Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Интенсификация выращивания лесопосадочного материала в Среднем Поволжье

ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, доктора сельскохозяйственных наук, Романов, Евгений Михайлович, Йошкар-Ола

Лр-езидиум ВАК России

(решение ст" " ШМ ш££ г., шЛМигЗ-

гр.-исудил утеную '.п-шень ДОКТОРА

е-еуи ыищгзлс^е^ ^-г/^^уу наук /Начальник управления ВАК России

Марийский государственный технический университет

На правах рукописи

Романов Евгений Михайлович

Интенсификация выращивания лесопосадочного материала

в Среднем Поволжье (биоэкологические, агротехнические и технологические аспекты)

Специальность 06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

Диссертация на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ 12

1.1. Краткий экскурс в историю развития лесопитомнического дела в Среднем Поволжье 12

1.2. Характеристика современного состояния лесопитомнического дела 20

2. МЕТОДОЛОГИЯ, ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЪЕМЫ ВЫПОЛНЕННЫХ РАБОТ 31

3. ЭКОЛОГО-ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ВЫРАЩИВАНИЯ ЛЕСОПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА В СРЕДНЕМ ПОВОЛЖЬЕ 37

3.1. Климатические условия, лесокультурные районы и провинции 37

3.2. Почвенно-экологические условия выращивания лесопосадочного материала ' 52

3.3. Характеристика биометрических показателей сеянцев, выращенных в

различных почвенно-климатических условиях 65 »

Выводы • 71

4. РОСТ СЕЯНЦЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ 72

4.1. Морфогенез и линейный рост сеянцев древесных растений 78

4.2. Закономерности накопления сеянцами древесных растений сухого органического вещества 96 Выводы 120

5. МИНЕРАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ СЕЯНЦЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ 124 Выводы 169

6. ЭТАПЫ ОРГАНОГЕНЕЗА И ПЕРИОДЫ РОСТА СЕЯНЦЕВ ДРЕВЕСНЫХ РАСТЕНИЙ 174 6.1. Отношение сеянцев к факторам внешней среды на различных этапах органогенеза- 184 Выводы 206

7. ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ЛЕСОПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА 209

7.1. Влияние почвенного плодородия на рост сеянцев 209

7.2. Производство и применение нетрадиционных органо-минеральных удобрений при выращивании лесопосадочного материала 221

7.2.1. Новые органо-минеральные удобрения для лесных питомников 222

7.2.2. Влияние НОМУЛП на физико-химические свойства почв лесных питомников 235

7.2.3. Использование НОМУЛП в комплексе с другими мелиорантами для восстановления плодородия деградированных песчаных и супесчаных

почв 254

7.2.4. Влияние НОМУЛП на рост сеянцев древесных растений 270

7.3. Сроки посева и заделка семян 294

7.4. Лесоводственная эффективность применения агротехнических уходов при выращивании сеянцев на биоэкологической основе 299

7.5. Интенсивные технологии выращивания сеянцев 334

7.5.1. Оптимизация условий почвенной экологии 335

7.5.2. Посев семян 360

7.5.3. Уходы за посевами 368

7.5.4. Интегрированная система защиты сеянцев 384

7.5.5. Выкопка, сортировка и хранение сеянцев 390

7.5.6. Технологический комплекс машин для выращивания сеянцев и основные требования к их применению 391

7.5.7. Расчетно-технологические карты для выращивания лесопосадочного материала 393 8. ЭКОЛОГО-ЛЕСОВОДСТВЕННЫЕ АСПЕКТЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ВЫРАЩИВАНИЯ ЛЕСОПОСАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА 396 8.1. Экологические аспекты применения НОМУЛП в лесных питомниках 398

8.1.1. Оценка НОМУЛП методами биоиндикации 398

8.1.2. Влияние НОМУЛП на санитарно-гигиеническое состояние почвы 405

8.1.3. Распределение по почвенному профилю тяжелых металлов и соединений азота в связи с внесением НОМУЛП. 413

8.1.4. Реакция сеянцев древесных растений на внесение в почву иловых осадков 423

8.1.5. Основные экологические требования к производству и применению НОМУЛП 433

8.2. Автоматизация сбора и обработки информации для организации мониторинга за почвенно-экологическими условиями и выращиванием лесопосадочного материала 440

8.3. Влияние приемов интенсификации роста и биометрических показателей сеянцев, на их приживаемость и рост в культурах 444 Выводы 465 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 469 ЛИТЕРАТУРА 473 Приложения 506

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Повышение эффективности лесовосстановления возможно только путем интенсификации технологических процессов на всех его этапах. Но наиболее ответственным из них является выращивание достаточного количества высококачественных сеянцев и саженцев. От этого в значительной степени зависит продуктивность и устойчивость создаваемых лесных культур.

Однако потребность в посадочном материале во многих лесхозах удовлетворяется экстенсивным путем. Не отработаны системы его получения, в которых бы гармонично сочетались особенности экологии, биологии растений и агротехники их выращивания. Недостаточное внимание уделяется оптимизации условий почвенной экологии посевных и школьных отделений, постановке компостного хозяйства, получению заменителей торфа и навоза путем использования в качестве компонентов для получения нетрадиционных удобрений различных органических отходов, в том числе гидролизно-дрожжевых и деревообрабатывающих производств, выращиванию гармонично развитых растений, повышению их приживаемости, устойчивости и ускорению роста на лесо-культурной площади. Требуют решения и многие другие биоэкологические, агротехнические и технологические аспекты данной проблемы. В полной мере это относится к Среднему Поволжью, где расположен почти каждый пятый постоянный питомник страны и выращивается в год около 0,6 миллиарда сеянцев и саженцев. Все это позволяет рассматривать разработку интенсивных технологий выращивания лесопосадочного материала с учетом региональных почвен-но-климатических условий, с одной стороны, и закономерностей сезонного роста молодых древесных растений, с другой, как актуальную проблему, имеющую важное теоретическое и прикладное значение.

Исследования выполнялись в рамках государственной программы «Проблемы лесоведения» (1989-2005гг.), государственной инновационной научно-технической программы «Переработка растительного сырья и утилизация отходов», по заданию Федеральной службы лесного хозяйства РФ «Разработать рекомендации по применению отходов гидролизно-дрожжевого'производства при выращивании сеянцев древесных пород» (№ г.р. 10196699230), а также

в порядке проведения научно-исследовательских работ по договорам, где автор выступал в роли научного руководителя и исполнителя.

Цель и задачи исследования. Цель исследования заключалась в изучении биологии сеянцев для выделения научно обоснованных и практически значимых этапов органогенеза, периодов роста, обосновании применения агротехнических приемов для интенсификации выращивания, повышения качества посадочного материала, приживаемости и быстроты роста лесных культур, утилизации при этом многотоннажных органических отходов и тем самым решения экологической проблемы - перевода их из категории загрязнителей окружающей среды в разряд почвенных мелиорантов, посредством оптимизации взаимоотношений «генотип-среда».

В соответствии с поставленной целью были сформулированы задачи исследований:

- создание алгоритма разработки и применения интенсивных технологий выращивания лесопосадочного материала;

- изучение состояния лесопитомнического дела в Среднем Поволжье для разработки научно обоснованных решений по его совершенствованию;

- разработка рекомендаций по использованию лесокультурного районирования для дифференцированного применения приемов агротехники с учетом климатических и почвенных условий;

- выявление закономерностей линейного роста, накопления сухого вещества, потребностей в элементах питания и выделение на этой основе у одно-двухлетних древесных растений этапов органогенеза и периодов роста;

- экологическая и агрохимическая оценка новых нетрадиционных орга-но-минеральных удобрений для лесных питомников (НОМУЛП) на основе отходов гидролизно-дрожжевых производств (ГДП) и обоснование возможности их применения для оптимизации почвенно-экологических условий выращивания сеянцев;

- разработка интенсивных технологий выращивания лесопосадочного материала, наиболее полно учитывающих видовые особенности экологии и биологии молодых древесных растений, климатические и почвенные условия конкретного региона;

- лесоводственная оценка адаптационных возможностей сеянцев, выращенных по интенсивным технологиям в лесных культурах.

Научная новизна. Впервые на основе системного биоэкологического подхода к познанию закономерностей сезонного роста молодых древесных растений и учета влияния на этот процесс внешних экологических факторов на примере Среднего Поволжья разработаны теоретические положения и практические рекомендации по интенсификации выращивания лесопосадочного материала. В иерархической системе лесокультурного районирования обоснована необходимость выделения провинций (лесокультурных) и их использования в практике выращивания сеянцев и саженцев. Выявлена видовая специфичность молодых древесных растений по реакции на загрязнение почвы тяжелыми металлами (ТМ) и другими ингредиентами. Теоретически обоснована и практически доказана возможность получения НОМУЛП на основе отходов ГДП и иловых осадков (ИО), разработаны технологии их производства и применения при комплексной мелиорации почв лесных питомников.

Предметом защиты являются:

- алгоритм разработки, внедрения и применения в практике интенсивных технологий выращивания лесопосадочного материала в питомниках;

- анализ и оценка состояния выращивания лесопосадочного материала в Среднем Поволжье;

- системный биоэкологический подход, заключающийся в увязке при выращивании лесопосадочного материала региональных природно-климатических особенностей с видовыми закономерностями роста одно-двухлетних растений;

- выделение этапов органогенеза и периодов роста сеянцев;

- определение эффективности дифференцированного применения агротехнических приемов по этапам органогенеза и периодам роста с учетом закономерностей ростовых процессов, а также особенностей почвенно-климатических условий местности;

- обоснование целесообразности получения НОМУЛП из отходов ГДП и эколого-лесоводственной эффективности их применения для мелиорации почв лесных питомников.

Практическая значимость и внедрение результатов исследований.

Результаты исследований могут рассматриваться как решение проблемы интенсификации выращивания посадочного материала высокого качества в Среднем Поволжье, что позволит повысить продуктивность и устойчивость лесных культур. Они могут быть взяты за основу при разработке новых наставлений, рекомендаций и других нормативных документов.

На основе выполненных автором исследований разработаны, внедрены или внедряются в практику рекомендации:

- «Интенсификация выращивания посадочного материала ели и сосны»;

- «Временные рекомендации по производству и применению компостов на основе отходов гидролизно-дрожжевого производства в лесных питомниках»;

- «Выращивание лесопосадочного материала в питомниках Среднего Поволжья»;

- «Утилизация осадков сточных вод г.Пензы в лесных и декоративных питомниках».

Отдельные положения диссертации вошли в «Комплексную целевую программу «Марийский лес» (Йошкар-Ола, 1985), «Программу развития лесного комплекса Республики Мордовия» (Йошкар-Ола, 1998). Федеральной службой лесного хозяйства Российской Федерации утверждены технические условия «Удобрения на основе отходов гидролизно-дрожжевого производства» (ТУ 9291-001-02069579-98). В Кададинском опытном лесном хозяйстве Пензенского управления лесами и Мушмаринском лесопитомнике Комитета по лесному хозяйству Республики Марий Эл налажено производство и использование для мелиорации почв НОМУЛП. Программный продукт «Мониторинг за почвенно-экологическими условиями и выращиванием лесопосадочного материала» внедрен в Государственном комитете по лесному хозяйству Чувашской Республики и подведомственных ему лесхозах, а также Мушмаринском лесопитомнике Марий Эл. При подготовке инженеров лесного и лесопаркового хозяйства в учебном процессе используются методические указания и экспериментальные материалы, а также опытно-производственные стационары, созданные в питомниках и на лесокультурных площадях.

Внедрение интенсивных технологий выращивания лесопосадочного материала и утилизация при этом многотоннажных органических отходов способствует решению экологических проблем, так как снижается вероятность загрязнения окружающей среды.

Апробация работы. Основные положения докладывались на Международных научно-технических конференциях: «Проблемы охраны окружающей среды от промышленных, бытовых, биологических и медицинских отходов, осадков сточных вод» и «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля» (Пенза, 1997, 1998), Всесоюзной конференции молодых ученых «Роль науки в создании лесов будущего» (Москва, 1988), Всесоюзной научно-практической конференции «Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов» (Йошкар - Ола, 1989), Всесоюзном (Новосибирск, 1989) и Всероссийском (Санкт-Петербург, 1996) съездах почвоведов, Всесоюзном научно-техническом семинаре «Проблемы выращивания посадочного материала в лесных питомниках» (Пермь, 1989), Всероссийской конференции «Восстановление, выращивание и комплексное использование сосновых лесов России» (Йошкар-Ола, 1995), Конференциях «Почвы Среднего Поволжья и Урала, теория и практика их использования и охраны» (Казань, 1991), «Проблемы рационального использования, воспроизводства и экологического мониторинга лесов» (Свердловск, 1991), «Проблемы восстановления лесов на Урале» (Екатеринбург, 1992), Республиканских конференциях - «Проблемы леса и охраны природы в Республике Марий Эл» (Йошкар - Ола, 1992), «Природопользование: состояние проблемы и пути их решения» (Йошкар-Ола, 1997), заседании Головного совета Российской научно-технической программы «Переработка растительного сырья и утилизация отходов» (Йошкар-Ола, 1995), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава МарГТУ (1987-1998). Результаты исследований демонстрировались в 1986 году на ВДНХ СССР и удостоены медали.

Материалы диссертационной работы заслушаны, обсуждены и одобрены участниками Всероссийской научно-практической конференции «Интенсификация выращивания лесопосадочного материала» (Йошкар - Ола, 1996) и расширенного заседания Научно-методического Совета по специальности 260400 «Лесное и лесопарковое хозяйство» Учебно-методического объединения по об-

разованию в области лесного дела Минобразования Российской Федерации (Йошкар-Ола, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 69 печатных работ, в том числе в журналах: «Лесоведение», «Лесной журнал», «Лесное хозяйство» и др., общим объемом 35 пл., а также одна монография в соавторстве и три брошюры.

Обоснованность и достоверность выводов и практических рекомендаций обеспечиваются применением современных методов исследований, доверительным интервалом времени, в течение которого они проводились, воспроизводимостью результатов, достаточным объемом экспериментального материала и применением при его обработке методов математической статистики с необходимыми оценками точности и достоверности полученных данных.

Личный вклад автора. Работа выполнена на кафедре лесной селекции, недревесных ресурсов и биотехнологии и кафедре лесных культур и механизации лесохозяйственных работ Марийского государственного технического университета. Автором разработана методология, программа и методика. Он руководил и принимал непосредственное участие во всех исследованиях, включая полевые и камеральные работы, анализе полученных результатов, подготовке публикаций, внедрении рекомендаций в производство. Под его руководством защищена одна кандидатская диссертация (Т.В. Нуреева, 1998), одна подготовлена и принята к защите (Д.И. Мухортов) и четверо аспирантов работают над выполнением диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Она содержит 369 страниц машинописного текста , 132 таблицы, 82 рисунка, список литературы из 481 наименования, в том числе 33 на иностранных языках.

Благодарности. Автор благодарен всем коллегам по совместной работе за поддержку и помощь в выполнении исследований. Особенно плодотворным было творческое сотрудничество с коллективами Мушмаринского лесопитомника, Ботанического сада и Учебно-опытного лесхоза МарГТУ, Кададинского опытного лесхоза Пензенского управления лесами, Комитетом по лесному хозяйству и Министерством экологии и природопользования Республики Марий Эл, Комитетом по экологии и природопользования г. Йошкар-Олы, Научно-

производственным Центром лесного семеноводства и Управлением науки и техники Федеральной службы лесного хозяйства России. Большую помощь в проведении полевых исследований и обработке материалов, оформлении работы оказали аспиранты, сотрудники, а также