Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние вопроса
Глава 2 Программа, методика, объекты исследований и объем выполненных работ
Глава 3 Рост и формирование посадочного материала с закрытой корневой системой
3.1. Контейнеризация посадочного материала с закрытой корневой системой
3.2. Подбор субстрата
3.3. Применение минеральных удобрений
3.4. Режимы выращивания
3.5. Основные схемы выращивания
3.6. Защита контейнеризированных сеянцев от грибных заболеваний
3.7. Борьба с сорняками
3.8. Формирование корневой системы
3.9. Фотопериодическая реакция однолетних сеянцев сосны и ели в различных условиях выращивания
3.10. Зимнее хранение посадочного материала с закрытыми корнями
3.11. Особенности агротехники выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой основных лесообразующих пород России и перспективных интродуцентов
3.12. Оценка качества посадочного материала с закрытой корневой системой
3.13. Подготовка посадочного материала с закрытыми корнями к посадке
3.14. Влияние различных режимов выращивания контейнеризированных сеянцев на их себестоимость 12 44
ГЛАВА 4 Технологии выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой
4.1. Производство контейнеризированных сеянцев
4.2. Производство саженцев "Брикет"
4.3. Экономическая оценка различных технологий производства посадочного материала с закрытой корневой системой
ГЛАВА 5 Использование малообъемных контейнеризированных сеянцев для выращивания саженцев в школьном отделении питомника открытого грунта
Глава 6 Рост и адаптация посадочного материала с закрытой корневой системой в лесных культурах 212
6.1. Влияние срока посадки 212
6.2. Специфика применения удобрений 214
6.3. Особенности развития корневых систем 215
6.4. Связь между ростом лесных культур и агротехникой выращивания посадочного материала 231
6.5. Особенности химической подготовки площадей для закладки лесных культур посадочным материалом с закрытыми корнями 246
6.6. Влияние обработки почвы на рост сеянцев и саженцев с закрытыми корнями в основных типах условий местопроизрастания на Северо-Западе России 250
6.7. Экономические показатели использования посадочного материала с закрытыми корнями в лесных культурах 257
Заключение 265
Список использованной литературы
- Применение минеральных удобрений
- Особенности агротехники выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой основных лесообразующих пород России и перспективных интродуцентов
- Экономическая оценка различных технологий производства посадочного материала с закрытой корневой системой
- Связь между ростом лесных культур и агротехникой выращивания посадочного материала
Введение к работе
Актуальность проблемы. Ключевые проблемы лесовосстановления: повышение приживаемости, сохранности и ускорение роста лесных культур, а также снижение материальных затрат на их производство и уходы, - теснейшим образом связаны с качеством посадочного материала. Многие исследователи в разных странах предполагали возможным приблизиться к решению данной проблемы путем использования посадочного материала с закрытой корневой системой.
Отечественные и зарубежные разработки в этой области, начатые в конце 50-х годов, подтвердили актуальность данного направлення как в лесоводственно-экономическом (повышение коэффициента полезного использования семян, удлинение сроков посадки, увеличение приживаемости и сохранности культур), так и в социальном плане. Однако широкое применение посадочного материала с закрытой корневой системой в лссокультурном производстве России сдерживается отсутствием научно обоснованных рекомендаций по его выращиванию и использованию применительно к конкретным почвенно-климатическим условиям регионов.
Цель и задача исследования. Цель наших исследований определена в следующем виде: изучить биологию роста и формирования посадочного материала в ограниченном обьеме искусствеїшого субстрата в условиях контролируемой среды, на этой основе обосновать агротехнику выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой, дать оценку его адаптационных особенностей в лесных культурах. В соответствии с поставленной целью в задачи исследований входило:
- разработать систему контейнеров для выращивания различных видов
посадочного материала;
обосновать режимы многоротационного выращивания
контейнеризированных сеянцев в подзоне южной тайга;
- разработать способы комплексной оценки субстратов для выращивания
посадочного материала с закрытыми корнями;
разработать систему применения минеральных удобрений при выращивании посадочного материала с закрытыми корнями;
- разработать комплекс агротехнических мероприятий, обеспечивающих
существенное улучшение качества посадочного материала и увеличения
количества растений с единицы площади теплиц;
- изучить адаптационные особенности посадочного материала с закрытыми
корнями в лесных культурах.
Личный вклад автора. Работа выполнена в Санкт-Петербургском научно-исследовательском институте лесного хозяйства и является самостоятельной работой автора. Она представляет собой итог 22-летних исследований,
осуществленных автором в порядке проработки следующих тем в роли ответственного исполнителя:
"Разработать технологии и комплекс машин для выращивания посадочного материала с закрытыми корнями" (№ Г.Р. 76075084);
"Создать и внедрить перспективные технологические процессы производства и посадки на вырубках лесных культур посадочным материалом с закрытыми корнями" (№ Г.Р. 81041262);
"Разработать региональные нормативы, перспективные технологии и лесоводственные требования к машинам для закладки и выращивания плантационных культур с сокращенным (до 35-40 лет) оборотом рубки" (№ Г.Р. 01833037084);
"Разработать технологию закладки и выращивания культур с использованием контейнеризированных сеянцев" (№ Г.Р. 01860052302); в роли научного руководителя:
- "Разработать технологию производства контейнеризированных сеянцев из
семян с улучшенными наследственными свойствами" (№ Г.Р. 01860055105);
"Разработать технологию многоротационного выращивания малообъемных контейнеризированных сеянцев и технологию создания лесных культур на основе энергосберегающих дискретных способов обработки почвы" (№ Г.Р. 01890069936);
"Разработать рекомендации по выращиванию крупномерного посадочного материала с выходом на промышленную технологию его производства в теплично-питомническом комплексе" (№ ГР. 01960001664).
В диссертации рассмотрена только та часть исследований, которая выполнена лично автором или под его непосредственным руководством, т.е. в тех случаях, когда им ставилась задача, определялась программа и методика работ, обобщались полученные результаты.
Цитируемые или обсуждаемые в диссертации материалы других авторов, а также данные, полученные в соавторстве, имеют соответствующие ссылки.
Научная новизна. Впервые на основе большого экспериментального материала и биолого-экологического системного подхода определены биологические особенности роста сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и ели европейской (Picea abies (L.) Karst.) в молодом возрасте в условиях контролируемой среды на искусственных субстратах с ограниченным объемом корнезакрывающего кома и обоснована система агротехнических мероприятий, обеспечивающая получение в минимальный срок максимального количества высококачественного посадочного материала с единицы площади.
Установлено, что применение разработашюй системы контейнеров, обеспечивает получение посадочного материала основных лесообразуюших пород России (лиственница сибирская, пихта сибирская, сосна кедровая сибирская, дуб черешчатый, береза повислая и другие) в широком диапазоне их биометрических параметров. Использование отделышх видов посадочного материала может быть ориентировано как на закладку школьного отделения в
питомниках открытого грунта, так и на создание лесных культур с заданными показателями их сохранности и роста.
Выявлены адаптационные особенности посадочного материала с закрытыми корнями в лесных культурах. Определен ход роста контейнеризированных сеянцев сосны и ели в основных типах местопроизрастания при различных способах обработки почвы. Предметом защиты являются:
разработанная система контейнеров для выращивания посадочного материала с закрытыми корнями;
обоснованный режим применения минеральных удобрений при выращивании посадочного материала с закрытыми корнями;
разработанные многоротационные схемы выращивания контейнеризированных сеянцев;
разработанный комплекс агротехнических приемов выращивания посадочного материала с закрытыми корнями;
разработанные технологические схемы применения малообъемных контейнеризированных сеянцев для закладки школьного отделения питомника открытого грунта;
установленные закономерности хода роста контейнеризироватшх сеянцев сосны и ели в основных типах местопроизрастания при различных способах обработки почвы;
всесторонняя оценка того, что может дать закладка лесных культур посадочным материалом с закрытыми корнями.
Обоснованность и достоверность выводов и практических рекомендаций обеспечивается применением современных методов исследований, проведенных в течение 22 лет в условиях закрытого грунта и на вырубках на стационарных опытных объектах.
В серии опытов по разработке агротехники выращивания посадочного материала с закрытыми корнями было использовано более 10 млн. штук растеїшй, у 200 тыс. штук определены биометрические параметры. В течение вегетационного сезона еженедельно проводилось определение морфометрических и биохимических показателей для оценки качества и жизнеспособности посадочного материала. Постоянно осуществлялся контроль за физическими, агрохимическими и биохимическими показателями свойств минерально-торфяных субстратов для его выращивания. В типичных для региона лесорастительных условиях на 27 постоянных пробных площадях общей площадью около 100 га уже третье десятилетие ведутся наблюдения за ходом роста лесных культур с закрытой корневой системой в зависимости от технологии их закладки и выращивания. В ходе авторского надзора проанализированы результаты выращивания посадочного материала в тепличных хозяйствах Ленинградской, Псковской, Новгородской, Вологодской и Калининградской областей. Обработка материалов выполнялась с
необходимыми статистическими оценками точности и достоверности, полученных данных.
Практическая значимость и внедрение результатов. Результаты исследований могут рассматриваться как решение проблемы ускоренного (за два года) производства крупномерного высококачественного посадочного материала с задаїшьіми параметрами, применение которого позволяет повысить культуру и экономические показатели лесокультурного производства в условиях Северо-Запада России. Автором предложен комплекс агротехнических мероприятий по всему циклу лесокультурного производства от выбора контейнеров при выращивании посадочного материала до закладки лесных культур. Элементы разработанной технологии могут быть использованы также при выращивании сеянцев хвойных пород на грядах закрытого грунта в различных климатических условиях. На основе выполненных автором исследований, разработаны и внедряются в практику практические и методические рекомендации:
"Производство посадочного материала "Брикет";
"Применение саженцев "Брикет" при создании лесных культур";
"Применение минеральных удобрений при выращивании посадочного материала в теплицах";
"Оценка пригодности субстрата для выращивания посадочного материала с закрытыми корнями";
"Химическая борьба с сорняками при выращивании саженцев "Брикет";
- "Производство контейнеризированных сеянцев".
Апробация работы. Основные положения, выводы и результаты исследований доложены и получили положительную оценку на Международном симпозиуме "Лес, окружающая среда и новые технологии в Северной Европе" (Петрозаводск, 1993), на III Всероссийском съезде лесничих (Санкт-Петербург, 1994), на Всероссийской конференции "Сосновые леса России в системе многоцелевого лесопользования" (Воронеж, 1993), на Всероссийской школе передового опыта "Внедрение научно-исследовательских разработок в лесовосстановлении и защитное лесоразведение" (Москва, 1989), на совещании-семинаре "Лесовосстановление на Северо-Западе России" (Санкт-Петербург, 1997), на ежегодных научных, конференциях Лесотехнической академии (Санкт-Петербург, 1991-96 гг.).
Публикации. По результатам исследований опубликовало 60 печатных работ в различных издаїшях, в том числе в журналах: "Почвоведение", "Агрохимия", "Лесное хозяйство", общим объемом 45 п.л., в том числе одна книга в соавторстве и 9 брошюр. В большинстве публикаций с соавторами личный вклад диссертанта является основным.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы. Она изложена на 294 стр. машинописного текста, включает 97 таблиц, 32 рисунка (графиков, схем, фотографий), библиографию из 428 наименований (140 иностранных) на 26 страницах.
Применение минеральных удобрений
Одним из решающих аспектов проблемы выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой является выбор достаточно экономичных и технологичных контейнеров. Конструктивные параметры контейнеров определяют степень механизации и автоматизации всего технологического процесса от посева семян до создания лесных культур, а материалы и технология их изготовления - экономические показатели производства посадочного материала и создания лесных культур с его использованием. Для выращивания посадочного материала широко используются различные контейнеры, изготовленные из полимерных пластиков пленок, бумаги, торфоцеллюлозы и т.д.
Анализируя принципиальные особенности выбора оптимальной конструкции контейнера, П.Ф. Хан (P.F.Hahn) [334] указывает, что выбор типа контейнера не должен базироваться на требованиях, предъявляемых к конструкции имеющегося в хозяйстве оборудования или лесопосадочной техники. Также не может служить серьезным аргументом опыт использования определенных видов контейнеров в других хозяйствах. Такой путь выбора конструкции контейнера неизбежно приведет к неудаче. Он считает, что контейнер должен обеспечивать: соответствие биологическим потребностям вида растений, в том числе возможности достижения ими необходимых параметров; безвредность материала для растений в течение всего процесса выращивания; оптимальное развитие растений по высоте, диаметру ствола, корневой системы и кроны растений, одревеснение стволика и созревание почки; защиту корней от экстремальных условий среды; возможность механизации работ в питомниках и на лесокультурных площадях; многократное использование в ряде циклов производства посадочного материала; минимальную себестоимость и материалоемкость. Многочисленные виды контейнеров, применяемые в технологиях первой группы, Дж. П. Барнетт и Дж. С. Бриссетт (J.P.Barnett, J.C.Brissette) разделили на три основных типа: "трубка", "ком" и "блок" [294]. Каждый тип имеет свои преимущества, которые и следует рассмотреть.
Контейнеры типа "трубка" имеют внешнюю стенку, которую следует наполнить субстратом, сеянцы остаются в контейнере до высадки на лесокультурную площадь. К контейнерам этого типа относятся: "Ontario" (трубки из полиэтиленовой пленки с открытыми концами), "Walter" (пластиковые капсулы), "Paperpot" (бумажные блоки с различными сроками разложения), "Ecopot" (блоки из ламинированной бумаги), "Combicell" (блоки из бумаги и пластика) [67].
Главным преимуществом трубки является жесткая стенка, которая обеспечивает надежность и легкость обработки, а достигаемая непроницаемость препятствует высыханию при посадке в сухую почву. Основной недостаток трубки - медленное проникновение корней в почву, поскольку непосредственный контакт с почвой осуществляется, прежде всего, через дно контейнера. Поэтому во всем мире ведутся разработки контейнера - "трубки" с гарантированным сроком службы до начала процесса их полного разрушения. К ним можно отнести поликапролактон [293], биоразрушающиеся полимерные пленки [26,128,386], разрушающиеся под действием факторов внешней среды (например, фоторазрушающиеся полиэтиленовые пленки производства ОНПО "Пластполимер") [26,80]. Установлено [293], что поликапролактоновая оболочка через 3 месяца после высадки растений на лесокультурную площадь разрушалась настолько, что становилась проницаемой для роста корней. Некоторые виды фоторазрушающихся полиэтиленовых пленок ОНПО "Пластполимер" также не препятствуют росту корней после высадки сеянцев на лесокультурную площадь [80]. Несмотря на уникальные качества этих материалов широкому использованию в производстве посадочного материала с закрытой корневой системой препятствует их относительно высокая стоимость.
Некоторые системы, используя для выращивания посадочного материала контейнеры - "трубки", предполагают удаление оболочки непосредственно перед посадкой ("Ecopot", "Combicell").
Контейнеры типа "ком" - это формованные блоки с углублениями, заполненными субстратом. Но, в отличие от "трубки" и "блока", сеянцы следует вынуть из контейнера перед посадкой. Сеянцы с комом на корнях высаживают. "Ком" - обеспечивает идеальные биологические условия для сеянцев, поскольку не происходит сдавливания корней после посадки, и они быстро укореняются в окружающей почве. Однако сеянцы должны находиться в контейнере достаточно долго, чтобы корни связали субстрат и могли перенести извлечение. Это время колеблется в зависимости от размеров углубления в контейнере и древесной породы. Обычно минимальный срок составляет 3-5 месяцев.
Каждый вид контейнеров типа "ком" имеет свои особенности: "Styroblock", "Cellpot", ТА, TAL, KF Metsa-Serla, "Тоотси" [72,212] изготовлены из вспенивающегося полистирола; "Hiko", "Enso", "Spenser-Lamaire", "Planta-80", "Сота" [155] - из специальных пластиков или полиэтилена под низким давлением.
Материал и конструкция контейнера тина "ком" влияют на сохранность в них сеянцев во время зимнего хранения на открытом воздухе. Однако самые большие различия в поведении сеянцев после высадки на лесокультурную площадь связаны с количеством выемок на единицу площади или густотой выращивания сеянцев, а не самими контейнерами [294].
Контейнеры типа "блок" являются одновременно и контейнером, и субстратом для выращивания сеянцев. Их конструкция включает преимущества двух других типов. Такие контейнеры применяются в США, например, "Kysree-Starts". "Блок" изготавливают из смеси сфагнового торфа, вермикулита, целлюлозных волокон и питательных веществ. Однако наиболее совершенна финская система "Vapo": сеянцы выращивают на торфяной пластине без перегородок, мешающих развитию корневой системы. И корни, и торфяную пластину 1-2 раза за вегетационный сезон подрезают специальным инструментом. В результате корневая система растения остается внутри торфяного куба, одновременно способствуя сохранению им своей формы [386]. к группе вариантов технологий выращивания саженцев с закрытыми корнями относятся финский метод "Nisula", латвийская "Брика" [90], "Брикет" - Санкт-Петербургского НИИ лесного хозяйства (СШНИИЛХ) [144,146], УБПЛ-СПбНИИЛХ [244]. Кроме того, ценный селекционный материал на практике часто пересаживают в полиэтиленовые цилиндры без дна с питательным субстратом.
В последнее время некоторые технологические системы модернизируются под производство более крупного посадочного материала. Для этой цели однолетние сеянцы, выращенные в небольших ячейках, пересаживают в более крупные, используя оборудование посевных линий (системы "Paperpot", "Finnpot", "Ecopot", "Combicell"). Вместо сеялки применяют устройство, образующее отверстие необходимого диаметра в заполненных торфяным субстратом ячейках контейнера большего размера. В них вручную расставляются однолетние сеянцы с корнезакрывающим комом. После доращивания на открытом полигоне получают крупномерные 2-3-летние саженцы, высаживаемые на площадях с сильноразвитым травяным покровом.
Особенности агротехники выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой основных лесообразующих пород России и перспективных интродуцентов
Для достижения цели, поставленной в диссертационной работе, в качестве методической основы был принят комплексный подход к организации исследований. Его сущностью является построение целостной картины путем сведения воедино результатов всестороннего изучения объектов исследования. Само исследование заключалось в постановке соответствующих экспериментов и анализе полученных данных с выявлением закономерностей изучаемых процессов.
Во всех экспериментах при выращивании сеянцев с закрытой корневой системой в качестве субстрата, если это не оговаривалось отдельно, использовался верховой торф со степенью разложения не выше 15 % (РСТ РСФСР 734-85 "Торф фрезерный для подстилки"). В него вносились доломитизированная известняковая мука (ГОСТ 14050-78), макро- и микроудобрения в следующих дозах на 1 м3 торфа: 2 кг НАФК (ГОСТ 19691-84) (по 17 % К, Р205 и К20), 25 г сернокислой меди, 6 г борной кислоты, 2 г сернокислого марганца, 2 г сернокислого цинка, 2 г молибденовокислого аммония. Нитроаммофоска вносилась в виде основного удобрения. Остальная часть азота (0,19 кг/м торфа в год посева и 0,26 кг/м - в следующем после посева году) вносилась в виде жидких подкормок с расходом раствора 10 л/м посевов в концентрации не более 0,4 %. Микроудобрения вносились в жидком виде (предпосевной полив). Доза известняковой муки определялась опытным путем с доведением рНксі до 4,8 [18,79].
Семена фракционировали по плотности [2], барбатировали (замачивали в воде, насыщенной кислородом воздуха) в течение 6-8 часов, непосредственно перед посевом протравливали фундазолом 50 % с.п. (6 г/кг семян). Посевы мульчировали смесью свежих опилок и верхового слаборазложившегося торфа (1:2 - по объему) слоем 0,5 см. Уход за посевами заключался в регулярных поливах, подкормках и проветривании теплиц. Посевы дважды за сезон обрабатывались фундазолом 5(f%( с.п. в концентрации 0,15-0,20% [72]. \.
Основным критерием для оценки результатов экспериментов являлся рост сеянцев. Определялись высота, диаметр стебля у корневой шейки, сухая масса надземной части и корней. Ранее было установлено [211], что коэффициент вариации для линейных биометрических показателей у 1- и 2-летних контейнеризированных сеянцев не превышает 40 %, и, следовательно, для обеспечения точности опыта в пределах 5 % достаточно 70 наблюдений. Поэтому при учете результатов опытов, связанных с разработкой агротехники выращивания, в каждом варианте использовалось не менее 70-120 растений.
В качестве одного из критериев для оценки выращиваемого посадочного материала и разрабатываемых агротехнических приемов по его производству использовались показатели устойчивости и скорости роста сеянцев и саженцев с закрытыми корнями в культурах. Шаг посадки всех сравниваемых вариантов 0,8-1,0 м при расстоянии между осями лесокультурных полос 7 м [285]. На участке посадки размещались рядами или массивами по возможности площадью 0,2-0,5 га, что позволит в культурах 15-20-летнего возраста перейти на учеты обычными таксационными методами [87]. Чтобы выявить участки близкие по условиям увлажнения и трофности почв, посадке культур предшествовало почвенное картирование территории [199]. Учет культур осуществлялся общепринятыми методами [177], но обязательно осенью 2, 5, 10, 15, 20 года выращивания. Определялись приживаемость (в первые два года) и сохранность посадок; измерялись годичные приросты в высоту, диаметр у поверхности почвы и на высоте груди (Н=1,3 м).
Исследования хода роста культур проводились, как правило, на стационарных опытных участках, чаще применялся подеревный метод учета, т.е. биометрические показатели определялись и сравнивались у одних и тех же растений. Объем учетной выборки устанавливался с таким расчетом, чтобы ошибка репрезентативности не превышала 5 % при замерах высот, диаметров, величины прироста и была в пределах 10 % при почвенно-агрохимических исследованиях. При определении массы растений допускался учет 5-20 модельных образцов, отобранных по среднему диаметру и высоте всей представленной выборки.
При анализе полученных данных применялись математико-статистические методы исследования [51,162,174]. Использовались стандартные и специально составленные компьютерные программы.
Основные методические положения, принятые для решения программы работ, сводятся к следующему.
Первый пункт программы - "Разработать систему контейнеров для выращивания различных видов посадочного материала" - решался путем подбора приемлемого вида контейнеров для выращивания посадочного материала с закрытыми корнями (определялся тип материала для его изготовления, изучалась возможность его изготовления и разрабатывался регламент производства). На следующем этапе исследований полученные контейнеры испытывались при выращивании в них посадочного материала.
При испытании всех контейнеров предусматривалось изучение следующих вопросов: 1) влияние материала, применяемого для изготовления контейнеров, на рост сеянцев сосны и ели; 2) непроницаемость материала контейнеров для корней в период выращивания посадочного материала; 3) устойчивость материалов, применяемых для изготовления контейнеров, к воздействию факторов, связанных с эксплуатацией контейнеров (минерально-торфяная смесь, вода, фунгициды, нахождение в продолжение 2-х вегетационных периодов в теплице, и 2-х зимних периодов - на открытой площадке); 4) способность испытываемых конструкций донных отверстий и направляющих ребер предотвращать закручивание корней, не допуская в то же время, высыпания субстрата. В качестве контроля во всех случаях использовались контейнеры из полиэтиленовой пленки соответствующего объема. Обеспечивалась одинаковая густота посевов в контроле и опытных вариантах.
В случае использования деструктируемых и перфорируемых оболочек корнезакрывающего кома субстрата испытания после 2-летнего срока выращивания посадочного материала продолжались в культурах. Сеянцы высаживались в контейнерах и в последующие годы проводились наблюдения за разрушением пленок, изучались особенности роста корней и надземной части растений. В качестве контроля использовались сеянцы, выращенные в контейнерах из обычной полиэтиленовой пленки, которая у части растений перед посадкой удалялась.
Для определения ориентировочных требований к пленкам с регулируемым сроком службы, применяемым для выращивания и использования посадочного материала с закрытой корневой системой, в процессе выращивания, и после высадки растений на лесокультурную площадь проводились исследования диэлектрических, механических и физико-химических свойств этих пленок на приборе Е-9-4 "Измеритель добротности" и приборе РМИ-5 тип 2. Кроме того, методом инфракрасной спектроскопии на двухлучевом инфракрасном спектроскопе ИКС-22 определяли показатели светопропускания, поглощения и карбонильный индекс, а методом вискозометрии определяли молекулярную массу полиэтилена.
Для решения второго пункта программы - "Обосновать режимы многоротационного выращивания контейнеризированных сеянцев в подзоне южной тайги" - в режиме многоротационного выращивания проводились опыты с контейнеризированными сеянцами сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), сосны скрученной (Pinus contorta Dough ex Loud.), ели европейской (Picea abies (L.)Karst.), лиственницы сибирской (Larix sibirica Ldb.), лиственницы европейской (Larix decidua Mill.) и псевдотсуги Мензиса (Pseudotsuga menziesii (Mirb.)Franco). Для увеличения энергии прорастания семена подвергали различным методам обработок: снегование, барбатирование, плазменная обработка [358], замачивание в растворах микроэлементов и стимуляторов роста. Изучали влияние различных сроков посева семян в пленочные теплицы летнего типа и на открытом полигоне, влияние переноса сеянцев на доращивание из теплицы на открытый полигон и с открытого полигона в теплицу на биометрические показатели однолетних и двухлетних сеянцев.
С учетом климатических условий региона изучены следующие режимы выращивания: теплица - выращивание в теплице с 20.04 до конца вегетационного сезона (1т); 1 ротация - посев 20.04 в теплице и перенос на открытый полигон для доращивания 20.05 (0,5т+0,5оп); II ротация - посев 20.06 на открытом полигоне (0,5оп) или в теплице (0,5т); посев 20.04 и выращивание в течение вегетационного сезона на открытом полигоне (Iоп); посев 20.04 на открытом полигоне и перенос в теплицу 20.06 (0,5оп+0,5т); посев на открытом полигоне 20.05 и доращивание так же до конца вегетационного сезона (0,75оп), внесение в теплицу 20.06 (0,25оп+0,5т). В течение 1-1,5 месяцев после посева проводили наблюдения за динамикой всхожести, определялась грунтовая всхожесть. Для имитации многоротационного выращивания в более южных регионах использовалась зимняя теплица с обогревом: срок посева 20.03; 20.05; 20.07.
Схема проведения различных агротехнических мероприятий при выращивании сеянцев корректировалась в зависимости от прохождения отдельных фенофаз развития сеянцев [12,152,178,217]. В случае необходимости (для увеличения устойчивости) применялось фотопериодическое воздействие.
Экономическая оценка различных технологий производства посадочного материала с закрытой корневой системой
Изучение роста сеянцев сосны и ели в контейнерах из бумаги с полимерными покрытиями (ручное изготовление контейнеров на аппарате "Молния" для имитации многоячеистых контейнеров) показало, что все испытанные материалы не оказывают отрицательного воздействия на рост сеянцев (табл. 4, 5). Биометрические показатели сеянцев сосны и ели, выращенных в контейнерах из этих материалов, не отличаются от контрольного (полиэтиленовая пленка) варианта.
Согласно техническому заданию на производство контейнеров типа "трубка" из бумаги с полимерными покрытиями, выданному нами разработчику ВНИЭКИТУ г. Калуга, контейнер должен представлять из себя блоки из склеенных шестигранных ячеек с вписанным диаметром 60 мм и высотой 100 мм. После доращивания сеянцев блок распадается на отдельные оборачивающие ком субстрата ячейки, вместе с которыми сеянцы высаживаются на лесокультурную площадь. Данная конструкция является аналогом конструкции контейнеров "Paperpot", но обладает непроницаемостью для корневых систем стенок контейнера. Характеристика этих контейнеров приведена в табл.1. Поскольку оболочку, оборачиваюшую ком субстрата, в данном варианте не предполагается разрушать при посадке на лесокультурной площади механическим способом, она должна разрушиться в течение 1-2 месяцев после посадки микробиологическим путем. Этому критерию удовлетворяет бумага с покрытием поливинилиденхлоридом и, отчасти, полипропиленом. На наш взгляд, ячеистые контейнеры из бумаги с поливинилиденхлориденовым покрытием могут найти широкое применение при выращивании сеянцев с закрытой корневой системой для закладки школьных отделений в питомниках открытого грунта, при этом величина вписанного диаметра ячеек может быть уменьшена до 20-30 мм.
Ячейки второго вида контейнеров типа "трубка", согласно техническому заданию, выданному НИИТМ г. Днепропетровск, перед посадкой на лесокультурной площади, механически разрушаются, освобождая армированный корневой системой субстрат, который доставляется к посадочному месту. Данная конструкция контейнеров является аналогом конструкции контейнеров "Еcopot". Характеристика опытной партии этих контейнеров приведена в табл.1. Поскольку перед посадкой ячейки этого вида контейнеров механически разрушаются, то нет ограничений по срокам разрушения для применяемых ламинирующих покрытий. Выбор ламинирующего покрытия в данном случае определяется технологическими особенностями изготовления контейнеров и стоимостью ламинирующего покрытия [65].
Для разработки многоячеистых контейнеров для выращивания сеянцев из разрушающейся пластиковой пленки совместно с НПО "Пластполимер" г. Санкт-Петербург испытано было 15 композиций различных пленок. Все испытанные композиции пленок, используемые в качестве материала для изготовления контейнеров, не оказывают отрицательного воздействия на рост сеянцев сосны и ели. Биометрические показатели сеянцев, выращенных в контейнерах из этих материалов (ручное изготовление на аппарате "Молния"), не
Зависимость роста двухлетних контейнеризированных сеянцев ели от вида ламинирующего покрытия и вида пленки, применяемой для изготовления контейнеров (объем контейнера - 285 см3) Вид ламинирующего покрытия или пленки Высотасеянца,см Диаметркорневойшейки, мм Масса сеянца, г Отношение массыкорня к массе надземной части Всего в том числе надземной части корня Контроль - полиэтиленовая пленка 31,7±1,09 3,8±0,10 4,6 3,3 1,3 0,39 Пленка композиции: КТ-10 26,9±1,91 4,1±0,18 4,8 3,2 1,6 0,50 Тоже КТ-11 34,9+1,18 4,5±0,28 5,2 3,7 1,5 0,41 Тоже КТ-12 38,3+0,95 4,3±0,14 5,4 4,2 1,2 0,29 Ламинирующее покрытие: полиэтилен 40,3+1,21 3,9+0,12 5,1 3,9 1,2 0,31 полипропилен 33,1±1,38 3,7±0,14 5,9 4,3 1,6 0,37 поливинилиденхлорид 34,2±0,88 4,5+0,09 5,2 3,7 1,5 0,41 Таблица 5 Зависимость роста двухлетних контейнеризированных сеянцев сосны от вида ламинирующего покрытия и вида пленки, применяемой для изготовления контейнеров (объем контейнера - 285 см3) Вид ламинирующего покрытия или пленки Высота сеянцасм Диаметркорневойшейки, мм Масса сеянца, г Отношениемассыкорня к массенадземнойчасти Всего в том числе надземной части корня Контроль -полиэтиленовая пленка 45,4±0,92 5,9+0,21 8,8 6,9 1,9 0,28 Пленка композиции КТ-10 44,8±1,69 6,3±0,25 12,3 9,6 2,7 0,28 Ламинирующее покрытие: полиэтилен 53,2+1,11 6,4±0,15 9,5 7,7 1,8 0,23 полипропилен 45,6±1,61 5,9±0,22 8,9 7Д 1,8 0,25 поливинилиденхлорид 46,3±0,91 5,9±0,22 8,8 7,0 1,8 0,26 отличаются от контрольного варианта с полиэтиленовой пленкой (см. табл. 4, 5). Однако по срокам разрушения полимерной пленки эти композиции не подходят под технологические требования к материалам, пригодным для изготовления пленочных контейнеров. Раскопки в культурах 5-7-летнего возраста показали, что используемые ранее композиции пленок не разрушаются в течение этого времени и, хотя не оказывают пока отрицательного воздействия на темпы роста культур, деформируют корневую систему.
Опыты по использованию торфоблоков субстратных ТБЗ-К-100 производства объединения "Ленторф" для вырашивания сеянцев сосны и ели показали перспективность их применения в качестве контейнеров типа "блок". Однако для их дальнейшего использования необходимо дополнительно иметь сложное оборудование для периодической разрезки блоков в период выращивания сеянцев. Кроме того, требования к регулированию микроклимата в теплицах должны быть значительно выше, т.к. субстрат контейнера в данном случае не имеет никакой оболочки.
Таким образом, в результате проработки темы, испытаны различные контейнеры для выращивания сеянцев хвойных пород: серийные образцы контейнеров типа "ком", опытные образцы контейнеров типа "трубка" и "блок", показаны их преимущества и недостатки. Разработанная система контейнеров позволяет получить посадочный материал с закрытой корневой системой в достаточно широком диапазоне их биометрических показателей. Использование отдельных видов посадочного материала с закрытой корневой системой может быть ориентировано как на создание школьного отделения в питомниках открытого грунта так и на создание лесных культур с заданными показателями их сохранности и роста.
Биологические свойства торфяных субстратов определяются всей совокупностью их компонентов, сложно взаимовлияющих друг на друга в условиях относительно непостоянной трехфазной (жидкая, твердая, газообразная) среды. Поэтому наиболее надежную биологическую оценку пригодности субстрата для закрытия корней можно получить путем их испытания в вегетационном опыте. Однако оценку торфяных субстратов не следует сводить только к определению их пригодности в качестве среды для выращивания растений вообще; эти субстраты должны подходить для выращивания определенного вида посадочного материала с закрытой корневой системой. В связи с этим оценку рационально начинать именно с установления пригодности торфяного субстрата для выращивания того или иного вида посадочного материала. Для этой цели сначала определяются тип торфа, степень его разложения и объемная масса. Используя эти характеристики, определяют пригодность торфяного субстрата для выращивания либо саженцев типа "Брикет", либо сеянцев с закрытой корневой системой. Затем определяются агрохимические характеристики субстрата, на основании которых устанавливается потребность в известковании и необходимость внесения удобрений. После этого проводится его биотестирование с помощью индикаторных растений с целью выбора лучшего вида (если предыдущие определения показывают пригодность использования нескольких видов) для выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой и улучшения качества субстрата посредством внесения извести и минеральных удобрений.
Анализ литературных данных и проведенные эксперименты показывают, что лучшим субстратом для выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой является торф, обладающий рядом ценных свойств. Благодаря наличию большого количества крупных и мелких пор он обеспечивает благоприятный для корней растений водно-воздушный режим. Чтобы обеспечить посадочный материал равным количеством воды, масса чистого минерального субстрата корнезакрывающего кома должна в 10-12 раз превышать массу сфагнового торфа [23]. Высокая катионобменная способность сфагнового торфа (70-140 мг-экв/100г) позволяет вносить в него сравнительно большое количество удобрений без опасения повредить растения и затруднить потребление ими питательных веществ и воды. Верховой торф (особенно сфагновый) обладает антисептическими свойствами, в нем отсутствуют возбудители опасных грибковых заболеваний, такие как фузариоз и шютте.
Торф, поставляемый торфопредприятиями потребителям, уже соответствует определенным нормам (табл. 6). Его качественные показатели устанавливаются еще при паспортизации залежей, а затем проходят проверку один раз в два года, а в придонных слоях залежей - ежегодно. Методика отбора проб и проведения химических анализов для этой цели изложена в методических указаниях [18,157].
В настоящее время важнейшими лимитирующими показателями, существенно снижающими использование торфа в качестве удобрения, являются повышенные концентрации в нем серы и железа. Так, максимально допустимый предел содержания серы составляет 1 % (8), железа - 5 % (Fe203). Однако эти показатели, по мнению С.В.Рункова и Н.А.Козловской [223], нельзя считать обоснованными, так как для торфов они приняты в более низких пределах, чем для болотных почв.
Характеристики торфа, используемого в качестве субстрата для выращивания растений, должны быть более жесткими, чем торфа, применяемого в качестве органического удобрения, где он составляет не более 5-Ю % от объема корнеобитаемого слоя почвы. Главным критерием пригодности торфа для использования его в качестве субстрата для выращивания растений является уровень содержания в нем токсических соединений, который устанавливается с помощью биотестов. Остальные показатели, лимитирующие рост, регулируются соответствующими добавками (рН, содержание подвижных форм азота, фосфора, калия) или учитываются при выращивании посадочного материала (ботанический состав, степень разложения, объемная масса торфа и др.). Указанные характеристики торфа определяются в отобранных пробах.
Связь между ростом лесных культур и агротехникой выращивания посадочного материала
Таким образом, при высеве одного семени в результате снижения грунтовой всхожести по сравнению с лабораторной и отпада сеянцев количество пустых ячеек контейнеров в год посева может достигать 30-40 %. Поэтому наиболее приемлемой является норма высева двух семян в ячейку . Это позволяет снизить количество пустых ячеек в год посева до 11-14 %. Однако при этом около 52 % ячеек будут иметь по 2 сеянца. Наличие лишних растений в ячейках контейнера, как в процессе выращивания посадочного материала, так и в лесных культурах может приводить к отрицательным последствиям: ухудшению роста, усилению деформации корневых систем, снижению механической устойчивости растений. Ухудшение биометрических показателей доминирующего растения будет зависеть от вида выращиваемой породы, степени снижения объема субстрата, приходящегося на одно растение, и густоты выращивания.
Поэтому, для таких пород, как сосна обыкновенная, для которых возможно с помощью сортировки семян добиться достаточно низкого процента пустых ячеек контейнеров (менее 5 %), может быть рекомендован одинарный посев семян. Для ели европейской, сосны скрученной и лиственницы сибирской, обладающих значительно более низкой всхожестью семян, следует рекомендовать двух-трех штучный посев. Удаление лишних всходов рекомендуется проводить в возможно ранние сроки (через 15 дней после появления первых всходов, при необходимости одновременно с подсевом семян в пустые ячейки), если густота появившихся всходов у ели европейской в ячейках контейнеров на одну треть превышает количество ячеек контейнеров.
В условиях интенсивного выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой решающее значение имеют размеры ячейки контейнера и плотность их размещения в теплицах. Оба эти показателя определяют технико-экономические показатели производства посадочного материала с закрытыми корнями.
Попытки вырастить в маленьких ячейках контейнера крупные растения, как правило, не дают положительных результатов. Трудности преодоления влияния объема заключаются, по-видимому, в комплексном характере его воздействия. В больших ячейках контейнера меньше, чем в маленьких, колебания влажности и температуры субстрата; больше запас питательных веществ и меньше густота размещения растений. Не исключено также взаимное отрицательное влияние корней в ячейках малого объема. Так у однолетних сеянцев сосны и ели в ячейках контейнера 100 см масса корней в единице объема равна, соответственно, 5,2 и 4,9 мг/см ,а в ячейках контейнера 2000 см - 1,2 и 1,1 мг/см [211,212].
Дифференциация растений по росту в ячейках контейнеров различного объема начинается с первых дней появления всходов и более заметна у сосны в связи с ее быстрым ростом.
В первые две недели после прорастания семян вытягивается корень и появляются боковые корни первого порядка. У сеянцев в ячейках большого объема они появляются немного раньше, и уже к двадцатидневному возрасту количество и длина их больше, чем у всходов в ячейках меньшего объема. На боковых корнях первого порядка, в свою очередь, раньше и в большем количестве появляются боковые корни второго порядка. Подобное опережение в росте и развитии наблюдается и у надземной части сеянцев. К двадцатидневному возрасту у сеянцев сосны в ячейках большого объема становится заметным эпикотиль (длиной 1 мм). К двадцатидневному возрасту эпикотиль начинает вытягиваться и у сеянцев в ячейках малого объема, но он заметно меньше по размерам. В дальнейшем опережение в росте стебля и корней у сеянцев в ячейках большего объема все более усиливается, что к концу вегетационного периода приводит к значительным различиям биометрических показателей.
Характер влияния объема ячейки контейнера на отдельные показатели роста в разные по погодным условиям годы сильно меняется. Наиболее стабильным показателем является масса сеянцев, она всегда находится в прямой зависимости от объема ячейки контейнеров. Масса однолетних сеянцев ели обыкновенной в условиях Ленинградской области увеличивается с возрастанием объема ячейки контейнера до 750 см , масса однолетних сеянцев сосны обыкновенной - до 3500 см . Сосна обыкновенная обладает способностью быстрее накапливать биомассу. осваивая больший объем субстрата. Характер изменения толшины стебля обеих пород аналогичен изменению общей биомассы сеянцев. Длина стебля - наиболее неустойчивый показатель зависимости роста однолетних сеянцев сосны и ели от объема ячейки контейнера. В диапазоне изменения объема 20-400 см обычно наблюдается прямая зависимость. Дальнейшее возрастание объема ячейки контейнера мало влияет на высоту сеянцев сосны обыкновенной и ели европейской. Масса однолетних сеянцев ели белой (Picea glauca (Moench.) Voss.), по данным канадских исследователей [309], увеличивается только в диапазоне объемов ячеек контейнера от 10 до 262 см . При этом максимальная высота растений была равна 8,6 см. Следовательно, желательный объем ячеек контейнеров неодинаков для различных видов хвойных пород. Медленнорастущим видам требуются контейнеры с меньшим объемом ячеек.
В следующем после посева году зависимость роста сеянцев от объема ячейки контейнера еще более усиливается. Если в первый год масса сеянцев сосны обыкновенной и ели европейской в диапазоне объемов ячеек 20-3500 см изменяется, соответственно, в 11 и 4 раза, то во второй год - более чем в 40 раз. По данным В.В.Вячкилева [39], для образования максимально возможной биомассы двухлетней сосне обыкновенной нужен объем субстрата не менее 10 л, а для ели обыкновенной и этот объем далек от предельного. Рост стебля двухлетних сеянцев в толщину также находится в прямой зависимости от объема ячейки контейнеров. Высота двухлетних сеянцев обеих пород быстро возрастает с увеличением объема ячеек контейнеров от 20 до 400 см , оставаясь затем на одном уровне или продолжая увеличиваться, но заметно медленнее (рис. 7).
Устранение излишней густоты размещения растений, создающейся при выращивании их в ячейках контейнеров малого объема, равноценно увеличению объема ячеек. У сосны обыкновенной в год посева взаимное отрицательное влияние растений появляется при расстоянии между сеянцами уже в 6 см (275 шт/м ): уменьшается диаметр корневой шейки и общая биомасса сеянцев, причем снижение массы корней опережает снижение массы надземной части, что приводит к изменению их соотношения. У ели европейской, как более теневыносливой породы, густота выращивания оказывает меньшее влияние. Существенное ухудшение роста наблюдается лишь при расстоянии меньше 3 см (1100 шт/м ) между сеянцами [24]. В наиболее загущенных посевах наблюдается вытягивание стебля, что свидетельствует о начальной стадии торможения роста [220]. Причина указанных явлений заключается в снижении уровня освещенности и специфическом микроклимате, создающемся внутри полога растений. Так, при выращивании псевдотсуги Мензиса (Psendotsuga menziesii (Mirb.) Franco) с расстояниями между центрами ячеек контейнера в 3 см уровень фотосинтетической активности, достигающей нижней хвои сеянцев высотой 11-16 см, снижался в 10 раз, а средняя температура на уровне основания стебля даже при расстоянии между центрами ячеек контейнеров в 6 см была на 30 % ниже [416]. Загущенное размещение растений в год посева отрицательно отражается не только на размерах сеянцев, но и на количестве зачатков хвои в почках.