Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Ранняя диагностика устойчивости и продуктивности ели сибирской и ели европейской в зоне интрогрессивной гибридизации

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Ранняя диагностика устойчивости и продуктивности ели сибирской и ели европейской в зоне интрогрессивной гибридизации"

Л 1

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ АНДРЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

РАННЯЯ ДИАГНОСТИКА УСТОЙЧИВОСТИ И ПРОДУКТИВНОСТИ ЕЛИ СИБИРСКОЙ И ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ В ЗОНЕ ИНТРОГРЕССИВНОЙ ГИБРИДИЗАЦИИ

(НА ПРИМЕРЕ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН)

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата - ■ сельскохозяйственных наук

Йошкар-Ола 2000

Работа выполнена на кафедре лесной селекции, недревесных ресурсов и биотехнологии Марийского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Котов М.М.

Официальные оппоненты - доктор сельскохозяйственных наук,

' профессор Пчелин В.И.

- кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник Краснобаева К.В.

Ведущая организация — Министерство лесного хозяйства

Республики Татарстан

Защита диссертации состоится « / » марта 2000 г. в 9 часов на заседании диссертационного совета К 064. 30. 04 в Марийском государственном техническом университете по адресу: 424000, Республика Марий Эл, г. Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Марийского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать ученому секретарю диссертационного совета К 064.30.04.

Автореферат разослан «января 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор сельскохозяйственных наук

Г? ¿2?- 5 '

(О - /е^чм^Р Е.М.Романов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Вопросы повышения продуктивности и устойчивости древостоев не являются новыми. Они привлекали и привлекают к себе внимание лесоводов с момента зарождения лесной науки до наших дней. Предложено большое количество решений этой проблемы при помощи агротехнических приемов, рубок ухода, внесения удобрений, подбора древесных пород и другие. Несколько десятилетий назад, вопрос повышения продуктивности и устойчивости древостоев стал рассматриваться с генетической точки зрения. Видовая структура и адаптивные способности двух видов ели (ели сибирской - Р. obovata Ledeb. и ели европейской -P.abies (L.) Karst.) и их естественных гибридов в районах их интрогрессивной гибридизации неодинаковы. Поэтому они представляют теоретический и прикладной интерес.

Цель и задачи исследования. Целью исследований являлось сравнительное изучение продуктивности и устойчивости ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в зоне интрогрессивной гибридизации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение биологических и экологических свойств таксонов ели в зоне

интрогрессивной гибридизации;

2. Изучение закономерностей роста видов ели и их гибридов;

3. Оценка устойчивости видов и гибридов ели к неблагоприятным

факторам среды;

4. Разработка рекомендаций по корректировке нормативов рубок ухода и

лесосеменного районирования с целью повышения продуктивности и

устойчивости еловых древостоев.

Научная новизна работы. Установлены таксономическая структура ельников, закономерности роста и устойчивости ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в Предкамском лесорастительном районе Республики Татарстан; экспериментально обоснован способ оценки таксономической структуры молодняков ели.

Практическое значение работы. Разработаны рекомендации по корректировке нормативов рубок ухода в молодняках на основе ранней диагностики роста и устойчивости видов и межвидовых гибридов, а также лесосеменного районирования таксонов ели.

Обоснованность и достоверность результатов исследования

обеспечиваются воспроизводимостью научных результатов, доверительным сроком наблюдений и достаточным объемом экспериментального материала, математической обработкой данных с оценкой критериев достоверности.

Личный вклад. Автору принадлежит постановка задач исследования, разработка программы и методики работы, сбор, обработка и анализ экспериментальных данных, анализ литературы, формулирование основных выводов, разработка рекомендаций.

Положения, выдвигаемые для защиты.

1. Закономерности роста ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в районе интрогрессивной гибридизации Предкамья Республики Татарстан;

2. Оценка устойчивости таксонов ели;

3.' Рекомендации по корректировке нормативов рубок ухода в молодняках и лесосеменного районирования.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научной конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ (Йошкар-Ола, 1997); научно-практической конференции «Пути повышения эффективности лесного хозяйства и роль лесов в оздоровлении окружающей среды Республики Татарстан» (Казань - Лубяны, 1998); республиканской научно-практической конференции «Молодежь и охрана природы» (Йошкар-Ола, 1999).

Объем и . структура диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы и список литературы. Диссертация изложена на/^ страницах машинописного текста, в том числе 32 таблицы, 8 рисунков, 8 приложений.. Список литературы включает 265 названий, из них 10 на иностранных языках.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Анализ обширной литературы позволяет свести анатомо-морфологические различия между елью европейской и сибирской в виде таблицы 1.

5 Таблица 1

Анатомо-морфологические различия между елью европейской и сибирской

P.abies P.obovata

Шишки

цилиндрические, веретеновидные,

узкоцилиндрические, яйцевидно-цилиндрические,

удлиненно-цилиндрические продолговато-яйцевидные

6-16 см длиной 4-8 см длиной

3-4 см диаметром 1-2,5 см диаметром

Семенные чешуи

по краю выемчатые по краю закругленные

удлиненные, ромбические копытообразные

выгрызенно'зубчатые цельнокрайние

до 25 мм длиной до 15 мм длиной

18 мм шириной 11 мм шириной

Кроющие чешуи

7 мм длиной ■ 4 мм длиной

2 мм шириной 1 мм шириной

Семена

созревают в сентябре-октябре созревают в августе-сентябре

коричневые, светло-коричневые,

коричнево-каштановые черноватые

3-5 мм длиной 2-4 мм длиной

2 мм шириной 1-1,5 мм шириной

масса 1000 шт5-8 (3,0-12,0)г масса 1000 шт 4,5-5,0г

Хвоя

прямая частично изогнута

10-30 мм длиной 7-20 мм длиной

Однолетние побега

коричневые, светло-каштановые,

красновато-желтые красноватые, рыжие

голые или слегка опушенные густо опушенные

Максимальная высота деревьев

50м 37м

Средняя высота деревьев в спелых древостоях

25-30м (Европейская часть России) 17-22м (Сибирь)

Древесина

плотность при 15% влажности 0,46r/cмJ плотность при 15% влажности 0,32 -

0,48г/см

плотность при 12% влажности 0,45г/см3 плотность при 12% влажности 0,31 -

0,47г/см

предел прочности при 12% влажности: предел прочности при 12% влажности:

сжатие вдоль волокон - 474" 105Па сжатие вдоль волокон - 436'105Па

статический изгиб - 867"105Па статический изгиб - 808" 10" Па

торцовая твердость - 206'105Па торцовая твердость - 211'105Па

Тип ветвления

компактный

___окончание таблицы 1

Р.аЫев Р.оЬо\'а1а

Тип коры

сосновидная ольховидная дисковидная " бугорчатая -

Различия по ареалам. Ель европейская распространена в Восточных Пиренеях, в горах юго-востока Франции, в Швейцарских (вне высокогорий) и Баварских Альпах, в Шварцвальде, Судетах, в Карпатах, на прилежащей Польской равнине и на. Северных Балканах; отсутствует на Британских островах и Северо-Германской низменности. Произрастает в прибалтийских республиках, Украинских Карпатах, белорусском и украинском Полесье. Распространена в северо-западных и центральных областях России: на севере доходит до лесотундры, на востоке - до Урала, на юге - до северной границы центральной черноземной полосы. Местами встречается в южной части зоны тайги в Западной Сибири, доходя до реки Иртыша (Ареалы деревьев и кустарников СССР, 1977; Бобров, 1978).

Ель сибирская распространена на северо-востоке европейской части России, на Урале, по всей Сибири (кроме крайнего севера) до побережья Охотского моря и среднего Амура. За пределами России - в Северной Монголии и Северной Манчжурии. Кроме того, произрастает на севере Кольского полуострова и русской Лапландии, а также в прилежащих частях финской, шведской и норвежской Лапландии. Предположительно остаточный оторванный ареал этого вида (или ближайшего к нему) лежит в высокогорьях Швейцарских Альп и в Чехословацких Татрах (Ареалы деревьев и кустарников СССР, 1977; Бобров, 1978).

Природно-климатические условия произрастания ели европейской и сибирской показаны в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что ель сибирская произрастает в более суровых климатических условиях, она способна довольствоваться меньшими температурным и водным режимами по сравнению с елью европейской.

Анализ литературы показал, что исследования, касающиеся рода ель имеют четыре основные направления:

1. Изучение роста и продуктивности еловых древостоев в зависимости от почвенно-климатических условий, типов леса, происхождения и других

лесоводственных условий. Этому направлению посвящены работы Г.Ф.Морозова (1912, 1949, 1970), М.Е. Ткаченко (1952), В.Н. Сукачева (1928, 1934), И.С. Мелехова (1972, 1980), П.С. Погребняка (1963, 1968), Ф.В. Аглиуллина (1991) и др.).

2. Изучение роста в связи с их внутривидовым разнообразием (Л.Ф.Правдин (1975), С.А. Мамаев (1989), П.П. Попов (1971), В.И.Пчелин(1958, 1990) и др.).

3. Изучение кариотипов елей (Л.Ф. Правдин (1971, 1978), М.В. Круклис (1971, 1974), В.Б. Скупченко (1975, 1985), Г.М. Козубов (1986), О.П.Шершукова (1978) и др.).

4. Изучение качества древесины (С.И. Ванин (1949), Б.Н. Уголев (1986), В.И.Пчелин (1990), A.A. Яценко-Хмелевский (1961) и др.).

Таблица 2.

Природно-климатические условия местообитания (пределы) _ ! (по С.А. Мамаеву, 1989)__

Показатели Р. abies Р. obovata

Ср. годовая температура,0 С от+2 до+8 от-8 до+2,5

Ср. температура января,0 С -2-12 -12-25

Ср. температура июля,0 С +10+19 +12+19

Продолжительность безморозного периода, дней 210-250 120-200

Сумма температур выше +10°, ° С 1200-2500 800-2000

Количество осадков, мм 450-800 310-800

Число дней со снежным покровом 90-150 160-230

Максимальная высота произрастания над уровнем моря, м 2200 2000

, В литературе достаточно широко раскрыты вопросы систематики, биологии, экологии и анатомии ели. Литературы, посвященной ранней диагностике устойчивости ели европейской, сибирской и их гибридов, нами не найдено.

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА И ОБЪЕМ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования проведены в Республике Татарстан. Территория расположена в левобережной части нижнего течения реки Вятки, относится к провинции восточной части Русской равнины, и входит в состав Ветлужско-Приуральского округа северной подзоны смешанных лесов (Курнаев, 1973).

Мильков (1964) относит территорию к зоне Южной тайги, Восточноевропейской таежной области, провинции Вятско- Камской возвышенности с преобладанием разнообразных по составу хвойно -широколиственных (смешанных) лесов.

Климатические условия носят типичный характер для умеренно-холодного пояса, области недостаточного увлажнения, слабозасушливой агроклиматической зоны (Шашко, 1967).

Объектами исследования служили ельники естественного и искусственного происхождения. В типе лесорастительных условий - С2 заложено 14 пробных площадей и 2 маршрутных хода, изучено 3400 деревьев в насаждениях с I по IV класс возраста, I - II классов бонитета, с полнотой от 0,6 до 0,9. Почвы на местах закладки пробных площадей свежие, дерново-подзолистые, супесчаные, подстилаемые, суглинками.

Методика исследований. Пробные площади закладывали таких размеров, чтобы на них было представлено не менее 200 деревьев ели. Все деревья ели были пронумерованы, инструментально измерены их высоты и диаметры.

В качестве признака, разделяющего деревья на таксономические группы, взята форма верхней части семенной чешуи (Правдин, 1975). Выделено пять достаточно точно идентифицируемых групп растений (рис.1): «Е» - ель европейская; «С» - ель сибирская; «Ее» - гибрид с преобладанием признаков ели европейской; «Се» - гибрид с преобладанием признаков ели сибирской; «П» - гибрид с промежуточным проявлением признаков ели европейской и

- «Е» ель европейская

- «Ее» гибрид с преобладанием признаков ели европейской

- «П» гибрид с промежуточным проявлением признаков ели сибирской и европейской

- «Се» гибрид с преобладанием признаков ели сибирской

- «С» ель сибирская

Рис.1. Формы верхней части семенной чешуи различных таксономических групп ели

сибирской.

О

о о

о

В качестве признака, разделяющего несеменосящие деревья на таксономические группы, взята степень опушения годичного побега текущего года (Правдин, 1975; Крюссман, 1986). Выделено три достаточно точно идентифицируемых группы растений (рис.2): «Е-Ес»: - ель европейской группы; «П» - гибрид с промежуточным проявлением признаков ели европейской и сибирской (ель промежуточной группы); «С-Се» - ель сибирской группы.

4т

«Е-Ес» «П» «Се-С»

европейская промежуточная сибирская

группа группа группа

Рис. 2. Степень опушения однолетних побегов различных таксономических групп елей

В приспевающих естественных насаждениях были взяты 657 кернов. Образцы брали с юго-западной стороны ствола на высоте 0,4-0,5 м -от поверхности почвы. Использованы методические рекомендации ЛенНИИЛХа (Использование кернов древесины в лесоводственных исследованиях, 1988). Керны наклеивали на бумагу и хранили под прессом в хорошо проветриваемом помещении. В лабораторных условиях было подсчитано количество приростов, а при помощи микроскопа «Р20» были измерены текущие приросты ранней и поздней древесины. Точность измерения - 0,05 мм.

Для оценки адаптивной способности растений использовали время потери половины содержащейся в хвое воды -150 (Котов, 1987, 1995).

В лесных культурах I класса возраста изучали водоудерживающую способность 1-, 2 - и 3 - летней хвои.

Оценку водоудерживагащей способности хвои осуществляли с середины сентября до конца октября и в марте, т.е. после завершения формирования и подготовки хвои к зимовке. Образцы хвои в количестве 20 хвоинок отбирали таким образом, чтобы обеспечить сравнимость проб. Образцы хвои брали с хорошо освещенной боковой ветви, ориентированной.в одном направлении (южном - юго-западном).

Всего изучено 46300 хвоинок, произведено 23150 взвешиваний. Точность взвешивания-0,01г.

Обработку экспериментальных • данных проводили методами вариационной статистики по алгоритмам, имеющимся в литературе (Плохинский, 1970; Котов, Лебедева, 1977; Лакин, 1990; Соколов, Черных, 1990 и др.).

3. РОСТ ЕЛИ ЕВРОПЕЙСКОЙ, ЕЛИ СИБИРСКОЙ И ИХ ГИБРИДОВ

Исследования показали, что соотношение таксономических групп в естественных древостоях Ш-1У классов возраста выражается формулой: 5Е21Ес39ПЗЗСе2С. Видно, что в составе древостоев ели европейской в два раза больше, чем ели сибирской, пятая часть представлена гибридами с преобладанием признаков ели европейской, третья - гибридами с преобладанием признаков ели сибирской. Самая большая часть деревьев (39%) представлена гибридами с промежуточным проявлением признаков. От общего числа растений гибриды составляют 93%, а чистые виды елей сибирской и европейской лишь - 7%.

Соотношение таксонов в искусственных древостоях 1-П классов возраста выражается формулой: 14Е-Ес 47П 39Се-С. Почти половина деревьев представлена гибридами с промежуточным проявлением признаков ели европейской и сибирской. Растений сибирской группы в 3 раза больше, чем европейской группы..

Исследования показали, что ель европейская и ель сибирская в одинаковых условиях имеют различные показатели высот, диаметров и их приростов. В таблице 3 приведены средние показатели высоты, диаметра и объема ствола различных таксономических групп ели в естественных древостоях.

Таблица 3

Средняя высота, диаметр и объем ствола деревьев _таксономических групп ели _

Возраст Таксономические группы ели Средние по

«Е» «Ее» «П» «Се» «С» древостою

Высота, м

60 21,1 22,0 22,1 23,0 22,8 22,2

70 22,4 22,7 24,0 24,2 24,3 23,5

80 24,0 25,1 25,1 25,4 25,9 25,1

90 - 25,5 25,8 26,1 27,9 26,3

100 - 26,0 26,5 27,2 - 26,7

110 - 28,3 28,8 29,6 - 28,9

Диаметр, см

60 22,1 22,4 22,6 22,6 24,8 22,9

70 23,4 23,8 24,8 24,8 26,9 24,7

80 27,9 28,1 28,6 29,1 31,9 29,1

90 - 32,6 32,7 33,3 35,2 33,5

100 - 35,1 36,2 35,3 - 35,5

110 - 35,4 39,8 38,1 - 37,8

Объем ствола, м3

60 0,42 0,45 0,45 0,47 0,51 . 0,46

70 0,48 0,49 0,53 0,53 0,67 0,54

80 0,70 0,73 0,74 0,76 0,94 0,77 '

90 - 0,98 1,01 1,02 1,30 1,08

100 - 1,22 1,28 1,26 - 1,25

110 - 1,31 1,69 1,48 - 1,49

Видно, что к возрасту рубки (к 80 годам) средняя высота деревьев группы «Е» равна 24,0 м, что меньше средней на выделе на 1,1 м; средняя высота растений групп «Ее» и «П» составляет 25,1 м, группы «Се»- 25,4 м, что больше средней на 0,3 м; средняя высота деревьев группы «С».- 25,9 м, что больше средней на 0,8 м. Высота ели сибирской больше высоты ели европейской на 1,9 м, т.е. на 7,9%. Средний диаметр представителей группы «Е» составляет 27,9 см, группы «Ее» - 28,1 см, группы «П» - 28,6 см, группы «Се» - 29,1 см, группы «С» - 31,9 см, что больше среднего на 2,8 см. Диаметр

ели сибирской больше диаметра ели европейской на 4,0 см, т.е. на 14,3%. Средний объем ствола растений группы «Е» равен 0,70 м3, группы «Ее» -0,73, группы «П» - 0,74, группы «Се» - 0,76, группы «С» - 0,94 м3, что больше среднего на 0,17 м3. Средний объем ствола ели сибирской больше среднего объема ствола ели европейской на 0,24 м3, т.е. на 34,3%.

Естественные древостой из ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в соотношении 5Е21Ес39ПЗЗСе2С к 80 годам при полноте 0,7 формируют запас, равный 314 м3/га. Чистые древостой ели европейской к этому же возрасту способны сформировать запас в 294 м3/га, гибриды с преобладанием признаков ели европейской - 307, гибриды с равным проявлением признаков ели европейской и ели сибирской - 311, гибриды с преобладанием признаков ели сибирской - 319, ель сибирская -395 м3/га.

Исследования приростов по кернам показали, что максимальный прирост у ели европейской наблюдается в возрасте 35-45 лет (2,4 мм), у ели сибирской - 55 лет (3,2 мм), у гибридов с преобладанием признаков ели европейской - 45-55 лет (2,7 мм), у гибридов с преобладанием признаков ели сибирской - 45 лет (2,5 мм), у гибрида с равным проявлением признаков - в 55 лет (2,5 мм) (рис.3,4).

В таблицах 4 и 5 приведены высоты и диаметры 8 - 28 - летних деревьев различных таксономических групп ели в культурах, а в таблице 6 -показатель достоверности различий.

В искусственных насаждениях ели 8-летнего возраста сибирская группа «Се-С» превосходит тго высоте европейскую группу «Ес-Е» на 0,12 м, что _ составляет 21,4 %. Различия достоверны (td = 2,83). По диаметру сибирская группа превосходит европейскую йа 0,21 см (14,5%), различия достоверны (td = 2,12). В 10-летнем возрасте группа «Се-С» превосходит по высоте и по диаметру группу «Ес-Е» на 0,63 м (44,4%) и 0,88 см (34,5%) соответственно. Различия достоверны, коэффициент достоверности составляет 7,32 - по высоте и 5,46 - по диаметру. В 12-летнем возрасте группа «Се-С» превосходит по высоте и диаметру группу «Ес-Е» на 0,97 м (51,6%) и 1,52см (46,1%) соответственно. Различия достоверны и составляют 5,83 - по высоте и 5,59 - по диаметру. В 27-летнем возрасте группа «Се-С» превосходит по высоте и по диаметру группу «Ес-Е» на 3,43 м (44,0 %) и 2,98 см (38,9 %) соответственно. Показатель достоверности различия 5,07 - по высоте и 4,51 -

' 3,5 3,0

I 2,5

i?. О

t 2,0

О. С

es

S 1,5

g 1.0

к

0,5 0,0

i.-К I

1 ^ж^Т в о 1 к

(/■■Г \ к-. V в -

// У ti К j 1 "»е--* - k i

/ /0 V i* ¿'и в \ а \ 4 \ «ч Ч в

? а ч Ч \

- - - ° -

S 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125

Возраст, лет

—«-- "E"- ель европейская —•— "С"- ель сибирская ° "Ее"- гибрид -"П"- гибрид - - "Се"- гибрид

Рис. 3. Зависимость среднего радиального прироста от возраста деревьев в естественных древостоях.

25,0

20,0

S

15,0

5,0

.j^r _р

_____ .'ХвГ— - .

■ ' -

рйй

^--,

------- ----

— ______ ... ; ¡Z .

- -----

8 15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125

Возраст, лет

"Е"- ель европейская —"С"- ель сибирская » "Ее"- гибрид

- « - "П"- гибрид - - - "Се"- гибрид

Рис. 4. Радиальный ход роста деревьев различных таксономических групп ели в естественных древостоях

по диаметру. В 28-летнем возрасте группа «Се-С» превосходит по высоте и диаметру группу «Ес-Е» на 2,9 м (31,2%) и 2,58 см (30,1%) соответственно. Различия достоверны = 3,08 - по высоте и 2,91 - по диаметру).

Таблица 4

Высота деревьев различных таксонов ели в лесных культурах

Таксономическая группа ели Показатель Возраст, лет

8 10 12 27 28

Е-Ес Н, м У,% 0,56 ± 0,03 37,5 1,42 ±0,07 27,5. . 1,88 ±0,14 28,2 8,01 ± 0,52 38,1 9,30 ± 0,87 32,8

П Н, м У,% 0,59 ± 0,02 39,0 1,66 ±0,04 24,7 2,40 ±0,09 38,3 9,99 ± 0,33 33,2 9,95 ± 0,32 43,6 12,20 ± 0,36 30,6

Се-С И, м V,0/« 0,68 ± 0,03 35,5 2,05 ± 0,05 24,4 2,85 ± 0,09 28,8 11,53 + 0,46 32,7

Среднее Н,м V,0/« 0,61 ± 0,02 37,7 1,79 ±0,03 27,9 2,56 ±0,06 35,2 10,17+ -0,25 35,6 10,92 ±0,25 28,9

И - высота, м; V - коэф. вариации, %

Таблица 5

Диаметр деревьев различных таксонов ели в лесных культурах_

Таксономическая группа ели Показатель Возраст, лет

8 10 12 27 28

Е-Ес Б, см У,% 1,45* ±0,07 36,6 2,55*+ 0,14 28,2 3,30* ± 0,22 24,8 7,66 ±0,51 38,6 8,57 ±0,82 44,7

П Б, см У,% 1,46* ±0,05 35,6 2,92* ± 0,07 22,6 4,05* ±0,12 31,6 9,52 ± 0,32 33,9 9,23 ±0,31 32,3

Се-С В, см 1,66* ±0,07 31,3 3,43* ± 0,08 21,3 4,82*+0,16 30,9 10,64 ± 0,42 32,3 11,15 + 0,34 30,0

Среднее Б, см 1,52* ±0,04 34,9 3,08* ± 0,05 24,7 4,33* ±0,10 32,8 9,58 ± 0,23 35,5 10,04 + 0,23 33,8

Б - диаметр, см; V - коэф. вариации, %; * - диаметр у шейки корня

Таблица 6

Достоверность различий по высоте и диаметру у деревьев различных таксономических групп ели в искусственных насаждениях_

Возраст, лет Достоверность различий (1<|)по высоте между группами таксонов Достоверность различий (1,0 по диаметру между группами таксонов

промежуточной и европейской промежуточ ной и сибирской европейской и сибирской промежуточной и европейской промежуточ ной и сибирской европейской и сибирской

8 0,83 2,50 2,83 0,12 2,32 2,12

10 2,98 6,09 7,32 2,36 4,80 5,46

12 3,12 3,54 5,83 2,99 3,85 5,59

27 3,21 2,72 5,07 3,09 2,12 4,51

28 0,7 4,67 3,08 0,75 4,17 2,91

4: УСТОЙЧИВОСТЬ ЕЖ ЕВРОПЕЙСКОЙ, ЕЛИ СИБИРСКОЙ И ИХ

ГИБРИДОВ

Проведенная оценка водоудерживающей способности хвои ели в искусственных насаждениях показала, что независимо от возраста дерева и хвои сибирская группа «Се-С» имеет самый высокий средний показатель устойчивости хвои против обезвоживания. В зависимости от возраста культур 150 колеблется от 13 до 32 часов. Группа гибридов с равным проявлением признаков ели сибирской и европейской «П» является менее устойчивой к обезвоживанию, чем сибирская группа. В среднем 150 меньше ■ на 6 часов и колеблется от 10 до 24 часов. Растения европейской группы «Е-Ес» оказались самыми неустойчивыми к обезвоживанию хвои, 150 этой группы меньше 150 группы «П» в среднем на 2 часа, и колеблется от 11 до 21 часа (табл. 7).

Во всех изученных возрастах, кроме 8 лет, различия между группами достоверны. Различия у 2-х и 3-х летней хвои между промежуточной и европейской группой оказались недостоверными 2) (табл. 8).

, Таблица 7 , Биометрические показатели 15о хвои различных . -_таксономических групп ели_

Таксоны европейской Таксоны промежуточной Таксоны сибирской

Показатели группы группы группы

1 2 3 1 2 3 1 2 3

8 - летние культуры

X 11,28 12,04 10,64 13,78 13,97 9,97 18,54 19,11 13,15

т* 0,87 0,87 0,64 0,88 1,27 0,42 1,21 1,15 0,76

V 35,1 39,3 26,8 29,8 44,2 19,8 39,8 39,9 32,54

10 - летние культуры

X 16,19 17,31 14,18 18,39 19,96 16,20 26,73 25,42 18,59

тх 0,58 0,81 0,56 0,34 0,32 0,32 0,52 0,63 0,40

V 19,0 24,6 20,9 18,1 15,8 19,8 18,2 23,4 20,57

12 - летние культуры

X 18,66 20,55 16,83 21,96 24,44 18,80 31,89 30,68 23,21

тх 0,40 0,52 0,36 0,20 0,38 0,26 0,48 0,44 0,33

V 14,4 17,0 14,2 13,6 23,8 20,8 18,7 17,9 17,83

Примечание: 1) х - среднее значение tjo, ч; mx - ошибка среднего значения, ч;

V - коэффициент вариации, %; 2) 1,2,3 - возраст хвои, лет

Таблица 8

Достоверность различий по 15о между таксономическими _группами ели в искусственных насаждениях_

Возраст, лет Достоверность различий (U) по tso менаду группами таксонов

промежуточной и европейсхой промежуточной и сибирской европейской и сибирской

1 2 3 1 2 3 1 2 3

8 2,0 1,3 0,9 3,2 3,0 3,7 4,9 4,9 2,5

10 3,3 3,1 3,1 13,5 7,7 4,6 13,6 7,9 6,4

12 7,4 6,0 4,5 19,1 10,7 10,5 21,1 14,9 13,1

Примечание: 1, 2,3 - возраст хвои, лет

Исследование устойчивости хвои против обезвоживания при помощи дисперсионного анализа показало, что влияние принадлежности растений к определенной таксономической группе, влияние индивидуальных

особенностей деревьев, влияние возраста хвои достоверны при уровне значимости 0,001, независимо от возраста (табл. 9).

Таблица 9

Результаты однофакторного дисперсионного анализа

водоудерживающеи способности хвои де ревьев различного воз] эаста

Фактор Р факт. Р табл. при уровне значимости Доля влияния (Ра),%

0,05 0,01 0,001

8 - летние культуры

Таксономическая группа растений 25,10 3,04 4,71 7,14 25,62

Индивидуальные особенности деревьев 2,52 1,39 1,54 1,78 33,67

Возраст хвои 11,86 3,04 4,71 7,14 13,44

Высота растений 2,56 3,04 4,71 7,14 2,18

Диаметр растений 0,84 2,65 3,88 5,63 0,30

10 — лехние культуры

Таксономическая группа растений 125,86 3,01 4,64 6,98 36,85

Индивидуальные особенности деревьев 2,08 1,21 1,29 1,40 26,53

Возраст хвои 61,04 3,01 4,64 6,98 21,91

Высота растений 8,17 2,61 3,81 5,49 4,27

Диаметр растений 2,25 2,22 3,05 4,16 1,16

12 - летние культуры

Таксономическая группа растений 291,79 3,00 4,62 6,94 40,12

Индивидуальные особенности деревьев 2,19 1,14 1,21 1,29 23,41

Возраст хвои 128,12 3,00 4,62 6,94 22,65

Высота растений 7,15 2,11 2,82 3,77 3,20

Диаметр растений 9,49 1,95 2,53 3,29 5,55

Доля влияния принадлежности 8 - летних деревьев к таксономической группе на ио - 25,6 %; 10 - летних - 36,8; 12 - летних - 40,1 %. Доля влияния индивидуальных особенностей 8 - летних растений на 150 - 33,7 %; 10 -летних - 26,5; 12 - летних - 23,4 %. Доля влияния возраста хвои 8 - летних деревьев на 150 -13,4 %; 10 - летних - 21,9; 12 - летних - 22,6 %.

В 8 - летнем возрасте высота и диаметр растений на водоудерживающую способность хвои не влияют (Рфакт. < Ртабл.).

В 10 - летнем возрасте доля влияния высоты на водоудерживающую способность достоверно при уровне значимости 0,001 и составляет 4,3 %. Доля влияния диаметра достоверна при уровне значимости 0,05 и составляет 1,2%.

В 12 - летнем возрасте доля влияния высоты и диаметра на 150 достоверно при уровне значимости 0,001 и составляет 3,2 и 5,6 %.

5. ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТАКСОНОМИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ ЕЛИ В ПРАКТИКЕ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА

Экспериментально доказано, что различия по размерам ствола между двумя видами елей и их гибридами достаточно существенны (табл. 10).

Таблица 10

Относительные высоты, диаметры и объемы стволов различных _таксономических групп ели в спелом возрасте_

Признаки ствола Таксономические группы ели

«Е» //рлц «П» «Се» «С»

Высота,м 1,00 1,05 1,05 1,06 1,08

Диаметр, см 1,00 1,01 1,02 1,04 1,14

Объем, м3 1,00 1,04 1,06 1,09 1,34

Использование генетических возможностей ели сибирской в изученном регионе возможно через проведение рубок ухода на генетико-селекционной основе, лесосеменное районирование с созданием ЛСП.

Наставлением по рубкам ухода в равнинных леса европейской части России (1996) предусматривается регулирование состава древостоев с участием ели. Однако речь идет о деревьях ели вообще без указания таксономической принадлежности. Из очевидной приоритетности ели сибирской следует целесообразность ориентации формирования древостоев с ее участием составе при рубках ухода.

По данным «Лесосеменного районирования основных лесообразующих пород в СССР» (1982) район Предкамья Республики Татарстан относится к Ветлужскому лесосеменному району. Он охарактеризован как район, расположенный в зоне оптимума произрастания ели обыкновенной, где районируются гибридные формы ели между елью обыкновенной и елью , сибирской. , , ,

Считаем также необходимым отметить, что в перечень лесхозов, относящихся к северо-западной части Республики Татарстан видимо по : ошибке были отнесены: Куйбышевский, Юхмачинский, Билярский,

Аксубаевский, Бавлинский, Бугульминский, Калейкинский, Альметьевский, Азнакаевский, Мензелинский, Заинский, Нижнекамский, Октябрьский, Челнинский. Перечисленные лесхозы расположены в юго-восточной части Республики Татарстан, поэтому считаем необходимым в графе «Предприятия*» (стр. 147) вместо перечисленных лесхозов включить Агрызский, Арский, Буинский, Елабужский, Зеленодольский, Ислейтарский, Кайбицкий, Камский, Кзыл-Юлдузский, Лаишевский, Лубянский, Мамадышский, Приволжский, Пригородный, Сабинский и Тетюшский лесхозы, расположенные в северо-западной части Республики Татарстан.

В существующей схеме лесосеменного районирования ели северозападный район Республики Татарстан, расположенный в Ветлужском лесосеменном районе, по неизвестным причинам отнесен к Лесостепному лесосеменному району.

Результаты наших исследований позволяют утверждать, что Ветлужский лесосеменной район (район Предкамья Республики Татарстан) является зоной оптимума произрастания ели сибирской, а не ели обыкновенной (ныне европейской).

Исходя из концепции климатических аналогов, представляется возможным очертить примерные границы района, где целесообразно выращивать ель сибирскую (табл. 11).

Таблица 11

Климатические показатели республик и областей _

Показатели Республика Марий Эл Республика Удмуртия Кировская область Республика Татарстан

Ср. годовая темп, воздуха, "С 2,1-3,3 1,8+2,9 0,6+2,7 2,0+3,1

Ср. мес. июля (сам. тёпл. мес.), °С 18,2-И 8,9 17+19 17+19 18+20

Ср. мес. янв. (сам. хол. мес.), °С -13+-12,4 -14+-15 -13,5+ -15 -13+ -14

Абс. минимум, °С -48 -49 -49 -48

Абс. максимум, °С 38 38 39 39

Ср. прод. тёпл. периода.(более 0°С), дн 200+208 190+200 190+200 200+215

Ср. прод. хол. периода (менее 0°С), дн 157+165 165+175 235+250 160+175

Ср. годов, кол-во осадков, мм 475+550 450+550 500+600 430+500

Ср. скорость ветра, м/сек. 3+5,5 3,5 +5 4+5,5 4+5

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ Выводы

1. В естественных еловых древостоях Предкамского лесорастительного района Республики Татарстан ель обладает большой изменчивостью (более 90%. деревьев являются гибридами между елью европейской и сибирской).

2. К возрасту рубки в лесах II группы ель сибирская превосходит ель европейскую по высоте на 1,9 м (7,9 %), по диаметру на 4 см (14,3 %), по объему ствола на 0,24 м3 (34,3%).

3. Естественные древостой к 80 годам при полноте 0,7 формируют запас, равный 314 м3/га. Чистые древостой ели европейской к этому же возрасту способны сформировать запас равный 294 м3/га, гибриды с преобладанием признаков ели европейской - 307, гибриды с равным проявлением признаков ели европейской и ели сибирской - 311, гибриды с преобладанием признаков ели сибирской -319, ель сибирская-395 м3/га.

4. Максимальный прирост по радиусу ели европейской наблюдается в возрасте 35-45 лет (2,4 мм); у ели сибирской в возрасте - 55 лет (3,2 мм); у гибрида с преобладанием признаков ели европейской в возрасте 45-55 лет (2,7 мм); у гибрида с преобладанием признаков ели сибирской в возрасте - 45 лет (2,5 мм); у гибрида с равным проявлением признаков - в возрасте 55 лет (2,5 мм).

5. В искусственных насаждениях деревья сибирской группы превосходят европейскую на 21,4 - 51,6 % по высоте и на 14,5 - 46,1 % по диаметру.

6. В искусственных насаждениях изучаемого региона при проведении рубок ухода на генетико-селекционной основе (отборе деревьев ели сибирской группы «Се-С» в типе лесорастительных условий Сг) можно дополнительно получить 30 м3 древесины с 1 га.

7. В искусственных насаждениях устойчивость деревьев к неблагоприятным условиям выше у деревьев сибирской группы (150 сибирской группы ели больше 150 промежуточной группы на 6 часов, а европейской группы на 8 часов).

8. Доля влияния принадлежности растений к определенной таксономической группе на их устойчивость в искусственных насаждениях колеблется от 25,6 до 40,1 %. ^

9. Гибриды, образованные елью сибирской и европейской, занимают промежуточное положение по показателям продуктивности и устойчивости, что указывает на полимерный характер наследования признаков. ^ _

Рекомендации

1. Результаты . наших исследований свидетельствуют о целесообразности внесения следующих изменений в «Наставления по рубкам ухода в равнинных лесах европейской части России (1996).

В пункте 3.4.5 (стр.50) и пункте 3.4.6 (стр.51) «Наставления по рубкам ухода в равнинных лесах европейской части России» (1996), нормирующих проведение рубок ухода в чистых еловых насаждениях с примесью лиственных или других пород до 2 единиц и елово-лиственных насаждениях с преобладанием ели (5-7 единиц ели и 3-5 единиц лиственных), в качестве примечания отметить, что в округе хвойно-широколиственных лесов (а именно в северной части Республики Татарстан, южной части Кировской области, Республике Удмуртия и Республике Марий Эл) перед проведением прочисток целесообразно использовать метод ранней диагностики роста и устойчивости ели. То есть оставлять растения с густоопушенными однолетними побегами.

2. Внести следующие изменения в «Лесосеменное районирование основных лесообразующих пород в СССР» (1982):

2.1. В графе «Предприятия*» (стр. 147) вместо перечисленных лесхозов северо-западной части Республики Татарстан включить следующие: Агрызский, Арский, Буинский, Елабужский, Зеленодольский, Ислейтарский, Кайбицкий, Камский, Кзыл-Юлдузский, Лаишевский, Лубянский,' Мамадышский, Приволжский, Пригородный, Сабинский и Тетюшский.

2.2. Согласно поправке 2.1 внести соответствующие корректировки в схему лесосеменного районирования ели (стр. 142);

2.3. В примечании 2 (стр. 169) исключить из перечня зоны оптимума произрастания ели обыкновенной Ветлужский (8) (кроме Горьковской области) лесосеменной район и Кировский (7а) лесосеменной подрайон;

2.4. В примечание 2 (стр. 169) включить в перечень зон оптимума произрастания ели сибирской Кировский (7а), Удмуртский (7в) лесосеменные подрайоны и Ветлужский (Республика Марий Эл и район Предкамья Республики Татарстан) лесосеменной район.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Кузнецов А.Н., Кузнецов H.H. К видовому,,составу ельников Лубянского лесхоз-техникума // Материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ, посвященной дню университета и 65-летию вуза: Тезисы докладов 27-31 мая 1997 года. - Йошкар-Ола, 1997. - С. 47-48.

2. Кузнецов А.Н., Кузнецов H.H. Видовой состав ельников Лубянского лесхоз-техникума Республики Татарстан // Современные проблемы учета и рационального использования лесных ресурсов: Тезисы докладов региональной научно-практической конференции 27 января 1998 года -Йошкар-Ола, 1998. - С. 112.

3. Кузнецов. А,Н,, Кузнецов H.H. Применение метода гибридных индексов в изучении индивидуальной изменчивости елей Лубянского лесхоз-техникума // Пути повышения эффективности лесного хозяйства и роль лесов в оздоровлении окружающей среды Республики Татарстан: Тезисы докладов научно-практической конференции 11-13 июля 1998 года - Казань - Лубяны, 1998.-С. 70-71.

' 4. Кузнецов А.Н. Изучение индивидуальной изменчивости елей методом гибридных индексов // Экология и леса Поволжья: Тезисы докладов 2- 4 октября 1998 года. - Йошкар-Ола, 1999. - С. 168-171.

5. Кузнецов А.Н. Исследование индивидуальной изменчивости елей по показателям прироста // Молодежь и охрана природы: Тезисы докладов республиканской научно-практической конференции 24-25 февраля 1999 года - Йошкар-Ола, 1999. - С. 55-57.

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Кузнецов, Андрей Николаевич

Введение.

1. Состояние вопроса.

1.1 Систематика и полиморфизм.

1.2 Рост и семеношение.

1.3 Устойчивость ели к неблагоприятным факторам.

1.4 Иммунитет.

2. Объекты, методика, и объем исследований.

2.1 Характеристика района исследований.

2.2 Методика, объекты и объем исследований.

3. Рост ели европейской, ели сибирской и их гибридов.

3.1 Рост естественных древостоев.

3.2 Рост искусственных насаждений.

4. Устойчивость ели европейской, ели сибирской и их гибридов.

5. Пути использования таксономического разнообразия ели в практике лесного хозяйства.

5.1 Проведение рубок ухода.

5.2 Лесосеменное районирование.

5 .3 Примерные границы района предпочтительного районирования ели сибирской.

Введение Диссертация по географии, на тему "Ранняя диагностика устойчивости и продуктивности ели сибирской и ели европейской в зоне интрогрессивной гибридизации"

Актуальность работы. Вопросы повышения продуктивности и устойчивости древостоев не являются новыми. Они привлекали и привлекают к себе внимание лесоводов с момента зарождения лесной науки до наших дней. Предложено большое количество решений этой проблемы при помощи агротехнических приемов, рубок ухода, внесения удобрений, подбора древесных пород и другие. Несколько десятилетий назад, вопрос повышения продуктивности и устойчивости древостоев стал рассматриваться с генетической точки зрения. Видовая структура и адаптивные способности двух видов ели (ели сибирской - Р. obovata Ledeb. и ели европейской -P.abies (L.) Karst.) и их естественных гибридов в районах их интрогрессивной гибридизации неодинаковы. Поэтому они представляют теоретический и прикладной интерес.

Цель и задачи исследования. Целью исследований являлось сравнительное изучение продуктивности и устойчивости ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в зоне интрогрессивной гибридизации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение биологических и экологических свойств таксонов ели в зоне интрогрессивной гибридизации;

2. Изучение закономерностей роста видов ели и их гибридов;

3. Оценка устойчивости видов и гибридов ели к неблагоприятным факторам среды;

4. Разработка рекомендаций по корректировке нормативов рубок ухода и лесосеменного районирования с целью повышения продуктивности и устойчивости еловых древостоев.

Научная новизна работы. Установлены таксономическая структура ельников, закономерности роста и устойчивости ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в Предкамском лесорастительном районе Республики Татарстан; экспериментально обоснован способ оценки таксономической структуры молодняков ели.

Практическое значение работы. Разработаны рекомендации по корректировке нормативов рубок ухода в молодняках на основе ранней диагностики роста и устойчивости видов и межвидовых гибридов, а также лесосеменного районирования таксонов ели.

Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечиваются воспроизводимостью научных результатов, доверительным сроком наблюдений и достаточным объемом экспериментального материала, математической обработкой данных с оценкой критериев достоверности.

Личный вклад. Автору принадлежит постановка задач исследования, разработка программы и методики работы, сбор, обработка и анализ экспериментальных данных, анализ литературы, формулирование основных выводов, разработка рекомендаций.

Положения, выдвигаемые для защиты.

1. Закономерности роста ели европейской, ели сибирской и их естественных гибридов в районе интрогрессивной гибридизации Предкамья Республики Татарстан;

2. Оценка устойчивости таксонов ели;

3. Рекомендации по корректировке нормативов рубок ухода в молодняках и лесосеменного районирования.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научной конференции профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов, сотрудников МарГТУ (Йошкар-Ола, 1997); научно-практической конференции «Пути повышения эффективности лесного хозяйства и роль лесов в оздоровлении окружающей среды Республики Татарстан» (Казань - Лубяны, 1998); республиканской научно-практической конференции «Молодежь и охрана природы» (Йошкар-Ола, 1999).

Объем и структура диссертации. Диссертация включает введение, 5 глав, выводы и список литературы. Диссертация изложена на 172 страницах машинописного текста, в том числе 32 таблицы, 8 рисунков, 8 приложений. Список литературы включает 265 названий, из них 10 на иностранных языках.