Есть продуктивные попытки выяснения истории расселения хвойных в голоцене (Санников и др., 2012) и выяснения границ их популяций (Санников и др., 1997; Путенихин, 2000; Видякин, 2004).

Вместе с тем мало изучены аспекты их современной эволюции, а именно, два ее направления: естественная эволюция и эволюция искусственная, инициированная антропогенным вмешательством в биогеоценозы рубками, а также селекцией.

Вполне очевидно, что направляемая человеком эволюция хвойных и ее аспект «селекция» будут эффективны при использовании закономерностей естественной эволюции. Цикл смены поколений у хвойных составляет десятки лет и на первом этапе желательно выяснить изменения хотя бы в первом поколении. В этом плане результаты в селекции хвойных могут быть очень интересны. Однако мы столкнулись с недостаточной их репрезентативностью и с отсутсвием ответов на вопросы, вскрывающие механизмы естественного отбора. Было понятно, что тенденции эволюции могут быть обнаружены только на больших выборках, позволяющих обнаружить слабые связи. Мы не ждали корреляций даже среднего уровня, так как понимали, что они давно уже использованы естественной эволюцией.

Поэтому для доказательства достоверности слабых связей между родителями и потомством мы стремились использовать выборки большого объема. При планировании всего эксперимента и его частных методик это привело к разработке оригинальной технологии многообъемных испытаний потомства древесных растений в сочетании с минимизацией числа испытываемых растений в каждом из потомств (Рогозин, Разин, 2012-а).

Онтогенез хвойных растений можно рассматривать с разделением на два этапа: этап раннего развития в условиях слабого взаимодействия между растениями (до 8–10 лет) и этап развития в условиях сомкнутости крон и сильной конкуренции (от 12–15 лет и старше). Оценки биологической продуктивности для этих этапов принципиально разные: на первом этапе это оценка в виде простой суммы биопродукции отдельных растений, тогда как на втором этапе это уже будет оценка биопродуктивности их древостоев.

Из этого разделения онтогенеза на два этапа следуют особенности методики оценки продуктивности и скорости роста потомства: в первом случае оценки возможны по малым выборкам на линейных делянках, а во втором – на прямоугольных делянках со сформировавшимися насаждениями.

Таким образом, исследования включали актуальные вопросы развития деревьев, древостоев и их потомства на фоне изменения параметров ценопопуляций при естественном и искусственном отборе, которые имеют в настоящее время слабую степень теоретического обобщения.

Цели исследования заключались в выяснении закономерностей развития деревьев и древостоев в онтогенезе и выявлении тенденций эволюции при разных методах искусственного отбора в ценопопуляциях Pinus sylvestris (L.) (сосна обыкновенная, далее сосна) в Пермском крае.

Для достижения намеченных целей решались следующие задачи:

1. Проанализировать представления о естественном отборе в ценопопуляциях хвойных древесных растений, онтогенезе деревьев и древостоев и практические результаты в селекции хвойных пород.

2. Выяснить минимальный возраст оценки скорости роста у потомства отдельных деревьев (семей) и потомства ценопопуляций сосны.

4. Предложить пути использования обнаруженных закономерностей в лесной селекции и семеноводстве при создании древостоев сосны с заданными полезными свойствами.

Научная новизна.

1. Выяснено, что снижение плотности лесных культур повышает соответствие размеров растений в молодом (4–10 лет) и более старшем возрасте (29–40 лет), что позволяет проводить отбор деревьев-лидеров в плантационных культурах начиная с 4-5-летнего возраста.

2. Впервые показана возможность ранней диагностики роста потомства с отбором лучших популяций по оценкам роста их потомства начиная с 4 лет, а лидеров среди семей – с 8 лет с достаточной для таких первых оценок надежностью.

3. На массовом материале доказано отсутствие наследуемости роста в высоту и, в связи с этим, несостоятельность идеи массового отбора (плюсовой селекции) у сосны обыкновенной.

Практическая значимость исследований. После изучении общей комбинационной способности сосны по 2-5 урожаям выделено «предэлитных» деревьев. Результаты работ используются в учебном процессе кафедры биогеоценологии и охраны природы ПГНИУ и кафедры лесоводства и ландшафтной архитектуры ПГСХА в дисциплинах «Лесоведение» и «Селекция растений». Для плантационного выращивания предложена непрерывная инновация результатов селекции сосны, с повышением продуктивности выращиваемых из улучшенных семян промышленных плантаций на первом этапе до 10% и далее до 15%.

Благодарности. Считаю своим долгом выразить благодарность Ю.Н.

Исакову за инициацию множества идей и рабочих гипотез, Г.С.Разину и А.М.Голикову за обсуждение проблем развития древостоев, которые в значительной мере определили направления настоящих исследований.

В проведении полевых работ при закладке опытных питомников и культур в 1989-2006 гг. значительную помощь оказывали директора, главные лесничие, лесничие и мастера леса Закамского (Горбачев В.С., Фильченков Ю.И., Сретенский А.В) и Пермского лесхозов (Чирков Л.Ф), Очерского, Рождественского и Юго-Камского лесничеств (В.И.Богатырев, Н.П.Ширинкин, Л.В.Воробьева, Т.Р.Шардакова), сотрудники аппарата управления Пермскими лесами и лесоустроительной экспедиции Пермского края за долгие 30 лет – В.А.Шимкевич, Н.А.Боровиков, В.В.Балков, М.А.Данилов, В.В.Груздев, Е.Э. Морозов, М.Л. Чикунов, В.В.Нечаев.

Автор благодарен своим помощникам в сборе и обработке полевых материалов – коллегам по работе и сотрудникам ЕНИ ПГУ А.В.Демшину, А.Ю.Запорову, А.В.Жекину, Л.В.Кувшинской, Н.В.Жекиной.

В период подготовки рукописи ценные замечания были получены от д. б. наук проф. В.А.Верещагиной, д. б. наук проф. Ильминских Н.Г, д. с./х.

наук Тараканова В.В.

Всем им – моя искренняя признательность.

В работе использованы результаты инициативных исследований автора 1977-2012 гг. и НИР «Формирование постоянной лесосеменной базы для плантационного выращивания хвойных в Пермской области/Отчет о НИР (заключительный) для Министерства лесного хозяйства РСФСР. Рук.

М.В.Рогозин. Пермский ун-т. Пермь, 1991.– 67 с». Отчет депонирован в ВИНИТИ. Инв. № 0291 0038970.

1.1. Ареал, популяции и сохранение генофонда сосны и ели В России наиболее ценными хвойными породами для промышленного выращивания являются сосна обыкновенная Pinus sylvestris (L.) и виды рода Picea, главным образом ель европейская P. abies (L.) Karst. и ель сибирская P.

obovata Ledeb с их многообразными переходными формами, часто называемыми елью гибридной или финской (Правдин, 1975; Дыренков, 1984). Во многом процессы естественной эволюции и отбора у этих видов семейства Pinaceae, могут быть сходными и поэтому анализ их онтогенеза и селекции целесообразно проводить совместно.

Сосна обыкновенная чрезвычайно пластична и занимает самый широкий спектр экологических ниш из лесных пород, способна селиться на крайне обедненных и контрастных по влажности субстратах – от горных пород и сухих песков до сфагновых болот, где она не встречает конкуренции со стороны других видов. Будучи малотребовательна к почвенным условиям, являясь «двойным ксерофитом», обладая устойчивостью к заморозкам и способностью к быстрому расселению, она превосходно справляется с ролью «пионера» на лишенных растительности территориях, и в то же время выступает в роли лесообразователя, занимая преимущественно песчаные и супесчаные почвы (Морозов, 1980; Бобров, 1978; Булыгин, 1991). Она светолюбива и конкурирует с елью только на богатых и влажных суглинистых почвах, чувствительна к избыточной засоленности и мерзлотности почв. Благодаря этим особенностям сосна широко расселилась по территории Евразии, характеризуясь самым большим среди лесообразующих видов ареалом, размещенным в пределах 37-70° с.ш. и 7в.д., в котором подавляющая часть сосновых лесов произрастает на территории России (Морозов, 1931; Шиманюк, 1964; Правдин, 1964).

Ареал видов рода Picea, главным образом P. abies (L.) Karst. и P.

obovata Ledeb. с их переходными формами (P. fennica, P. edioxima, Р.uralensis и т.д.) занимает до половины площади европейского субконтинента или около 5.7 млн. км2 (Сукачев, 1934, 1964; Толмачев, 1954; Rubner, 1956;

Правдин, 1975; Spurr, Barnes, 1980; Дыренков, 1984).

Лесосеменное районирование сосны обыкновенной, ели европейской, сибирской и финской было разработано в 1979 г. и в пределах бывшего СССР были выделены лесосеменные районы, при этом для ели гибридной специальных районов не выделялось (Лесосеменное…, 1982).

В пределах ареалов систематики и биогеографы выделяют различные географически приуроченные внутривидовые подразделения. Основателем биогеографического подхода к проблеме вида считают С.И.Коржинского (1892). Представление о популяции появилось в работах начала XX века, рассматривавших поведение признака в группах особей, понимаемых как бесконечные и изолированные друг от друга совокупности (менделевские популяции), внутри которых осуществляется панмиксия (Hardy, 1908;

Haidane, 1927; Fisher, 1930; Wright, 1951). В работе С.С.Четверикова (1926) популяция рассматривалась как эволюционная единица, которая генетически гетерогенна в связи с возникающими, преимущественно рецессивными и поэтому скрытыми от действия естественного отбора мутациями, где впервые были указаны факторы эволюции: мутационный процесс, популяционные волны, изоляция и естественный отбор. Эта работа инициировала развитие популяционной генетики и учения о микроэволюции (Stebbins, 1950; Тимофеев-Ресовский и др., 1977; Шмальгаузен, 1968; Майр, 1974).

В ботанике понятие о популяции сформировалось в работах экологогенетического направления (Turresson, 1922а,в, 1931; Clausen, 1951; Синская, 1948, 1963; Розанова, 1946; Завадский, 1968), в которых была выявлена ведущая роль естественного отбора и сформулированы представления о местной популяции и экотипах. В работах фитоценотического направления был выделен раздел о популяциях в сообществе растений (Работнов, 1983;.Злобин, 1984;.Любарский, 1976;.Марков, 1986; Смирнова, 1987 и др.), с введением понятия о ценопопуляции. «Ценотическая популяция вида включает в себя все особи данного вида в пределах ценоза независимо от их фенотипического состояния, экологических и генотипических особенностей» (Петровский, 1961). То есть ценопопуляция – это совокупность особей данного вида в границах одного фитоценоза, занимающего определённый тип условий местообитания (ТУМ). Именно в этом ключе применительно к рассматриваемым здесь видам нами решался вопрос изучения популяций, в которых ценопопуляции всегда имеют меньшие размеры, занимая лишь часть их популяционных полей. Этот термин наиболее адекватен для древостоев культур и постоянных лесосеменных участков (ПЛСУ), а применительно к естественным насаждениям мы использовали термин «происхождение», так как под ним понимались близкие по структуре ценопопуляции в пределах, например, одного лесничества.

Существует несколько определений популяции. В общем виде популяция определена как основная единица существования, приспособления и эволюции вида (Завадский, 1968). «Популяция – форма существования вида, обладающая всеми необходимыми условиями для самостоятельного существования и развития в течение неограниченно длительного промежутка времени и способная приспособительно реагировать на изменение внешней среды» (Шварц, 1971, с. 487). «Под популяцией понимается совокупность особей определенного вида, в течение большого числа поколений населяющая определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень панмиксии и нет заметных изоляционных барьеров, которая отделена от соседних таких же совокупностей особей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции» (Тимофеев-Ресовский и др., 1973, с.40). «Популяция – это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определенное пространство, образующая самостоятельную генетическую систему и собственное экологическое гиперпространство…» (Яблоков, 1987, с. 150).).

Различия в определениях связаны с тем, что популяцию изучают генетики, экологи, эволюционисты, используя разные подходы, а возникающие разногласия вызваны сложной структурой вида и исследователи придают разную значимость уровням иерархии. По мнению А.В.Яблокова (1987) эти споры бесконечны, если подходить к определению только с экологической или только с генетической точек зрения.

Объем популяции лимитируется возможностями поликросса. Ряд исследователей считает, что она мала и не превышает 1,5 га (Stern, 1972;

Stern, Gregorius, 1972; Санников и др., 1976; Санников, Гришина, 1979), по мнению других она велика и составляет тысячи гектаров (Мамаев, 1970;

Koski, 1970; Sarvas, 1970; Мамаев, Семериков, 1981; Семериков, 1981, 1986).

Первая точка зрения основана на дальности эффективного распространения пыльцы и семян. Так, у ели европейской и ели Шренка это расстояние не превышает 50–70 м (Дылис, 1948, Langner, 1953; Wright, 1955);

у сосны обыкновенной основная масса пыльцы в насаждении распространяется в пределах 30–35 м (Stern, Gregorius, 1972; Санников, Гришина, 1979; Ефимов, 1997; Koski, 1970), а семена распространяется на расстояние до 250–300 м и лишь единичные семена встречаются на расстоянии 500 м (Санников, 1992). Поэтому и границы элементарной популяции гипотетически могут определяться радиусом эффективного разлета пыльцы, равным 50–70 м. В качестве центров элементарных популяций предлагалось принимать сгущение плотности в древостоях с границами в зонах разрежений (Санников и др., 1976).

Согласно второй точки зрения объём популяции может быть очень большим, так как пыльца за счёт конвекционных потоков образует пыльцевое облако на высоте 200–250 м и разносится до 600 км (Koski, 1970).

И.В.Петрова и С.Н.Санников (1996) отмечали массовый занос пыльцы сосны в мае 1963 г. в г. Свердловск из Курганской области, с расстояния 300 км.

Для локализации границ популяций необходимы детальные исследования с использованием фенетических и биохимических признаков, изучении ее структуры с нахождением признаков с низким уровнем эндогенной (внутрикронной) изменчивости и высоким – индивидуальной изменчивости. Такие признаки могут использоваться для характеристики популяционной структуры в масштабе ареала вида; в качестве генетически маркерных признаков (фенов) возможны признаки генеративных органов.

При таком подходе на Урале для сосны были выделены 5 групп популяций, а в их пределах - 16 популяций (Мамаев, 1970, 1972).

Фенетическое направление получило развитие в работах Л.Ф.Семерикова (1986), Л.И.Милютина (1985), А.И. Видякина (1991, 1995, 2004), В.П. Путенихина (2000). Размеры популяции в непрерывном ареале оцениваются в сотни тысяч гектаров (Мамаев,1970; Видякин, 1999;

Милютин 1988), однако ареал лиственницы Сукачева на Урале оказался дизъюнктивен и представлен ее колониями, с площадью всего несколько сотен га (Путенихин, 2000). На востоке Европейской части России на основе морфофенотипического анализа признаков шишек, семян и соотношений их линейных размеров (Видякин, 1991, 1995) выделены границы популяций для сосны обыкновенной (Видякин, 1999, 2004).

Популяционная структура хвойных представляет собой систему иерархически соподчинённых внутривидовых элементов. Она состоит из популяций, групп популяций, миграционных зон. Так, у сосны обыкновенной на востоке Европейской части России имеется 15 групп популяций и 4 миграционных зоны, а в пределах Кировской области имеется 17 популяций. Популяции располагается в границах физико-географического района и объединяются в группы, занимающие крупные формы рельефа:

возвышенности, низменности, равнины, долины крупных рек. Смежные популяции объединяются в миграционные зоны. Ширина границ между популяциями около 20 км. При этом «фены» не адаптивны, но маркируют популяции и их комплексы (Видякин, 1999, 2004).

Исследования генетической структуры популяций с использованием анализа аллозимов подтвердили проведенные на морфофенетическом уровне разделение их ареала на иерархические внутривидовые элементы (Пчелин, 1998; Путенихин, 2000; Политов, 2007; Милютин и др., 2009).

Изучение электрофоретической изменчивости первичных генных продуктов – ферментов и белков максимально "приближает к гену" (Глотов, 1983). По ним оценивают долю полиморфных локусов, среднее число аллелей на локус, наблюдаемую и ожидаемую гетерозиготность, степень генетической дифференциации выборок (Левонтин, 1978). Сосна обыкновенная в этом отношении – самая полиморфная из всех пород России (Алтухов и др, 1989;

Янбаев и др., 1989; Семериков и др., 1998).

Оценка степени генетической дивергенции позволяет рассчитать критерии, по которым возможен объективный анализ о степени расхождения исследуемых выборок в генетическом отношении. Так, дистанция между «неустоявшимися» видами с неполной репродуктивной изоляцией составляет около 0,100 (Гончаренко и др., 1998) и пропорциональна их удаленности (Шурхал и др., 1989; Семериков и др., 1993; Санников и др., 1997). Критерием выделения природных популяций принято считать существенные генетические различия между ними, для чего используется метод изоферментного анализа, позволяющий на информации о частотах аллелей оценить степень внутри- и межпопуляционной дифференциации.

Исследования с помощью данного метода показали, что природные популяции ели в Республике Беларусь, Карелии и Средней Сибири находятся в равновесном состоянии и соотношение генотипов не отличается от ожидаемого в соответствии с законом Харди-Вайнберга (Ильинцев, 1998;

Милютин и др., 2009). Популяции характеризуются слабой межпопуляционной дифференциацией и ее низкая степень у ели европейской и сибирской обусловлена тем, что большая часть изменчивости распределяется внутри популяций (97.3–98.1%). В странах Западной Европы у сосны обыкновенной и ели европейской 95–98% аллозимной изменчивости также обусловлена внутрипопуляционной дифференциацией и только 2-5% – межпопуляционной (Bergmann, 1974; Lundkvist, Rudin, 1977).

Исследования по сосне обыкновенной в России в большей части ее ареала на Русской равнине и Западной Сибири выявили низкую генетическую дифференциацию равнинных популяций при существенных ее различиях у суходольных и болотных популяций и неоднородности горных популяций на Южном Урале и Карпатах, что, очевидно, вызвано их значительной экологической гетерогенностью (Семериков, 1991; Семериков и др., 1993; Петрова, Санников, 1996; Милютин и др., 2009).

В контрастных типах леса (сосняк лишайниковый и багульниковый), произрастающих на расстоянии друг от друга всего в 12 км, также были выявлены существенные различия по целому ряду генетических параметров (Белоконь и др., 2004) и из 24 изученных локусов в шести наблюдалась достоверная гетерогенность аллельных частот и существенно различались значения средних гетерозиготностей ( Ho = 0.159±0.037 и Но = 0.208±0.043).

Однако в большинстве перечисленных работ показано, что в пределах географического района смежные популяции генетически однородны и их низкая генетическая дифференциация (за исключением популяций из контрастных условий) объяснима слабой пространственной изоляцией и результатом стабилизирующего (балансирующего) отбора (Политов, 2007).

Вместе с тем их однородность в различных типах лесорастительных условий не согласуется с данными о различном росте потомств географически удаленных популяций (Молотков и др., 1982;) и эдафических экотипов (Голиков, 2010, 2011). В отличие от ранее принятого взгляда на популяцию как на элементарную эволюционную единицу вида (Завадский,1968;

Тимофеев-Ресовский и др., 1973), в настоящее время популяции древесных видов рассматривают как сложную систему, состоящую из микропопуляций, субпопуляций и изопопуляций (Wright, 1951; Хохрин, 1977; Голиков, 2011).

Предложенная концепция генетической устойчивости популяционных систем (Алтухов и др., 1989) раскрывает механизм постоянства генетического разнообразия в популяциях, который удерживается благодаря тому, что популяция взаимно уравновешивает его понижения и повышения в своих структурных компонентах и действие естественного отбора не приводит к их эволюции.

В связи с этим у хвойных особый интерес представляет явление диссимметрии (Хохрин, 1975; Бакшаева, 1971; Голиков, 2011; Гольданский и др., 1986; Golikov, 1989). Наиболее весомый вклад в ее изучение внес А.В.Хохрин (1977). Он выделил новую изменчивость – диссимметрическую, обусловленную левизной-правизной филлотаксиса, которая проявляется на морфологическом уровне в строении побегов и шишек. Она включает в себя явление энантиоморфизма, под которым понимается существование в популяциях правых и левых форм, которые различаются по направлению на стволе винтовой спирали крепления хвои. Поэтому любая популяция двойственна и состоит из левых и правых изопопуляций–двойников.

Предложена гипотеза об их полигенном наследовании с кодоминированием и материнским эффектом. Выделены шесть морфотипов, коррелирующих с быстротой роста и урожайностью (Хохрин, 1977).

В соответствии с вышеизложенным можно полагать, что при вовлечении древесных видов в селекцию в качестве эволюционной единицы может выступать некоторая группа растений, изолированная от других особей вида какими-либо барьерами. Искусственные ценопопуляции древесных растений (географические, популяционные и испытательные культуры, ЛСП и ПЛСУ) рассматриваются и как объекты селекции (Шутяев, 1992). Вполне очевидно, что такие объекты, а также естественные ценопопуляции отражают биоразнообразие вида и должны быть сохранены (Мамаев и др., 1984; Мамаев, Махнев, 1996; Примак, 2002).

Рассматривая состояние лесов в Европейской части России, И.В.Шутов (2011) приводит данные о сокращении площади хвойных лесов за период с 1931 по 1999 гг. в таких областях как Вологодская с 90 до 55%, в Пермской с 90 до 60%, в Вятской с 71 до 55%, в Костромской с 70 до 48%.

Причем запасы поступающих в рубку лесов в северных лесах снизились настолько, что рубить их стало нерентабельно. Положение настолько серьезно, что рассматриваются варианты вовлечения в рубку даже средневозрастных насаждений для покрытия дефицита хвойной древесины, остро ощущаемой целлюлозно-бумажными комбинатами (Шутов, 2011).

Положение усугубляется ежегодно и расчетная лесосека по хвойному хозяйству, например, в Пермском крае на 2008 год и далее впервые преодолела отметку в 50% и в использовании лесных ресурсов край стал лиственным, а не хвойным (Лесной план…, 2008).

В недалеком прошлом (Воропанов, 1950; Юргенсон, 1958; Чертовской, 1978; Дыренков, 1984) еще встречались обширные массивы нетронутых лесов во многих районах европейской части России. В последние десятилетия леса испытывают здесь негативные последствия колебаний климата (Ковалев, Феськов, 2002) с массовым усыханием еловых лесов на более чем 1,6 млн. га (Ковалев, 2002; Чупров, 2008) и сильнейший антропогенный пресс, вызванный дефицитом древесины (Шутов, 2011), который приводит к повышению интенсивности и нарушениям правил рубок ухода (проходных рубок) и распространению заболевания корневой губкой после таких «рубок дохода» (Битков, 2008; Ковалев, Феськов, 2002).

Сохранение генетических ресурсов сосны (Рогозин и др., 2002) и ели (Рогозин, 1998-б; Рогозин и др., 2005) в Пермском крае вызывает тревогу.

Лесные генетические резерваты (ЛГР), выделенные ранее во многих субъектах РФ (Положение…, 1982) с введением Лесного кодекса (2006) уже не защищались законом, как и многие другие объекты единого генетикоселекционного комплекса (ЕГСК). Поэтому для каждой из лесных пород Пермского края вначале было обосновано минимальное количество ЛГР (Рогозин и др., 2007), а наиболее выдающиеся предлагалось (Рогозин, 2006) сразу выделить в особо охраняемые природные территории (ООПТ). Это рассматривалось как превентивная мера для сохранения ценных популяций древесных пород в Пермском крае, в том числе и ценопопуляций культур Теплоуховых (Рогозин, 2008), которые наиболее важны в селекции ели и инновационном семеноводстве (Рогозин, Жекин, 2010).

Анализ существующих ООПТ в Пермском крае показал (Лесной план…, 2008; Рогозин, Жекина, 2010), что популяции сосны обыкновенной сохраняются на ООПТ в 14 районах. При отсутствии компактных территорий продуктивных сосняков с нормативной площадью (500 га и более) для сохранения их уникальных популяций допустимы и меньшие площади (от 100 га). Эти территории добавляют для сосны еще 8 районов и ее генетические ресурсы оказываются защищены всего в 23 районах и лесничествах или примерно на половине территории края.

Популяции главной по значимости хвойной породы края – ели гибридной сохраняются в соответствии с нормативами (Положение…, 1982) на ООПТ только в 6 районах края. Для сохранения ее уникальных популяций также можно использовать ООПТ с площадью от 101 до 500 га; они добавляют для ели еще три района и ее генетические ресурсы оказываются защищенными всего в 9 районах или примерно на 1/5 территории края. При этом в интенсивно эксплуатирующих ее ресурсы северных районах как раз и нет надлежащего их сохранения.

Для сохранения биоразнообразия нами предложено дополнительно выделить ООПТ категории «природные резерваты лесообразующих пород» в количестве до 40-60 шт. на общей площади примерно 40 тыс. га (Лесной план…, 2008). Однако данное обоснованное расчетами предложение наталкивается на сильнейшее противодействие, так как ограничивает заготовки древесины. Это вполне в русле недальновидной лесной политики и отвечает характеру истощительного пользования лесом, которые привели к тому, что в России почти не осталось крупных площадей с продуктивными массивами хвойных лесов (Шутов, 2011).

1.2. Развитие отдельных деревьев и ранняя диагностика их роста Прогноз возможных размеров растений в будущем по их размерам в молодом возрасте называют ранней диагностикой быстроты роста (Шеверножук, 1980). Прогноз же таксационных показателей древостоя называется ходом роста и представлен множеством таблиц для основных лесообразующих пород, классифицированных по множеству входных данных: классам бонитета, лесорастительным условиям, зонам и регионам (Верхунов, Черных, 2007; Швиденко и др., 2008). Для правильного выращивания леса нужны совпадения оценок продуктивности, полученные на этапе индивидуального роста и в древостоях. Для этого должны быть вскрыты биологический механизм и законы развития растений в древостое, стратегия и тактика онтогенеза в конкретных условиях (Романовский, 1995).

Вопрос ранней диагностики роста возникает на всех этапах выращивания леса. Отбор лучших по развитию растений практикуется давно и в нем, казалось бы, все ясно. Однако при выращивании дендроценозов растения десятилетиями испытывают конкурентное давление соседей. Это давление динамично и меняется с возрастом; с возрастом меняется и реакция растения на это давление. При изучении срубленных моделей исследователи выделяют различные типы роста деревьев (Эйтинген, 1962; Котов и др., 1977) и типы онтогенеза древостоев (Кравченко, 1971). В общем виде таких типов роста насчитывается до 10, например: медленный в раннем возрасте, затем усиленный; средний, затем медленный и вновь средний; средний, затем усиленный и другие сочетания.

В исследованиях Г.Р.Эйтингена (1918, 1962) в молодняках сосны на сотнях моделей были обнаружены настолько разнообразные линии роста, что иногда даже самые медленнорастущие модели оказывались лидерами по приросту спустя 20 лет. Это весьма импонировало идеологии 1920-х годов, когда управление советским государством осваивали люди рабочекрестьянского происхождения. Однако по работам Г.Р. Эйтингена невозможно было понять, насколько часто происходят такие резкие изменения в интенсивности роста. Казалось бы, надежность ранней диагностики определяется просто: модели разделяют на 2 ранга по росту в раннем возрасте – на быстро- и медленнорастущие и спустя время фиксируют, сколько из них сохранили свой ранг. Можно ввести и большее число рангов (например, 5 «классов Кафта»), но ответ должен быть об их сохранении. Если бы по данным из работ Г.Р. Эйтингена такое разделение было можно было сделать, то мы давно уже имели бы ясный ответ на вопрос о надежности ранних оценок (Рогозин и др., 1986).

В обзорах по ранней диагностике роста в лесной селекции (Шеверножук, 1980; Рогозин и др., 1986) констатируется, что ряд исследователей в Западной Европе пришли к выводу о том, что медленнорастущие в молодости потомства в дальнейшем, самое позднее через 28 лет, перегоняли быстрорастущие; с возрастом ослабевает и влияние лесотипологического происхождения семян на рост молодняков (Рубцов, Смирнова, 1976). В связи с проблематичностью раннего отбора продуктивных растений по прямым признакам предлагалось находить методы диагностики по косвенным скоррелированным признакам (Шеверножук, 1980). Однако надежды на них часто не оправдываются, так как многие признаки являются простым следствием интенсивного роста (Мамаев, 1972; Молотков и др., 1982).

В первые годы жизни на рост растений в основном влияют экологические факторы и эффекты материнского дерева, в особенности масса семени (Рубцов, Рубцов, 1975; Роне, 1980), наблюдается интенсивная смена рангового положения высот растений в возрастном ряду (Маслаков, 1980). Далее увеличивается влияние генетических факторов, наследуемость повышается (Раманаускас, Андрюшкявичене 1981), рост изучаемых растений стабилизируется и становится возможной оценка генетической обусловленности роста в возрасте 5-7 лет (Хиров, 1972; Орленко, 1974;

Schrum at al., 1975; Пааль, 1981; Маслаков, 1984; Данусявичюс и др., 1986;

Ефимов, 1987; Барнишкис, 1986; Ворончихин и др., 1991; Ненюхин, 1997).

Другие авторы отмечают стабилизацию роста после 10-15 лет и считают целесообразным начинать первые оценки скорости роста именно с этого возраста (Ромедер, Шенбах, 1962; Долголиков, 1974; Чудный, 1983;

Биргелис, Рашаль, 1988; Пирагс и др., 1989; Мордась и др., 1998). В эти годы у сосны начинается период максимального роста, что и позволяет выделять лучшие потомства (Демиденко, Тараканов, 2008; Ефимов В.М. и др., 2010).

Рост деревьев в древостое за длительное время не остается постоянным. Деревья средних размеров неустойчивы, а наиболее постоянные ранги имеют самые толстые и самые тонкие деревья (Мошкалёв, 1957; Зейде, 1970; Дворецкий, 1966; Комин, 1970). Изучение роста у модельных деревьев сосны в Поволжье показало (Котов и др. 1977), что от 10 до 80 лет сохранили темпы роста 46% высоких и 42% низких моделей. У средних моделей стабильность наблюдалась с 20 лет лишь у 35% деревьев.

Наиболее детальные исследования роста деревьев сосны в молодняках проведены Е.Л. Маслаковым (1980, 1981, 1984, 1999), в результате которых был открыт «ранговый закон роста» деревьев в древостое. Согласно этому закону деревья с самого раннего возраста (8-10 лет) растут, в основном соблюдая сложившиеся в этом возрасте исходные пропорции. Так, в групповых посадках сосны корреляционное отношение между площадями сечения деревьев в 10 и 40 лет равно h = 0,88, а в 15 и 40 лет связь почти функциональна: h = 0,99. В других 15-летних культурах и в естественных молодняках такого же возраста деревья-лидеры определились уже в 5- летнем возрасте. Этот закон подтвердили исследования в республике Коми (Паутов, 1984). В культурах закон проявляется сильнее. Так, в естественных молодняках только 30% деревьев сохранили свои ранги по высоте, тогда как в культурах их было уже 57% (Куншуаков, 1983).

Давно известно позитивное влияние сортировки посадочного материала. Размеры сеянцев влияли на рост сосны до 20-летнего возраста и отбор лучших растений повышал рост культур до 10%. В дальнейшем влияние сортировки, по-видимому, перекрывается действием ценотических факторов и не было прослежено (Szymanski, 1979).

В селекции наиболее выгодны потомства со стабильным ростом.

Ожидание появления семей с иными типами роста при испытании потомства позволит несколько увеличить в последующем число элитных деревьев, однако это увеличит и сроки оценки элитности. При сравнении оценок потомства у сосен элиотта и сосны желтой в возрасте в 10 и в 25-29 лет отмечается (Namkoong, Conkl, 1976; Squillace, Gansel, 1974), что короткий срок позволяет подвергнуть испытаниям больше семейств, что в свою очередь приводит к высокой интенсивности селекции и большему выигрышу.

Высокая эффективность ранней диагностики скорости роста была установлена в 20-летних испытаниях 135 семей сосны ладанной с интенсивным прореживанием (Lambeth и др, 1983). Корреляция между высотами семей в 5 лет и средними объемами деревьев в 20 лет составила в среднем 0,71. Есть и возражения против отбора семей в раннем возрасте. D.

Lindgren (1984) полагает, что в Швеции сосн должна проходить испытание навалами снега, для чего необходима высота 2-4 метра.

По мнению ряда авторов (Картель, Манцевич, 1970; Куиндзиньш и др., 1972) оценка потомства в раннем (10-15 лет) возрасте имеет вероятностный характер и надежность ее неизвестна. Для снижения неопределенности оценки продуктивности потомства рекомендуется проводить в 20-30 лет (Ромедер, Шенбах, 1962; Роне,1980; Основные положения…, 1994).

Ствол дерева сосны состоит из метамеров (годичных приростов в высоту), и каждый из них находится под контролем одного комплекса генов.

Это даёт возможность изучать генетическую структуру сообщества на основе анализа изменчивости годичных приростов, не прибегая к изучению аллозимов (Драгавцев, 1974; Исаков, 1974; Драгавцев, Дьяков, 1982;

Рыжкова, Исаков, 1984; Яковлева, 1984, 1985). Низкой изменчивостью и большим приростом в высоту обладают высокогетерозиготные растения (Духарев, 1980; Исаков, 1999). Считается, что они имеют селективное преимущество (Роне, 1980; Lundkvist, 1982; Старова, Янбаев, 1990) и что особи с низкой вариацией годичного прироста имеют генетически обусловленный быстрый рост в высоту, что даёт основание для их использования при отборе клонов сосны на ЛСП (Пааль, 1981; Исаков, 1999;

Ненюхин, 1997). Это позволяет проводить анализ уровня гетерозиготности деревьев не прибегая к смене поколений (Крутовский и др., 1987).

Скорость роста в дискретном представлении тождественна годичным приростам (Маслаков, 1984). При ее исследовании целесообразно использовать отдельные приросты, либо их сумму за ряд лет, по которым деревья в фазе индивидуального роста (Маслаков, 1999) и клоны сосны имеют существенные различия (Бондаренко, 2001). При анализе роста древесных пород используется анализ временных рядов и методы математического моделирования (Карманова, 1976; Кофман, Кузьмичев 1981;

Кофман, 1986). Предполагается, что тип роста дерева и его вегетативного потомства наследственно обусловлен (Роне, 1980) и дает информацию о его генетических характеристиках (Бондаренко, 2001).

Анализ метамеров может быть отнесен к части генетики, ныне определяемой как «эпигенетика» (Vanyushin, 1984) и которая связана с проблемой «наследственного осуществления» генетической программы в онтогенезе. Древесные растения являются удобными объектами в этом отношении, поскольку позволяют проводить анализ фенотипического эффекта на одной и той же генетической основе в течение многих лет (Драгавцев, Утемишева, 1975; Исаков, 1991; Isakov, 1998). Эпигенетика только развивается (Харченко, Глазко, 2006) и для нее нет основополагающего стержня – не разработана общая теория онтогенеза (Тимофеев-Ресовский, Иванов, 1966; Шеверножук, 1980).

Все исследователи не отрицают необходимости выяснить критерии раннего отбора лучших происхождений и семей и признаки, по которым такой отбор возможен. «Очень дискуссионным» назван это вопрос в обзоре В.В.Тараканова (2003) и предприняты продуктивные попытки снизить возраст первых оценок роста у сосны до 10 лет. Так, в географических культурах сосны 1975 г., где были представлены 37 климатипов, оказалось, что если бы мы хотели гарантированно сохранить все 7 лучших в 30 лет популяций (19%), то в 10 лет нам пришлось бы сохранять 15 климатипов;

при этом эффективность отбора у сосны по диаметру ствола оказалась явно ниже, чем по высоте (Ефимов и др., 2010).

В целом онтогенез дерева является нестационарным процессом (Хованов, 1969), что ограничивает использование стандартных статистических методов (Исаков, 1999). Следует отметить, что оценка клонов и материнских деревьев по метамерам высоты происходит в фазе индивидуального роста на открытых территориях, практически без конкурентного давления на растения. По-сути, оценивается рост отдельных разобщенных растений, тогда как для промышленных сортов нужна оценка их продуктивности в сомкнутых плотных сообществах – древостоях.

1.3. Развитие древостоев При изучении закономерностей строения древостоев обнаружилось, что выдвинутые концепции постоянства и единства в строении насаждений (Третьяков, 1927; Тюрин, 1931) не являются универсальными и всеобщими, действуют лишь в узком диапазоне условий и поэтому оказались нужны не всеобщие, а дифференцированные по регионам нормативно-справочные материалы для таксации. В настоящее время отмечается отсутствие адекватных таблиц хода роста насаждений основных лесных пород, по которым возможны прогнозы развития насаждений (Верхунов, Черных, 2007). Еще раньше, в 1980-е годы, отмечалось, что в изучении причинных связей между приростом леса и окружающей средой сделаны лишь первые шаги (Антанайтис, Загреев, 1981, с. 70). Тогда уже была известна биогеофизическая теория и прогноз самоизреживания леса Г.Ф.Хильми с формулой, имеющей три биофизические составляющие: поглощаемую листьями солнечную энергию, норму расхода солнечной энергии на поддержание жизнедеятельности и норму расхода солнечной энергии на прирост единицы запаса (Хильми, 1957). Ее теоретическая обоснованность несомненна, но сложность определения входящих в нее величин делают бесполезным ее применение в моделях хода роста (Верхунов, Черных, 2007).

В частности, поглощаемая солнечная энергия определяется фотосинтезирующей поверхностью листьев в пологе древостоя, которая теснее всего связана вначале с их массой и объемом и затем – с объемом крон, которые и производят древесину.

Лесная таксация детально изучает лесную продукцию и традиционно ее интересует главным образом запас древесины, который появляется в результате «работы» полога древостоя. Но эта производящая древесину субстанция менее всего интересовала таксаторов и рассчитывалась иногда в виде объема сучьев и в редких случаях в виде диаметров и объемов крон. По своему хозяйственному значению они стоят на последнем месте, но в биологическом смысле именно они – главные. Однако при изучении древесного прироста так вопрос даже не ставился; зависимость прироста древостоя от динамики объемов крон не изучалась и тема прироста рассматривалась даже без увязки с ходом роста древостоев. Отмечалось, что такая увязка крайне необходима (Антанайтис, Загреев, 1981, с. 187).

Разработанные в эти годы модели прогноза прироста древостоя имели лаг прогноза в 5 лет и обеспечивали точность ±5-8% при вероятности 68% (Никитин, Швиденко, 1978). Они используются до сих пор и вполне удовлетворяют практику в отношении учета лесов, который не так давно еще корректировался лесоустройством раз в 10 лет (Багинский, 2011). Но если для учета лесов такой прогноз достаточен, то для лесовыращивания нужен прогноз на 50-70 лет, при котором ошибки предложенных в 1970-е годы моделей возрастут до 50-80% и прогнозы по ним становятся неприемлемы.

Далее лесная таксация была ориентирована на инвентаризацию лесов и прогнозные модели роста в ней не разрабатывались (Разин, 2010).

О лесе известно как сложном образовании природы, явлении физикогеографическом и биологическом. Число сформулированных биоэкологами популяционных закономерностей по данным Н.Ф.Реймерса (1994, с. 79) очень высоко – до 20, а быть может, и значительно больше. Многие из них взаимодополняют друг друга. Так, «закон популяционного максимума Ю.

Одума» конкретизируют «теория лимитов популяционной численности Х.Андреварты–Л.Бирча» и «теория биоценотической регуляции численности популяции К.Фридерихса» (по Реймерсу, 1994). В общем виде влияние численности популяции на ее продуктивность сформулировал А.А.Уранов (1965): «Наиболее доступный способ количественного выражения жизненности популяции вида состоит в определении количества органического вещества, производимого популяцией на единице территории за год. …Она зависит от количества особей и возрастает при увеличения численности до некоторого предела – оптимальной численности и уменьшается при ее увеличении выше оптимальной».

В лесной таксации, лесоводстве и особенно в лесных культурах известны сотни работ, посвященных влиянию густоты на рост насаждений.

Предпринимались попытки установить параметры оптимальной полноты и густоты в древесных сообществах теоретическими расчетами (Ипатов, 1966;

Дылис, 1969; Ипатов, Тархова, 1975; Мартынов, 1976; Калинин, 1978;

Галицкий, Комаров, 1979; Кофман, Кузьмичев, 1981; Стяжкин, 2005).

Первые русские «Опытные таблицы запаса и прироста нормальных насаждений» опубликовал в 1846 г. Варгас де Бедемар. Эти таблицы в новом издании в 1897 г. и далее М.М.Орловым (1897) были переименованы в «Таблицы хода роста» (ТХР) нормальных насаждений. В новом названии таблиц слова «ход роста» образовывали уже новое понятие, смысл которого подразумевал «движение» роста, то есть его динамику. В первоначальных таблицах Варгаса де Бедемара такого смысла не содержалось. Однако новое название сразу прижилось, по-видимому, из-за краткости и широкой смысловой нагрузки слов, а также и удобной аббревиатуры сокращения.

В Лесной вспомогательной книжке (Тюрин и др., 1944) насчитывалось уже 28 единиц ТХР. В справочнике (Козловский, Павлов, 1967) приведены 113 ТХР, классифицированных как сомкнутые, нормальные, нормально сомкнутые, высокополнотные, модальные. В книге В.В. Загреева (1978) указано, что им собрано очень большое число имеющихся ТХР: нормальных древостоев 370 единиц и модальных 104. Наконец, в последней книгесправочнике (Швиденко и др., 2008) приведено свыше 120 ТХР, где общие для страны таблицы имеют наименование «Ход роста полных (нормальных) древостоев», а региональные называются «Ход роста полных древостоев».

В соответствии с буквальным смыслом слов «ход роста» из данных таблиц следует, что до возраста естественной спелости древостои должны оставаться в указанном состоянии – предельно сомкнутом, полном, нормальном. Однако опыт таксации лесов убеждает, что это не так, доля их с возрастом уменьшается и в спелых лесах редко встречается полнота 1,0 и это давняя аксиома для таксаторов (Разин, 1965, 1979).

Снижение полноты и бонитета были обнаружены на 145 пробных площадях за 100 лет наблюдений в лесной опытной даче МСХА им.

К.А.Тимирязева (Итоги экспериментальных…,1964). Оказалось, что за последних лет меняли бонитет на 1 класс 39% древостоев, на ±1 класс с возвратом класса – 21%, на 2 класса – 25%, на 3 класса – 5% и только 10 % древостоев сохраняли его. Далее из этих данных была сделана выборка из сосняков с нынешним 2 классом бонитета (в 80 лет), прослежено их прошлое и выяснено, что 20 и 40 лет назад они относились к самым разным бонитетам – от 1б до 4 (Разин, 1967). Изменения за 60 лет были следующими:

улучшали бонитет по десятилетиям 32,5%, ухудшали 58% и были стабильны всего 9,5% древостоев. Т. е. бонитет менялся каждое десятилетие в среднем у 90% древостоев, причем в молодости меняли его 84%, а ближе к спелому возрасту 95-97% древостоев. О каких же прогнозах роста по ТХР, составленных на бонитетной основе можно вообще говорить, если эта основа меняется на 90%, причем каждое десятилетие (табл. 1)?

Интенсивность изменения классов бонитета в 119 сосновых древостоях за 60 лет в лесной опытной даче МСХА им. К.А.Тимирязева, % (по Разину, 1967) Виды изменения 21-30 31-40 41-50 51-60 61-70 71- Вряд ли в России найдется еще одна опытная лесная дача со столь продолжительными (более 100 лет) повторными наблюдениями и до сих пор данные эти востребованы (Кофман, Гуревич, 2001). На этих же данных исследования В.В.Кузьмичева (1977) показали, что время достижения насаждениями максимальной сомкнутости и полноты определяется начальной густотой и характером размещения деревьев. Вызывает удивление, почему за 60 лет после выхода этого капитального труда (Итоги экспериментальных…,1964) никто детально не проанализировал причины упомянутых изменений в росте этих опытных насаждений. Некоторые ученые до сих пор убеждены, что типы роста явление достаточно редкое и связано со структурой (двучленностью) почвы, генетическими особенностями насаждений и т.д. (Багинский, 2011). При этом как-то забылось, что бонитеты были введены М.М.Орловым для оценки добротности условий местообитания, причем по косвенному результату действия этих условий – по высоте древостоев. То есть прямая оценка условий питания и увлажнения была заменена их косвенной оценкой по средней высоте древостоя в каком-либо возрасте. Возникает вопрос – а как же тогда быть, если эта косвенная оценка неустойчива у 90% древостоев, причем с изменениями до ±40% высоты или до ±3 классов бонитета? То есть масштабы изменений весьма велики (Рогозин, Разин, 2012а).

Впервые об изменении линий роста древостоев сообщалось еще в начале 20 века Флюри и Гуттенбергом, ссылаясь на которых Н.В.Третьяковым приводится пример, когда ель в 50 лет на трех участках имела высоту 13,5; 16,5 и 19,5 м, а в возрасте спелости таксировалась одним классом бонитета (Третьяков, 1937). Однако данные факты не анализировались. Даже в обзоре по прогнозированию роста древостоев (Свалов, 1978) о причинах изменения хода роста упомянуто вскользь. Повидимому, причиной такого ухода от анализа неудобных фактов было стремление приспособить бонитеты М.М.Орлова для множества условий и пород и группировки древостоев при составлении ТХР. Тем не менее, далее все-таки сделан вывод о том, что изменения классов бонитета с возрастом показали несовершенство бонитетной шкалы М.М.Орлова и ее пригодность для таксации древостоев только в статике (Свалов, 1979).

Этот вывод ключевой в понимании сущности вопроса о прогнозировании роста древостоев, однако он был проигнорирован и непригодные для прогнозов как в будущее, так и в прошлое ряды древостоев, подобранные по статичным классам бонитета стали широко применять при составлении таблиц хода роста. Парадоксально, но именно для прогноза роста эти таблицы и составлялись (Рогозин, Разин, 2012а).

По-видимому, классы бонитета прижились из-за простоты их применения и при обсуждении вопроса их использования в таксации именно простота, а также инерция их применения перевесила все другие аргументы.

Безусловно, для оценки производительности местообитаний нужны какие-то критерии. Вместо классов бонитета это может быть тип леса (Сукачев, 1964), а в современной унификации – тип условий местопроизрастания (ТУМ), который не меняется во времени и может служить основой для классификации и учета лесов (Уитикер, 1980; Разин, 2010).

Составление ТХР с разделением на варианты развития древостоев по текущей (Лебков, 1965) и по начальной густоте (Разин, 1966; Разин, 1977, 1988) оказалось более трудным, так как требовался поиск естественных рядов развития, которые были не нужны при составлении ТХР на бонитетной основе (Давидов, 1968). По-видимому, для лесной таксации прогноз развития древостоев оказался не важен и не нужен, так как при очередном лесоустройстве запасы каждый раз уточняют; поэтому и ТХР, адекватно отражающие естественный ход роста и содержащие прогноз развития, но намного более трудные для разработки, оказались лесной таксации не нужны. И не случайно наша критика ТХР нормальных насаждений (Разин, 2010; Разин, Рогозин, 2011) и наша теория естественной возрастной динамики одноярусных древостоев (Разин, Рогозин, 2012-а) встретила со стороны именно таксаторов неприятие существа проблемы и критику с неадекватными сравнениями (Багинский, 2011; Семечкин, Зиганьшин, 2010) и нашу ответную критику на эти статьи (Рогозин, Разин, 2012-а, с. 193-194; Разин, Рогозин, 2012-б).

Причины появления разных типов роста древостоев селекционеры и генетики еще только начинают выяснять (Исаков, 1999; Голиков, 2010), хотя их генетическая обусловленность обсуждается уже давно (Кравченко, 1971;

Кузьмичев, 1977; Котов и др., 1977). Типы роста учитывают в сортоиспытаниях как неизбежность и поэтому отодвигают к возрасту спелости окончательные сроки оценки элитности (Роне, 1980; Указания…, 2000). Однако отсрочка оценки еще не гарантирует ее точность и надежность.

Ученые-таксаторы первыми обнаружили типы роста естественных древостоев (Третьяков, 1937), изучили их разнообразие и методы выделения в натуре (Лебков, 1965, 1989; Давидов, 1977), которым дается следующее определение (Лесная энциклопедия, 1986, Т.2, с 452): «Тип роста древостоев – числовой показатель, характеризующий скорость и траекторию изменения таксационных показателей древостоя… Сводка вариантов типовых рядов роста представляет систему типов роста, которая охватывает и с заданной точностью моделирует все естественное разнообразие линий роста древостоев». В энциклопедии приведены 16 типовых рядов хода роста в высоту сосновых древостоев, охватывающих возраст от 10 до 160 лет.

Причины появления разных типов роста древостоев не были объяснены. Поэтому, несмотря на противоречия и дискуссии (Давидов, 1968;

Свалов, 1978) было принято решение унифицировать разработку новых таблиц хода роста и составлять их по статичным таксационным показателям насаждений в разных возрастных периодах, c подбором возрастного ряда для ТХР в натуре по классам бонитета М.М.Орлова (Загреев, 1978; Никитин, Швиденко, 1978). В последующем эти таблицы и другие, появившиеся позднее и составленные на той же методической основе (т. е. статичной по существу), а также множество так называемых модальных таблиц, были собраны в справочник (Швиденко и др., 2008). Однако приведение этих моделей в систему (Швиденко и др., 2003) по-прежнему не позволяло рассматривать их как прогнозные модели динамики развития насаждений.

Неадекватность этих таблиц отмечалась неоднократно, с объяснением причин появления различных типов роста древостоев, возникающих как естественная реакция сообщества на задаваемый в начальный период развития параметр (начальную густоту), определяющий затем всю дальнейшую динамику их роста (Разин, 1967; Разин, 1979; Разин, Рогозин, 2012-а). «Реальные древостои растут совсем не так, как это показывают таблицы хода роста нормальных и модальных насаждений» (Кузьмичев, 1977, (по Семечкину, Зиганьшину, 2008). На отсутствие ТХР, правильно отражающих развитие древостоев, обращено внимание в последнем учебном пособии МарГТУ по лесной таксации: «…Рост конкретных древостоев происходит по иным закономерностям, чем это отражено в таблицах хода роста. Процессы саморегуляции лесных фитоценозов охарактеризованы пока недостаточно» (Верхунов, Черных, 2007, с. 304). Проф. В.К.Хлюстов (2011) прямо указывает, что действующие в каждом лесном районе местные таблицы хода роста, не отображают динамики роста конкретных насаждений; при этом автор особо отмечает, что классы бонитета не отображают и экологических условий произрастания лесов.

Отмеченные проблемы с классами бонитета и типами роста древостоев существует давно и вынуждает лесные науки искать чисто эмпирические пути решений для регламента той или иной технологии выращивания леса. В отсутствии общей теории каждая из наук ищет свои оптимальные параметры выращивания леса опытным путем, часто уходящим за пределы жизни ученого-исследователя. Появились работы по обобщению опыта искусственного выращивания леса (Мерзленко, 1972; Миронов, 1977;

Писаренко, 1977; Прокопьев, 1981; Бабич, 1993; Чернов, 2008; Родин, 2005;

Мерзленко, Бабич, 2011) и работы, развивающие идею выращивания хвойных на плантациях (Гаврилов, 1969; Шутов, 1985; Рябоконь, 1978, 1990;

Плантационное…, 2007), однако по-прежнему нет работ, претендующих на обобщения, значимые для теории онтогенеза древостоев, которые могли бы быть использованы при выращивании леса и при рубках ухода. Частично вопрос решен для молодняков с открытием «рангового закона роста деревьев в древостое» (Маслаков, 1980). Однако неясно, как сохраняются ранги до возраста спелости и поэтому типы роста деревьев остаются в статусе гипотезы, причем без ответа на ключевой вопрос: какой процент молодых деревьев сохранили свои ранги до спелого возраста. По существу, сейчас непонятно, как же развивается древостой после 30-40 лет, так как только до этого возраста прослежено изменение рангов роста (Маслаков, 1980; Паутов, 1984; Бондаренко, 2001; Бузыкин и др., 1985; Демиденко, Тараканов, 2008; Ефимов В.М. и др., 2010; Кузьмина, Кузьмин, 2010).

Тот или иной тип роста считать внутренним свойством дерева (именно так он и предстает перед исследователем при изучении ствола) в полной мере нет оснований до тех пор, пока не определено влияние конкуренции и эдафических условий как по отношению к отдельному дереву, так и по отношению к древостою в целом. Во многих работах показана возможность изучения генетической структуры сообщества растений на основе анализа изменчивости и корреляции годичных приростов в сообществе, отражающих типы роста дерева (Драгавцев, 1974; Исаков, 1974; Драгавцев, Дьяков, 1982;

Рыжкова, Исаков, 1984; Яковлева, 1985; Исаков, 1999). Однако в данных работах не было значительного влияния конкуренции на тренды метамеров (годичных приростов), так как исходный материал включал растения в условиях свободного развития на ПЛСУ и ЛСП. Кроме того, период наблюдений был ограничен 30 годами. Поэтому если для отдельных деревьев концепция о наличии у них разных типов роста, обусловленных генетически, имеет под собой основания, то для древостоев и ценопопуляций пока только предположительно можно считать «генетическими» наблюдаемые у них типы роста, о которых иногда упоминают со ссылкой на исследования лесных генетиков (Багинский, 2011).

Эпигенетические причины появления разных типов роста еще только начинают выясняться (Нестеров и др., 1975; Горячев, 1999; Исаков, 1999;

Голиков, Жигунов, 2011), хотя их генетическая обусловленность обсуждалась давно и их учитывют в испытаниях потомства как «неизбежное зло», отодвигая сроки оценки элитности (Роне, 1980; Указания…, 2000).

Однако отсрочка оценки еще не гарантирует ее точность и надежность.

В целом можно констатировать, что в настоящее время принято считать, что «ранги роста деревьев меняются» и причины этих изменений неизвестны. И хотя ученые-таксаторы первыми изучали их, но так и не объяснили их причины и предпочли использовать более простые модели хода роста по классам бонитета. Искусственность этих моделей, составленных по классам бонитета, отмечалась давно, а появление типов роста древостоев было объяснено их различиями по начальной густоте, определяющей все дальнейшее развитие древостоев (Разин, 1965, 1967;

Разин, Рогозин, 2009).

Сложность развития древостоя с множеством переменных, вынуждало изучать развитие древостоя, как общее явление, по его частям. При этом практика постоянно требовала применения полученных новых знаний. Для адекватного описания естественного развития древостоев оказался продуктивным подход, предложенный Г.С.Разиным при составлении таблиц хода роста с учетом начальной густоты (Шинкаренко, Дзедзюля, 1983).

Для простых одноярусных древостоев Г.С.Разиным (Рогозин, Разин, 2012-а) были разработаны 5 законов динамики, а также общий закон возрастной динамики простых одновозрастных древостоев, чистых и смешанных, в следующем развернутом виде: «чем больше первичная густота дендроценоза (от 0,5–1,0 до 200 тыс. экз. на 1 га и более), тем он хуже растет и развивается, имеет худшие показатели всех таксационных и морфометрических признаков (объем ствола и кроны, абсолютную полноту, запас и общую производительность, устойчивость и долговечность и др.) по сравнению с древостоями с меньшей первичной густотой; густые дендроценозы раньше достигают свои пределы по указанным показателям и раньше теряют свое лидерство по ним, а также устойчивость и долголетие в сравнении с древостоями с меньшей густотой» (Рогозин, Разин, 2012-а).

Следствиями закона являются постоянные изменения рангов всех таксационных показателей по мере развития древостоя. Так, при выращивании культур ели увеличение начальной густоты от 0,8 до 8,3 тыс.

шт./га класс бонитета понижается на 1.2 единицы или на 18% по высоте к возрасту 60 лет (Рогозин, Разин, 2012-а). В ельниках с малой начальной густотой (1.8-4.5 тыс. шт./га) общий объем крон, несущий в себе фотоситезирующий аппарат древостоя, в 30 лет и далее оказывается в несколько раз больше, чем в густых древостоях (от 11.5 тыс. шт./га и более), что приводит к резкому снижению запасов. Причиной низкой полноты чаще всего является прохождение древостоями состояния предельной сомкнутости ввиду большой начальной густоты их в молодости. Сами древостои плохо регулируют густоту и нуждаются в ее оптимизации. При регулярном разреживании они переходят на более производительные линии.

Это дает возможность революционного изменения способов выращивания древостоев на основе оптимальных программ (Разин, 1980, 1981, 1989; Разин, Рогозина, 1986). Поэтому можно однозначно утверждать, что начальная густота и конкуренция между растениями в решающей степени определяют всю последующую жизнь насаждения (Разин, Рогозин, 2010-а).

Самые ранние упоминания о действии данного закона относятся к г. (цит. по Верхунову, Черных, 2007, с. 303): «Так, результаты наблюдений A. Schwappach (1908) на 150 постоянных пробных площадях в сосновых насаждениях показывают, что ни одно из них не смогло долго сохранить начальную полноту. В последующем наивысшей полнотой отличались другие древостои, бывшие до этого более низкой полноты». Действие этого закона подтверждается и многолетними опытами на «плантациях быстрого роста» (Гаврилов, 1969; Рябоконь, 1978, 1979, 1990).

Данный закон напрямую касается и селекционеров. Логический анализ ситуации со сменой рангов в географических культурах с его использованием обнаруживает истинную причину их смены. На возраст от 20 до 40 лет приходятся предельные значения сомкнутости крон в древостоях, с начальной густотой в пределах 3-5 тыс шт./га. В этот период наблюдается наивысшая конкуренция между растениями, которая «перекрывает» действие наследственных факторов, и наибольший запас древесины будет у самых высоких и густых вариантов и именно они раньше всех достигнут предельной полноты, после чего начнут снижать ее и сокращать прирост. Повторные измерения у них после достижения предела полноты зафиксируют снижение роста и оценка варианта понизится; при этом на первые места выйдут варианты, у которых ранее показатели полноты были меньше. Однако далее новые лидеры достигнут предельных полнот и вновь уступят первые места другим вариантам. Вполне возможны случаи, когда лидерами будут заурядные по первым измерениям потомства.

Поэтому необходимы изреживания и снижение густоты, причем относительная полнота должна быть одинаковой, а густота – индивидуально подбираемой для каждого варианта (Рогозин, Разин, 2012-а).

Если изреживания в культурах проводились не оптимальным образом, то тогда смену лидеров определяли в основном ценотические причины и генетическая обусловленность «типов роста» у климатипов тут не при чем.

Можно выращивать культуры при свободном стояния деревьев и тогда конкурентный «шум» не будет искажать действие генетических факторов. В пользу выращивания быстрорастущих генотипов в условиях редкого стояния высказывались C. C Lambeth и др., (1983) и E.C. Franklin (1970, 1972), которые полагали, что генотипы, хорошо растущие до смыкания крон, могут не годится для роста в условиях конкуренции; корреляции между ростом в раннем и позднем возрасте могут быть нулевыми, понижаться и повышаться по мере смыкания и размыкания крон. Эти модели поведения генотипа возможны, если рост дерева вне и в условиях конкуренции контролируется разными генами (Lambeth и др., 1983).

В работах по биопродуктивности сосновых лесов на Урале определена динамика ряда показателей полога древостоя, определяющих прирост леса.

Так, оказалась высокой связь диаметра дерева с массой хвои ( =0,86-0,98) и общей массой кроны ( =0,82-0,96). Запасы хвои после максимума снижаются и их динамика сходна с текущим приростом. Экстремум запаса хвои соответствует кульминации текущего прироста древостоя по запасу (Нагимов, Деменев, 1989). Фотосинтетический аппарат древостоев через клетки камбия производит продукцию в виде древесины и мы изучаем именно его результаты работы (Ходасевич, 1982). Вопросы, «правильно заданные» этому аппарату, могут дать ответы с высокой эвристичностью.

Например, как оценивать и каким прибором «задать кронам деревьев вопрос» о том, насколько они активны – будут весьма информативны, хотя окажутся и сложны в исполнении. Эти вопросы связаны с теорией биополя, введенной в биологию А.Г.Гурвичем (1991), который открыл митогенетическое излучение. Источник поля А.Г Гурвич связывал с центром клетки, позже с ядром, в конечном варианте теории – с хромосомами. Поле объекта в целом, согласно позднейшим представлениям, существует как сумма излучений полей живых клеток. При этом поле имеет векторный, а не силовой характер, то есть его излучения улавливаются другими членами сообщества на далеких расстояниях между ними (Гурвич 1991).

Известная концепция конкуренции на основе пространственного взаимодействия между растениями (Сукачев, 1953), в том числе с математическими расчетами (Мартынов, 1976; Ковязин, 1989), используемая в биогеоценологии (Сукачев, 1964), в изучении структурной организации дендроценозов (Кофман, Кузьмичев, 1981, Бузыкин и др., 1985; Горячев, 1999), в изучении динамики густоты культур с учетом доли правых и левых форм сосны и ели (Голиков, Бурый, 2008), а также в многочисленных исследованиях влияния густоты на продуктивность древостоев не может объяснить в полной мере все эффекты отношений внутри вида между растениями.

В основе взаимоотношения растений со средой и между собой лежит материально-энергетический обмен, который чрезвычайно разнообразен – от обмена метаболитами и перераспределения элементов питания и воды до взаимодействия электрических полей, генерируемых растениями (Казначеев, Михайлова, 1981; Гуляев, Годик, 1984). Взаимодействие природных электромагнитных полей с полями растений имеет значение в информационных связях растений со средой и между собой (Титов, 1978).

Эти поля дополняют концепцию «фитогенных полей» А.А.Уранова, где поля ограничивались контурами растения – длиной корней, границами кроны (Уранов, 1965), а также концепцию «ценогенного поля» А.Е.Катенина (Почвы…, 1972). Известен и «эффект группы» Ю.В.Титова с энергетической настройкой колебаний активности процессов обмена у растений на режим колебаний в своей взаимодействующей группе растений (Титов, 1978, с. 126).

У древесных пород обнаружены и более сложные настройки особей друг на друга. Так, противоположные по характеру настройки активности зафиксированы в 180-летних древостоях у ели и пихты на Урале, где деревья с разной динамикой прироста по диаметру образовали биогруппы, а деревья с близким типом прироста росли, как правило, на значительном расстоянии друг от друга (Горячев, 1999). Это сложное явление можно рассматривать и с позиций эпигенетики (Харченко, Глазко, 2006), а также как результат длительного отбора в биогруппу в качестве соседей правых и левых форм по филлотаксису хвои, у которых различны предпочтения: левые формы предпочитают прямой свет и слабую конкуренцию, а правые – рассеянный и толерантны к конкуренции (Голиков, 2011).

Используемые в физике методы обнаруживают сверхслабые излучения растений, но в полевых условиях они неприменимы. Но можно фиксировать реакцию растений на эти сигналы, в интерпретации И.С.Марченко (1995) «…по движению растений» (ветвей одного дерева относительно ветвей другого) и «растеканию растений в системе» (развитию полога древостоя);

при этом малая величина излучения стимулирует заполнение экосистемы растениями, а большая – тормозит и «…предел растеканию наступает при максимуме напряженности биологического поля». Концепция биополя объясняет отворачивание побегов и растений друг от друга, колебания прироста в зависимости от сомкнутости, динамику изреживания, постоянство объема ветвей в единице объема полога древостоя и другие явления, не объяснимые с позиций известных физических и химических взаимодействий (Марченко, 1973, 1995).

Наличие экстремумов сомкнутости крон и пиков сомкнутости полога (Разин, 1979; Разин, Рогозин, 2011), а также совпадение максимумов текущего прироста и запасов хвои (Нагимов, Деменев, 1989) подтверждает действие основных законов экологии при заполнении пространства экосистемы растениями (Реймерс, 1994, с. 78). Эти законы обусловлены действием физических, химических и энергетических взаимодействий между растениями (часть которых мы знаем как конкурентные). Поэтому нет никаких противоречащих фактов и теорий для принятия гипотезы о том, что механизмом саморегуляции в сообществе растений могут быть их биополя, излучающие сигналы самой различной физической природы, еще не изученные и во многом неизвестные.

Концепция биополя активно обсуждалась в 1970-е годы и для древостоев были обнаружены доказательства его сильнейшего воздействия на прирост еловых культур еще до смыкания крон, хотя объяснение давалось другое. При исследовании культур ели, заложенных с разной начальной густотой (Кайрюкштис, Юодвалькис, 1976) было обнаружено заблаговременное, за 2-3 года до смыкания крон, резкое снижение в 2 раза их прироста, начавшееся при расстоянии между кронами в 0,4 м; далее, после прорастания крон друг в друга на расстояние до 1 м, прирост плавно увеличивался в 1,6 раза относительно достигнутого минимума. Причины таких колебаний данные авторы объяснили «сменой внутривидовой конкуренции на взаимную толерантность». Однако описать обнаруженное явление еще не значит объяснить его причины. В настоящее время данное явление учитывают и для предотвращения торможения роста плантационных культур рекомендуются разреживания еще до начала смыкания крон в рядах уже в возрасте 9–13 лет (Большакова, 2007).

Однако при разреживаниях и уходах в плантационных культурах оставляют и биогруппы, сформировавшиеся из 2-3 растений высших рангов роста (Шутов и др., 2001; Плантационное…, 2007). Столь противоположные рекомендации (не допускать раннего смыкания, но оставлять группы) – требуют рассмотрения закономерностей пространственного размещения растений более подробно. Впервые о групповой структуре древостоев упоминают И.В.Логвинов (1955) и Н.Д.Лесков (1956). В опытной лесной даче Тимирязевской сельхозакадемии в спелых насаждениях группы растений и пустые места образовывались независимо от того, возникали ли древостои естественно или создавались культурами разной густоты (Нестеров, 1961). На Урале биогуппы в древостоях изучались В.В.Плотниковым (1968). Однако в аридной зоне в распределении расстояний между растениями не найдено отклонений от случайного (Жирин, 1970), обнаружено и многообразие их распределений (Патацкас, 1964).

Количественный анализ ценотических эффектов в размещении деревьев по территории в синузиях подроста, молодняках, средневозрастных, приспевающих и спелых насаждениях сосны, ели и березы с анализом распределения частот наименьших расстояний между деревьями показал (Ипатов, Тархова, 1975), что на всех участках обнаружено групповое размещение деревьев и, например, в приспевающих и спелых насаждениях встречаемость групп у сосны со средним расстоянием между деревьями 65см имеет частоту 28-50%; у ели в распределении наименьших расстояний наблюдаются пики со средним расстоянием между деревьями 50см и на таких расстояниях встречается 44-48% растений. Эти исследования подтверждают публикации (Комин, 1973; Бузыкин и др., 1983;

Василевич, 1969), которые свидетельствуют о том, что в природе хотя и наблюдается случайное размещение травянистых и древесных растений, но преобладает групповое, контагиозное (Ипатов, Тархова, 1975).

Исследования в этом направлении показали, что групповая структура свойственна популяциям сосны обыкновенной (Чудный, 1976) и ели тяньшаньской (Проскуряков, 1981а), где в пространственной структуре насаждений биогруппы выступают как управляющие центры (Проскуряков, 1981). В хвойных насаждениях Северо-Запада РФ деревья-лидеры с раннего возраста и до 30-40 лет размещаются нерегулярно, что создает неравномерное накопление запаса по площади насаждения (Маслаков, 1984);

далее биогруппы сохраняется до возраста спелости, причем их разреживание рубками ухода существенно не увеличивает прирост оставшихся растений (Сеннов, 1999). В последних работах (Мартынов, 2010) показано, что групповая структура в насаждениях имеет место и с возрастом приближается к случайной (но не становится случайной полностью), подтверждая этим данные о структуре сосняков в Сибири (Бузыкин и др., 1983); при этом в средневозрастных древостоях характер размещения деревьев был предопределен местоположением деревьев-лидеров в молодняках (Маслаков, 1981). В наших исследованиях в рядовых культурах сосны 40-летнего возраста у рядом растущих деревьев сходство (корреляция) 15 приростов по высоте оказалось достоверно выше, чем у любых других сравниваемых пар деревьев (Рогозин, 1980). В географических культурах структура древостоев также неоднородна (Малышев, Щербакова, 1983).

При анализе роста клонов на ЛСП начинают использовать все более сложные методы изучения влияния условий среды с привлечением фотограмметрических и геодезических подходов (Трубина, Иванова, 2010).

Перечисленные выше работы по горизонтальной структуре древостоев рассматривающие биогруппы деревьев как природное явление, обусловленное внутренними свойствами растений и меняющимися условиями среды, убедительно показывают, что в развитии древостоя действует множество законов, о которых мы еще не знаем и действие которых проявляется как многообразие «случайных» сгущений деревьев.

Биогруппой считают скопление деревьев (не менее двух), состоящих из деревьев-лидеров, или, в другой трактовке, из деревьев будущего.

Критерием биогруппы можно принять расстояние между соседствующими деревьями в пределах, например, до 2,5 м, так как в спелых древостоях 1- класса бонитета расстояние между деревьями, рассчитанное на основании густоты в таблицах хода роста (Швиденко и др., 2008), составляет около 4 м и расстояния менее 3 м можно считать скоплением деревьев, а более 6 м – окнами в пологе древостоя.

При исследовании динамики биогрупп в культурах сосны в Опытном лесничестве БГИТИ, созданных площадками из 144 и 50 сеянцев, было выяснено, что площадки, которые вначале прижились, в последующем в 31–34% случаев оказались пустыми или без наличия деревьев-лидеров в 38– 47 лет (Марченко И.С., 1995, с. 109). Брянская школа лесоводов изучает вопрос о встречаемости биогрупп в насаждениях с 1973 года (Марченко, 1973). Так, в структуре 160-летнего сосняка лещинового состава 7С3Е обнаружено, что 37% деревьев сосны и 39% деревьев ели размещались биогруппами (Марченко С.И., 1983). В культурах сосны 13, 29 и 48-летнего возраста в Черниговской области 48% лучших деревьев располагались на расстоянии 25 м и менее, из которых 18% росли ближе 1.5 м друг от друга (Марченко, Брайко, 1985). В 35-летних культурах сосны с полнотой 1.0 57% лучших деревьев располагались в биогруппах, в т.ч. 17.6% росли ближе 1. м друг от друга, при этом различия в диаметрах одиночных деревьев и деревьев в биогруппах в этих культурах, а также во многих других ценозах оказались несущественны (Марченко и др., 1983).

Исследования в этом направлении позволили прийти к заключению, что случайное размещение деревьев на самом деле совсем не случайно и обусловлено биофизическими взаимодействиями в системе Земля-растение.

Образование пустых мест и скоплений деревьев вызвано наличием дискомфортных и благоприятных зон. В последних растения растут ближе друг к другу и от 37 до 57% из них образуют группы. Эти закономерности привели исследователей к выводу, что необходимо изменить всю систему лесоводства, основанную на принципах равномерного размещения деревьев и на том, что древостой представляет собой совокупность растений, организованных борьбой за существование (Сукачев, 1953), в свете которых в основном и рассматривалась структура и взаимодействия в сообществах растений в учебниках (Ткаченко, 1962; Мелехов, 1980; Одум, 1986; Реймерс, 1994). Предложено отказаться от этих принципов и заложить в основу лесоводства принцип группового размещения деревьев по биологически активным зонам; в БГИТА разработан даже специальный учебный курс «Нетрадиционное лесоводство» (Марченко И.С., Марченко С.И, 1998).

На Урале В.Л.Малыхиным (Малыхин, 1984) изучалось потомство деревьев от биогрупп и одиночных плюсовых деревьев сосны; обнаружено увеличение влияния матерей на рост двухлетнего потомства при их принадлежности к биогруппе. Автор считает, что биогруппы являются более надежными объектами отбора, чем отдельные деревья. При этом выявление биогрупп, дающих быстрорастущее потомство, позволит сократить время на поиск требуемых комбинаций скрещивания. Данный тезис не лишен оснований, так как разлет пыльцы у сосны даже на открытом месте в основном ограничен 20–30 м (Ефимов, 1997).

Для геологического прогнозирования динамических процессов в литосфере Земли используют естественные магнитные и гравитационные поля и их связь с протяженными структурами в геоморфологии, имеющих в поперечнике размеры от 1 км и более. Изучение динамических гравитационных и магнитных полей в сочетании с анализом расчлененности рельефа позволяет обнаруживать как неустойчивые и опасные для строительства, так и стабильные места в литосфере (Чадаев и др, 2012).

Однако воздействие этих мощных полей и протяженных структур Земли на растения геофизика не изучает, не говоря уже о более низких в иерархии полях, влияющих на биологические объекты.

В 1996 г. был разработан переносной прибор для обнаружения геофизических аномалий, геопатогенных зон, сетей Хартмана и Карри, подземных водяных жил, подземных коммуникаций и т.д. Прибор измеряет электромагнитную составляющую геомагнитного поля Земли, фиксирует «ауру» человека и разработан в Уфимском ГАТУ Кравченко Ю. П. Прибор выпускает ООО «Медико-экологическая фирма Лайт-2» (г. Уфа), e-mail:

[email protected]. В Интернете есть сведения о патогенных зонах в Москве и Санкт-Петербурге и рекомендации по их обнаружению на садовых участках.

В отношении их действия на древесные растения известна пока только одна работа, в которой эти зоны, занимая 1.9% площади, достоверно снижали высоту деревьев в 21-летних культурах ели на 13.4 -14% (Рогозин, 2011-б).

В последние десятилетия развивается совершенно новое направление – волновая генетика и в ней упомянутые выше концепции также находят свое объяснение на еще более высоком (волновом, торсионном) уровне взаимодействий организма со средой (Гаряев, 1994), которые большинство ученых не принимают даже на уровне гипотезы. Однако ее опровержения не происходит, так как критика этого направления должна опираться знания нового уровня, а не на старые парадигмы.

В теоретическом плане поле биообъекта по А.Г. Гурвичу (1991) существует как сумма полей его живых клеток. Биополе дерева в таком случае будут образовывать клетки камбия и листвы, а сумма этих клеток у всех деревьев – биополе насаждения. Предполагается, что оно выступает как ведущий фактор естественного изреживания насаждений. Для биополя обнаружены и соответствующие константы, связанные с клетками камбия и листвы. Первая из них – объем ветвей в 1 м3 древесного полога (насыщенность сучьями). По данным И.С.Марченко, она мало зависит от бонитета и в сомкнутых насаждениях есть величина постоянная; например, в зоне живой части крон в сосняках 1 бонитета эта величина от 30 до 90 лет изменялась в очень узких пределах от 793 до 815 см3/м3 (Марченко, 1995, с. 89). Вторая константа – это предел насыщения полога клетками камбия в живой части кроны. Анализ молодняков сосны, осины, березы показал, что площадь клеток камбия стремится к пределу, после чего не увеличивается и этот предел есть величина постоянная для каждой древесной породы.

Поэтому «каждая порода создает древесный полог с определенной напряженностью биологического поля» (Марченко, 1995, с. 86; с. 91).

Открытые И.С.Марченко константы были нами проверены на моделях роста древостоев ели, различных по стартовой густоте (Рогозин, Разин, 2012-б), в которых был найден стабильный показатель – сумма объемов крон. Он наблюдается в моделях с низкой начальной густотой (1.0тыс. шт./га) и постоянен от 45 до 120 лет. При большей густоте в линиях его динамики в 25-35 лет появляется максимум, после чего показатель снижается и его стабильность не сохраняется. Обнаруженная биологическая константа подтверждает теорию И.С. Марченко о существовании биополя, которое выступает в качестве механизма регуляции и ограничения максимальной плотности биологического вещества в пологе древостоя.

Для селекции очень важны причины, по которым древостои меняют свой ход роста. Необходим анализ устойчивости роста климатипов в географических культурах, который рассматривают не всегда (Тимофеев, 1974; Хасанов, Демьянова, 1984; Николаева, Гузюк, 2009; Новикова, 2002;

Giertych, 1991). Отчасти это связано с малой длительностью опытов, не превышающих 30-40 лет. Испытания географических культур в Украине показали, что медленнорастущие климатипы сосны во 2-3 классе возраста не ослабляют, а напротив, усиливают рост по высоте (Молотков и др., 1982).

Т. е. ранги климатипов менялись и причины этого не были выяснены.

Результаты новой серии географических культур (Изучение…, 1972) показали следующее. На Европейском Севере России (Наквасина, 1999) при изучении 20-25 летних культур оказалось, что ранее, в 15-20 лет, происходило выравнивание южных климатипов по высотам. В пределах одного пункта испытания в средней подзоне тайги северные потомства отличаются ранней стабилизацией рангов и сохраняют их с возрастом.

Климатипы, близкие к местному, стабилизируют ранги к 20-летнему возрасту. У южных потомств интенсивность роста с возрастом снижается.

При исследовании 37 климатипов сосны в Новосибирской области (Роговцев и др., 2008) в возрасте 30 лет отмечается различие в сохранности до 10 раз (от 250 до 2500 шт./га), неодинаковое соотношение отстающих и лидирующих деревьев, с долей деревьев 4-5 классов Крафта по происхождениям от 0 до 29%; авторы ожидают перераспределения рангов происхождений после удаления отстающих деревьев.

В Красноярском крае изучение географические культур происхождений сосны показало, что их сохранность в возрасте 30 лет на участке с темно-серой лесной почвой варьирует от 6 до 60 %, а на песчаной почве в возрасте 33 лет – от полной элиминации до 93 %. В 25-30-летнем возрасте у ряда климатипов ранги менялись, при этом их положение на песчаной и суглинистой почвах неодинаковое. Например, контрольный вариант на песчаной почве по запасу занимал 47 место, а на темно-серой лесной – 21 место. Нижне-Енисейский климатип на песчаной почве занимал 16 место, а на темно-серой лесной – 8 место (Кузьмина, Кузьмин, 2010).

В Западном Забайкалье 24 сибирских климатипа сосны в 15 лет имели сохранность от 16 до 58% и были обычны различия в густоте в 1,5-2 раза; в отличие от географических культур в других регионах страны, здесь, в условиях резко континентального климата, наиболее высокую выживаемость имели климатипы, существенно снижающие прирост в экстремальные по дефициту влаги годы (Новикова, 2002, 2010).

В Ленинградской области в 32-летних географических культурах ели в последние 10 лет темпы роста по высоте у северных климатипов усилились при различиях до 2 раз в сохранности происхождений (Ямалеев и др., 2011).

В связи с вышеизложенным можно констатировать, что различия в сохранности климатипов вызывают изменения рангов их роста и трансформации, обусловленные достижением высокой полноты. Вероятны изменения рангов и далее. Этот нежелательный прогноз вытекает из законов развития древостоев, где изменения рангов роста определяется достижением предельных состояний по сомкнутости крон, зависимое от различий в начальной густоте, нестационарности онтогенеза, а также зависимости онтогенеза у длительно живущих древесных растений от изменений солнечной активности и климата (Молчанов, 1966).

1.4. Краткая история лесной селекции в России На первых этапах становления лесной селекции исследования были направлены на изучение влияния происхождения семян на качество насаждений. В 30-50 годах 20 века развернулись исследования формового разнообразия основных лесообразующих пород СССР, которые дали обширные сведения о многих формах деревьев, выделяемых по ряду морфологических признаков (Молотков и др.,1982, Царев и др., 2010).

Ученые Дании, а затем Швеции в начале 50 годов предложили подразделять насаждения и деревья на селекционные категории исходя из их фенотипов: плюсовые, лучшие, нормальные, минусовые. Началась селекционная инвентаризация лесов, размножение высокопроизводительных экземпляров семенами и вегетативным способом (Северова, 1958;

Долголиков, 1974; Основные положения..., 1994).

В большинстве стран идея о значительном повышении продуктивности лесов за счет использования потомства плюсовых деревьев стала доминирующей (Ковалев, Буторина, 1982). Однако еще Н.И.Вавилов (1931) обращал внимание селекционеров на то, что под одинаковой внешностью фенотипов могут скрываться различные генотипы и отбор без генетического анализа может дать отрицательный эффект. Поэтому в программах селекции была обязательна оценка отобранных плюсовых деревьев с изучением их семенного потомства в испытательных культурах, закладываемых одновременно с клоновыми ЛСП или спустя несколько лет после них (Петров и др.,1981; Rubner, 1956; Steven, Carlisle, 1959).

В Белоруссии (Ковалевич, 1997) и странах Балтии бывшего СССР создание ЛСП осуществлялось с предварительным или одновременным испытанием плюсовых деревьев по потомству (Бауманис, 1977; Звиедре, Цинитис, 1988; Gabrilavicius, 1994; Baumanis, Lipins, 1995; Kairiukstis, 1995;

Gabrilavicius, Danusevicius, 1996).

Первые программы лесной селекции в СССР были предложены Е.П.Проказиным (1962, 1972) и академиком Л.Ф. Правдиным (1967, 1975).

Позитивный посыл данных работ многие годы определял развитие лесной селекции. Идеи плантационного семеноводства, плюсовой селекции и ожидаемые выгоды на этом пути обсуждались до 1980-х годов. С годов началась разработка рабочих проектов клоновых ЛСП. Опыт первых работ обобщался, схемы селекции уточнялись и развивались (Ненюхин, 1973, 1983; Смирнов, 1974; Царев, 1977; Гиргидов, 1976; Ефимов, 1978, 1981, 1989, 1991; Корецкий, 1988; Молотков, Патлай, 1990; Мольченко, 1992; Исаков, 1999; Тараканов, 2003), в том числе в региональном аспекте (Котов, 1982;

Попов, Тучин, 1980). Широко проектировались объекты планта-ционного семеноводства (Николаюк, Яркин, 1984; Нестеркин, 1986; Яркин, 1990).

Обобщался и зарубежный опыт (Райт, 1978; Петров и др., 1981).

Однако видные лесоводы (Нестеров, 1961; Мелехов, 1969; Мамаев, 1970) критически отнеслись к плюсовой селекции. Были предупреждения о недопустимости монопольного развития только одного направления в лесном семеноводстве еще в самом начале развертывания работ по селекционному семеноводству (Некрасова, 1958, 1981; Ирошников, 1975), а также об отсутствии теоретического обоснования широкого применения плюсовой селекции (Драгавцев, 1972).

Почти сразу появились сообщения о спешке, небрежности и ошибках при закладке ЛСП предприятиями лесного хозяйства при отсутствии грамотных специалистов (Этверк, 1972). Позднее пришло понимание причин, их порождающих. По мнению А.М.Шутяева «…если в западных странах это направление отстаивали люди, считавшие его своим бизнесом, причем бизнесом дорогим, то в нашей стране ускоренное выполнение «производственных планов» привело к списанию большого количества отобранных плюсовых деревьев и ЛСП» (Шутяев, 2011).

Лесная селекция при реализации ее в практику приобрела некоторую инерцию в развитии, когда в 1980-е годы были приняты в основном две ее системы: отбор географических происхождений и плюсовая селекция. На основе последней были разработаны «Основные положения генеральной схемы развития лесного семеноводства основных лесообразующих пород в СССР на селекционной основе» (Яркин и др., 1980). Далее, после ее реализации, предполагался индивидуальный отбор в надежде получить более значимые селекционные эффекты и создание ЛСП второго порядка, для которых была нужна государственная программа испытательных культур (подобная программе закладки сети географических культур года), однако такой программы нет до сих пор (Шутяев, 2011).

В 1989 г. были подведены первые итоги реализации Генеральной схемы развития лесного семеноводства и они показали, что слаба надежда, что заложенные ЛСП будут эффективны. По мнению украинских ученых «…мы недооценили всю сложность этой проблемы и начали внедрять на больших площадях фактически незаконченные научные разработки» (Белоус, Кравченко, 1989). Оказалось, что только 10-30% семей превосходило контроль по показателям роста и «эффективность семенных плантаций, закладываемых на основе размножения лучших фенотипов без проверки по потомству оказалась заметно ниже прогнозируемой» (Ефимов и др., 1989).