Рост и развитие лесных культур сосны в экосистеме вейниково–луговиковых вырубок карелии
На правах рукописи
Юрьева Анна Леонидовна
РОСТ И РАЗВИТИЕ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР СОСНЫ
В ЭКОСИСТЕМЕ ВЕЙНИКОВО–ЛУГОВИКОВЫХ
ВЫРУБОК КАРЕЛИИ
06.03.01 – лесные культуры, селекция, семеноводство
03.00.16 – экология
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата
биологических наук
Петрозаводск – 2007
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Петрозаводский государственный университет»
Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор Царев Анатолий Петрович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, профессор Дроздов Игорь Иванович,
Московский государственный университет леса
доктор биологических наук, профессор
Кищенко Иван Тарасович,
Петрозаводский государственный университет
Ведущая организация Институт леса Карельского научного центра Российской Академии наук
Защита состоится 26 сентября 2007 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.01 при Петрозаводском государственном университете по адресу: 185910, Республика Карелия, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33, эколого-биологический факультет, ауд. 326 теоретического корпуса
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета
Автореферат разослан «____» _____________ 2007 года
Ученый секретарь
диссертационного совета Крупень И. М.
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время в Карелии широко используются зарубежные технологии выращивания посадочного материала
и создания лесных культур: доля культур, создаваемых контейнеризированными сеянцами достигает 24 %, из них 83 % приходится на сосну. Однако лесоводственная оценка эффективности применения посадочного материала с закрытой корневой системой с учетом почвенно-климати-
ческих условий региона не проводилась. Опыт создания лесных культур из такого посадочного материала без проведения предварительной обработки почвы невелик и касается ели. В связи с этим сравнение роста, развития и сохранности лесных культур, созданных различными видами посадочного материала, с разными способами обработки почвы достаточно актуально и наиболее интересно для практики лесного хозяйства.
Периодичность роста сеянцев и саженцев в условиях вырубок северо-запада исследовалась только в связи с приростами по высоте и диаметру,
а динамика потребления минеральных элементов и роста корневых систем в условиях Республики Карелия не изучались. Знание периодичности роста корневых систем, закономерностей накопления массы органического вещества может быть основанием для разработки рекомендаций по видам, срокам проведения уходов и количеству их, особенно для новых видов посадочного материала.
Цель и задачи исследований – комплексное изучение особенностей роста лесных культур сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.)
в экосистеме вейниково-луговиковых вырубок южной части Карелии,
а также испытание различных видов посадочного материала и оценка влияния обработки почвы на рост лесных культур. Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
– изучить динамику роста и развития лесных культур сосны в течение вегетационного периода в возрасте от одного до восьми лет;
– провести сравнительный анализ роста лесных культур, созданных различными видами посадочного материала на примере постоянных и временных проб в зеленомошной группе типов леса;
– оценить влияние обработки почвы на рост и развитие лесных культур;
– установить особенности минерального питания саженцев в течение вегетационного периода в зависимости от фазы роста;
– выделить наиболее важные этапы в органогенезе лесных культур сосны на основании изучения роста и развития и обосновать сроки проведения агротехнических уходов с учетом биоэкологических особенностей породы;
– разработать предложения по повышению эффективности искусственного лесовосстановления в условиях зеленомошной группы типов леса в южной Карелии.
Научная новизна. Впервые на территории Карелии проведены сравнительные исследования сезонного роста лесных культур сосны обыкновенной, созданных различными видами посадочного материала, в том числе без предварительной обработки почвы. Изучена динамика потребления минеральных элементов саженцами сосны обыкновенной
в течение вегетационного периода, а также особенности строения
и развития корневых систем сеянцев и саженцев сосны обыкновенной. Апробация накопленного нашего и скандинавского лесокультурного опыта в зеленомошном типе условий позволит найти пути использования прогрессивных приемов создания лесных культур сосны обыкновенной в Республике Карелия.
Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть приняты для разработки рекомендаций по использованию контейнеризированных сеянцев в зеленомошной группе типов леса и вейниково-луговиковых вырубок для условий южной части Карелии.
Обоснованность и достоверность результатов исследований. Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечивалась применением методик планирования исследований в соответствии с требованиями по повторности опыта, выборки деревьев и количеству измерений, что осуществлялось с учетом уровней изменчивости признаков, проведением исследовательских работ в соответствии с действующими стандартами и с учетом имеющихся рекомендаций и наставлений. Исследования проводились на постоянных пробных площадях в течение восьми лет. Часть наблюдений проведена на временных пробных площадях. Оценка результатов осуществлялась на 5 % уровне значимости. Достоверность результатов достигнута применением средств современного программного обеспечения и методов математической статистики при обработке материалов исследований.
Апробация и публикация работ. Основные положения и результаты исследований представлены на международной конференции «Биоразнообразие европейского севера: теоретические основы изучения, социально-правовые аспекты использования и охраны» (Петрозаводск, сентябрь 2001 г.), на международной конференции, посвященной 50-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ «Новые технологии и устойчивое управление в лесах Северной Европы» (Петрозаводск, октябрь 2001 г.), на международной научно-практической конференции «Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты» (Петрозаводск, ноябрь 2004 г.), на всероссийской конференции «Природная и антропогенная динамика наземных экосистем» (Иркутск, октябрь 2005 г.).
По материалам исследований опубликовано 14 работ, в том числе
в рецензируемых изданиях, включенных в требуемый список ВАК –
2 статьи.
Организация, объем исследований и личный вклад автора. Исследования проводились на постоянных пробных площадях, заложенных на территории учебно-опытного лесничества Петрозаводского государственного университета, сотрудниками Института леса КарНЦ РАН и ПетрГУ в рамках проекта «Тайга – модельный лес»,
и были продолжены после окончания проекта в течение шести лет. Исследования также проводились на 32 временных пробных площадях, заложенных на территории Петрозаводского, Питкярантского, Сортавальского и Суоярвского лесхозов. Автором лично или при ее непосредственном участии проведены все полевые исследования
в 1999 – 2006 гг. Диссертантом выполнены камеральная и статистическая обработка всех экспериментальных материалов, анализ полученных результатов.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 163 страницах машинописного текста и состоит из введения,
5 глав, выводов и рекомендаций и 4 приложений. Список литературы включает 160 наименований, в том числе 58 – на иностранных языках. Текст иллюстрирован 74 рисунками и содержит 9 таблиц.
Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д-ру с.-х. наук, проф. А. П. Цареву за помощь методического и организационного характера. Коллективу кафедры лесного хозяйства ПетрГУ, и в первую очередь, канд. с.-х. наук, доц.
О. И. Гавриловой за помощь в работе над диссертацией. Сотрудникам лаборатории лесовосстановления института леса КарНЦ РАН и Т. Г. Боишниковой, сотрудникам учебно-производственного центра лесоинженерного факультета за содействие в сборе и обработке материала. Спасибо родным и близким за всестороннюю помощь на всех этапах работы над диссертацией.
Глава 1. ОБОБЩЕНИЕ ЛЕСОКУЛЬТУРНОГО
ОПЫТА В КАРЕЛИИ: ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ
Анализ состояния лесовосстановления на Европейском Севере России и в Республике Карелия в частности (Бабич и др., 2000; Трубин, 2000; Гаврилова, Савин, 2001 и др.) показал, что имеется ряд проблем, требующих решения:
– сокращение численности сосновых древостоев в результате периодичности плодоношения сосны (Крутов, Соколов, 2000), сопровождающегося заменой коренных сосновых лесов на лиственные с участием ели;
– затрудненность обработки почвы и создания лесных культур на вырубках из-за сильной завалуненности почв (Соколов, Харитонов, 2001, Соколов, 2006);
– низкая приживаемость лесных культур из-за несоответствия выбранной породы лесорастительным условиям, неправильного использования посадочного материала и агротехники выращивания (Извекова, 1983, 1992; Козлова, 1993; Маркова, 2000).
Решение этих проблем возможно с помощью применения новых видов посадочного материала и способов обработки почвы (сохранение гумуса вблизи посадочных мест, достигаемое дискретной обработкой почвы в виде микроповышений или подготовкой лунок); теоретического обоснования агротехники и технологии выращивания посадочного материала и лесных культур на основе знаний биологии молодых растений, динамики их роста и питания (Редько, Бабич, 1994; Гаврилова, 1993; Майсеенок, 1993; Касимов, 1995; Жигунов, 2000; Мочалов, 2000; Мерзленко, 2006; Соколов, 2006).
В настоящее время в Карелии все шире используются зарубежные технологии выращивания посадочного материала и создания лесных культур (Жигунов, 2000; Соколов, 2006). Сравнение лесовосстановления в Карелии и Финляндии (табл. 1) показывает, что в силу исторических, климатических и экономических отличий прямое копирование опыта скандинавских стран вряд ли возможно (Валлениус, 2000; Рикала, 2000; Хюппенен, 2000). Основная задача на ближайший период заключается в адаптации зарубежных технологийк существующим
в республике социально-экономическим условиямс тем, чтобы качество контейнеризированных сеянцев и затраты на их выращивание были соизмеримы с технологиями открытого грунта (Соколов, Павлов, 2005).
Следует также оценить возможность снижения густоты культур, создаваемых данным видом посадочного материала на разных типах вырубок и определить возраст перевода культур в покрытую лесом площадь (Соколов, Павлов, 2005; Рекомендации…, 2005).
Таблица 1
Лесовосстановление в Карелии и Финляндии
| Показатель | Карелия | Финляндия |
| 1. Площадь ежегодно вырубаемых лесов, тыс. га | 30–35 | 160 |
| 2. Площадь ежегодно восстанавливаемых лесов, тыс. га, в том числе: | 21–30 | 130–160 |
| естественное возобновление | 6–15 | 30–50 |
| посев | 4–8 | 25–35 |
| посадка | 7–10 | 80–100 |
| 3. Доля посадок в общем объеме лесовосстановления, % | 47–75 | 50–65/70*/60** |
| 4. Распределение посадок по породам, %, сосна | 56 | 33 |
| ель | 44 | 50 |
| береза | – | 20 |
| другие | – | 7 |
| 5. Базисные питомники, шт. | 10 | 25/46*/29** |
| 6. Количество ежегодно выращиваемого посадочного материала, млн. шт. | 32–40 | 145–200 |
| 7. Количество котейнеризированных сеянцев от ежегодно выращиваемого посадочного материала, %, в том числе: | 24–45 | 86 |
| сосна | 83 | 45 |
| ель | 17 | 38 |
| береза | – | 13 |
| другие | – | 4 |
| 8. Происхождение котейнеризированных сеянцев | известного происхождения или с лесосеменных плантаций первого поколения | с лесосеменных плантаций второго поколения |
| 9. Густота лесных культур, тыс. шт. сосна | 2,5–4,5 | 2–2,5 |
| ель | 2–4,5 | 1,4–2 |
| береза | – | 1,2–1,6 |
* – Швеция; ** – Норвегия
Глава 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И ОБЪЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Карелия расположена на Северо–Западе Европейской части России
и простирается от 61°41` до 66°39` северной широты и от 29°18` до 37°57` восточной долготы. Климат Карелии – умеренно-континентальный, с продолжительной, но относительно теплой зимой и коротким прохладным летом, значительной влажностью, облачностью, превышением осадков над испарением, высокой вероятностью заморозков, особенно в начале и конце вегетационного периода. Период со среднесуточными температурами выше 10°С длится с конца мая до середины сентября. Сумма активных температур составляет 1400–1600°С.
Постоянные объекты исследований находятся на территории Пряжинского лесхоза (61°45’ с. ш. и 33°46’ в. д.). Вырубка 1991 года. Бывший тип леса сосняк брусничный, III класса бонитета. Тип вырубки – вейниково-луговиковый (Ронконен, 1975; Крышень, 2006), рельеф ровный. Степень задернения средняя. Напочвенный покров неоднороден. Почвы – подзол иллювиально-железистый. Естественное возобновление было представлено в основном лиственными породами. На участке шла смена породного состава и вытеснение хвойных пород, в первую очередь сосны. Поэтому на части площади была проведена реконструкция малоценных насаждений методом сплошной уборки лиственных пород, и заложены лесные культуры сосны, на остальной площади созданы частичные культуры без обработки почвы. Всего создано четыре варианта лесных культур в трех повторностях каждый, общей площадью 2,0 га.
1 вариант (посевы). На участке площадью 0,5 га почва обработана
с помощью ПДН-1: ширина полос 0,7 м, расстояние между полосами 3,5 м. Посев проведен вручную в площадки 20х20 см, по 20 штук в одну площадку. Количество посевных мест 3,0 тыс. шт./га. Семена первого класса качества происхождением из Прионежского района.
2 вариант (ОКС). Площадь 0,4 га. Обработка почвы – полосами с помощью ПДН-1: ширина полос 0,7 м, расстояние между полосами 3,5 м. Рядовая посадка однолетних контейнеризированных сеянцев посадочной трубой, шаг посадки 1 м. Количество посадочных мест 3,0 тыс. шт./га. Сеянцы приобретены в питомнике Петрозаводского лесхоза, выращены из семян известного происхождения, заготовленных на территории Прионежского района.
3 вариант (ЗКС с обработкой почвы). Площадь 0,4 га. Обработка поч-
вы – полосами с помощью ПДН-1: ширина полос 0,7 м, расстояние между полосами 3,5 м. Рядовая посадка двулетних сеянцев с открытой корневой системой, шаг посадки 1 м. Количество посадочных мест 3,0 тыс. шт./га. Сеянцы приобретены в питомнике Петрозаводского лесхоза, высота 7
10 см, развитие корневой системы удовлетворительное, выращены из семян известного происхождения.
4 вариант (ЗКС без обработки почвы). Участок площадью 0,7 га отличался большим количеством подроста ели (50 %) и сосны (30 %). Данные учета показали, что подрост расположен неравномерно и куртинами. На данном участке созданы частичные культуры сосны биогруппами. Посадка проводилась однолетними контейнеризированными сеянцами из семян известного происхождения, под посадочную трубу в местах, где отсутствовало задернение почвы. Густота культур сосны с учетом подроста составила 2 тыс. шт./га.
Исследования также проводились в лесных культурах, созданных посадкой контейнеризированных сеянцев и сеянцев открытого грунта
в возрасте 16, 10 и 15 лет. Участки таких лесных культур были подобраны на территории Петрозаводского, Сортавальского, Суоярвского и Питкя-рантского лесхозов.
Исследования по намеченным программным вопросам, выполняемые в полевых и лабораторных условиях, проводились по применяемым в современных исследованиях методикам (Щербаков, 1955, 1960; Молчанов, Смирнов, 1967; Огиевский, Хиров, 1967; Аринушкина, 1970; Колесников, 1972; Кальной, 1973; Бейдеман, 1974; Царев, 1977; Родин, Мерзленко, 1978; Булыгина, 1979; Редько и [др.], 1983; Мордась, Раевский, 1992; Царев и др., 2001). Закладка временных и постоянных пробных площадей проводилась с учетом основных положений ОСТ 56-69-83.
По десять средних по развитию надземной части растений каждого варианта выкапывались в случайном порядке каждые десять дней в течение вегетационного периода в первый год исследований и один раз
в месяц во второй и третий годы. На четвертый, пятый и шестой годы растения выкапывались в конце вегетационного периода. У всех выкопанных растений определялись: высота стволика, диаметры корневой шейки и осевого побега на середине годичного прироста, длина главного корня. Измерялись суммарная длина боковых корней 14 порядков, длина и ширина хвоинок в наиболее широкой их части. Учитывались также число хвоинок и боковых корней разных порядков. Линейные измерения проводились с точностью до 1 мм, измерения диаметров – до 0,1 мм. На восьмой год проведен сплошной перечет лесных культур
с замером основных показателей роста: высоты, диаметра на высоте
5 см, приростов, диаметров кроны и оценкой их общего состояния по шестибалльной шкале (Царев, 1977).
Кроме линейных показателей, определялась и абсолютно сухая масса различных органов сосны. Десять штук растений каждого варианта, разделенные на части (корни, стволики, хвоя) высушивались до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 105°С в течение 816 часов. Высушенные образцы взвешивались на аналитических весах. Для хвои определялась масса ста хвоинок. Точность взвешивания до 0,001 г.
Определение содержания основных минеральных элементов в тканях растений проводилось на примере саженцев открытого грунта в первый год роста в аналитической лаборатории института леса КарНЦ РАН. Для этого использовались те же образцы, которые брались для линейных измерений каждые десять дней. Абсолютное содержание минеральных элементов рассчитывалось путем умножения концентрации элемента на массу органа, в котором эта концентрация определялась. Анализ химического состава почв проводился там же по общепринятым методикам (Аринушкина, 1970). Опыт закладывался в трех повторностях, почвенные образцы отбирались раз в месяц.
Исследования проводились с 1999 по 2006 гг. Всего за время исследований заложено 12 постоянных и 32 временных пробных площади. На постоянных пробах выкопано, измерено и взвешено 1160 растений. Кроме этого, здесь проведены замеры еще 4165 растущих экземпляров с оценкой их общего состояния. На каждой площади был заложен почвенный разрез и проведено описание напочвенного покрова. Содержание основных минеральных элементов в тканях саженцев определялось у 150 образцов, анализ химического состава – у 18 почвенных образцов. На временных пробных площадях сделаны замеры около 4800 деревьев, описан напочвенный покров и заложены почвенные разрезы.
Математико-статистическая обработка полученных данных проведена на ПК с использованием пакета прикладных программ. Использованы методические указания И. И. Гусева (1980), Э. В. Ивантера и А. В. Коросова (2003, 2005).
Глава 3. СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА РОСТА
ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР СОСНЫ РАЗНОГО ВОЗРАСТА
В главе подробно рассмотрена динамика линейного роста и накопления биомассы лесных культур сосны различных вариантов до шестилетнего возраста. В сезонном росте саженцев и сеянцев существуют три наиболее напряженных периода: 1 – усиленного роста побегов; 2 – формирования ассимиляционного аппарата и накопления сухой массы; 3 – осенний период накопления органического вещества, связанный с перезимовкой растений.
На периодичность роста сеянцев и саженцев большое влияние оказывают биологические особенности выращиваемой породы, которые определяют закономерности накопления биомассы, темпы приростов по высоте, диаметру стволиков, длине боковых окончаний корневых систем. При общих одинаковых закономерностях абсолютные значения линейных и весовых показателей зависят от метода создания, вида посадочного материала и степени обработки почвы. Вид посадочного материала оказал существенное влияние на рост лесных культур в течение первых лет после посадки, причем контейнеризированные сеянцы имели лучшие показатели роста. С возрастом влияние вида посадочного материала на рост лесных культур нивелируется,
и преимущества контейнеризированных сеянцев теряются, также несколько снижается влияние обработки почвы.
На старых вейниково-луговиковых вырубках в начале третьего и четвертого года роста следует провести уборку прошлогодней упавшей травы, а также окашивание в середине сезона вегетации, особенно в этом нуждаются культуры посевами и выращиваемые без обработки почвы. На пятый год посевы требуют прореживания, т. к. достигли критической высоты,
и между сеянцами началась конкуренция.
Глава 4. АНАЛИЗ РОСТА И РАЗВИТИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР СОСНЫ НА РАННИХ СТАДИЯХ ОНТОГЕНЕЗА
Полученные на постоянных пробных площадях данные (табл. 2, 3) свидетельствуют о влиянии, как метода создания и вида посадочного материала, так и обработки почвы на приживаемость и сохранность лесных культур сосны обыкновенной в первые годы после посадки. Приживаемость контейнеризированных сеянцев выше, чем сеянцев открытого грунта, это подтверждают и литературные данные, и данные, полученные на временных пробных площадях, заложенных в эксплуатационных культурах сосны. Однако более значительно на приживаемости сказалось отсутствие предварительной обработки почвы. Оценка влияния различных факторов на сохранность лесных культур в 2006 г. методом дисперсионного анализа по критерию Фишера (F) не выявила зависимости ее от микроклиматических условий участка (Fрасчетный < Fтабличный (0,05)). В восьмилетнем возрасте установлено влияние на сохранность только обработки почвы (табл. 3).
В течение периода исследований преимущество в росте имели варианты, созданные посадкой по предварительно обработанной почве (рис. 1, 2). К пятилетнему возрасту, они достигли высоты рекомендуемой для перевода насаждения в лесопокрытую площадь.
Таблица 2
Приживаемость и сохранность лесных культур сосны
в 1999–2006 годах, %
| Вариант | Год | ||||||
| Прижи–ваемость | Сохранность (процент от прижившихся в 1999 г.) | ||||||
| 1999 | 2000 | 2001 | 2002 | 2003 | 2004 | 2006 | |
| посевы | 100 | 100 | 98 | 96 | 96 | 93 | 92 |
| ОКС | 82 | 99 | 97 | 96 | 96 | 96 | 96 |
| ЗКС с обработкой почвы | 100 | 95 | 94 | 94 | 94 | 94 | 93 |
| ЗКС без обработки почвы | 68 | 98 | 96 | 95 | 93 | 93 | 90 |
Таблица 3
Оценка влияния различных факторов на сохранность
лесных культур сосны методом дисперсионного анализа
по критерию Фишера (F0,05)
| Фактор | 2006 | |
| F расчетный | F табличный | |
| вид посадочного материала | 3,1 | 18,5 |
| повторность* | 0,5 | 19,0 |
| метод создания | 0,1 | 18,5 |
| повторность | 9,6 | 19,0 |
| обработка почвы | 297,1 | 18,5 |
| повторность | 1,0 | 19,0 |
* - микроклиматические условия участка
Контейнеризированные сеянцы, выращиваемые без обработки почвы, испытывали конкуренцию за воду и питание с хорошо развитой корневой системой растений напочвенного покрова. Обработка, кроме оптимальной температуры и влажностного режима, обеспечила хорошую воздухопроницаемость почвы, что не могло не сказаться на степени разветвленности корневой системы, количестве корневых окончаний, а, следовательно, и на развитии растений в целом. Только в 7– 8 лет саженцы, выращиваемые без обработки почвы, выходят из–под влияния напочвенного покрова и увеличивают свои темпы роста.
а
б
Рис. 1 Рост лесных культур сосны по: а – высоте, б – диаметру
С учетом биологического возраста посевы показали неплохие результаты: у них высокая приживаемость, и в первые годы роста они обгоняли по некоторым показателям вариант посадкой без обработки почвы. Кроме того, при создании культур посевом формируется естественная, хорошо развития корневая система, которая дает устойчивость растениям.
а
б
Рис. 2 Рост лесных культур сосны по: а – длине ассимиляционного аппарата, б – общей длине корневых окончаний
У восьмилетних лесных культур была проведена балльная (0 – 5 баллов) оценка общего состояния растений (Царев, 1977). Методом двухфакторного дисперсионного анализа оценено влияние вида посадочного материала, метода создания лесных культур, обработки почвы и микроусловий участка (повторность) на рост и развитие растений всех балльных категорий. Затем, чтобы устранить влияние случайных факторов на результаты исследований, растения, отнесенные к категориям слабых и очень слабых (с баллами 3 и 4) были исключены, и двухфакторный дисперсионный анализ проведен повторно. Результаты дисперсионного анализа представлены в таблице 4.
Таблица 4
Оценка влияния различных факторов на рост восьмилетних лесных культур сосны в высоту и по диаметру методом двухфакторного дисперсионного анализа по критерию Фишера (F0,05)
| Фактор | Все растения* | Растения основного полога** | ||
| F расчетный | F табличный | F расчетный | F табличный | |
| Высота | ||||
| вид посадочного материала | 0,65 | 4,26 | 0,65 | 4,26 |
| повторность | 0,17 | 3,40 | 0,17 | 3,40 |
| метод создания | 10,3 | 4,26 | 10,87 | 4,26 |
| повторность | 0,21 | 3,40 | 0,23 | 3,40 |
| обработка почвы | 5,16 | 4,26 | 5,16 | 4,26 |
| повторность | 0,06 | 3,40 | 0,06 | 3,40 |
| Диаметр | ||||
| вид посадочного материала | 0,13 | 4,26 | 0,14 | 4,26 |
| повторность | 0,93 | 3,40 | 0,98 | 3,40 |
| метод создания | 10,71 | 4,26 | 8,3 | 4,26 |
| повторность | 0,46 | 3,40 | 0,21 | 3,40 |
| обработка почвы | 4,32 | 4,26 | 4,45 | 4,26 |
| повторность | 0,12 | 3,40 | 0,13 | 3,40 |
* – растения, оцененные баллами от 0 до 4, ** – растения, оцененные баллами 0, 1 и 2 (Царев, 1977).
Как видим, на рост сосны по основным таксационным показателям существенно влияют два фактора – метод создания и обработка почвы (Fрасчетный Fтабличный (0,05)). Влияние вида посадочного материала и микроусловий участков (повторность) дисперсионный анализ данных не выявил, также не выявлено влияния и случайных факторов (Fрасчетный < Fтабличный (0,05)).
На развитие корневой системы в значительной степени влияют несколько факторов: биология породы, вид посадочного материла, обработка почвы и метод создания лесных культур. Несмотря на то, что экологические условия, т. е. тип условий произрастания и почвы, дренированность участков для всех вариантов были одинаковы, лучшее развитие корневых систем имели растения, выращиваемые по обработанной почве. У посевов и культур, созданных сеянцами открытого грунта развивается полноценная хорошо разветвленная корневая система. Исследование двух вариантов лесных культур сосны, созданных контейнеризированными сеянцами по обработанной и необработанной почве, показало, что их использование на старых вырубках желательно с предварительной обработкой почвы. В противном случае развивается неполноценная корневая система, которая может привести к механической неустойчивости дерева, особенно в местах с избыточным увлажнением.
Таким образом, при создании лесных культур сосны на вейниково-луговиковых вырубках предпочтение следует отдавать посадке по предварительно обработанной почве, что сокращает возраст перевода насаждений в покрытую лесом площадь на 2-3 года и значительно повышает приживаемость. Кроме того, отпадает необходимость в проведении агротехнических уходов.
Глава 5. ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ
Потребность растений в определенном количестве и сочетании питательных веществ определяется биологией породы. В тканях саженцев больше всего содержится азота, значительно меньше – калия, а самый низкий уровень содержания характерен для фосфора (рис. 3 а), что подтверждается данными и других исследователей (Кищенко, 2000). Подобная зависимость сохраняется в течение всего вегетационного периода. Наибольшая скорость накопления азота, фосфора и калия наблюдается лишь с началом роста осевого побега, одновременно с усилением аккумуляции сухой массы всеми органами растения, а наиболее сильное накопление элементов минерального питания происходит в хвое (рис. 3 б, 4). В конце сезона пластические вещества в вегетативных органах саженцев перераспределяются, что обеспечивает повышение морозостойкости и детерминировано наследственно. При этом большая часть азота и фосфора мигрирует из хвои в корни. Устойчивость к обмерзанию побегов и хвои саженцев обеспечивается за счет аккумуляции в их тканях ионов калия.
а
б
Рис. 3 Содержание элементов минерального питания
в саженцах сосны: а – в растении, б – азота
Содержание элементов минерального питания положительно коррелирует с накоплением в растении сухого органического вещества. Наиболее тесная связь отмечается в первую половину сезона вегетации. Так, между накоплением сухой массы саженцами сосны и содержанием в них фосфора и углерода выявлена прямая линейная связь (рис. 5), что подтверждается
и литературными данными (Редько и др., 1983). Зависимость содержания азота и зольных элементов характеризуется полиномиальной связью,
а калия – степенной. Зависимость между накоплением сухой массы хвои
и содержанием в хвое элементов минерального питания также тесная (достоверность аппроксимации, R2=0,94–0,99).
а
б
Рис. 4 Содержание элементов минерального питания
в саженцах сосны: а – фосфора, б – калия
Рис. 5 Зависимость между сухой массой растения
и содержанием в нем фосфора
Высокий коэффициент корреляции между накоплением сухой массы и усвоением основных элементов позволяет использовать эту зависимость для расчета на определенном этапе органогенеза по изменению массы саженцев их потребности в элементах минерального питания. Между аккумуляцией сухого вещества в хвое и накоплением сухой массы сеянцами сосны существует тесная связь. Коэффициенты корреляции во всех случаях больше 0,9. Поэтому для оценки корневого питания растений целесообразно использовать именно хвою, как наиболее доступную часть растений.
Выявленные закономерности накопления биомассы и элементов минерального питания, приростов по основным биометрическим показателям подтверждают исследования других авторов (Редько и др., 1983; Габукова, 1989; Наквасина, 1991; Кищенко, 2000; Чернобровкина, 2001). В целом, внесение азотных удобрений следует приурочить ко времени, когда активный рост растений еще не начался, т. е. к началу – середине мая, а калийных
и фосфорных – к моменту окончания роста надземной части растений –
середине – концу июня.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
1. Вопросы роста и развития лесных культур сосны на Севере России освещены в литературе довольно подробно. Однако опыт применения нового вида посадочного материала (контейнеризированных сеянцев), который сегодня широко используется в условиях Карелии, изучен пока недостаточно. Следует определить возраст перевода культур в покрытую лесом площадь, оценить необходимость предварительной обработки почвы в различных условиях местопроизрастания при использовании такого посадочного материала.
2. На рост и развитие лесных культур большое влияние оказывают биологические особенности выращиваемой породы, однако абсолютные значения линейных и весовых показателей существенно изменяются при обработке почвы, методе создания и применении различных видов посадочного материала.
3. Обработка почвы как прием, изменяющий экологические условия роста, оказала существенное влияние на накопление общей биомассы растений, рост в высоту и по диаметру, развитие ассимиляционного аппарата и корневой системы, приживаемость и сохранность лесных культур. С возрастом это влияние несколько снижается.
4. Влияние метода создания культур (посев, посадка) на протяжении всего периода исследований сказывалось на показателях развития
и строения корневой системы, общей биомассе растений, развитии ассимиляционного аппарата, росте в высоту, и по диаметру. Метод создания также влияет на приживаемость и сохранность лесных культур
в первые годы после посадки.
5. Вид посадочного материала оказывает существенное влияние на рост лесных культур в течение первых лет после посадки. От него зависят строение и развитие корневых систем, высота, диаметр корневой шейки, причем контейнеризированные сеянцы имеют лучшие показатели роста. С возрастом влияние вида посадочного материала на рост лесных культур нивелируется, и преимущества посадочного материала с закрытой корневой системой теряются.
6. В первые годы после посадки практически все факторы оказывали влияние на сохранность лесных культур, дисперсионный анализ данных не выявил лишь существенного влияния микроусловий участка. К восьмилетнему возрасту сохраняется влияние только обработки почвы. По нашим наблюдениям сохранность лесных культур из контейнеризированных сеянцев на восьмой год составила 93 %, из сеянцев открытого грунта – 96 %. Однако в производственных условиях сохранность лесных культур из посадочного материала с закрытой корневой системой выше, чем с открытой на 5–15 % на протяжение десяти лет после посадки. Соблюдение агротехники посадки сеянцев открытого грунта обеспечивает высокую приживаемость лесных культур, как и при использовании контейнеризированных сеянцев.
7. Облесение вырубок без создания лесных культур может привести
к формированию лиственных насаждений, а на ранних этапах – к сильному развитию злаков.
8. При создании лесных культур сосны на вейниково-луговиковых вырубках следует отдавать предпочтение посадке. При правильной транспортировке и посадке сеянцы открытого грунта имеют показатели роста не хуже, чем контейнеризированные.
9. Исследование двух вариантов лесных культур сосны, созданных контейнеризированными сеянцами, показало, что в условиях зеленомошной группы типов леса по супесчаным почвам их использование желательно с предварительной обработкой почвы. В противном случае, развивается неполноценная корневая система, которая может привести к механической неустойчивости дерева; значительно снижаются приживаемость и адаптация растений к новым экологическим условиям. Можно рекомендовать проведение дискретной обработки почвы или другое нарушение напочвенного покрова.
10. При применении контейнеризированных сеянцев по обработанной почве необходимость в проведении агротехнических уходов отпадает. У посевов
и культур, созданных сеянцами открытого грунта и контейнеризированными сеянцами по необработанной почве в начале третьего и четвертого года роста следует провести уборку прошлогодней упавшей травы, а также окашивание в середине сезона вегетации, особенно в этом нуждаются культуры посевами и выращиваемые без обработки почвы.
11. Перевод лесных культур, созданных посадкой с предварительной обработкой почвы, в покрытую лесом площадь в условиях зеленомошной группы типов леса можно проводить с пятого года жизни, а проведение лесоводственных уходов при использовании контейнеризированных сеянцев следует запланировать на 5–6 год после их создания.
12. На основании проведенных исследований можно говорить о хороших перспективах использования контейнеризированных сеянцев в случаях, когда есть необходимость в ускоренных сроках рекультивации. В условиях зеленомошной группы типов леса следует проводить обработку почвы
с целью улучшения экологических условий роста лесных культур. Создание лесных культур без обработки почвы можно рекомендовать в самых бедных типах условий (вересковый и лишайниковый) с большей густотой, чем по обработанной почве.
13. Посев культур в условиях вейниково-луговиковой вырубки дает неплохие результаты. Хотя посевы отстают в росте от культур, созданных посадкой, их приживаемость высокая. Кроме того, при создании культур посевом формируется естественная, хорошо развития корневая система, которая дает устойчивость растениям, что особенно важно в условиях открытых пространств (например, карьеров). На пятый год посевы требуют прореживания, т. к. достигли критической высоты, и между сеянцами началась конкуренция.
14. Выявленные закономерности накопления биомассы и элементов минерального питания, приростов по основным биометрическим показателям позволили установить, что внесение азотных удобрений следует приурочить ко времени, когда активный рост растений еще не начался, т. е. к началу – середине мая, а калийных и фосфорных – к моменту окончания роста надземной части растений – середине - концу июня.
15. В целом, при использовании того или иного вида посадочного материала, метода создания или обработки почвы необходимо учитывать исходные экологические условия и характер их последующего изменения.
Список опубликованных работ
по теме диссертации
- Юрьева А. Л. Влияние подготовки почвы и вида посадочного материала на рост и развитие лесных культур сосны // Известия вузов. Лесной журнал, № 3. 2006. – С. 13–19.
- Юрьева А. Л. Особенности минерального питания лесных культур сосны обыкновенной в условиях южной Карелии // Известия лесоинженерного факультета: Сб. науч. трудов. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2006. –
С. 162–167: ил. 4 – Библиогр. 3 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ 21.07.06,
№ 984–В 2006 - Гаврилова О. И., Юрьева А. Л. Ритмы роста и развития лесных культур сосны в условиях юга Карелии // Интеграция фундаментальной науки и высшего лесотехнического образования по проблемам ускоренного воспроизводства, использования и модификации древесины: Мат. международной научно-практической конференции (13–16 июня 2000 года). – Воронеж, 2000. – С. 350–354.
- Юрьева А. Л. Ритмы роста и развития сосны в условиях юга Карелии // Совершенствование техники, технологии и организации лесопромышленных производств: Мат. научно-практической конференции, посвященной юбилею ПетрГУ. – Петрозаводск, 2000, С. 23–24.
- Гаврилова О. И., Юрьева А. Л. Искусственное лесовосстановление
в Карелии: опыт и перспективы // Биоразнообразие европейского севера: теоретические основы изучения, социально-правовые аспекты использования и охраны: Мат. международной конференции (3–7 сентября 2001 года). – Петрозаводск, 2001. – С. 41. - Юрьева А. Л. Ритмы роста и развития лесных культур сосны
в условиях юга Карелии // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 3. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2001 - Юрьева А. Л. Ритмы роста сосны в условиях брусничного бора // Растительность и растительные ресурсы европейского Севера России: Мат. конференции (июнь 2002 г.). – Сыктывкар, 2002
- Юрьева А. Л. Влияние подготовки почвы и вида посадочного материала на рост и развитие лесных культур сосны в брусничном типе условий местопроизрастания // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 4. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2003. – С. 183–185.
- Гаврилова. О. И., Юрьева А. Л. Биолого-экологические основы выращивания искусственных лесов // Экология 2003: Мат. международной молодежной научной конференции (17–19 июня 2003 г.) – Архангельск, 2003
- Гаврилова. О. И., Юрьева А. Л. Биологические основы выращивания лесов: влияние вида посадочного материала и подготовки почвы на рост лесных культур сосны // Антропогенная трансформация таежных экосистем Европы: экологические, ресурсные и хозяйственные аспекты: Мат. международной научно-практической конференции. – Петрозаводск, 2004. – С. 319–322.
- Юрьева А. Л. Влияние вида посадочного материала и обработки почвы на рост лесных культур сосны в условиях зеленомошной группы типов леса в южной части Карелии // Кадровое и научное сопровождение устойчивого управления лесами: состояние и перспективы. Мат. международной конференции. – Йошкар-Ола: МарГУ, 2005. – С. 370–379.
- Гаврилова О. И., Юрьева А. Л. Рост лесных культур сосны в условиях юга Карелии // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып. 5. – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2005. – С. 23–30.
- Юрьева А. Л. Особенности строения корневой системы лесных культур сосны как фактор экологической устойчивости // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ, вып. 6 (специальный). – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2005. – С. 82–86.
- Gavrilova O., Yureva A. Prospects for artificial regeneration in Kare-
lia // Social sustainability of forestry in northern Europe: research and education. – Copenhagen, 2001. – Р. 243–247.
Подписано в печать 02.07.2007. Формат 60х84 1/16
Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 1.
Тираж 100 экз. Изд. № 179.
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Отпечатано в типографии Издательства ПетрГУ
185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33
