Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ИЗМЕНЧИВОСТЬ КЕДРА СИБИРСКОГО ПО УРОЖАЙНОСТИ, СТРУКТУРЕ ФИТОМАССЫ В ПЛАНТАЦИОННЫХ КУЛЬТУРАХ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ КРАСНОЯРСКА

ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Автореферат диссертации по теме "ИЗМЕНЧИВОСТЬ КЕДРА СИБИРСКОГО ПО УРОЖАЙНОСТИ, СТРУКТУРЕ ФИТОМАССЫ В ПЛАНТАЦИОННЫХ КУЛЬТУРАХ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ КРАСНОЯРСКА"

А-3 3 6М

На правах рукописи

Пастухова Альбина Михайловна

ИЗМЕНЧИВОСТЬ КЕДРА СИБИРСКОГО ПО УРОЖАЙНОСТИ, СТРУКТУРЕ ФИТОМАССЫ В ПЛАНТАЦИОННЫХ КУЛЬТУРАХ ПРИГОРОДНОЙ ЗОНЫ КРАСНОЯРСКА

06.03.01 — Лесные культуры, селекция, семеноводство

06.03.02 - Лесоустройство и лесная таксация

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Красноярск - 2003

Работа выполнена на кафедре селекции, лесных культур и озеленения Сибирского государственного технологического университета

Научные руководители - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Р.Н, Матвеева; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Н.П. Братилова

Официальные оппоненты — доктор биологических щук,

профессор Л.И. Милютин; кандидат сельскохозяйственных наук, доцент В.Н. Немич

Ведущая организация — Главное управление природных ресурсов и охраны окружающей среды МГТР России по Красноярскому краю

Защита диссертации состоится 20 ноября 2003 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.03 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира 82, СибГТУ

Факс: 660-390, Е-таП: ра\1оу @ sibstu.kts.ra. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СибГТУ Автореферат разослан 16 октября 2003 года

Ученый секретарь диссертационного сове канд. с.-х. наук, доцент

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных направлений лесокультурного производства является создание плаптащш целевого назначения с использованием селекционного посадочного материала, обладающего повышенными хозяйственно ценными свойствами. В этом направлении актуальны работы, связанные с изучением изменчивости растений на ранних этапах онтогенеза, проведением отбора форм - и особей, отличающихся повышенной семенной продуктивностью и интенсивным накоплением фитомассы, оказывающей благотворное влияние на окружающую среду.

Создание плантационных культур сосны кедровой сибирской, или кедра сибирского (Pin us sibirica Du Tour), имеет большое значение. Данный биологический вид дает орехи, широко используемые в пищевой промышленности, отличается высокой углеродоемкостью, фитонцида остью, ионизирующей способностьк^-ткшговечностью, хорошей приспособительной реакцией, образуя большое количество форм, в пределах ареала (Орлов, Тарабрин, 1960; Ирошников, 1964; Бех, Таран, 1974; ТтраГОпоПов, 1975; Матвеева, 1994; Титов, 1999идр.),

Несмотря на имеющиеся работы по этой проблеме, многие вопросы остаются недостаточно изученными. Нет литературных данных о биометрических характеристиках растений, структуре фитомассы. кедра сибирского в началыгыЙ период генеративного развития. Не установлены связи между биометрическими- показателями, фитомассой и урожайностью в плантационных культурах, что не позволяет проводить отбор на ранних этапах онтогенеза до вступления растений в репродуктивную стадию;

Цель работы заключается в изучении изменчивости кедра сибирского в начальный период репродуктивного развития (21-39-летнего возраста) по урожайности, структуре фитомассы разных морфологических, фенологических форм в плантационных культурах пригородной зоны Красноярска; проведении отбора ценных экземпляров для последующего размножения.

Задачи исследований Изучить особенности роста, вступления в репродуктивную стадию, накопления фитомассы в плантационных культурах, созданных посадочным материалом, отличающимся числом, формой семядолей, длиной первичной хвои, периодом набухания и разверзания почек (ранние и поздние); установить зависимости между биометрическими показателями, фитомассой, генеративным развитием и урожайностью растений в плантацнонных-культурах.- .. . ,

Научная новизна. Впервые установлены различия по интенсивности роста, накоплению фитомассы кедра сибирского разных морфологических, фенологических форм, типов репродуктивного, развитая в плантационных культурах пригородной ^зовы—Красноярска: Установлено вертикально-фракционное распределение фийШ£с&£РЗДлра си юрского в период его вступления в пору сем^дп^вЙ^'^^^Ч^З^на шчие и теснота связи

биометрических показателей, фитомассы кедра сибирского с урожайностью в начальный период репродуктивного развитая.

Практическое знамение, Отселектнрованы рано, обильно семеносяпше, а также экологически эффективные экземпляры- среди изученных морфологических и фенологических форм, которые* используются как маточники при выращивании семенного и вегетативного потомства.

Объекты исследований. Плантационные культуры кедра сибирского разных морфологических и фенологических форм в пригородной зоне Красноярска на нлошади 16 га.

Положения, выдвигаемые на защиту:

1. Ранним семеношением отличается кедр сибирский, выросший из всходов, имевших наибольшее число семядолей серповидной формы, длинную первичную хвою; сеянцев с ускоренным набуханием и разверэаыием почек.

2. Вертикально-фракционное распределение фитомассы взаимосвязано с типом репродуктивного развития.

3. Диаметр ствола растений, вступивших в репродуктивную стадию коррелирует с числом шишек па дереве, что можно использовать при отборе урожайных экземпляров на ранних этапах онтогенеза.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований основаны на большом объеме экспериментального материала, полученного при проведении опытных работ в полевых условиях, обработке данных с использованием современных методов исследований. Проведена селекционная опенка 6750 экземпляров кедра сибирского, произрастающих в плантационных культурах пригородной зоны Красноярска. Измерено более 576000 показателей, определена масса-шишек, хвои, боковых побегов/ ствола. Проведен учет цветения, урожайности и сбор шишек с каждого семепосящего дерева в период с 1999 по 2002 гг..

Апробация работы. Результаты научных исследований представлены в докладах на Международных «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (2000,2001,2002), Всероссийских «Экология и проблемы защити окружающей среды» (1998,1999, 2001), «Химико-лесной комплекс: проблемы и решения» (2000,2001,2002), краевой «Достижения науки и техники развитию сибирских регионов» (2001) и региональной «Непрерывное экологическое образование» (1998) конференциях.

• Диссертационная работа выполнена в рамках гранта Министерства образования РФ (Е 00-12.0-182) по фундаментальным исследованиям в области естественных наук «Удучш«те экологии крупных Промышленных1 центров лесокультурными методами».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 работ; 1 находится в печати.

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в сборе; обработке,1' анализе- экспериментального материла; отборе и размножении

отсел ектеро ванных экземпляров.

Объем и содержание диссертации. Диссертационная работа состоит ш введения, шести глав, вы полон и рекомендаций, списка литературы пз 186 наименований (10 источников на иностранных языках). Содержит 100 страниц текста, 82 таблицы, 8 рисунков и 8 приложений.

СОДНРЖЛШШ РАБОТЫ 1. СОВРЕМЕШ ЮЕ СОСТОЯ111Ш ПРОБЛЕМЫ

Анализ литературных данных показал, что кедр сибирский отличается высоким полиморфизмом, обеспечивающим формовое разнообразие вида. Отмечены морфологические формы, отличающиеся габитусом кроны, окраской, строением коры, расположением хвои на побеге, ее формой; с.чолоиродуктвностъю {Луганский, 1960; Ирошников, 1964, 1974; Бех, Таран, 1979; Хохрин, 1984; Горошкевич, 1997; Титов, 1999; Петрова, 2002 и Др.). Выделены биотопы по специфике репродуктивного развили: числу, размерам шишек, микростробилоо, их окраске (Луганский, 1961; Правднн, 1963; Ирошников, 1964, 1974; Мамаев, 1972; Некрасова, 1972; Бех, 1974; Крылов,-Талаинсв, Казакова, 1983; Титов, 1994; Кузнецова, 2001; Новоселова, Третьякова, 2001 и др.). Т.П. Некрасовой (1972),- В.Н. Воробьевым, С.Н. Горошкевичсм (1989) отмечено существование разных половых типов келра сибирского.

На ранних этапах онтогенеза изменчивость кедра сибирского проявляется но числу семядолей, их форме, длине первичной хвои, срокам набухания, разверзания почек, образования боковых ветвей; числу верхушечных почек, окраске гнпокотнля и лр. (Ширская, 1964; Матвеева, 1994 н др.).

Изучение изменчивости кедра сибирского проводится с целью отбора форм но ряду признаков, основными из которых являются повышенные семенная и экологическая продуктивности. Отмечено высокое варьирование урожайности (36 - 800 кг/га) естественных насаждений кедра сибирского (Орлов, Тарабрин, 1960; Некрасова, 1961; Лоскутов, 1971 и др.). Такая изменчивость объясняется цикличностью семеношения, генотипическими особенностями, условиями произрастания н др. (Некрасова, 1960; Земляной, 1982; Воробьев, 1983 н др.). Повторение периодов хорошего и обильного урожаев может составлять от 3 до 16 лет (Воробьев, 1982; Смолоногов, 1990 н др.).

Изучена семенная продуктивность и установлена связь урожайности с биометрическими показателями (Крсчстова, Штейникова, 1963; Правднн, 1963; Крестъяшин, 1968; Дем ид емко, Кулаков, 1982; Глушенко в, Перенечина, 1987 и др.), фитомассоЙ 80-200-лстинх кедровых древостое» (Храмов, Храмова, 1974). Огмечеиа изыенчивостъ кедра сибирского по накоплению фигомассы, от которой зависят экологические ■ функция формируемых насаждений.

Проанализирована вертикальная структура фитомассы отдельных деревьев кедра сибирского до 30-летнего возраста (Мельников, 1970; Усольцев, Щерба, 1998). Особенности роста, биологической продуктивности кедровников естественного происхождения в Лено-Ангарском регионе отмечали ИЛ. Исаков (1975), В.Е. Попов (1985). на Алтае - Н.П. Зеленин (1986), О. В. Хуторной (1998), Е.А. Петрова (2002).

Вопросами формирования плантационных культур повышенной семенной, стволовой продуктивности в европейской части (в условиях интродукции) занимались М. М. Пгнатенко (1972), М. К. Твеленев (1974), И.И. Дроздов, А.ИЛшугов (1982), Г. В. Крылов (1983), Е. В. Титов (1985) и др.; в условиях Сибири - А.И. Ирошциков (1977), Р.Н. Матвеева (1986,1994,199Я В. В. Шульга, В. В. Пинаев (1989), Г. В. Кузнецова (2001) и др.

Отсутствуют литературные данные об 1гшснчнвости кедра сибирского по урожайности и фитомассе в плантационных культурах в начальный период их репродуктивного развития.

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Программа исследований включала:

1) изучение изменчивости келра сибирского по урожайности, структуре фитомассы в зависимости от принадлежности к различным морфологическим и фенологическим формам, типу репродуктивного развития в плантационных культурах;

2) определение вертикально-фракционной структуры фитомассы келра сибирского в начальный период репродуктивного развития;

3) установление связей между биометрическими показателями, накоплением фитомассы и урожайностью кедра сибирского;

' 4)' проведение отбора ценных экземпляров для дальнейшего размножения.

Пыли использованы общепринятые в лесном' хозяйстве методики (Молчанов, Смирнов,- 1967; Хиров, 1980; Родин, Ремезов, Базилевич, 1985 и др.). При селекционной оценке каждого дерева определены: высота, диаметр ствола, диаметр и протяженность кроны, приросты центрального побега и др. Длину хвои измеряли с южной стороны дерева на текущем- побеге нижней мутовки. Объем-кроны рассчитывали но формуле A3. Тюрина (1938).

Число мужских стробилов на растении определяли путем подсчета их на модельных ветвях с последующим пересчетом на все дерево. Урожайность деревьев определяли по числу макростробилов и массе шишек (Некрасова, 1972). Форму шишек устанавливали по классификации С. А. Мамаева (1973): цилиндрическая — отношение длины шишки к ее диаметру меньше или равно 0,80; яйцевидная -0,81-0,90; округлая - 0,91-1,0.

Фнтомассу определяли двумя способами:, do модельным деревьям'. (Усольцев, Нагнмов, 1988) и пробным ветвям- (Усоладео, Щерба, 1998). У модельных деревьев, отобранных для определения ' фитомассы, полностью отделяли хвою раздельно по каждой мутовке. Боковые побеги, ствол расчленяли но мутовкам, одновременно измеряя годичны е прирост ствола по -диаметру. Массу ствола модельных деревьев в абсолютно сухом состоянии находили кок сумму отдельно взвешенных сортиментов, соответствующих годичному приросту нейтрального побега дерева и с помощью конверсионных коэффициентов отношения массы побегов к ыассе ствола (Щерба, 1995).

Экологическую оценку плантационных культур кедра сибирского разных морфологических и фенологических форм проводили, определяя углеродоемкость по методике В А. Алексеева, Р.А. Бердси (1994); объемную сомкнутость, массу полога, объем крон древостоя - ВВ.Успеиского, В А. Бугаева (1990).

Для обработки экспериментального материала использованы корреляционный, регрессионный, дисперсионный анализы (Шлода, 19S4; Кузьмичсв, Павлов, Смольяиоп, 1994). Определение элеме»ггов математической статистики, коэффициентов корреляции, дисперсии проводили с применением статистических пакетов программ STG, SPSS.

Опытные участки предстаплешл плантосионнымн культурами кедра сибирского, созданными крупномерным посадочным материалом в 1979-1983 гг. на территории Караульного лесничества учебно-опытпого лесхоза Си61 Ч У, в пригородной зоне Красноярска. Опытные участки включали растения, отобрашиые в год посева по числу семядолей (7-13 шт.), их форме (серповидные, прямые, повислые); длине первичной хвои - длзпптзя (Caice 1 см), короткая (менее I см); периоду набухания и разверзашхя почек (ранние, поздние) и др. Схема посадки на первом участке плантационных культур составляет 3,5x3,5 м, втором - 5x5 м. Биологический возраст растений на период исследований равен 21-39 годам.

3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ КЕДРА СИБИРСКОГО, ОТСЕЛЕКТШЮВЛННОГО ПО МОРФОЛОГИЧЕСКИМ И ФЕНОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

Вопросами гонения влияния числа семядолей па рост сосны, ели, пихты занимались Е. П. Проказдн, JIJH. Ключарева, ЛА Кузин, (1975), ГШ. Попов, BJM. Жариков и др. (1978; 1990; 1998); В. Cmntyc, Р. Габрилавшпос (1986)

ндр. - - - ■■■ --■,...................

. Наши исследования с кедром сибирским 24-лстнего биолошческого возраста в вариантах с различным числом семядолей (от 7 до 15 шт.) показали, «по особи с 7 семядолями погибли, с 15 - сохранились в единичном экземпляре. Растения с 8-14 семядолями достигли высоты 4,54-0,07 м, диаметра стола ] 0,б±0,1 б см. Протяженность кроны составила 4,240,07 м, диаметр кроны 2.Ы0.04 м. Наибольшие показателя отмечены у кедра сибирского в варианте с

14 семядолями. Однако в связи с высокой вариабельностью перечисленных показателей достоверность различий между вариантами не подтвердилась математической обработкой (таблица I).

Таблица 1 — Дисперсионный анализ влияния числа семядолей всходов на диаметр ствола кедра сибирского

Дисперсия Сумма квадратов Число степеней свободы Средний квадрат Рфак 1 Fes

"Обтая 14,85 23 - 1

Повторений 0,73 5 - 1

Вариантов 2,97 3 0,99 1,34 1 3,26

Остаток 11,15 15 0,74 |

Исследования показали, что растения в варианте с 14 семядолями раньше других вступили в фазу генеративного развития. Процент растений (66,7), сформировавших макростробилы за четырехлетний период (1999-2002 гг.), почти в два раза больше, чем у экземпляров с 8-13 семядолями (30,5-36,7 %). У большинства растений репродуктивное развитие началось с образования макростробилов и только у единичных экземпляров - микростробилов (деревья под номерами 9-27; 10-39; 11-35 и др.), что свидетельствует о проявлении половой дифференциации на ранних этапах онтогенеза.

Ежегодное число макростробилов на дереве за четырехлетний период (возраст 21-24 года) варьировало от 0 до 21 шт. Изм енчивость" признака очень высокая (V=65,3-110,6 %). Побегов с микростробиламн на растениях было до 79 шт.

Выявлены различия по размерам озими: длина, диаметр, число семенных чешуи в варианте с 14 семядолями достоверно превышают эти показатели у растений с меньшим числом семядолей (t^>to;). Преобладающая форма озими -цилиндрическая. У растений с 10-14 семядолями встречаются озими округлой формы (29,2-42,9%).

У кедра сибирского в варианте с 14 семядолями масса хвои, боковых побегов, ствола превышает, в среднем на 10 %, данные показатели 8-9-семядольных. Масса, надземной части растений с разным числом семядолей в 24-летнем возрасте варьирует от 5,8 до 6,2 кг в абсолютно сухом состоянии.

Сравнение экологических показателей растений указывает на то, что использование посадочного материала с большим числом семядолей у всходов повышает углеродоемкость и средообразуюшие функции лесных культур. Так, в варианте с 14 семядолями превышение содержания депонированного углерода составляет 7,9 %. Объемная сомкнутость полога выше на 16,4-21,3 % в сравнении с культурами, формируемыми S-9-семядольными растениями.

На опытном участке плантационных культур; созданных посадочным материалом, имевшим разную форму семядолей, высота 24 - летних растений равна 4,010,16 м, диаметр ствола 8,8*0,37 см. Средний диаметр кроны равен 1,7 м, ее протяженность составила 88,6 % высоты дерева. Объем кроны варьирует от 4,3 до 4,6 м3 без достоверных различий между сравниваемыми вариантами (1ф<1оО-

Отмечено, что кедр сибирский, имевший серповидную форму семядолей, раньше вступает в стадию семеношения: растений, формирующих женские стробилы за четырехлетний период наблюдений (в 21-24-летнем возрасте), было на 14,3 % больше, чем в варианте с прямыми семядолями. Однако шишек у экземпляров с прямой формой семядолей на 33,3 - 48,0 % больше, чем с серповидной.

Размеры озимн у кедра сибирского в вариантах с разными формами семядолей не имеют достоверных различий. Их средние показатели: длина 1,9*0,06 см, диаметр 1,б±0,04 см, число чешуй 72,0±3,75 шт. Доминирующая форма озими в варианте с прямыми семядолями - цилиндрическая, с серповидными—округлая.

Установлено, что у растений с серповидными семядолями хвоя длиннее на 11,2 чем у растений с прямыми семядолями О^м),

Масса хвои, боковых побегов составляет; соответственно, 2,38 кг и

I,32 кг в а.с.с. без достоверных различий между сравниваемыми вариантами.

Высота кедра сибирского 24-летнего возраста в вариантах с длинной и короткой первичной хвоей составляет 4,2±0,13 м, диаметр ствола 9,4±0,28 см. Средний диаметр кроны равен 1,8±0,06 м, протяженность - 91,6 % высоты дерева. Объем кроны варьирует ог 5,0 до 5,8 м*. Различия но биометрическим показателям между растениями, имевшими в однолетнем возрасте первичную хвою разной длины, не подтверждаются математической обработкой.

Растения с длинной первичной хвоей отличаются более ранним началом генеративного развития. В этом варианте растений, сформировавших макро-, микростробилы в 1999-2001 гг., на 8,7-26,3 % больше, чем в варианте с короткой первичной хвоей. Среди растений опытных вариантов были выделены наиболее урожайные экземпляры, имеющие максимальное ежегодное число шишек (21-24 шт.). Наибольшее число мужских побегов отмечено у растений с короткой первичной хвоей (127 шт.), тогда как у длишгохвойных их меньше (15 шт.).

Длина озими кедра сибирского в варианте с длинной первичной хвоей на

II,1 % больше в сравнении с короткой. Диаметр озими в среднем составляет 1,8±0,05 см без существенных различий между сравниваемыми вариантами. Преобладающая форма озими у растений -' цилиндрическая • (83,3 %), реже встречается округлая (16,7%),

Масса хвои, боковых ветвей в абсолютно сухом состоянии на 9,4 и 12,1 % больше у растений • в варианте с длинной первичной хвоей. Масса ствола в среднем составляет-1,45 кг без достоверных различий^между сравниваемыми.

вариантами. Надземная масса растений варьирует в пределах 5,28-5,96 кг в абсолютно сухом состоянии.

Отмечена повышенная ■ экологическая эффективность плантационных культур кедра сибирского, формируемых растениями, имевшими в однолетнем возрасте длинную первичную хвою. 11х утлеродоемкость на 7,2 %, объемная сомкнутость полога на 13,0 % больше, чем у культур, созданных растениями с короткой первичной хвоей.

Изучение роста, семен ошения келра сибирского разных фенологических форм (ранние и поздние) показало, что высота кедра сибирского на этом опытном участке составила 4,4±0,09 м, диаметр ствола - 10,1*0,18 см без достоверных различий между сравниваемыми вариантами.

Диаметр кроны равен 1,8±0,0б м, объем кроны - 6,85 м\ Протяженность кроны у растений ранней формы в сравнении с поздней превышает данный показатель на 12,2 % , Уровень варьирования данных показателей высокий и очень высокий (У-16,9-52,4 %).

Келр сибирский, отличающийся ранним сроком набухания и разверзания почек в трехлетнем возрасте, характеризуется и более ранним вступлением в период семеношения, причем у растений этой формы в основном образуются макростробилы; поздней - микростробилы. ПроцС1гг растений, сформировавших женские стробилы в 1999,2001 гг. у ранней формы, превышает данный показатель поздней формы в 1,4 раза. Выделены особи ежегодного семеношения, доля которых в 1,9 раза больше у ранней формы.

Растения ранней фенологической формы отличаются и более высокой урожайностью, превышая по данному показателю особи поздней формы на 26,2-42,8 %. •

Формируемая озимь разных фенологических форм практически имеет равную длину - 2,5 ¿0,06 см. Диаметр озими ранней формы больше поздней на 11,8 %. Число чешуй у шишек сравниваемых вариантов в основном составляет 54 шт. Озимь имеет до 5 витков спирали, как левой, так и правой форм. Доминирует у обеих форм озимь округлая, встречается цилиндрическая.

Масса хвоикедра сибирского разных фенологических форм в 24-летнем возрасте различается слабо и составляет 2,72*0,098 кг, боковых побегов -1,51 ¿0,055 кг. Надземная фитомасса растений равна 5,76^0,183 кг в а.с.с.

По всем сравниваемым показателям у кедра сибирского отмечается высокая вариабельность, что подтверждает необходимость проведения отбора не только посадочного материала при создании культур целевого назначения, но и в последующем при их выращивании.

4. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПО УРОЖАЙНОСТИ КЕДРА СИБИРСКОГО РАЗНОГО ТИПА РЕПЮДУКТИВНОГО РАЗВИТИЯ

Отмечена высокая изменчивость кедра сибирского в 36-39-летнем .«трасте,по.поповой, дифференциации. В этот период-большинство растений

сформировались- как однодомные, т.е. имели мужские и женские стробилы. Среди них по степени развития женского и мужского ярусов кроны выделены экземпляры раннего патового созревания. У 33,9 % экземпляров. отмечено формирование только женских стробилов, у.2,4 % - мужских. Часть растений (11,4 %), еще не вступивших в стадию репродуктивного развития, отнесена к группе ростовых.

Формируемое число макростробилов на дереве отличается высоким уровнем изменчивости (У**85,6 %). Установлено, что большинство особей имели слабую урожайность (среднегодовая за четырехлетний период от 3,6 до

13.5 шт. женских стробилов). Средняя урожайность (13,6-23,5 шт.) наблюдалась только у 21,5 % семеносящнх растений. Выделены единичные экземпляры, которые в изучаемом возрасте отличались обильным образованием макростробилов (23,6 пгг. и более), У части растений среднегодовое число макростробилов составило 0,2 — 3,5 шт. Эти экземпляры только вступили в репродуктивную стадию развития и отличались нерегулярностью заложения женских стробилов.

Были выделены формы по длине шишек: мелкошишечная — длина шишек от 3,0 до 5,0 см; среднешишсчная - 5,1-6,5 см; крупношишечная — 6,6 см и более. Преобладает среднешишечная форма (57,8-60,5 %). Общее соотношение крупношише'гной формы к мелко - и среднешишечной в наиболее урожайный 2001 г. составило 1:2:4. Ежегодная урожайность крупношишечной формы знач1ггельно выше других категорий. Она равна, соответственно, 955,2, 717,2 и 422,0 г шишек. Крутшошишсчная форма отличается большим выходом семян из одной шишки. Превышение но данному показателю в среднем составляет

33.6 %. Отмечено, что число семян в шишках повышается с увеличением ее длины, что согласуется с данными Л. И. Ирошникова (1963). Зависимость аппроксимируется уравнением:

> =6,665*4-0,372 *г, Я2-0,948,

где у-число семян в шишке, шт.; х- длина шишки, см.

Преобладающая форма шишек у изучаемых растений — цилиндрическая (52,9 %); шаровидная и яйцевидная встречаются реже: соответственно, 17,6 % и 29,5

Наблюдения за формированием микростробилов показали, что большая часть растений отличается средней интенсивностью мужского цветения (по 1475 побегов с микростробилами). Обильное мужское цветение наблюдалось у

26.7 % особей. Число микростробилов на одном мужском побеге варьирует от 2 до 32 игг., в среднем составляя 9 шт.

В результате проведенных исследований были выделены ранние формы, сформировавшиеся к 36-39-летнему возрасту, как однодомные, и поздние — еще не вступившие в репродуктивную стадию. Отмечены экземпляры, патовое

возмужание которых начинается с образования микростробилов. Установлены значительные различия между растениями по числу макро - и микростробилов, семян, размерам шишек. Огселектированы в плантационных культурах экземпляры с крупными шишками: 4-170, 5-3,6-20 и др.; обильным ежегодным семеношением: 6-40, 5-136, 5-108 и др.; высокой пыльиевой продуктивностью: 4-146,5-66,5-78 и др.

5. ВЕРТИКАЛЬНО-ФРАКЦИОННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ФИТОМАССЫ КЕДРА СИБИРСКОГО В НАЧАЛЬНЫЙ ПЕРИОД РЕПРОДУКТИВНОГО РАЗВИТИЯ

Исследования фитомассы кедра сибирского в начальный период репродуктивного развития выявили зависимость ей вертикально-фракционного распределения от характера ссксуализации растений.

Отмечено, что ранние экземпляры кедра сибирского, сформировавшиеся к 39-летнему возрасту, как однодомные, образуют наибольшее число ветвей (136 шт,), что на 23,5 % превышает аналогичный показатель ростовой группы. Наблюдаются различия и по числу заложившихся мутовок: у ранней формы их 23,0 пгг., женской — 19,0 шт., ростовой - 16,5' шт. Установлено, что тип репродуктивного развития деревьев отражается на вертикально-фракционной структуре надземной фитомассы не только по наличию или отсутствию соответствующих генеративных органов, но и по массе хвои, боковых ветвей особенно в нижней части кроны.

У растений женского типа развития суммарная масса хвои и ветвей в верхней части кроны превышает аналогичный показатель ростовой группы на 16,8 %, ранней и мужской, соответственно, на 6,5 и 9,8 %. В средней части -суммарная доля этих фракций в обшей массс кроны больше на 14,8-17,7 % у кедра сибирского ростового типа развития в сравнении с ранними и мужскими, в то время как с женскими - значения близки. Накапливаемая масса ветвей и хвои в нижней части кроны у растений , раннего и мужского типов на 22,628,1 % превышает массу этих фракций у кедра сибирского женской и ростовой форм (таблица 2).

Таблица 2 - Распределение фракций фитомассы по частям, кроны с учетом типа репродуктивного развития растений

Развитие . ■ Хвоя ! Ветви Итого

г % | г % г %

1 2 3(4- 5- 6 7

Верхняя часть кроны (возраст мутовок 1-6 лет)

Раннее (9,5) 1 0,507 2.5 0,476 2,4 0,983 4,9

Мужское (о) 1 0,489 1 2,4 0,459 2Г3 0,948 4,7

1' 2 j 3 4 5 6 7

Женское (9) 0,540 3,3 0,511 3,2 1,051 6,5

Ростовое 0.453 1 2,7 0,430 2,5 0,883 5 *>

Средняя часть кроны (возраст мутовок 7-12 лет)

Раннее (2, с?) 2,98! 15,1 3.216 1 16,1 6,197 31,2

Мужское (с?) 2.886 14,3 3,216 15,9 6.102 30.2

Женское (9) 2,671 16,6 2,965 j 18,4 5,636 35,0

Ростовое 2,912 17,3 3,253 j 19,3 6,165 36,6

Нижняя часть кроны (возраст мутовок 13 и Canee лет)

Раннее (2, <?) | 5,171 1 26,0 [ 7,538 1 37,9 12.709 63,9

Мужское (с?) 5.465 27,0 1 7,675 1 38.1 13,140 65,1

Женское (2) 3,979 1 24,7 | 5,463 ] 33.9 9,442 58,6

Ростовое | 4,095 | 24,2 1 5,737 1 34,0 9,832 58.2

Всего кроны

Раннее (2, г?) 8,659 ! 43,6 11,230 56,4 19,889 too

Мужское (о ) 8.840 43,7 11,350 .56,3 20,190 100

Женское (9) 7,190 44,6 8,939 55,5 16,129 100

Ростовое 7,460 44,2 9,420 55,8 16,880 100

Стволовая древесина распределяется но вертикальному профилю как 1:2:11 и составляет в среднем 0,38 кг - для верхней, 0,92 кг — средней и б,66 кт -нижней части дерева. Общая масса ствола в зависимости от типа репродуктивного развития варьирует от 5,62 кг для ростовой группы до 9,42 кг - у растений, сформировавшихся на период исследований, как однодомные. Различия подтверждены математической обработкой (^Ъи). Отмечено, что у растений, не сформировавших генеративные органы, масса ствола меньше массы хвои к боковых ветвей, соответственно, на 24,7 % и 40,3 %,

Распределение генеративных органов кедра сибирского по вертикальному профилю кроны отражено в таблице 3.

Таблица 3. - Вертикальное распределение массы генеративных органов

Наименование Возраст мутовки, лет Всего на дереве

1-6 7-12 13 и более

Шишки и г макростробилы, % 311,0 322,2 202.0 835,2

37,2 38,6 24,2 100

Микростробилы, г % 6,5 32,6 32,0 71,1

9,1 I 45,9 45,0 100

Отмечено, что у экземпляров, сформировавшихся к данному возрасту, как однодомные или женские, наибольшее число женских побегов сосредоточено в верхней и средней частях. кроны, поэтому , на массу женских генеративных органов здесь приходится 75,8.% от нх'общего запаса в кроне. С увеличением* возраста мутовки уменьшаетсячисло- женских' побегов и масса шишек, образовавшихся на них. Единичные^ шишки зафиксированы на 15-17-летних мутовках у экземпляров 5-63; 5-94, 8-53 и др. Микростробилы представлены у особей раннего »мужского типов репродуктивного развития, преимущественно в средней и нижней частях кроны (90,9 %). У некоторых, экземпляров (4-103,' 4-132, 5-67 и др.) микростробилы сформировались и на мутовках трех-, четырехлетнего возраста.

В целом на массу шашек и макростробилов приходится 3,3 микростробилов - 0,3 % надземной фитомассы растения.

Таким образом, тип репродуктивного развития особей обуславливает структуру и распределение фитомассы по вертикальному профилю, что позволяет прогнозировать отбор экземпляров по нелевому назначению.

6. СВЯЗЬ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, ФИТОМАССЫ

■ КЕДРА СИБИРСКОГО С РЕПРОДУКТ11ВНЫМ РАЗВИТИЕМ

При изучении половой дифференциации кедра сибирского в плантационных культурах установлено, что экземпляры раннего интенсивного развития отличаются ускоренным ростом (таблица 4),

Таблица 4 — Показатели кедра сибирского в зависимости от типа репродуктивного развития ...,■•

У Ч

Развитие Аш-г У,% Р,% (при

■ .. 1^=1,96)

1 2 3 ' 4.. ■ 5 б 7

Высота, м

Раннее ($,<?): интенсивное 7,1 0,19 1,46 20,5> 2,7 -

среднее 6,6 0,16 1,53 23,3 2,4 2,01

начальное ' 6,0 0,15 1,19 20,0 2,6 4,54

Мужское (с?) 6,5- 0,30 0,96 14.8 4Г7 1,69

Женское (2) 5,8 ■ 0,13 1,52 26,3 22. 5,65

Ростовое 5,7 0,27 1,83 32,1 4,7 4,34

Диаметр, см

Раннее интенсивное 16,0 0,32 2,42 15,1 2,0

среднее 14,5 0,29 2,79 19,2 2,0 3,47

начальное ■12,7 0,34 2,63 20,7 2,7 ! 7,11

1 2 3 4 I 5 б 7

Мужское (о) 11,3 0,65 2,06 18,2 5,8 6.76

Женское (2) 11,3 0,27 3.24 28,6 2,4 11,26

Ростовое 9,0 0,41 2,81 1 31Л 13,46

Отмечено, что особи раннего интенсивного развития в основном достоверно превышают по высоте и диаметру ствола растения других групп, что подтверждается и результатами дисперсионного анализа (таблица 5).

Таблица 5 - Дисперсионный анализ типа репродуктивного развития но диаметру ствола

Дисперсия Сумма квадратов Число степеней свободы Средний квадрат Foí

Общая 75,48 15 -

Повторений 9,51 3 -

Вариантов 54,38 3 18,12 14,06 3,86

Остаток 1 11,60 9 1,29 :

Доля влияния варианта на диаметр ствола составляет 72,0 %.

Растения раннего интенсивного типа репродуктивного развития имеют более развитую крону в сравнении с женскими и ростовыми экземплярами. Диаметр кроны больше, соответственно, на 19,4 и 25,0 %, протяженность - на 17,5; 20,6ее объем -на 43,6;-14,8%.

Кедр сибирский раннего развития с интенсивным образованием генеративных органов отличается большим формированием фитомассы в сравнении с другими труппами и особенно с ростовой (таблица 6).

Таблица 6 — Масса фракций кедра сибирского разных типов репродуктивного развития в а.с.с., кг

Развитие -V -*ТПт ±<Jr V, Р, - Ч

% О' /О (при taj=l,96)

i 2 з * 5 б 7

• Хвоя

Раннее интенсивное 9,85 0,432 3,318 33,7 4,4 -

среднее 8,64 0,335 3,265 37,8 3,9 2,21

начальное 7,53 0,304 2,379 31.6 4,0 4,39

1 2 3 4 5 б 7

Мужское (с?) 8,84. 0,650; 2,055 23,2 7,4 1,29

Женское (?) 7,19 0,259 3,049 42,4 3,6 5,26' '

Ростовое 7,46 0,517 3,543 47,5 6,9 3,88

Боковые побеги1

Раннее (?,<?): интенсивное 13,15 0,707 5,429 41,3 5,4 -

среднее 11,22 0,542 5,286- 47,1 4,8 2,43

начальное 9,38 0,464 3,626 38,6 4,9 4,46

Мужское^) 11,35 1,030 3,257 28,7 9,1 1,44

Женское (?) 8,94 0398 4,689 52,4 4,4 5,19

Ростовое 9,42 0,787 5,393 57,3 8.4 3,53

Установлено, что растения раннего интенсивного развития формируют наибольшее число шишек, превышая на 20,6-64,3 % семеносящие экземпляры других типов. -

Сравнительный анализ биометрических показателей растений, отличающихся образованием макростробилов, показал, что экземпляры с наименьшим диаметром имеют плохую урожайность (таблица 7).

Таблица 7 - Диаметр кедра сибирского при. разной интенсивности образования макростроб (шов, см

Среднее ежегодное число макростробилов, шт. Оценка урожайности ±Шт ±от Р, % (^1^6)

0,2-3,5 плохая 11,3 0,31 2,89 25,6 2,7 8.41

3,6-13,5 слабая 13,5 0,23 2,90 21,5 V 4,80

13,6-23,5 средняя 14,7 0,32 2,82 19,2 2,2 2,50 -

23,6 и более хорошая 16,0 0,47 2,56 16,0 2,9 -

Выявлено, что особи с хорошей урожайностью превышают по диаметру ствола растения других категорий на 8,1-29,4 %. Отмечено наличие умеренной. ■ связи между диаметрам ствола и числом макростробилов (г=0,507±0,039).

У растений с развитой. кроной, имеющей. наибольшие размеры-по ~ диаметру, протяженности и. объему, формируется: средняя, и хорошая: урожайность.

Средняя удельная энергия семеношения кедра сибирского за ' •'четырехлетний период составляет: - 3,0±О,12 пггУсм. Отссяекгированы

урожайные экземпляры, превышающие данный показатель на 2с и более (4-131,5-108,5-136 и др.).

Установлено, что растения с хорошей урожайностью превосходят экземпляры с наименьшим числом макростробилов по массе хвои на 15,9 %, боковых побегов-17,9 %, ствола-35,4 %(таблица8).

Таблица 8 — Масса в а.с.с. фракций кедра сибирского, отличающегося по урожайности, кг

Среднее ежегодное число макростробилов, шт. Оценка урожайности X 1 ±гат Р,% *ф (при 1<»**1,9б)

Хвоя

0,2-3,5 плохая 6,82 0,307 2,897 42,5 4,5 2,62

3,6-13,5 слабая 8,58 0,262 3,304 38,5 3,0 0.70

13,6-23,5 средняя 8,67 0,378 3,291 38,0 4,4 0,78

23,6 и более хорошая 8,22 0,438 2,399 29,2 5,3 -

Боконыс побеги . . .

0.2-3,5 плохая 8,37 0,460 4,343- .51,9 5,5 1 2,58

3,6-13,5 слабая 11,12 0,420 5,294 ■ 47,6 3,8 | 0,77

13,6-23,5 средняя 11,26 0,616 5.367; 47.6 5.5 ! 0,82

23,6 и более хорошая | 10,50 0,685 3,751' -35,7 6.5 |

Ствол

0.2-3,5 плохая 5,81 0,396 3,732 64.2 6.8 4.58

3,6-13,5 слабая 8,95 0,434 5,454 61,0 '4,8 0,56

13,6-23,5 средняя 9,36 0,625 5,445 58.2 6,7 0,05

23,6 и более хорошая 9,41 0,679 3,722 39,5 7,2 -

Масса надземной части у растений, формирующих наибольшее число женских стробилов, превышает на 25,3 % данный показатель у экземпляров с плохой урожайностью, что необходимо учитывать при проведении отбора маточных растений; используемых для выращивания высокопродуктивного потомства.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Основываясь па результатах проведенных исследований, можно сделать следующие выводы:

1. Растения, выросшие из всходов с максимальным числом семядолей (14 шт.) серповидной формы, длинной первичной хвоей; из сеянцев с

ранним набуханием и разверзанкем верхушечных почек, отличаются! ускоренным' генеративным.,развитием, .интенсивным накоплением фигомоссы. „ ■; * : . •

2. Отмечена высокая экологическая эффективность плантационных культур кедра сибирского, создаваемых- растениями с наибольшим

' числом семядолей, длинной первичной хвоей;

3. Экземпляры крунвопгатечной формы значительно превосходят растения со среднныи и мелкими шишками по урожайности.

4. Установлена изменчивость кедра сибирского в-3б-39-летнем возрасте *' по репродуктивному развитию в плантационных культурах

пригородной • зоны . г. Красноярска. , Выделены группы, сформировавшие' по два генеративных яруса кроны, или только репродуктивные органы одного пола, или еще не вступившие в пору ' семеношсиия. . *

5. Тип репродуктивного развитая растений взаимосвязал со структурой и распределением надземной фитсмаесы по вертикальному профилю.

6. Растения раннего репродукпти ого развития отличаются более • интенсивным ростом н накоплением фитомассы.

■ 7. Установлено наличие связи между диаметром ствола и числом , .чакростробнлов на дереве. Отселектированы экземпляры с высокой семенной иродукптностью, ускоренным формированием фтомассы с целью получения нолуенбов и клопов для создания шшггашюшшх культур следующих поколе гшй. . -

При создашш плантационных культур кедра сибирского, отличают) гхся ранним обильным семеношенлем, целесообразно учитывал. следующее:

]. Посадочный материал должен иметь в генотнпе признак:! раннего, обильного семеяошения.. Диагностическими- показателями таких растений являются: многосемддольность, серповидная форма семядолей, длинная первичная хвоя, ранний период набухания и разверзанпя почек, наибольший диаметр ства*ппа1, .

2. .Схема посадки должна составлять 8x8 м, учитывая, что изучаемые . , ' культуры, созданные по схеме 3,5 х 3,5 м и 5 х 5 м, смыкаются кронами к 39 годам, что в дальнейшем будет мешать реалнзовывзть их генотип.

При создании экологически, эффективных плантанионных культур, отличающихся повышенным- накоплением фигом ассы, схема посадки аналогична, вышеописанной, .но. отбор маточных растений-необходимо проводить; уплывая вертикально-фракционное распределение фщомассы и отдавая' предночтеиие- экземплярам,".имеющим- большую- протяженность, ■ диаметр кроны, массу хвои. :: •-•*"■»• ■ • .. -

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Богачева AM., Максимова H.A., Пастухова А.М, Кедр корейский п плантационных культурах пригородной зоны г, Красноярска // Экаюгая и проблемы зашита окружающей среды: Материалы V Всероссийской студенческой научной конференции. - Красноярск, 1998. — С. 11.

2. Максимова H.A., Лебедева H.A., Пастухова АЛ1, Щерба (Братилова) Н.П. Научные исследования в области создания экологических плантационных культур кедра сибирского // Непрерывное экологическое образование: Материалы II региональной научно-методической конференции. - Красноярск, 1998.-С. 112-114.

3. Щерба (Братилова) Н.П., Пастухова А.М. Привлечение студентов и школьников к научным исследованиям по соианшо экологических плантационных культур кедровых соссн // Непрерывное экологическое образование: Материалы Ш региональной научно-методической конференции. - Красноярск, 1998. - С, 63.

4. Чикачева E.H., Пастухова А.М. Плантационные культуры Pinus sibirica // Экаюгая и проблемы защиты окружающей среды: Материалы VI Всероссийской студенческой научной конферсишш. — Красноярск, 1999. -С. 50. 'У-

5. Максимова Л.Н., Пастухова А,М. Научные исследования в области . создания экологических плантационных культур кедра сибирскою и кедра корейского // Молодежь и наука - третье тысячелетие: Сборник материалов межвузовского конкурса «Образование. Карьера. Занятость». -Красноярск, 1999.-С. 46-49.

6. Пастухова A.M., Щерба (Братилова) Н.П. Анализ роста кедра корейского в плантационных культурах // Плодоводство, семеноводство, интродукция: Материалы Ш Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). — Красноярск, 2000. — С, 6970.

7. Пастухова Л.М., Щерба (Братилова) H.II. Зависимость длины боковых ветвей от их вертикального распределения // Проблемы химико-лесного комплекса: Сборник докладов студентов и молодых ученых. -Красноярск, 2000. - С. 93.

8. Пастухова А.М., Щерба (Братилова) Н.П. Отбор кедра сибирского высокой экологической эффективности в плантационных культурах в. пригородной зоне Красноярска // Достижения науки и техники — развитию Сибирских регионов: Ш Всероссийская научно-практическая конференция (с международным участием). — Красноярск, 2001,- С. 1011.

9. Ананьев В.Л., Пастухова А.М., Щерба (Братилова) Н.П. Возможность использования 14-легних сеянцев' кедра, сибирского прш создании

экологических плантационных культур // Экология и проблемы защиты окружающей среды: Материалы VIII Всероссийской студенческой научной конференции. — Красноярск, 2001. — С. 50. 10.Матвеева Р.Н., Пастухова А.М., ШенмаЙер НА. Изменчивость разных *■ экотипоо кедровых сосен. по урожайности в плантационных культурах '«Метеостанция» И Химико-лесной комплекс -. проблемы и решения: Всероссийская научно-практическая конференция. — Красноярск, 2001. — С.19-21.

. Ц.Матвеева Р.Н., Пастухова* AM., Щерба (Брзтилоаа) Н.П. Влияние . географического происхождения на репродуктивное развитие кедра . : < сибирского в плантационных культурах «Известковый» // Плодоводство, .семеноводство, га продукция; Материалы IV Международной научной конференции. - Красноярск, 2001.,- С. 70-73 (реферируемая в РЖ . ВИНИТИ, 04В7, №2,2002).

12. Матвеева Р.Н, Буторова О.Ф., Кулакова OJO., Рспях М.В., Пастухова А.М., Шенмайер НА. Изменчивость биометрических показателей и химического состава шишек кедра сибирского в

.-.. плантационных культурах // Плодоводство, семеноводство, mпродукция:

• Материалы IV Международной научной конференции. - Красноярск, . 2001.-С. 65-69 (реферируемаяв РЯСВИН1ГГИ, 04В7, J&8,2002).

13.Пастухова А.М. Урожайность кедра сибирского 2002 г. в плантационных , культурах // Плодоводство, семеноводство, шпролуюн'я: Материалы . V Международной научной конференции. - Красноярск, 2002. - С. 65-69.

■ 14. Щерба (Братнлова) - Н.П., Пастухова АЛ!., Калинин A.B. Связь биометрических показателей с фитомассой 13-летнего кедра сибирского // Хишпсо-лссиой комплекс - проблемы и- решения: Всероссийская научно-практическая конференция. — Красноярск, 2002. — С.292-295.

* 15. Пастухова А.М. Изменчивость микросгробилов 38-летнего кедра . сибирского разного географического происхождения на плантации

«Метеостанция» // Химико-лесной комплекс - проблемы и решения: Всероссийская научно-практическая конференция. - Красноярск, 2002.-С.296-299.

16. Пастухова - А.М. Анализ ■ сем сношения ■ кедра сибирского в плантационных культурах И Экология Южной Сибири и сопредельных территорий; Материалы IV международной.' научной коиферешши - студентов и молодых ученых. - Абакан, 2002 (в печати).

Подписано в печать 8.10.03 г. Сдано в производство 10.10.03 г. Формаг60х84 1/16, Усл. печ. л. 1,25. Уч.-юд. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ Изд: J6 204 .

Лицензия ИД Ка06543 16.01.02. _

Редакционно- издательский отдел СнбГТУ . 660049, г, Красноярск, пр. Мира; 82, тншСибГТУ

» 1630 в