Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Изменчивость плюсовых деревьев, их потомств и формирование плантационных культур кедра сибирского в условиях юга Средней Сибири

ВАК РФ 06.03.01, Лесные культуры, селекция, семеноводство

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Водин, Алексей Владимирович, Красноярск

•■'^У; ^ /-'¡Г / /

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВОДИН АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПЛЮСОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ, ИХ ПОТОМСТВ И ФОРМИРОВАНИЕ ПЛАНТАЦИОННЫХ КУЛЬТУР КЕДРА СИБИРСКОГО В УСЛОВИЯХ ЮГА СРЕДНЕЙ СИБИРИ

06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор Р.Н. Матвеева

Красноярск - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

с

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................-................ 4

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ........................................................ 8

1.1. Изменчивость кедра сибирского .........._...................................... 8

1.2. Отбор плюсовых деревьев и их потомств ............................... 20

1.3. Формирование плантационных культур ..................................... 25

1.4. Выводы ................................-............................................................ 28

2. ПРОГРАММА, МЕТОДИКА, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ............................... 29

3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПЛЮСОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ КЕДРА СИБИРСКОГО, ОТОБРАННЫХ ПО СЕМЕННОЙ И

СТВОЛОВОЙ ПРОДУКТИВНОСТИ ............................................................. 34

3.1. Изменчивость плюсовых деревьев , Саяно-Шушенского и Абазинского лесхозов Красноярского края ....................................................................................... 35

3.2. Изменчивость плюсовых деревьев Колыванско-

го лесхоза Новосибирской области .............................. 47

3.3. Изменчивость плюсовых деревьев Слюдянс-

кого лесхоза Иркутской области ............................................. 48

3.4. Изменчивость плюсовых деревьев Яшкинского

лесхоза Кемеровской области ................................................... 49

3.5. Выводы ..................................... ......................................................... 51

4. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОТОМСТВ ПЛЮСОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ В ЗАПАДНО-САЯНСКОМ ОПЫТНОМ ЛЕСНОМ ХОЗЯЙСТВЕ ............................... 53

4.1. Рост и изменчивость полусибов ............................................... 53

4.2. Рост и изменчивость клонов ..................................................... 85

4.3. Вывода ............................................................................-............... 99

5. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПОТОМСТВ ПЛЮСОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ В УЧЕБНО-ОПЫТНОМ ЛЕСХОЗЕ СибГТУ ....................................................... 101

5.1. Рост и изменчивость полусибов ............................................... 101

5.2. Рост и изменчивость клонов ..................................................... 105

5.3. Выводы ............................................................................................. 110

6. ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ПЛАНТАЦИОННЫХ

КУЛЬТУР ................................................................................................... 111

6.1. Использование отселектированного посадочного

материала ........................—.............................-.............................. 111

6.2. Влияние декапитации на рост саженцев ................................. 113

6.3. Выводы ................................................................„............................ 127

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ............................................................................. 129

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ....................................................... 132

ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................................................... 147

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Для развития семеноводства основных ле-сообразуюцих пород на селекционной основе проводят отбор лучших фенотипов и используют их в качестве маточников для сбора семян, заготовки черенков с целью выращивания посадочного материала. На следующем этапе изучают характер наследования потомством ценных признаков маточных деревьев для установления их элитности и создания плантационных культур. Важное значение при этом имеет сокращение периода испытания потомства плюсовых деревьев путем использования методов ранней диагностики.

При проведении отбора основываются на проявлении формового разнообразия вида (Вавилов, 1967; Мамаев, 1973; Ирошников, 1974 и др.). Внутривидовая изменчивость кедра сибирского в естественных популяциях представлена достаточно полно. Однако слабо изучена изменчивость данного вида в лесных культурах, не разработаны рекомендации по применению отселектированного посадочного материала при создании плантационных культур целевого назначения. Не решены вопросы формирования низкоштамбовых деревьев, несмотря на то, что имеются плантации, созданные под ЛЭП, где ограничена высота выращиваемых растений и возникает острая необходимость в проведении обрезки кроны. Снижение высоты деревьев имеет большое значение и при проведении гибридизации, сборе семян, заготовке черенков без подъема в крону.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение изменчивости плюсовых деревьев кедра сибирского, их семенного и вегетативного потомства, произрастающего в питомниках и плантационных культурах Западно-Саянского опытного лесного хозяйства и учебно-опытного лесхоза СибГТУ, расположенных в условиях юга Средней Сибири. Оценка степени взаимосвязи феноти-пических признаков маточных растений и полусибов (клонов), а также разработка рекомендаций по формированию плантационных культур.

В связи с этим были поставлены основные задачи:

1. Анализ фенотипических признаков плюсовых деревьев, использованных для размножения.

2. Изучение изменчивости семенного (полусибов) и вегетативного (клонов) потомств плюсовых деревьев, произрастающих в питомниках и плантационных культурах юга Средней Сибири.

3. Установление зависимостей между морфологическими показателями плюсовых деревьев и их потомством. Определение общей комбинационной способности плюсовых деревьев по состоянию полусибов .

4. Разработка рекомендаций по применению отселектированного посадочного материала и формированию низкоштамбовых плантационных культур кедра сибирского.

Научная новизна. Выявлены корреляции между показателями плюсовых деревьев и полусибов в различные периоды их роста. Установлен характер варьирования морфологических признаков плюсовых деревьев, полусибов (клонов), отобранных на семенную и стволовую продуктивность. Определены общая комбинационная способность полусибов, коэффициент наследуемости по клонам. Установлено влияние интенсивности обрезки кроны на рост саженцев в плантационных культурах.

Практическое значение. Разработаны рекомендации и созданы высокоурожайные, быстрорастущие плантационные культуры, сформирован участок плантации, произрастающий под ЛЭП, из низкоштамбовых деревьев кедра сибирского.

Объекты исследования. Объектами исследований явились: плюсовые деревья кедра сибирского, произрастающие в лесхозах Красноярского края, Новосибирской, Иркутской, Кемеровской областей. Изучены клоны, полусибы, выращиваемые в питомниках и плантационных культурах Западно-Саянского опытного лесного хозяйства и учебно-опытного лесхоза СибГТУ, расположенных на юге Средней Сибири.

Положения, выдвигаемые на защиту.

1. Особенности проявления фенотипической изменчивости плюсовых деревьев кедра сибирского, отобранных по стволовой и семенной продуктивности.

2. Закономерности роста, изменчивости полусибов, клонов и наследования признаков плюсовых деревьев в условиях юга Средней Сибири.

3. Рекомендации по созданию целевых и низкоштамбовых плантационных культур кедра сибирского.

Обоснованность выводов и достоверность результатов исследований основаны на достаточном объеме экспериментального материала, полученного при проведении опытных работ в полевых условиях, и обработке материала с использованием современных методов исследования. В процессе работы с участием автора создано 22 га плантационных культур кедра сибирского отселектированными сеянцами и саженцами, обследовано 42,3 га, измерено 35660 шт. биометрических показателей плюсовых деревьев, полусибов, клонов.

Апробация работал. Результаты исследований отражены в докладах, тезисах научно-практических конференций «Проблемы химико-лесного комплекса» (1996, 1997, 1998), региональной научно-практической конференции «Экологические проблемы Красноярского края» (1997), IV Всероссийской конференции «Экология и проблемы защиты окружаюдей среды» (1997), III региональной научно-методической конференции «Непрерывное экологическое образование»

(1998), I Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции «Плодоводство, семеноводство, интродукция древесных растений» (1998), II Южно-Сибирской региональной научной конференции «Экология Южной Сибири - 2000 год» (1998), международной научно-практической конференции «Будущее России -социально-экономические и экологические аспекты» (1998), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Достижения науки и техники - развитию Сибирских регионов»

(1999) .

Диссертационная работа выполнялась в рамках госбюджетной темы кафедры селекции, лесных культур и озеленения «Разработка рациональных способов выращивания посадочного материала, лесных культур и акклиматизация древесных пород в южных районах Средней Сибири» (госрегистрационный номер 01830055427), «Создание промышленных плантаций кедра сибирского в Ермаковском лесхозе» (госрегистрационный номер 01920002122).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 работ, 3 находятся в печати.

Личный вклад. Автор является непосредственным участником проведения исследований, сбора и обработки экспериментального

материала, разработки рекомендаций, создания учебно-научных объектов .

Обгьвм работ. Диссертация включает 198 страниц, состоящих из введения, шести глав, заключения, практических рекомендаций, списка литературы из 185 наименований, в том числе 18 на иностранных языках, 12 приложений. Текст изложен на 146 страницах, содержит 64 таблицы, 16 рисунков.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Изменчивость кедра сибирского

Изучение внутривидовой изменчивости теоретически необходимо, так как дает материал к познанию эволюции вида и важно для практики, определяя потенциальные возможности вида в селекционном отношении (Правдин, 1963). По мнению Терентьева (Данченко, Арцимович, 1990) количество изменчивых признаков может быть беспредельно много, зависит это от трудолюбия, опыта и «чутья» систематика .

На перспективность работ по выявлению изменчивости, обуславливающей формовое разнообразие кедровых сосен, указывает Л.Ф. Правдин (1963) . Он пишет, что стоило лишь начать систематическое изучение, как были установлены различия в обилии урожайности, крупности шишек, жирности семян и других морфологических признаков.

Впервые А.Ф. Миндендорфом (Правдин, 1963) выделен малорослый кедр, растущий в горах. Д.И. Литвинов (1913) описал горный кедр, произрастающей в горах Алтая, Саян и Забайкалья на высоте 1000-2000 м над уровнем моря. Для этой формы кедра сибирского, по данным автора, характерна меньшая высота, как правило не превышающая 20 м, а также широкая, густая, низко опущенная по стволу крона, более мелкие, почти круглой формы шишки. А.И. Ирошни-ков (1974) выделил низкогорную и высокогорную формы, между которыми наряду с пространственной изоляцией существует фенологический барьер, заключающийся в неодновременности цветения этих форм. Б.Н. Городков (1916) выделил и описал форму кедра сибирского, произрастающего на торфяниках. В 150 лет деревья этой формы достигают высоты около 6-7 м, шишки - около 6 см длины, орехи более мелкие. В горах Алтая, Саян и Северной Монголии В.Л. Комаров (1934) описал стелющуюся форму кедра сибирского.

По габитусу кроны А.И. Ирошников (1963) выделил деревья со сравнительно редкой широкой и густой (сильно разветвленной) компактной кроной. По динамике семеношения отдельных деревьев в популяции автор подразделяет их на три группы: 1 - крайне неравно-

мерно семеносящие деревья (основная); 2 - деревья неравномерно семеносящие, но дающие сравнительно большое количество шишек в слабоурожайные года; 3 - деревья, относительно равномерно семеносящие. Он также указывает на то, что деревья, имегацие сравнительно высокое семеношение в слабоурожайные годы, отличаются более поздним созреванием шишек.

Для древостоев южного-таежного Приобья И.А. Вех, И.В. Таран (1979) у свободно стоящих деревьев кедра сибирского отмечают следующие формы по кроне: цилиндрическая, коническая, пирамидальная, яйцевидная, обратно-яйцевидная и булавовидная. По данным Т.П. Андриевских (1984) наиболее урожайными в Свердловской области были кедры с булавовидной формой кроны. На повышенную урожайность кедра сибирского, имеющего шаровидную и овально-цилиндрическую формы крон в припоселковых кедровниках Западной Сибири, указывают П.П. Попов и др. (1985).

У кедра сибирского выделены половые формы - деревья мужского и женского типа развития (Некрасова, 1961; Горошкевич, Ве-лисевич, 1996 и др.). Т.П. Некрасова (1972) отмечает, что деревья женского типа имеют повышенную урожайность, мужского - слабую или отсутствующую. По данным A.C. Яблокова (1962), женские экземпляры имеют более длинную, расположенную по всему годичному побегу, мужские - более короткую хвою, образованную на некотором расстоянии от основания годичных побегов. Кроме того крона у мужских форм кедра сибирского менее густая и имеет ажурный вид.

H.A. Луганский (1961) выделил деревья кедра сибирского с соснововидной и с елововидной корой. По его данным деревья с со-снововидной корой отличались быстрым ростом и обильным семеноше-нием в условиях Свердловской области. Для деревьев с соснововид-нои корой по типу трещиноватости он выделил груботрещиноватые, продольно-правильно трещиноватые, продольно-неправильно трещиноватые, коротко-правильно трещиноватые формы. Окраска коры у кедра сибирского варьирует от светло-серого с розовым оттенком до серо-черного (Вех, Таран, 1979; Алексеев, Урусов, 1993).

А.И. Ирошников (1974) по толшине коры выделяет две формы: тонкокорую и толстокорую. Между тем автор считает, что трещино-ватость коры подвержена возрастному фактору, а не наследственному-

Наличие форм кедра сибирского различной смолопродуктивности отмечает Ю.Н. Ильичев (1979,1989). Он указывал, что у деревьев высокой смолопродуктивности масса 1000 шт. семян больше средне-популяционной на 10-15%.

По форме шишек Л.Ф. Правдой (1963) выделяет деревья с цилиндрическими, яйцевидными, конусовидными и круглыми шишками. Шишки цилиндрической формы на 20-30% превышают по массе семян, чем конусовидные, а шишки круглой формы имеют наиболее крупные семена (Ирошников, 1963).

H.A. Луганский (1961), исследуя кедровники Среднего Урала, по строению поверхности семенной чешуи шишек кедра сибирского выделил три формы: с гладким щитком, в виде пирамидки и в виде загнутого к основанию крючка. Такие же формы по апофизу шишек для кедровников Западного Саяна отмечает А.И. Ирошников (1963). Он указывает на то, что для шишек с сильно выраженным крючковатым апофизом характерно несколько большее число пустых семян.

По окраске шишек Л.Ф. Правдой (1963) выделяет светло-серые, розовые и фиолетовые формы. У кедра сибирского встречаются деревья с рано и поздаосозревакщими шишками (Некрасова, 1972) . Как особую форму автор рассматривает деревья с шишками, частично опадающими весной, они обычно отличались и более крупными размерами. То же самое для кедровников Алтая отмечает В.Н. Воробьев (1967), Забайкалья - О.Г. Каппер (1954), Урала - Ф.А. Соловьев (1955), вьщеливший деревья у которых естественное опадение шишек растягивалось до октября..

В кедровниках Западного Саяна обнаружены деревья с однолетним и смешанным типами формирования женских шишек. Причиной этого, по мнению А.И. Ирошникова (1970), является более древнее происхождение этих деревьев, которые были широко представлены в эпоху теплого и влажного климата.

Н.К. Таланцев и др. (1978) указывают на наличие одноши-шечных, двухшишечных, трехшишечных и многошишечных (4-9шт) форм, выделенных по расположению шишек в пучке.

И.А. Вех, И.В. Таран (1979) выделили формы по размерам шишек: с крупными шишками (8 см и более), средними (6-8 см) и мелкими (менее 6 см) . Е.В. Титов (1995) отмечает, что крупноши-

шечные формы имеют ускоренное развитие всех генеративных и вегетативных органов. Т.П. Некрасова (1972) отмечает деревья кедра сибирского с различными размерами женских стробил, размеры которых к осени достигают от 12 до 22 мм по длине и от 10 до 16 мм по диаметру.

Ф.Д. Авров (1990) выделил особи кедра сибирского, формирующие пустозернистые семена, объясняя это генетической особенностью в уклонении сроков цветения от оптимальных. Генетически обусловленный уровень посевных качеств семян у разных деревьев отмечают М.А. Щербакова (1964), А.И. Ирошников (1974), В.Н. Воробьев (1974), Т.П. Некрасова (1983).

Т.П. Некрасова (1961) установила уровень изменчивости содержания жира в семенах кедра сибирского - от 58,1 до 63,3%. У кедра европейского содержание жира в семенах колеблется от 50 до 60% (Молотков, 1957), кедра корейского - 73,7% (Некрасова, 1972), кедрового стланика - 51,2-63,1% (Петров, 1934). На изменчивость длины семян кедра сибирского (0,7-0,91см) указывал Е.П. Верховцев (1938).

Некоторые исследователи указывают на наличие деревьев кедра сибирского с полиэмбриональными (многозародышевыми) семенами, которые по данным Е.П. Заборовского (1962), Т.П. Некрасовой (1972) указывают на древнее происхождение данного вида.

А.И. Земляной (1971) установил изменчивость формы пыль