Влияние фитомелиорантов на рост и устойчивость культур сосны обыкновенной и лиственницы сибирской в среднем Поволжье

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ВЛИЯНИЕ ФИТОМЕЛИОРАНТОВ НА РОСТ И УСТОЙЧИВОСТЬ КУЛЬТУР СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ЛИСТВЕННИЦЫ СИБИРСКОЙ

В СРЕДНЕМ ПОВОЛЖЬЕ

М.А. КАРАСЕВА, проф. каф. лесных культур и механизации л/хработ Мар ГТУ, д-р с.-х. наук,

К.Т. ЛЕЖНИН, асп. каф. лесных культур и механизации л/х работ Мар ГТУ,

А.А. МАТОРКИН, асп. каф. лесных культур и механизации л/х работ Мар ГТУ

В комплексе мероприятий, обеспечивающих сохранение устойчивости и средостабилизирующих функций лесных экосистем, повышения продуктивности лесов, решающее значение имеет не только полное и всестороннее использование существующего плодородия лесных почв, но и разработка методов его повышения. Из существующих методов улучшения плодородия почв значительного внимания в настоящее время заслуживают биологические, которые заключаются в обогащении почвы органическим веществом с помощью почвоулучшающих растений [3, 8, 11]. К числу растений-фитомелиорантов относятся представители семейства бобовых, береза повислая и пушистая, липа мелколистная, ольха серая и др.

Целью исследования явилось изучение эффективности влияния фитомелиорантов на состояние и рост культур сосны обыкновенной, лиственницы сибирской и интенсивность основных физиологических процессов, обуславливающих их устойчивость к неблагоприятным факторам среды.

Объектами исследований служили культуры сосны обыкновенной, лиственницы сибирской, созданные с введением почвоулучшающих растений: люпина многолетнего (Lupinus L.), ракитника русского (Cytisus ruthenicus), дрока красильного (Genista tinctoria). Изучалось воздействие фитомелиорантов на содержание гумуса и азота в почве и основных элементов питания в различных фракциях фитомассы сосны, лиственницы, интенсивность фотосинтеза, транспирации, динамика накопления органической массы в культурах.

Интенсивность фотосинтеза определялась методом ассимиляционных колб [4] и кондуктометрически [1]. Интенсивность транспирации измерялась методом быстрого взвешивания [5].

Определение содержания хлорофилла в хвое проводилось по Годневу [2]. Для оценки физиологического состояния и жизнеспособности растений определялось электрическое сопро-

тивление прикамбиального комплекса тканей (импеданс ПКТ). Установлено, что при снижении уровня жизнедеятельности, возникновении заболеваний и др., электрическое сопротивление прикамбиального комплекса тканей существенно увеличивается, а более низкие значения этого параметра свойственны здоровым деревьям [7, 8].

Культуры сосны обыкновенной с дроком красильным и люпином многолетним были созданы в 54 квартале Нолькинского лесничества Учебно-опытного лесхоза МарГТУ весной 1994 г. на свежих среднеподзолистых супесчаных почвах ТЛУ-В2. Посадка проводилась вручную под меч Колесова в расчищенные полосы шириной 3 м по 2 ряда. Расстояние между рядами 1,5 м, в ряду 0,5 м. Густота посадки 4 500 шт./га. Межполосное пространство было равно 6,5 м. Кустарники высаживались по схеме С-к-С-к, люпин высаживался одновременно с посадкой сосны обыкновенной в середину междурядий.

В табл. 1 приведены статистические показатели высоты 5-летних культур и средние приросты в высоту сосны обыкновенной в годы, отличающиеся различным количеством осадков.

Т а б л и ц а 1

Статистические показатели высоты 5-ти летних культур и средние приросты в высоту сосны обыкновенной

Показатели lim, см х , см тх, см а, см С, %

Сосна обыкновенная с дроком красильным

Высота 80-220 140,0 1,3 28,8 42,2

1998 г. Прирост 1999 г. 2000 г. 14-50 40,7 1,7 26,7 30,9

14-48 42,0 1,2 22,8 39,6

4-28 16,7 1,5 17,4 44,6

Сосна обыкновенная с люпином многолетним

Высота 70-160 110,0 1,8 25,6 38,9

1998 г. Прирост 1999 г. 2000 г. 12-45 27,1 1,5 28,4 30,9

10-41 21,5 1,7 23,4 44,0

2-19 8,6 1,0 10,0 40,8

Сосна обыкновенная

Высота 40-220 118,0 1,9 22,4 45,3

1998 г. Прирост 1999 г. 2000 г. 10-43 26,7 1,7 20,8 53,8

4-50 22,5 1,5 19,2 46,8

3-30 13,2 1,1 11,3 49,2

38

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Вегетационные периоды 1998 и 1999 гг. отмечены как периоды с достаточным количеством осадков, в 2000 г. количество осадков было ниже нормы на 25 %.

При анализе показателей средних высот и годовых приростов выявлено, что лучшие результаты дает посадка сосны с дроком красильным. Показатели приростов за предыдущие два года в культурах сосны с дроком почти в 2 раза больше, чем у сосны с люпином и на контроле. Различия по высоте деревьев в вариантах опыта сосна с люпином и сосной на контроле несущественны, что объясняется тем, что в данном случае люпин, будучи введенным в культуру в середину междурядий, пока еще не оказывает существенного положительного эффекта.

При изучении особенностей роста культур сосны обыкновенной, созданных с применением фитомелиорантов, выявлено также их положительное влияние на устойчивость к болезням и интенсивность роста.

Культуры лиственницы сибирской созданы в Нолькинском лесничестве Учебно-опытного лесхоза в ТЛУ - С2. Посадка проводилась сеянцами, по сплошной обработанной почве, вручную, под меч Колесова, с расстоянием между рядами 1,5 м, в ряду 0,5 м, в середину междурядий высевался люпин многолетний. При изучении особенностей роста 14-летних культур лиственницы сибирской и содержания основных элементов питания в почве установлено, что в культурах лиственницы с люпином произошло увеличение содержания в пахотном горизонте гумуса с 1,66±0,03 % до 2,08±0,03 % и общего азота с 0,09±0,003 % до 0,013±0,002 %, уменьшилась плотность почвы. Так, плотность сложения на глубине 10-20 см у дерново-среднеподзолистых суглинистых почв в культурах лиственницы с люпином составила 0,9±0,02 г/см3, в чистых культурах - 1,2±0,02 г/см3.

Введение люпина в опытные культуры способствовало не только накоплению гумуса, но и улучшению физических свойств почвы. Это его положительное качество следует учитывать при создании культур в рекреационных лесах, так как ухудшение условий роста основных лесообразующих пород здесь происходит вследствие уплотнения верхних слоев почвы и нарушения их водного, воздушного и теплового режимов. В табл. 2 приведены показатели роста культур лиственницы сибирской.

Т а б л и ц а 2

Показатели роста культур лиственницы сибирской

Культуры Статистические показатели

Диаметр, см Высота, см

Хср шх C, % Хср Шх С, %

Лиственница с люпином 7,8 0,18 33,4 712 7,0 16,6

Лиственница без люпина 5,7 0,19 38,7 623 12,0 24,1

Т а б л и ц а 3

Запас абсолютно сухой фитомассы в 14-летних культурах лиственницы сибирской с люпином многолетним

Показатели Культуры лиственницы с люпином Культуры лиственницы без люпина

т/га 3 0) о и ^ н s о g Р § т/га >Е 3 0) о и ^ н s о g р §

Древесина ствола 37,2 33,5 34,8 38,2

Масса ветвей 19,9 17,9 16,8 18,4

Масса хвои 15,0 13,5 12,6 13,8

Отмершие ветви 1,8 1,6 1,8 2,0

Масса корней 26,4 23,6 21,6 23,8

Итого: 100,7 90,1 87,6 96,2

Масса люпина 11,0 9,9 - -

Масса травянистой растительности - - 3,5 3,8

Фитомасса фитоценоза 111,7 100 91,1 100

Общий запас фитомассы в культурах с люпином на 20 % больше, чем в культурах лиственницы, где люпин не вводился. Запас фитомассы люпина в 2-3 раза выше, чем травянистой растительности в междурядьях культур без него. Запас абсолютно сухой фитомассы в 14-летних культурах лиственницы сибирской с люпином многолетним приведен в табл. 3.

До смыкания культур масса люпина была значительно больше и варьировала в пределах 3040 т/га. После смыкания люпин стал постепенно вытесняться, и к 14-летнему возрасту культур общая фитомасса его уменьшилась до 11 т/га.

Однако после вытеснения его положительное влияние сохраняется за счет более высокого содержания в почве азота, накопленного при разложении органической массы. При оценке влияния люпина на экологические функции насаждений установлено, что аккумуляция углерода в фитомассе лиственницы с люпином многолет-

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

39

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

ним на 8 т/га больше, чем в культурах без люпина. Среднее ежегодное депонирование углерода, рассчитанное по параметрам накопления древесной фитомассы, составляло в культурах лиственницы с люпином 2,6 т/га в год, в культурах без люпина

- 2,3 т/га в год. В то же время отмечается улучшение почвенного плодородия. С учетом массы хвои, которая у лиственницы формируется ежегодно в оптимальных условиях в количестве 5-6 т на га, продукция углерода в культурах с люпином многолетним почти на 50 % выше, чем без люпина.

При выборе фитомелиорантов необходимо учитывать эколого-физиологические особенности растений, водный режим почвы, так как при недостаточном увлажнении наблюдается конкуренция за влагу, что было отмечено в культурах сосны обыкновенной с люпином многолетним в засушливые периоды, так как это растение обладает высокой транспирационной способностью, которая достигает до 10 г/г абсолютно сухой массы (АСМ) в час. В табл. 4 приведены данные интенсивности основных физиологических процессов сосны обыкновенной и лиственницы сибирской.

Измерения интенсивности основных физиологических процессов культур проводились в июне, в период роста побегов при следующих параметрах окружающей среды: температура воздуха на открытом месте 30,2 °С, в междурядьях культур -29,2 °С; относительная влажность воздуха на открытом месте - 41 %, в междурядьях -44 %; освещенность на открытом месте - 35 тыс. люкс, в междурядьях - 18 тыс. люкс; температура почвы на глубине 0,3 м - 11,3 °С, влажность

- 12 % к абсолютно сухой массе почвы. Расчеты показателей фотосинтеза и транспирации проводили на 1 г абсолютно сухой массы вещества.

Проведенные исследования показали, что междурядная культура люпина многолетнего спо-

собствует улучшению лесорастительных свойств почвы, при этом повышается интенсивность физиологических процессов, ускоряется рост сосновых и лиственничных культур. Положительное влияние на рост сосны наблюдается при достаточном водообеспечении, так как люпин имеет очень высокую интенсивность транспирации, а в сухих условиях и при недостаточном количестве осадков отмечается конкуренция за влагу.

Дрок красильный оказывает также положительную роль на рост сосны, но в засушливые вегетационные периоды он отличается слабым ростом, а в отдельные годы усыхает, более засухоустойчив и пластичен к изменяющимся погодным условиям ракитник русский. При создании культур сосны обыкновенной в условиях сухих и свежих боров введение в качестве почвоулучшающего и почвозащитного кустарника ракитника русского дает лучшие результаты.

В чистых культурах сосны обыкновенной нередко наблюдается поражение корневой губкой (Fomitopsis annosa), невосприимчивость ракитника к повреждениям корневой губкой [9] и почвоулучшающие свойства позволяют считать его ценным кустарником, способствующим улучшению роста основных пород. При изучении состояния чистых сосновых культур и культур сосны с ракитником установлено, что в культурах с ракитником пораженные деревья отсутствуют. Проведенная нами диагностика состояния по морфометрическим показателям и импедансу прикамбиального комплекса тканей выявила здоровые деревья, имеющие показатели импеданса ПКТ в пределах 15 40 кОм, что свидетельствует

о нормальном водном режиме растений, а при нарушении деятельности корневых систем деревья имеют более высокие значения импеданса ПКТ, достигающие 200 кОм и более, в зависимости от степени ослабления.

Т а б л и ц а 4

Интенсивность основных физиологических процессов сосны обыкновенной

и лиственницы сибирской

Характеристика объекта Интенсивность фотосинтеза, мг СО2/гасм • ч Общий хлорофилл, мг/гАСМ Интенсивность транспирации, г Н2О/гасм • ч Влажность листьев, % к АСМ

Сосна обыкновенная на секциях с люпином 4,3 2,337 3,40 106,0

Сосна обыкновенная на секциях без люпина 3,8 2,032 3,20 103,2

Лиственница сибирская на секциях с люпином 9,2 2.,680 1,63 222,0

Лиственница сибирская на секциях без люпина 7,8 2,510 1,91 218,0

Люпин в междурядьях культур 10,1 13,076 8,80 395,0

Люпин на открытом месте 20,9 13,104 14,20 538,0

40

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО

Рисунок. Распределение деревьев по ступеням импеданса ПКТ

Наибольшее количество ослабленных деревьев выявлено в чистых культурах, растущих в понижениях рельефа, на повышенных участках пораженных культур было меньше. При глазомерной оценке по состоянию кроны, хвои в очагах корневой губки было выявлено около 35 % здоровых деревьев, при применении инструментальной оценки состояния по импедансу ПКТ количество здоровых деревьев было в два раза меньше, т.е. эспресс-оценка по импедансу позволяет более точно оценивать жизнеспособность культур.

Наилучшие показатели водного режима деревьев выявлены в смешанных культурах сосны обыкновенной, произрастающих с ракитником русским. Значения импеданса ПКТ растений здесь наименьшие и варьируют в пределах 15^40 кОм. На рисунке приведено распределение количества деревьев сосны обыкновенной от значений импеданса ПКТ.

Ракитник русский успешно произрастает на сухих и бедных песчаных почвах. Он обладает хорошо развитой корневой системой, достигающей глубины 2,0—2,5 м и ажурной кроной. Кроме того, ракитник своим опадом обогащает почву органическим веществом, азотом, зольными элементами. Содержание азота в листьях ракитника, по нашим исследованиям, составляет

1,7 %, в побегах 0,9 ^ 1,0 %. При выращивании сеянцев лучшие результаты получены при применении пяти строчных схем посева, норма высева семян принимается около 1,5-2,0 г стандартных семян. Глубина заделки колеблется в пределах 0,5 ^ 1,0 см, в зависимости от почвы, сочетания погодных условий, от применяемого материала мульчирования. Выход однолетних сеянцев высотой 1520 м составляет 30 шт. с одного погонного метра посевной строки.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы. При выборе технологий создания культур с введением поч-

воулучшающих растений необходимо учитывать эколого-физиологические особенности фитомелиорантов. Эффективность их воздействия зависит от конкретных лесорастительных условий, схем смешения, густоты посадки, размеров посадочного материала и других факторов. Люпин многолетний оказывает положительное влияние на рост сосны обыкновенной при достаточном водообеспечении, в сухих условиях, а при недостаточном количестве осадков он выступает как конкурент за влагу и элементы питания.

Создание культур сосны обыкновенной с введением ракитника русского, дрока красильного в условиях сухого, свежего бора и свежей субо-ри способствует улучшению условий и интенсивности роста сосны обыкновенной и повышению ее устойчивости к неблагоприятным факторам среды и болезням.

Многолетние исследования на созданных стационарах и опытно-производственных культурах разного возраста с люпином многолетним, ракитником русским, дроком красильным показали высокую эффективность данных фитомелиорантов при создании искусственных фитоценозов сосны обыкновенной, лиственницы сибирской. Их введение способствует улучшению плодородия почвы без загрязнения окружающей среды, что нередко происходит при использовании минеральных удобрений. Повышается устойчивость, продуктивность и некоторые средостабилизирующие функции искусственных насаждений.

Библиографический список

1. Вознесенский, В.Л. Кондуктометрический прибор для измерения фотосинтеза и дыхания растений в полевых условиях / В.Л. Вознесенский. - Л.: Наука, Ленингр. отд-ние, 1967. - 46 с.

2. Годнев, ТН. Строение хлорофилла и методы его количественного определения / Т.Н. Годнев. - Минск, 1952. - 327 с.

3. Жилкин, Б.Д. Повышение продуктивности сосновых насаждений культурой люпина / Б.Д. Жилкин. - Минск.: Высшая школа, 1974. - 254 с.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2007

41