Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Селекционная оценка и репродукция видов рода сосна (PINUS) для лесоразведения в Нижнем Поволжье

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Селекционная оценка и репродукция видов рода сосна (PINUS) для лесоразведения в Нижнем Поволжье"

На правах рукописи №

КИРЕЕВА ОЛЬГА ВАЛЕРЬЕВНА

-к

СЕЛЕКЦИОННАЯ ОЦЕНКА И РЕПРОДУКЦИЯ ВИДОВ РОДА СОСНА (Я/ЛТО) ДЛЯ ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

06.03.03. -Агролесомелиорация, защитное лесоразведение и озеленение населённых пунктов, лесные пожары и борьба с ними 06. 03. 01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 7 ОКТ 2013

005534935

Волгоград-2013

005534935

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Россельхозакадемии

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук

Крючков Сергей Николаевич

Официальные оппоненты: Воронина Валентина Павловна

доктор сельскохозяйственных наук, ФГБОУ ВПО "Волгоградский государственный аграрный университет», профессор кафедры «Агроэкология и защита растений"

Ревяко Игорь Иванович

кандидат сельскохозяйственных наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Новочеркасская инженерно-мелиоративная академия" профессор кафедры "Лесные культуры и лесопарковое хозяйство"

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный аграрный университет" им. Н. И. Вавилова.

Защита состоится 6 ноября 2013 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета Д 006.007.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу: 400062, г. Волгоград, Университетский пр., 97, ГНУ ВНИАЛМИ Россельхозакадемии, vniami@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного научного учреждения Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации Россельхозакадемии.

Автореферат разослан 4 октября 2013 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

С. В. Колмукиди

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Создание биологически устойчивых защитных лесных насаждений 3JIH возможно только из адаптированных селек-ционно-улучшенных видов.

Научные основы подбора древесных пород в условиях сухой степи заложили Н. И. Сус (1916); А. В. Альбенский (1959); Г. Я. Маттис (2008) и др. Они отмечали, что сосны более засухоустойчивы, чем лиственные.

Перспективность сосны обыкновенной для лесомелиорации отмечали

A. Г. Гаель (1948); Н.С. Зюзь (1971); Н. Я. Бондаренко (1975); Н. Ф. Кулик (1959); А. С. Манаенков (2007).

Хороший рост и устойчивость на песчаных почвах сухостепной и полупустынной зон обеспечивают интродуцированные сосны: крымская, чёрная (австрийская), жёлтая и др. (Г. Я. Маттис, С. Н. Крючков, 2003; А. П. Иозус, 1981;

B. Н. Виноградов, 1980). Использование их в лесомелиоративных комплексах решает актуальную задачу защиты деградированных территорий.

Степень разработанности темы. При выращивании сосновых насаждений в сухой степи в последние годы используют экотипы и формы различного географического происхождения, а также интродуцированные виды (крьмская, жёлтая), которые недостаточно изучены в новых условиях и требуют исследований их адаптационной способности и разработки приёмов надёжной репродукции.

Цель н задачи исследований заключались в лесоводственной и биологической оценке видов, экотипов и форм, отборе лучших (плюсовых) деревьев, разработке технологии создания и эксплуатации лесосеменных плантаций (ЛСП) и ле-сосеменного районирования сосен для лесоразведения в засушливом Поволжье.

Достижение поставленной цели предполагало решение следующих задач:

изучение роста, состояния, адаптационных возможностей новых видов сосны, географической изменчивости 30 климатических экотипов для корректирования границ лесосеменного районирования сосны обыкновенной;

разработка научно-обоснованной системы семеноводства для производства селекционно-улучшенных семян в требуемых объёмах.

Научная новизна работы. Впервые в Нижнем Поволжье получены обобщённые данные роста, состояния репродукционной способности видов рода сосна в искусственных и естественных насаждениях для защитного лесоразведения в засушливых условиях. Установлены закономерности формирования урожая семян разных видов сосен под влиянием экологических и биологических факторов. Разработаны и внедрены новые технологические приемы создания и эксплуатации лесосеменных объектов, повышения их урожайности; определены направления элитного и сортового семеноводства сосны для защитного лесоразведения.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретической основой исследований является научное обоснование системы элитного семеноводства рода сосна (P1NUS), при контролируемых скрещиваниях генетически ценных биотипов, выделенных по комбинационной способности. Практическая значимость работы заключается в участии автора в создании семеноводческих комплексов и лесомелиоративных насаждений, внедрении новых видов и кли-

магических экотипов для защитного лесоразведения в Нижнем Поволжье; разработке и реализации практических рекомендаций по созданию постоянной ле-сосеменной базы и генетически устойчивых ЗЛН в засушливом Поволжье.

Методология и методы исследования основаны на использовании меж-популяционной и внутрипопуляционной изменчивости видов рода сосна. Методы учитывают генетические корреляции между ценными селективными признаками, взаимосвязи генотипа и фенотипа которые позволяют решать теоретические и практические вопросы интродукции, селекции и репродукции сосен.

Объектами исследований являются лесонасаждения сосны различного возраста, назначения, видового состава, участки ПЛСБ, географические культуры, дендрарии, питомники и плюсовые деревья.

Обоснованность и достоверность результатов обеспечивалась учётом уровней изменчивости признаков, повторностей опытов, выборки деревьев с использованием современных методов компьютерной обработки данных, биометрических, метеорологических и натурных наблюдений.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом исследований автора в качестве исполнителя НИР РАСХН 2004-2013 гг. Сбор, анализ экспериментальных материалов, закладка полевых опытов, лабораторно-аналити-ческие работы выполнены автором или при его непосредственном участии. Им сформулирована проблема, состашгены программа исследований, рекомендации для производственной проверки и внедрения разработок на всех этапах. Основные положения, выносимые на защиту:

адаптационные возможности видов, гибридов и климатических экотипов сосны при выращивании в сухой степи;

селекционная оценка видов, экотипов и гибридов сосны для семеноводства и лесоразведения в засушливых условиях;

технология создания и эксплуатации лесосеменных объектов сосны для защитного лесоразведения;

репродуктивное развитие и формирование урожая семян сосны на ЛСП разного генетического уровня;

лесосеменное районирование сосны для лесоразведения в Нижнем Поволжье. Степень достоверности и апробация работы. Материалы диссертационной работы представлялись и обсуждались на научных, научно-технических и научно-производственных конференциях различного уровня. На научно-практических конференциях: "Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России" (Воронеж - Сочи, 2007 г.), "Инновационные технологии в обучении и производстве" (Камышин, 2006 г.), «Перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия" (Волгоград, 2011 г.), "Актуальные вопросы сохранения биоразнообразия и ведения лесного хозяйства" (Щучинск, 2012 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4, рекомендованные ВАК Министерства образования и науки РФ. Объём опубликованных работ составляет 3,8 пл. В работах написанных в соавторстве, доля участия автора составляет 60%.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, предложений производству и списка использованной литературы (наименования, в том числе на иностранных языках). Общий объём работы 220 стр., в том числе 164 страницы основного текста, 43 таблиц, 16 рисунков, 5 приложений, представленных на 32 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ

В главе обобщены сведения о видовом и формовом разнообразии сосен, используемых в лесоразведении.

Современный ареал сосны обыкновенной обширный, что обусловлено её полиморфизмом и малой требовательностью к экологическим условиям. На территории России выделено много форм и географических рас сосны обыкновенной в т. ч. сосна меловая (Р. sylvestris L. subsp. sylvestris L. var cretaceaeka-liniez), произрастающая на меловых обнажениях на юге европейской части страны (Л. Ф. Правдин, 1960; А. И. Чернодубов, 2005).

Имеется много публикаций по различным направлениям её селекции (С. С. Пятницкий, 1977; П. И. Молотков, 1977; А. В. Альбенский, 1980; Ю. П. Ефимов, 2010; Г. Я. Матгис, С. Н. Крючков, 2003 и др.).

Успешными оказались исследования по географической изменчивости сосен (А. М. Шутяев, 2000; Е. Л. Проказин, 1973). Однако практическое использование видового и формового разнообразия сосны недостаточно. Мало исследований по селекционному семеноводству сосны для защитного лесоразведения.

Анализ литературных источников свидетельствует, что селекцию сосен в аридных условиях следует вести на устойчивость к комплексу неблагоприятных факторов с целью формирования генетически ценных насаждений многофункционального назначения.

2 ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

Район исследования географически представляет крайний ЮВ ЕТР и включает Заволжье и южную часть Правобережья Волгоградской области, охватывая степную, сухостепную и полупустынную зоны. Характеризуется комплексом неблагоприятных условий для сельского хозяйства: засоленностью и солонцеватостью почв, малым количеством осадков, частым повторением засушливых лет, низкими температурами зимой при неустойчивом снежном покрове, ветровой и водной эрозией и т. д. (А. Н. Сажин и др., 2010).

Естественная лесная растительность приурочена лишь к пониженным элементам рельефа. Более чем столетний опыт искусственного лесоразведения выявил перспективность выращивания сосновых насаждений на деградированных землях, положительные результаты и ошибки связанные с использованием нерайонированного семенного и посадочного материала.

3 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования выполнялись во Всероссийском научно-исследовательском институте агролесомелиорации, Нижневолжской станции по селекции древесных пород (г. Камышин). Объектами исследования являются лесонасаждения сосны разного видового состава, коллекционные фонды, лесо-семенные плантации (ЛСП) разного генетического уровня (таблица 1). Таблица 1 - Характеристика основных объектов исследования

Местоположение Наименование объекта Номер проб, площади Возраст, лет Площадь, га Число видов (в), клонов (к), семей (с), эшгипов (э), гибридов (г)

Камышинское, Ар-чединснэе, Михайловиче, Даниловское. Руднянсиэе Сгаровозрастаые культуры сосны обыкновенной, крымской, Банкса, жёлтой, чёрной 1-16 60-120 750,0 5 (в)

Тоже Плюсовые деревья сосны обыкновенной и крымской 90-120 90-120 - 220 (к) 76 (к)

Нижневсшжская станция по селекции древесных по род Дендрарий, коллекционные фонды 17-22 35-70 16,5 120 (с) 5 (в)

Географические культуры 23-26 17 35 3,8 14,0 26 (э) 30 (э)

Коллекция гибридов 27 54 4,2 16 (г)

Новоаннинский семеноводческий комплекс ЛСП сосны обыкновенной: Популяционные 28-31 25 22,0 5(э)

Клоновые 32-36 25 14,0 35 (к)

Семейственные: сосна обыкновенная 37-38 25 14,0 50 (с)

сосна крымская 39-40 18 4,5 17 (с)

сосна желтая 41-42 18 4,5 17 (с)

ОПХ ВНИАЛМИ. г. Волгоград Клоновая ЛСП сосны обыкнов. 43 35 3,6 36 (к)

Волгоградское лесничество Архив видов, клонов сосен 44 12 0,2 3(в) 36 (к)

Внутривидовое разнообразие сосен изучалось согласно методическим положениям В. Н. Сукачёва (1971); Л. Ф. Правдина (1974); С. С. Пятницкого (1971).

Отбор плюсовых деревьев проводили с учётом специфики условий аридной зоны и целей селекции по рекомендациям Г. П. Озолина, Г. Я. Маттиса (1975); Г. Я. Маттиса, С. Н. Крючкова (2003).

Эколого-физиологические, биохимические и морфологические исследования адаптации растений к неблагоприятным условиям среды основаны на изучении их засухо-, соле-, морозоустойчивости в вегетационных опытах; физиологии семян; водного обмена.

При диагностике засухоустойчивости сосен определяли: общую оводнён-ность хвои и побегов, интенсивность транспирации быстрым взвешиванием листьев по методике Л. А. Иванова и др.(1950), динамику потери воды изолированными листьями по Ничипоровичу (1926). Анатомо-морфологическое строение хвои и побегав изучали по общей ботанической методике М. Н. Иронина (1960) и указаниям С. С. Пятницкого (1961).

При вегетативном размножении использовались методы Б. С. Ермакова (1975); Е. П. Проказина (1961).

Создание объектов ПЛСБ проводилось согласно разработкам учёных ВНИАЛМИ Г. Я. Маттиса, С. Н. Крючкова (2003), изучение географической изменчивости сосны по методике НИИЛГиС А. М. Шутяева (2001).

Влияние генетических и экологических факторов на рост и урожайность клонов и семей, коэффициент наследуемости, показатель эффективности отбора оценивали методами С. А. Петрова (1973); Дж. Райта (1978); Ю. П. Ефимова (1997). При расчёте селекционного и экономического эффекта руководствовались разработками Ю. П. Ефимова (1981), Ю. Е. Булыгина (1985) и И. Ф. Животягина (1988).

4 БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВИДОВОГО И ФОРМОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОСЕН В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

4.1 Особенности роста и состояния видов сосны в Нижнем Поволжье

Сосна формирует сомкнутые насаждения на бедных почвогрунтах сухо-стенной зоны при норме осадков 320-400 мм, доживая до столетнего возраста. В Камышинском боре на среднепогребённых каштановых почвах (кв. 13, выд. 4) сосна обыкновенная в 110-летнем возрасте имела среднюю высоту 16,0 м, диаметр 26,0 см, полноту 0,4. Сосна крымская в тех же условиях соответственно 16,0 м и 32,0 см, сосновый массив сформировал насаждения III-IV бонитета с запасом 130-150 м /га. Причинами очагового усыхания сосны являются возросшая антропогенная нагрузка и засухи 1972, 1975, 1991, 1992, 2010 гг.

В Арчединских борах к 100-120-летнему возрасту сформировались древостой сосны с первого до четвёртого бонитета.

В полнотных насаждениях I-II бонитетов в условиях свежего бора в уро-чише Грядина сформировались древостой с запасом до 300 м3/га. Насаждения имеют годичный прирост по диаметру и высоте соответственно 0,35-0,40 см; 0,30-0,35 м Наиболее распространены древостой III бонитета в условиях сухого бора, в которых к 105 годам при запасе 250 м3 отмечалось до 30% усыхающих деревьев. В условиях сухого и очень сухого бора формируются древостой IV бонитета, при запасе 150 м3/га при 40%-ном усыхании древостоев.

В смешанных 110-летних культурах Камышинского бора (кв. 13) на среднепогребённых каштановых почвах у сосны обыкновенной наибольший прирост по высоте наблюдается в 10 лет, который до 50 лет постепенно снижается, а к 60 годам практически заканчивается.

У сосны крымской кульминация роста отмечается к 18 годам, до 50 лет

прирост стабилен, а с 65 лет снижается. Сосна Банкса, отличаясь слабым рос том, к 50 годам практически грекращаст прирост (рисунок I).

Рисунок 1 - Динамика нриропа ио высоте разных видов сосен на 1101 реб^иноЙ

каш шпоной почве

В смешанных 70-летнях культурах сосны обыкновенной, крымской и жёлтой до 20 лет наиболее энергичным ростом отличалась сосна обыкновенная. В возрасте 30-40 лет лучше росли сосны крымская и желтая, а в 70 лет приросты и таксационные показатели у всех видов сравнялись при лучшем состоянии сосен крымской и желтой заключающемся в их интенсивном охвоении.

11а бедных эродированных легкосушиыистых почвах (кв. 28) у всех видов сосен снижение приростов в высоту отмечается уже с 10 лет.

В лучших условиях (кв. 13) фитомасса I дерева сосны обыкновенной к 80 1 одам (162 кг) значительно ниже, чем у сосны крымской (304 кг), в составе которой преобладали хвоя и сучья.

У сосны жёлюй в возрасте 40 лет фитомасса 1 дерева (86 кг) вдвое выше, чем у сосны обыкновенной (рисунок 2).

• - хво», О - С) чи. О - стволы

Рисунок 2 - Распределение фшомассы наземной часі и сосны обыкновенной (я), 40 леї ; ж&ітой (б) 40 лет: обыкновенной (а). 80 лет: крымской (г), 80 лет

Способность сосен ж&пой и крымской формировать мощную крону с развитым ассимиляционным аппаратом служит показателем их хорошей адаптации к засушливым условиям.

4.2 Лдаїпяиионнам способность вилов сосны в засушливых условиях

Все виды сосен в услэвиях г. Камышина проявили успешную адашацию к низким температурам. "Голыю у сосны крымской после экстремально холодной чи-мы 2006-2007 и: (-37° С) отмечено частичное подмерзание почек, что существенно снизило плодоношение, но не сказалось на общем ее состоянии (рисунок 3).

I ---————-----

У

1 2

1 О 5

Рисунок 1 - Мсроіосюйкость разных вилов соссн. балл

Лдаїпанионная способность сосен в Нижнем Поволжье связана с их засухоустойчивостью.

*)ксіремальную засух)' 2010 г. все виды сосен перенесли удовлет вориіельно.

Надёжным показателем засухоустойчивости сосен является функция ассимиляционного аппарата.

В условиях Камышина хиоя на деревьях сосны обыкноьенной сохраняется до 4 лет, а у сосен крымской и жЕлгой до 6. У сосны жёл гой масса хвои на дереве в два раза превышает »тої показатель сосны крымской и в 5 раз обыкновенной (рисунок 4). У сосны обыкновенной деля участия одначегней хвои в обшей фнтомассе почти в дна раза больше, чем у длилнохвойных сосен, чго связано с более коротким циклом её обновления. Количссіно хвои разною возраста зависит от климатических усломий гада Например, масса 3-летней хвои, сформировавшейся во влажном 2004 г. у всех видов сосен почти в два раза больше, чем хвои засушливого 2005 г.

Возраст хвои: ■■ 1 год в 2 года О 3 года О 1 гола С3 5 лет О 6 лет

Ступок 4 - Соотношение массы хвои различного возраста у вилов соссн в 40 лет (а - обыкновенной, б - крымской, в - желтой). Уф

Лучшей водоудерживающей способностью хвои отличались сосны жблтая и крымская, что объясняет их достаточную устойчивость к обезвоживанию в засушливые периоды (рисунок 5).

Специфика водною режима сосен связана с анатомическим строением хвои (С. Н. Крючков, А. П. Иозус. 1978). Покровные ткани у сосны крымской и жёлтой развиты лучше, чем у обыкновенной и Банкса.

200(5 2007 200«

Сос»»і в объвсь.-Игтоая и желтат а черная в крымская а

Год

V сосны обыкновенной при достаточно хорошем развитии ассимиляционных и проводяшич тканей очень слабые покровные ткани, что объясняет низкую водоудерживаюшую способность и повышенную интенсивность транши-рации но сравнению с длиш охвойными соснами.

> сосна (Х>ымювап1ая

• ЮСНЗ КрЫМСКЛЯ

сосна желтая

Рисунок 5 - Волоулержьваюшан способное!ь хвои ражых ви;н>в сосны в 40-лешем во>расге (а - в 01гтимальных условиях. 2044 г.; б - в засушливых условиях, 2005 г.)

4.3 Особенности ренродую нвною рашишя видов сосен

В условиях г. Камышина ежегодное цветение у сосен начиналось » конце первой и во второй декадах мая; различия сроков прохождения пой фазы между видами сосен составляли не более 3 дней. Продолжительность интенсивною цветения сосен в зависимости от погодных условий составляет от 5 до 10 дней, коюрая связана с суммой активных температур (таблица 2).

Результаты позволяю! нренпозировать даты цветения сосен но суммам био-лолшески активных температур, которые к началу цветения оосшлжян 380-415°С.

В условиях г. Камышита сосны вступаю 1 в фазу плодоношения с 5-8 лет, ншенсивное плодоношение шаступает к 20-25 юлам, т. е. раньше чем в условиях их ареала В пой связи в сухой степи необходимо корректировать сроки жеплуа-таиии лесосеменных объектов.

Средняя урожайность семян у разных видов сосен в спелых насаждениях ежегодно составляла 2-3 балла по шкале Каппсра, что свидетельствует о вошож-иой перспекжве получения семян в достаточном количестве (рисунок 6).

Таблица 2 - Сроки цветения разных видов сосен в дендрарии г; Камышина

Виды сосен Начало Конец

2006 г. 2007 г. 2008 г. 2006 г. 2007 г 2008г.

Сосна: обыкновенная 17/У 385.4* 9/У 282 16/У 347 22/У 468,5 19/У 485.7 23ГУ 433.1

крымская 18/У 402,8 15/У 408,2 21/У 410,5 24/У 494.1 23/У 567,3 29/У 516,1

жёлтая 14/У 332,7 16/У 424,6 27/У 481 20/У 437 25/У 604,8 3/УІ 567,9

чёрная ЖУ 402,8 15/У 408,2 21/У 410,5 24/У 494,1 24/У 587,8 29/У 516,1

Банкса 15/У 346,9 9/У 282 17/У 371,2 20/У 437,0 18/У 464,3 23/У 433,1

* В знаменателе сумма биологически активных температур.

0----------

5-- 1. -

— и | «Г. ІІ

р

*— "1— Г 1 щ. - <> >' — (с.Т ил 3 -

------,--Ч* ■ ■ -1->_ ' ІмГ.,...І ■ -,--■ ....... ■ -,---I , I-1—

Сот.юбыкиоп. Сої-Ш крымская Оостіа Аелтзя Сосна чертя Ооснл Банкса

□ 2006 г. И 2007 г. □ 2008 г. Рисунок 6 - Урожайность семян видов сосиы по шкале В, Г. Капера

Наиболее крупные шишки и семена формируются у сосны жёлтой, несколько мельче они у сосны крымской и чёрной; самые мелкие у сосны обыкновенной и Банкса. Крупные семена длиннохвойных сосен обеспечивают в них большой запас питательных веществ и воды позволяющий прорастать в условиях засухи (таблица 3).

Таблица 3 - Характеристика шишек и семян разных видов сосен

Вид сосны Масса, г Размеры семян, мм Лабораторная всхожесть, %

ШИШКИ семян в шишке 1000 шт. длина ширина

Обыкновенная 4,1 0,07 5,12 3,9 1,7 81,3

Крымская 13,3 0.19 16,72 5.7 2,9 89,1

Жёлтая 10,3 0,39 23,96 62 4.3 80.0

Чёрная 13,5 0,21 11.40 6,0 3,0 71,0

Банкса 3,8 0,06 4,15 3,8 1,7 68.9

5. ЭКОЫОГО-ГЕОГ РАФИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОС НЫ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

Результаты исследования внутривидовой изменчивости сосны обыкновенной в ^»графических культурах используют при перемещении семян для лесо-культурных целей. В большинстве экспериментов местные климнгипы сосны обыкновенной расту! лучше инорайонных. Однако бывают исключения (А. М. Шугяев, 2000: А. И. Чернодубов, 2007; Г. Я Маттис, С. Н. Крючков, 2003 и др.).

В географических культурах сосны, созданные в Камышинском лесхозе на площади 17,4 1-а из 33 климатических экотипов, лучшая сохранность от первоначально сохранившихся растений отмечена у большинства представителей стенной зоны (Саратовский, Куйбышевский, Оренбургский) и ВосточноЕвропейской части лесостепной зоны (Прикарпатский).

К 25-летнему возрасту стабильным приростом отличаются представители степной зоны, у сосен из лесостепной зоны показатели остаются достаточно высокими (рисунок 7)

К-Иыатппм слом СЗ высота, м —Сохраность. %

Рисунок 7 - Перспективные климатииы сосны в 25-.it-чип 1еотрафнчсскнх культура» Камышинскот лесничества:

I - Приморский. 2 - Воронежский. 3 - К&чышинекий. 4 - Саратовский меловой. 5 - Куйбышевский, 6 Ульяновский, 7 ■ Ореибурикий клнматнпы; 8 - среднее но 33 климагипам

Как правило, потомства, характеризующиеся лучшим ростом и состоянием, имели стабильное плодоношение (Прикарнатскии, Саратовский, Куйбышевский, Воронежский. Оренбургский климатипы).

К 25-летнему возрасту лучшие таксационные показатели имели экитипы лесостепной юны Украины (Прикарпатский), лесостепной и степной зоны Европейской части России; наименьшие - сосны Закавказской лесной юны и Забайкалья.

По результатам комплексной оценки лучшие показатели имели представители 11рикарнатского, Саратовского, Воронежского. Ульяновского, Оренбургского происхождений. Высокой сохранностью при средних показателях роста

отличались интродуцированные сосны крымская и жёлтая.

Следовательно, при недостатке местных семян для лесоразведения в сухой степи ЕТР целесообразно использование семян из Саратовской, Воронежской, Куйбышевской, Оренбургской, Пензенской, Ульяновской и Ростовской областей и лесостепной зоны Украины. Для лесоразведения в экологически трудных условиях семена сосны целесообразно собирать в близких для лесовыра-щивания условиях местопроизрастания.

Научно обоснованно для сбора семян использование старовозрастных адаптированных местных культур сосны, выделенных по признакам высокой жизнеспособности, интенсивному росту (Камышинский, Арчединский, Михайловский и другие искусственные боры).

6 ОРГАНИЗАЦИЯ СЕЛЕКЦИОННОГО СЕМЕНОВОДСТВА СОСНЫ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

6,1 Отбор и оценка маточных (плюсовых) деревьев для создания постоянной лесосеменной базы (НЛСБ)

Семеноводство сосны развивается в двух напра&тениях: популяционное и клоновое. Популяционное - предусматривает отбор и воспроизводство лучших природных популяций и высокоадаптированных искусственных насаждений. При клоновом семеноводстве ведется отбор плюсовых деревьев, с последующей вегетативной репродукцией.

Для плантационного семеноводства сосны первоначально использовали 126 кандидатов в плюсовые деревья, выделенные в лучших старовозрастных культурах Нижнего Поволжья: в Камышинском боре (23), Арчединском (24), Даниловском (20), Михайловском (24), Руднянском (17) и Волгоградском лесхозах (18) (Г. Я. Маттис, С. Н. Крючков, 2003).

По результатам комплексной оценки: засухо-, соле-, морозоустойчивости, плодоношению и росту выделено 28 лучших потомств

Испытания семенных и вегетативных потомств маточных деревьев на ле-сосеменных объектах выявили более раннее плодоношение привитых растений. Урожай семян сосны на ЛСП в целом определяет небольшое количество хорошо плодоносящих деревьев (8-13%). Поэтому для массового производства се-лекционно-улучшенных семян необходимо использовать клоны с повышенной репродуктивной способностью.

Выход семян из шишек в потомствах варьировался в пределах от 0,8% (К-65) до 3,6% (Р-24).

Установлены положительные связи массы 1000 семян с энергией роста потомства (гх/у = 0,32), между массой и полнозернистостью (гх/у = 0,42).

Одним из показателей адаптации биотипов сосны является коэффициент наследуемости роста в семенных потомствах, который составил: в потомствах Камышинской популяции 0,40; Руднянской 0,22; Арчединской 0,18; Даниловской 0,17; Волгоградской 0,29

Репродуктивная способность родителей более выражена на кленовых плантациях, чем на семейственных (таблица 4).

Таблица 4 - Характеристика потомств в 25-летней ЛСП сосны разного генетического уровня

Способ создания ЛСП | Н, м | С, см | Урожайность, кг/га | Категория семян

Популяцпонные

Саратовская меловая 10,8 20.5 2,3 Нормальные

Камышинская 10,5 22.0 3,0

Арчединская 10,2 21,4 3,5

Семейственная 10.9 20,3 4,1 Селекционно улучшенные

Клоповая I порядка 11,2 20,8 5,0

Клоповая II порядка 11,6 _ 214 5,8 Элитные

ПЛСУ сосна крымская 10.5 23,3 8.0 Нормальные

ПЛСУ сосна желтая 10,7 24.0 10,0

НСР95 0,8 1,9 2,2

Таксационные характеристики потомств на ЛСП разного генетического уровня не выявили между ними существенных различий. Вегетативное потомство слабо реализует наследственный потенциал интенсивного роста.

Распределение потомств по росту семей, клонов и плодоношению показало, что наибольший селекционный эффект достигается при отборе по урожайности у вегетативных потомств (124%). Отбор но росту у клонов обеспечивает эффект не более ПО %. В семейственных ЛСП все хозяйственно-ценные признаки потомства наследуют слабо (103-109 %) (таблица 5). Таблица 5 - Эффективность разных методов селекции сосны

Объекты ПЛСБ Эффективность отбора, %

II, м Б, см урожайность семян засухо-морозо-устойчивосгь санитарное состояние

Плюсовые деревья 115 156 136 120 120

Клоновые ЛСП 108 110 124 114 111

Семейственные ЛСП 103 109 104 103 105

Популяционные ЛСП 95 102 100 100 100

В клоновых, популяционных и семейственных плантациях, созданных из одних и тех же потомств, к 25 годам различий по росту между клонами и семьями не обнаружено. На клоновой ЛСП интенсивность плодоношения варьируется от 1,4 балла до 4,5. На семейственной плантации показатели урожайности были ниже - от 0,8 до 4,4 балла. В обоих типах ЛСП выделены 8 потомств с высокой массой семян и 10 потомств с ежегодным стабильным плодоношением.

Исследование 28 клонов и семей сосны на ЛСП разного генетического уровня Новоаннинского селекционно-семеноводческого комплекса ССК позволили определить стратегию создания ПЛСБ сосны в засушливом Поволжье и выделить перспективные клоны для сортовыведения.

ГЛАВА 7 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЁМЫ СОЗДАНИЯ ЛЕСОСЕМЕННЫХ ОБЪЕКТОВ СОСНЫ В АРИДНОМ РЕГИОНЕ

7.1 Обоснование технологии создания лссоссмеиных объектов сосны в Нижнем Поволжье

Селекционный эффект плантационного семеноводства сосны зависит от корректности контроля. Обычно, контроль используется без учёта мочаичносги лесорастительных условий материнских насаждений. Мы использовали средние параметры 10 растений, окружающих выделенное дерево в качестве контроля для получения объективною селекционного эффекта.

Занесение деревьев в катетрию плюсовых вели по результатам параллельного испытания семенных и вегетативных потомств в течение 20-25 лет — период равный 1/2 возраста замены насаждений.

Клоновыс ЛСП создавали посадкой привитых саженцев. Семейственные -посадкой сеянцев (паюмств плюсовых деревьев).

Оптимальная густша деревьев сосны на ЛСП для чернозёмной степи (Новоаннинский ССК) 10 х S м с последующим разреживанием к 25-30 годам до 10 х 10 м; в сухой civiih и полупустыне (Волгоград, Элиста) - 10 х 5 м на весь период эксплуатации.

Наиболее эффективным способом прививки сосны является метод впри-клад сердцевиной на камбий, разработанный Ь П. Прокатным (1961). Черенки декабрьской и январской заготовки показали самую низкую приживаемость, наиболее высокую - мартовской и апрельской (рисунок 8).

Срок заготовки черенков ■Яямрь-февраль □ Март - апрель

Рисунок 8 - Приживаемость прививок сосны при разных сроках прививки и ппоювкн черенков, %. (.Ч-летиия ЛСП)

І

Прививки неодре весневшими зелёными черенками, заготовленными с начала мая до начала июня, также были эффективными (68-79 %).

Посадка привитых 3-летних (2+1) саженцев и прививки 3-4-летних подвоев на постоянном месте обеспечивали их сохранность до 70%. Лучшие результаты получены посадкой 2-легких привитых саженцев с закрытой корневой системой в питомнике (80%). более низкая сохранность на постоянном месте (69%), 'по объясняем несовместимостью мощных осевых побегов подноя с тонкими привоями ог старых маIочных деревьев (таблица 6).

Таблица 6 - Результаты со мании кленовой ЛСП сосиы в Новоаининском ССК наи.юшалн 10 ■ а

Год Технология создания Площадь, га Кол-во прививок. шт. Приживаемость, % Сохранность. %

1982 Прививка на 2-лешне сеянцы с закрытой корневой системой 4.5 900 84 80 І

1983 Прививка ги 3-летние культуры 3.0 600 72 69 1

1984 І Ірквишса на 4-лсшие культуры 2.5 500 69 60

Итого 10.0 2000 75 ™ .1

Для повышения урожая семян сосны на ЛСП вносили удобрения. Повышенные дозы азотных и смешанных коміілєксньіх удобрений увеличивали содержание азота в хвое сосны обыкновенной на второй год после внесения.

В 12-летней ЛСП сосны выход семян из шишек увеличивался на 15-18% в варианте внесения азотного и полного (МізеРізоК.чі) удобрения. Под влиянием азота хвоя обогашасгся хлорофнллами, каротинондами и ксантофиллами. При совместном использовании азота и фосфора сумма зелёных пигментов повысилась на 24%. Длина хвои увеличилась на 12-36%. а масса пары хвоинок на 38100% (таблица 7).

Таблица 7 - Влияние минеральных удобрений на асснчнлнпиониын аппарат н урожай семян сосны (архив ОІ1Х ВНИАЛМИ)

Вариант опыта Кит-во ши МСІГГОВ, мгЛ сыро* о веса Дійна хаои. СМ Масса нары хвоинок, мг Урожай семян, кгга 1

сумма хлорофиглов кара пи юты

И,» 2.67/120 0.66.Т05 10,0 276 4.2

N1» 2.50/112 0.67/106 10.8 346 3.9

ї^ілРус 2.78/124 0.63/100 10.2 249 3.8

2.40/108 0.65/103 и.о 350

Контроль 2.23/100 0.63/100 1— 8-4 166 3.5

1 НСРв, 029 0.08 1.9 1 84 0.3

Для индукции іенеративньїх процессов применяли регуляторы роста (таблица 8).

Для стимулирования плодоношения сосиы применяли метод обезвершинива-ния с целью уменьшения ПЫС01Ы семенных деревьев для удобства сбора шишек.

В условиях г. Волгограда удаление 3 мутовок 15-летних деревьев способствует формированию основного урожая шишек в нижней части кроны (до 5 м).

'Іаблима 8 - Формирование урожаи шиш»к при ра шой высоте обрезки кроны у деревьев сосны їй ЛСП

1- - - — Удалено мутовок, игт. 15 лет 20 лет

Высота, м Кол-во шиыек. шг/дереяо Высота, м Кол-во шишек на высоте до 5 м

7.0 144 8.0 154

Г 2 5.6 126 6.5 168

і з 5-0 104 5.8 177

Контроль (без удалена) 185 <>.о 117

Урожайность на нижних мутовках обезвершинияных [астений возрастает на 30%. Следовательно, для стимулирования плодоношения ЛСП сосны целесообразно проводить обрезку 2-3 мутовок с 12-15-летжго возраста до высоты 5-6 м.

Создание ЛСП только из высокоурожайных ногомств позволяет увеличить семенную продуктивность к 25-летнему возрасту в несколько раз (рисунок 9).

а Фактический урожай □ Потаир іачьньш урожай

Рисунок 9 - Репродуктивная разиокачесгвениость сосен в 15-лстней ЛСП

К сожалению, таких потомств не боле« 10% от общего количества плюсовых деревьев, которые не обеспечат необло;шмоГі і енстическон разнокачественное™.

В клоповых и семейственных ЛС11 сосны не выявлены закономерности между интенсивностью плодоношения и ростом потомств, однако отмечается шкономерная стабилизация урожайности семян с увеличением возрасіа. На клоновых ЛСП изменчивость урожайности между клонами ниже обшей е€ изменчивости на плантациях; ннугриклоноіьіе ноэффицнетгты вариации значительно ниже, чем внуфисемейственные.

Исследования урожайности клоповых и семейственных ЛС1І сосны при разной іустоге посадки утверждают целесообразность их первоначальною размещения 5 х 10 м (рисунок 10).

9т-

15

BotpaiT. лет Густота рагзмсмаяо! ■ 5 х 5

□ 5x10

Рисунок 10 - Урожайность клонобых ЛСП сосны обыкновенной при разной густоте размещения (Волгоградское, Новоаннинское лесничества)

К 20-летнему возрасту суммарный урожай с единицы площади при густой посадке (400 шт./га) сравнивается с вариантом 200 шт./|*. При пером варианте основной урожай формируется в верхнем ярусе, что создает трудности для заготовки шишек. Поэтому для сосны целесообразна первоначальная густота 200 шт./га (5 х 10 м), а с 25-летнего возраста рекомендуем 50%-ное изреживаннс в рядах до 100 шт./га (10 х 10) м для формирования широкохронных долговечных маточников и обеспечения механизированного сбора урожая.

Глава 8 ЭКОЛОГО- ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕЛЕКЦИОННОГО СЕМЕНОВОДСТВА СОСНЫ ДЛЯ ЗАЩИТНОГО ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ

Эффективность создания ПЛСБ сосны выражаднея в повышении долговечности н качественно/о состава будущих зашитых насаждений, выращенных на селекционной основе. Установлено, что в условиях сухой степи применение методов селекционного семеноводства для »продуцированных видов сосны проявляется в повышении долговечнос1И ЗЛН (с 30 до 40-55 лет) и защитой высот ы с 1011 до 12- М м (Матгис Г. Я., 1983; Мягтис Г. Я., Крючков С. П. 2003).

11овышение устойчивости и долговечности насаждений в степи и полупустыне скажется и на увеличении мелиоративного эффекта, который выразится в прибавке сельскохозяйственной продукции (Павловский Ь. С., 2001).

Эффективность плантационного семеноводства при массовом производстве семенного материала выражается в прибыли от реализации дорогих сортовых семян при использовании рекордно урожайных отселектированных клонов. Такие плантации окупаются на 4-5 год с начала их эксплуатации (Г. Я. Маттис, С. Н. Крючков, 2003).

С экономической точки зрения целесообразна организация специализированных семеноводческих комплексов в каждом агролесомелиоративном районе Нижневолжского региона.

Комплексная эколого-экономическая оценка селекционно-генетического улучшения сосны в лесомелиоративных и озеленительных насаждениях подтверждает универсальность этих приёмов (таблица 9). Таблица 9 - Эффективность селекции и семеноводства сосны

Направление селекции Объекты применения Эффективность

Интродукция новых видов (сосна жёлтая, крымская, чёрная и др.) Создание лесомелиоративных и озеленительных комплексов Повышение продуктивности, устойчивости, мелиоративный эффект, декоративные качества

Селекционное семеноводство Создание постоянной лесосе-менной базы для производства селекционно-улучшенных и элитных семян Повышение долговечности насаждений в 1,5-2 раза, производство элитных семян

Эюлого- географическая изменчивость Лесосемешюе районирование, переброска семян в другие районы Расширение генетического разнообразия хвойных лесов. Реализация районированных семян.

Межвидовая и внутривидовая гибридизация Создание маточпо-гибридных плантаций, производство гибридных и сортовых семян. Получение коммерческих сортов, реализация сортовых семян

В целях постепенною перевода семеноводства сосны на сортовую основу следует дать научное обоснование эффективности популяционной и клоповой селекции в процессе экспериментальных исследований генофонда на объектах ПЛСБ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании выполненных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Устойчивость искусственных лесонасаждений сосны в Нижнем Поволжье зависит от выбора материнских популяций, адаптивной изменчивости, определяющей ее сохранность в новых условиях выращивания. В селекционно-семеноводческой работе используются результаты естественного отбора и интродукции новых видов и гибридных форм.

2. На бедных эродированных почвах сухостеиной зоны сосцы крымская, жёлтая, чёрная - австрийская не уступают сосне обыкновенной но росту и долговечности. Интенсивный рост сосны обыкновенной приурочен к 10 годам, оставаясь стабильным до 40 лет, а к 50 годам прекращается. У сосен крымской и жёлтой кульминации приростов сдвигаются к 15-20 годам, снижение - к 50-55 годам, которые стабильны даже после засушливых лет.

3. Плодоношение разных видов сосеи в сухой степи наступает раньше, чем в местах их природного обитания, а жизнеспособность связана с продуктивностью ассимиляционного аппарата. У сосны жёлтой в 40-летнем возрасте

хвои на дереве в 2 раза больше, чем у крымской и в 5 раз, чем у обыкновенной; у длиннохвойных сосен хвоя сохраняется до 5-6 лет, у обыкновенной - до 3-4.

Засухоустойчивость интродуцированных сосен связана с более мощным, чем у сосны обыкновенной развитием покровных тканей и проводящих пучков. Несмотря на короткий цикл обновления хвоя "сосны обыкновенной имеет пониженную обводненность тканей и повышенную водоотдачу по сравнению с крымской и жёлтой соснами.

4. Результаты исследований географических культур сосны обыкновенной в Нижнем Поволжье обосновывают использование семян из Воронежской, Куйбышевской, Оренбургской, Пензенской, Ульяновской и Ростовской областей, Прикарпатья и лесостепной зоны Украины. Для лесоразведения в экологически трудных условиях семена целесообразно собирать в насаждениях близких для таких условий местопроизрастания. В связи с отсутствием в регионе естественных лесов допускается сбор семян в старовозрастных адаптированных местных культурах сосны.

5. Семеноводство сосен основано на отборе местных адаптированных популяций и плюсовых деревьев, обладающих устойчивостью к неблагоприятным факторам, интенсивным плодоношением и создании ЛСП из отселекгирован-ных потомств. Для защитного лесоразведения и озеленения в сухой степи перспективны сосна меловая, сосны крымская и жёлтая, семеноводство которых ведётся на основе популяционной и плюсовой селекции.

6. При создании клоновых ЛСП сосен наиболее эффективна прививка черенком, в приклад сердцевиной на камбий (по Е. П. Проказину) на двух - трёхлетний подвой. Лучшее время прививки одревесневшими черенками в период интенсивного сокодвижения весной и зелёными черенками в конце лета.

7. Для повышения урожайности ЛСП используются высокоурожайные клоны, минеральные удобрения, обработки регуляторами роста, обеспечивается оптимальная густота растений с первоначальным размещением 10 х 5 м с последующим изреживанием к 25-30 годам до 10 х 10 м.

8. Внедрение хозяйственно-ценных видов и гибридов сосны обогащает ассортимент, увеличивает сроки мелиоративного воздействия на деградирование территории, урожай сельхозкультур. Создание ПЛСБ отселектированных видов и клонов сосны обеспечивает экономический эффект, который выражается в формировании высоких урожаев семян с высокими наследственными свойствами. Затраты на производство селекционно-улучшенных семян окупаются на 4-5 год с начала эксплуатации. Учитывая селекционную ценность семян, эффективность отбора значительно возрастает.

Результаты экспериментальных исследований и внедрения научных разработок позволяют представить предложения производству:

1. Отбор маточных (плюсовых) деревьев видов сосны проводится в старовозрастных искусственных насаждениях адаптированных в засушливом регионе, а также в естественных популяциях сосны обыкновенной на южной гра-

шще ареала (преимущественно мелового экотипа).

2. Выделенные биотипы проходят генетическую оценку по комплексу хозяйственно-ценных признаков. Лучшие потомства используют для создания ГШСБ.

3. Клоновые ЛСП создаются посадкой привитых саженцев с закрытой корневой системой или прививкой черенков от плюсовых деревьев на постоянном месте. ЛСП 2-го порядка создают из вегетативных потомств прошедших генетическую оценку для получения элитного или сортового семенного материала.

4. ЛСП сосны закладываются согласно проектов с учётом пространственной изоляции между одноимёнными потомствами по принципу регулярно повторяющегося смешения клонов и семей; лесоводственные уходы должны обеспечивать хорошую освещённость и развитие крон путём поэтапного изре-живания с удалением слабоплодоносящих, малоценных потомств.

5. Для массового производства селекционно-улучшенных семян сосны для защитного лесоразведения целесообразно создание специализированных семеноводческих комплексов в каждом агролесомелиоративном районе засушливого региона ЕТР.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ Статьи в научных рецензируемых журналах по перечню ВАК

1. Киреева, О.В. Перспективы развития селекционного семеноводства сосны в лесоводстве и лесомелиорации / О. В. Киреева // М. - Научное обозрение. - 2012- N"n 4.-C.33-38.

2. Крючков, С. Н. Теоретические основы формирования биологически устойчивых лесомелиоративных комплексов в аридном регионе / С. Н. Крючков, О. В. Киреева, А. С. Стольнов // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса. - 2012. - № 3. - С. 86-89.

3. Киреева, О. В. Эколого - географическая изменчивость сосны обыкновенной в культурах Нижнего Поволжья / О. В. Киреева // М. - Научное обозрение. - 2012. -№ 5. - С. 261-267.

4. Киреева, О. В. Селекционная оценка и репродукция видов рода сосна (Pinns) для лесоразведения в Нижнем Поволжье / О. В. Киреева // М. - Научное обозрение. -2013.-№ 8.-С. 7-12.

Статьи в других научных изданиях

5. Крючков, С.Н. Селекционные основы создания биологически устойчивых защитных лесных насаждений в аридном регионе / С. Н. Крючков, О. В. Хуртина, A.C. Стольнов // Теория и практика агролесомелиорации. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2005.-С. 105-107.

6. Крючков, С. Н. Пути повышения генетического потенциала и долговечности лесомелиоративных комплексов в степных агроландшафтах/ СЛ. Крючков, О. В. Хуртина. A.C. Стольнов // Экология и экономика: материалы круглого стола, г. Волгоград. 30 марта 2005 г. - Волгоград: ВолГУ, 2005. - С. 98-102.

7. Крючков, С. Н. Селекционные основы создания долговечных лесомелиоративных комплексов в аридном регионе / С. Н. Крючков, О. В. Хуртина //Прогрессивные технологии в обучении и производстве: сб. науч. тр. - Камышин, 2006 г. - С. 32-35.

8. Стольнов, А. С. Перспективы лесоразведения сосны в экстремальных условиях Нижнего Поволжья / С. Н. Крючков, О, В. Хуртина // Восстановление эколого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение, рациональное природопользование в Центральной лесостепи и Юге России: сб. науч.-исслед. работ. - Воронеж-Сочи, 2007.-С. 189-192

9. Крючков, С. Н. Принципы формирования биологически устойчивых лесомелиоративных комплексов в засушливых условиях / О. В. Крючков, О. В. Киреева, А. С. Стольнов // Защитное лесоразведение в Российской Федерации: сб. науч. тр. -Волгоград: ВНИАЛМИ, 2011. - С. 281 - 283.

10. Киреева, О. В. Эффективность селекции сосны при лесомелиоративном обустройстве степных ландшафтов / О. В. Киреева // ВНИАЛМИ. - Волгоград, 2011. - С. 325-326.

11. Научно-методические указания по формированию генетически устойчивых защитных лесных экосистем в агроландшафтах засушливого пояса РФ / К. Н. Кулик, С. Н. Крючков, Г. П. Архангельская, О. И. Жукова, А. К. Зелеияк, А. С. Стольнов, О. В. Киреева, А. П. Иозус. - Волгоград: ВНИАЛМИ, 2012.-43 с.

12. Руководство по интенсивной технологии выращивания посадочного мате-

риала деревьев и кустарников для лесомелиорации аридных территорий / С. Н. Крючков. В. Н. Хорошавин, Г. П. Архангельская, О. И. Жукова, Л. К. Зеленя к. Л. С. Столь-нов, О. В. Киреева. - Волгоград: ВНИАЛМИ. 2012. - 66 с.

13. Крючков, С. Н Перспективы развития семеноводства дуба и сосны для ле-совосстановления и лесомелиорации / С. Н. Крючков, О. В. Киреева. А. С. Стольнов // Актуальные вопросы сохранения биоразнообразия ведения лесного хозяйства: сб. науч. тр. - Щучинск, 2012. - С. 142-143.

14. Научно-методические указания по сортоводству деревьев и кустарников для защитного лесоразведения в аридных регионах / С. Н. Крючков, Г. П. Архангельская. И. Ю. Подковыров, О. И. Жукова, О. В. Киреева. - Волгоград: ВНИАЛМИ. 2013. - 52 с.

Киреева Ольга Валерьевна

СЕЛЕКЦИОННАЯ ОЦЕНКА И РЕПРОДУКЦИЯ ВИДОВ РОДА СОСНА (Р/АТО) ДЛЯ ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

Подписано в печать 02.10.2013. Формат 60x90 1/16 Объем 1,0 ус. п. л. ТиражЮО. Заказ 9. 400062, Волгоград-62, Университетский проспект, 97. Печатно-множительный участок ВНИАЛМИ.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Киреева, Ольга Валерьевна, Волгоград

Российская академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский

институт агролесомелиорации

КИРЕЕВА ОЛЬГА ВАЛЕРЬЕВНА

СЕЛЕКЦИОННАЯ ОЦЕНКА И РЕПРОДУКЦИЯ ВИДОВ РОДА СОСНА (РШШ) ДЛЯ ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

06.03.03 - Агролесомелиорация, защитное лесоразведение и озеленение населённых пунктов, лесные пожары и борьба с ними 06.03.01 - Лесные культуры, селекция, семеноводство

На правах рукописи

04201365957

Диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук

Крючков Сергей Николаевич

Волгоград-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................................................................5

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ..................................10

1.1 Морфобиологические особенности видов рода сосна................................................27

1.2 Теоретические основы лесной селекции в России и за рубежом....................37

1.3 Современное состояние селекционного семеноводства сосны........................44

2 ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ....................................................................10

1.1 Природное и агролесомелиоративное районирование территории................10

1.2 Климат......................................................................................................................................................................14'

1.3 Рельеф, эрозионная сеть и гидрография..................................................................................18

1.4 Почвенный покров........................................................................................................................................19

1.5 Растительно сть..........................................................................22

2 БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДОВ РОДА СОСНА (РШШ) И ИХ РОЛЬ В ЛЕСОВОДСТВЕ

И ЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ....................................................................................................................................27

2.1 Морфобиологические особенности видов рода сосна................................................27

2.2 Теоретические основы лесной селекции в России и за рубежом........................37

2.3 Современное состояние селекционного семеноводства сосны............................44

3 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ......................................................................52

3.1 Программа исследований........................................................................................................................52

3.2 Объекты исследований..............................................................................................................................52

3.3 Методика отбора и селекционной оценки видов, экотипов и форм сосен

для семеноводства и лесоразведения....................................................................................................56

4 БИОЛОГИЧЕСКАЯ И ЛЕСОВОДСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВИДОВОГО И

ФОРМОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ СОСЕН В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ....................63

4.1.Лесоводственная и биологическая характеристика старовозрастных .

искусственных и естественных насаждений в Нижнем Поволжье............. 63

4.2 Особенности роста и состояния разных видов сосен в Нижнем Поволжье • 72

4.3 Адаптационная способность видов сосен в засушливых условиях......... 79

4.4 Особенности репродуктивного развития видов сосен.......................... 86

4.5 Рост и состояние межвидовых гибридов сосен Камышинской

селекции...................................................................................... 88

5 ЭКОЛОГО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ СОСНЫ

В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ............................................................... 92

5.1 Сравнительная оценка климатических экотипов сосны

в географических культурах...........................................................: 92

5.2 Районирование семенозаготовок сосны.......................................... 101

6 ОРГАНИЗАЦИЯ СЕЛЕКЦИОННОГО СЕМЕНОВОДСТВА СОСНЫ В НИЖНЕМ ПОВОЛЖЬЕ............................................................... 104

6.1 Отбор и оценка маточных (плюсовых) деревьев для создания постоянной лесосеменной базы....................................................... 104

6.2 Перспективы плантационного семеноводства и сортоведения сосны

для лесоразведения в Нижнем Поволжье............................................ 116

7 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЁМЫ СОЗДАНИЯ ЛЕСОСЕМЕННЫХ ОБЪЕКТОВ СОСНЫ В АРИДНОМ РЕГИОНЕ................................... 124

7.1 Обоснование технологии создания лесосеменных объектов сосны

в Нижнем Поволжье...................................................................... 124

7.2 Агротехника закладки объектов ПЛСБ сосны для лесомелиоративных целей......................................................................................... 126

7.3 Разработка приёмов вегетативного размножения сосны для создания семенных объектов........................................................................ 132

7.4 Разработка приёмов стимулирования плодоношения сосны

на объектах ПЛСБ........................................................................ 137

7.4.1 Улучшение условий роста сосны на ЛСП.................................... 137

7.4.2 Формирование кроны путём механических воздействий.................... 144

7.4.3 Селекционные методы повышения урожайности семян сосны........... 145

7.4.4 Влияние густоты посадки на плодоношение и урожайность семян

сосны..................................................................................................................................................................................149

8 ЭКОЛОГО - ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СЕЛЕКЦИОННОГО СЕМЕНОВОДСТВА СОСНЫ ДЛЯ

ЗАЩИТНОГО ЛЕСОРАЗВЕДЕНИЯ....................................................................................................153

ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................................................160

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..............................................................................................................................164

СПИСОК ИЛЛЮСТРАТИВНОГО И ТАБЛИЧНОГО МАТЕРИАЛА........................182

Приложение А Характеристика объектов......................................................................................188

Приложение Б Лесоводственная характеристика видов рода сосна....................191

Приложение В Оценка климатических экотипов сосны................................................203

Приложение Г Характеристика маточных деревьев..........................................................207

Приложение Д Технология создания лесосеменных объектов..................................219

ВВЕДЕНИЕ

Нижневолжский регион включает обширную территорию, объединенную бассейном реки Волги, где процессы опустынивания к началу XXI века охватили крупные территории. Предотвращение этих явлений возможно только с помощью приёмов адаптивного земледелия, важное место среди которых отводится защитному лесоразведению [76, 78, 122].

В регионе создано более 500 тыс. га лесомелиоративных насаждений различного назначения, которые обеспечивают значительную прибавку дополнительной сельскохозяйственной продукции [79]. В соответствии с основными положениями «Федеральной программы развития агролесомелиоративных работ в России», в регионе следует дополнительно создать защитные лесные насаждения (3JIH) на площади 1,3 млн. га. [154].

Несмотря на значительный опыт искусственного лесоразведения, до настоящего времени отсутствует чёткая стратегия выращивания устойчивых 3JIH, обеспечивающих надежный мелиоративный эффект. Поэтому, состояние большинства лесомелиоративных насаждений в регионе нельзя признать удовлетворительным. Исследованиями ВНИАЛМИ [92, 17] установлено, что причинами неудач явились ошибки в подборе древесных пород, их несоответствие конкретным лесорастительным условиям, а также игнорирование элементарных правил лесосеменного районирования и селекционных достижений. Особо остро обозначилась проблема создания биологически устойчивых лесомелиоративных насаждений из адаптированных видов, улучшенных на основе селекционно-генетических приёмов.

Научные основы подбора древесных пород в условиях сухой степи заложили Сус Н.И. [147], Гаель А.Г. [31], Альбенский A.B. [3], Высоцкий Г.Н. [28], Маттис Г.Я. и др. [99]. Они подчёркивали, что хвойные виды, и в первую очередь сосна,

более экономно, чем лиственные породы расходует влагу, а значит и обладает большей засухоустойчивостью.

Характеризуя значение сосны для облесения песчаных земель Морозов Г.Ф. [107] писал: «Произрастая на бедных и сыпучих песчаных почвах.........и образуя в этих условиях насаждения немалой производительности, сосна благодаря этому........не только делает такие пространства производительными, но и препятствует им стать бедствием народа».

Сус Н.И. [147] отмечал, что специалисты песчано-овражных партий, широко использовали сосну для закрепления и облесения песков в Нижнем Поволжье.

Преимущество сосновых насаждений перед лиственными в условиях сухой степи многие исследователи связывают с их водным режимом [53, 89]. По данным Кулика Н.Ф. [80, 81] на Терско Кумских песках среднегодовой десукцион-ный расход влаги сосновых насаждений в 1,5-2 раза меньше, чем лиственных.

Перспективность сосны в сухостепной зоне отмечали Гаель А.Г. [31], Зюзь Н.С. [53], Бондаренко Н.Я. [13], Кулик К.Н. [76] , Кулик Н.Ф. [81], Виноградов В.Н. [24], Манаенков A.C. [91] и др.

Хороший рост, устойчивость и производительность на песчаных почвах степной, сухостепной и полупустынной зон обеспечивают некоторые интродуциро-ванные сосны: крымская, чёрная, австрийская, жёлтая и другие [92, 59].

Актуальность темы исследования. Создание биологически устойчивых, лесомелиоративных насаждений возможно только из адаптированных, селекционно - улучшенных видов.

Научные основы подбора древесных пород в условиях сухой степи заложили Н.И. Сус (1916), [147], A.B. Альбенский (1959), [3], Г.Я Матгис (2001), [93] и др.

Хорошим ростом и устойчивостью на лёгких почвах сухостепной зоны характеризуются интродуцированные сосны: крымская, чёрная (австрийская), жёлтая и др., использование которых в лесомелиоративных комплексах способствуют решению актуальной задачи - защиты деградированных территорий.

Степень её разработанности. При выращивании сосновых насаждений в засушливых условиях в последние годы используют экотипы и формы различного

7 • -

географического происхождения, а также интродуцированные виды (крымская, жёлтая, чёрная - австрийская и др.), которые недостаточно изучены в засушливых условиях и требуют дополнительных исследований их адаптационной способности и надёжной репродукции в Нижнем Поволжье.

Цель исследований заключалась в лесоводственной и биологической оценке видов, экотипов и форм, отборе лучших (плюсовых) деревьев, разработке технологии создания и эксплуатации лесосеменных плантаций и лесосеменного районирования сосен для лесоразведения в засушливом Поволжье.

Достижение поставленной цели предполагало решение следующих задач: -изучение роста, состояния, адаптированных возможностей новых видов сосны, географической изменчивости 30 климатических экотипов для корректирования границ лесосеменного районирования сосны обыкновенной;

-разработка научно - обоснованной системы семеноводства для производства селекционно - улучшенных семян в требуемых объёмах.

Научная новизна работы заключается в многоплановых исследованиях и обобщённых данных роста, состояния разных видов рода сосна в искусственных и естественных насаждениях для лесоразведения в экстремальных условиях. Установлены закономерности формирования урожая семян разных видов' сосен, под влиянием экологических и биологических факторов. Разработаны и внедрены новые технологические приёмы создания и эксплуатации лесосеменных объектов, повышения их урожайности, определены направления элитного сортового семеноводства сосны для защитного лесоразведения.

Теоретическая и практическая значимость работы заключается в разработке системы элитного семеноводства рода сосна (РШиЗ), которая построена на контролируемом скрещивании генетически ценных биотипов, выделенных по комбинационной способности. Практическая ценность заключается в участии автора в организации семеноводческих комплексов, внедрении новых видов и-климатических экотипов, разработке практических рекомендаций для создания ПЛСБ и устойчивых ЗЛН в засушливом Поволжье.

Методология и методы исследования основаны на использовании межпопу-

ляционной и внутрипопуляционной изменчивости видов рода сосна, генетических корреляций между главными селективными признаками взаимосвязи генотипа и фенотипа родительских форм, позволяющие решить теоретические и практические вопросы интродукции, селекции и репродукции сосен.

Объектами исследований являются насаждения разных видов сосны, плюсовые деревья, ЛСП разного генетического уровня, географические культуры, дендрарии, питомники и сортоиспытательные участки.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивалась применением методик с учётом уровней изменчивости признаков, повторностей опытов, выборки деревьев. Оценка результатов осуществлялась с использованием современных методов компьютерной обработки данных, биометрических, метеорологических и натурных наблюдений.

Диссертационная работа является результатом исследований автора в качестве исполнителя НИР РАСХН 2004-2012 гг. Сбор, анализ экспериментальных материалов, закладка полевых опытов, лабораторно-аналитические работы выполнены автором или при его непосредственном участии. Им сформулирована проблема, составлены программа исследований, рекомендации для производственной проверки и внедрения разработок на всех этапах.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Адаптационные возможности видов, гибридов и климатических экотипов сосны при выращивании в сухой степи.

2. Селекционная оценка видов, экотипов и гибридов сосны для семеноводства и лесоразведения в засушливых условиях.

3. Технологические приёмы создания и эксплуатации объектов лесосеменной базы сосны для лесомелиоративных целей.

4. Репродуктивное развитие и формирование урожая семян сосны на лесосе-менных объектах.

5. Лесосеменное районирование сосны для лесоразведения в Нижнем Поволжье.

Степень достоверности и апробация работы. Материалы диссертационной-

работы представлялись и обсуждались на научных, научно-технических и научно-производственных конференциях различного уровня: «Восстановление эколо-го-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и юге России» (Воронеж - Сочи, 2007 г.), «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин, 2006 г.), «Перспективы развития агролесомелиорации и защитного лесоразведения в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» (Волгоград, 2011 г.), «Актуальные вопросы сохранения биоразнообразия и ведения лесного хозяйства» (Щучинск, 2012 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4, входящие в перечень ВАК Министерства образования науки РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 8 глав, выводов, заключения, предложений производству, списка использованной литературы (186 наименований, в том числе 15 на иностранных языках), приложений. Общий объём работы 222 стр., в том числе 163 страницы основного текста, 41. таблиц, 16 рисунков, 5 приложений, изложенных на 34 страницах.

1 ЕСТЕСТВЕННО - ИСТОРИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Природное и агролесомелиоративное районирование территории

Район исследований занимает территорию, вытянутую в меридиальном направлении до 800 км (от 41°08' до 56°39' северной широты). В широтном направлении максимальная его протяженность 450 км (от 41°11' до 54° 18' восточной долготы). Она включает Волгоградскую область, частично территории Саратовской, Астраханской областей и республики Калмыкия.

Учёными ВНИАЛМИ в 1991 г. разработано агролесомелиоративное районирование (АЛМР) с целью деления сельскохозяйственных территорий страны на однотипные по природно - климатическим условиям районы, нуждающиеся в агролесомелиоративных мероприятиях. АЛМР основано на физико-почвенно-географическом, агроклиматическом, природно - сельскохозяйственном районировании территории бывшего СССР [120].

Основным принципом АЛМР является типология лесорастительных условий которая может характеризовать облесенные и безлесные территории. Для лесо-мелиоратирования наиболее удобно использовать показатель лесопригодности почв, разработанный ВНИАЛМИ [72].

Исходным материалом для выделения районов служило природно-сельскохозяйственное районирование земельного фонда 1983 года.

Высшей единицей АЛМР является агролесомелиоративная природная зона, характеризующаяся определенным балансом тепла, влаги и типом почв. Нижнее Поволжье включает 4 природные зоны: степную, сухостепную, полупустынную,

пустынную.

Агролесомелиоративный район - часть природной зоны, характеризующийся определёнными геоморфологическими, гидрологическими условиями, почвооб-разующими породами, соответствующим почвенным покровом, которые обусловливают лесорастительные условия, технологию создания и выращивания лесомелиоративных насаждений.

При выделении АЛМР приняты следующие районообразующие факторы: однородность природной зональности; годовая сумма осадков (разница смежных средних показателей 100 мм); среднегодовая температура воздуха (разница соответственно 3°С); лесистость (разница по защитной лесистости 3°); потребность в ЗЛН, назначение (тип); группа лесопригодности почв (разница по числу и площадям групп не менее 25%); ассортимент древесно-кустарниковых пород (раз-" ница по составу не менее 15%).

Для удобства использования АЛМР границы между ними приурочены к границам администрати�