Эффективность инновационных технологий в воспроизводстве лесов

УДК 630

© Селименков Р.Ю. © Миронов А.В.

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ВОСПРОИЗВОДСТВЕ ЛЕСОВ

В статье рассматриваются эколого-экономические и технологические аспекты воспроизводства лесов. Представлен отечественный и зарубежный опыт инновационных технологий в области лесовосстановления. Выявляется экономическая эффективность воспроизводства лесов посадочным материалом с закрытой корневой системой в сравнении с традиционной технологией лесовосстановления в регионах Северо-Запада Российской Федерации.

Лесное хозяйство, инновации, генная модификация, саженцы с закрытой корневой системой.

Решение проблем устойчивого развития лесного хозяйства предполагает обеспечение качественного воспроизводства лесных ресурсов как обязательного элемента лесопользования. Эта проблема актуальна и для Вологодской области, где существующая практика ведения лесного хозяйства привела к изменению породного состава лесфонда. За вековой период площадь хвойной древесины в регионе сократилась почти в полтора раза. В тоже время за счёт прироста лиственной древесины увеличилась доля покрытой лесом площади в целом (рис. 1). С одной стороны, изменение породного состава в регионе приводит к потере потребительской ценности лесов с одной стороны, а с другой - обостряет проблемы дефицита хвойного сырья и трудности сбыта лиственных балансов.

Ситуацию также усугубляет незначительный уровень воспроизводства лесных культур по сравнению с объемами и площадью заготовки древесины (рис. 2).

Применяемые традиционные методы воспроизводства лесов различаются степенью экономической и лесохозяйственной эффективности (табл. 1).

В настоящее время в воспроизводстве лесов на вырубках преобладает метод содействия естественному возобновлению (около 60%). Менее широко используется посев и посадка леса с использованием саженцев и сеянцев с открытой корневой системой (ОКС), выращенных в питомниках и теплицах с плёночным покрытием.

Однако традиционные способы воспроизводства лесов, как показывает практика, не могут в перспективе сохранить их потребительскую ценность.

Рисунок 1. Динамика состояния лесов Вологодской области [10, 14]

%

100

75

50 -

25

50,2

1927 г.

1966 г.

1979 г.

1993 г.

2009 г.

Покрытая лесом площадь, % от общей лесной площади Площадь хвойных пород, % от покрытой лесом

0

Рисунок 2. Соотношение объемов эксплуатации и восстановления лесов региона [10, 14]

Тыс. га

Площадь лесозаготовок Содействие естественному возобновлению Посев и посадка леса

На современном этапе развития требуется внедрение инновационных форм лесовосстановления, направленных на получение качественного древесного материала в более короткие сроки.

Обзор мирового опыта показывает, что решить эту задачу могут такие инновационные технологии, как генная модификация, прививание и выращивание посадочного материала с закрытой корневой системой.

Генетически модифицированные (ГМ) деревья используют в лесном хозяйстве 35 стран мира. Всего за последнее десятилетие было проведено около 2700 экспериментальных исследований, связанных с внедрением различных биотехнологий в лесное хозяйство. Примерно 70% этих опытов приходится на США, Канаду и Францию. В США сосредоточена большая часть участков для выращивания ГМ-деревьев.

Таблица 1. Эффективность традиционных методов лесовосстановления

Критерии эффективности Методы лесовосстановления

Содействие естественному восстановлению Посев леса Посадка сеянцев с открытой корневой системой Посадка саженцев с открытой корневой системой

Сохранение естественного биоразнообразия + ± -

Возможность регулирования породного состава - + +

Повышенная устойчивость леса к болезням и повреждениям + + +

Низкие трудозатраты +++ ++ + -

Низкая стоимость посадочного материала - ++ + -

Короткие сроки получения посадочного материала - ++ + -

Высокая приживаемость/всхожесть - ++ +++

Высокие темпы роста - + ++

В Северной Америке и Европе трансгенные исследования контролируются по большей части правительством и научными сообществами. В странах Латинской Америки, Африки и Юго-Восточной Азии исследования сконцентрированы в частном секторе. Характерно, что в последние годы резко увеличилось и продолжает расти количество коммерческих плантаций [8].

Основные усилия научных исследований в данной области направлены на определение ключевых генетических модификаций (рис. 3), применение которых позволило бы формировать наиболее ценные свойства древесины для промышленности, обеспечивающие рост продуктивности древостоев, и на этой основе снижать себестоимость древесной продукции.

Рисунок 3. Основные направления генетических модификаций лесных культур

Однако регламентируемые выгоды генетической модификации деревьев стоит рассматривать прежде всего с точки зрения экологической безопасности, так как для экосистем существует угроза вытеснения естественного лесного фонда генно-модифицированными деревьями за счёт их быстрой приспособляемости. При этом трансгенные породы не могут выполнять водоохранные функции, поддерживать биоразнообразие, служить для местных жителей источником пищи и получения лекарственных средств.

Вместе с тем основным движущим фактором развития генной инженерии в лесной отрасли является коммерческий интерес. Естественный лес как сырьё очень разнороден, что снижает его стоимость. Одна из главных задач, стоящих перед учёными, - получение однородной продукции. С точки зрения промышленного использования генные плантации имеют неоспоримое преимущество, поскольку предполагают получение большого количества однородной древесины. Потенциальные выгоды для транснациональных компаний от внедрения технологий генной инженерии в лесной промышленности громадны: оценочная стоимость ежегодного мирового урожая древесины уже сейчас превышает 400 млрд. долларов. Однако аналитики Организации по пище и агрокультурам при ООН сомневаются в экономической целесообразности применения биотехнологий в лесном хозяйстве, так как стоимость продуктов лесной отрасли на мировом рынке гораздо ниже стоимости продовольствия. Специалисты убеждены, что плантации генетически изменённых деревьев останутся относительно ограниченными по площади [8].

В России законодательством запрещено выращивание генетически модифицированных культур. Однако в рамках эксперимента по фитоочистке почв от тяжёлых металлов в 2002 г. специали-

стами Центра экологического обучения и информации (Екатеринбург), кафедры физиологии растений Уральского государственного университета им. А.М. Горького, общественной организации «Ассоциация зелёного движения» (Нижний Тагил) совместно с Лабораторией промышленной ботаники Фрайбургского университета (Германия) провели опытные исследования по выращиванию модифицированных тополей. Посредством генных модификаций у растений была усилена способность усвоения из окружающей среды сульфидов, сульфитов, сульфатов и других соединений серы и перевода их в фиксированную, нерастворимую форму.

В окрестностях Нижнего Тагила было высажено 188 деревьев, созданных в Институте физиологии деревьев в Германии. Известно, что практическая часть эксперимента завершена, а теоретические разработки продолжаются до настоящего времени [6].

По сравнению с высокотехнологичной генной инженерией метод прививания основан на принципе вегетативного размножения древесных растений. Отличительной особенностью вегетативного размножения является однородность потомства, так как оно представляет собой клон - совокупность генетически идентичных особей.

Суть метода прививки заключается в сращивании вегетативного органа одного растения (привоя) с вегетативным органом другого растения (подвоя). В практическом плане прививать целесообразно только ценные генотипы, укоренение которых затруднено или вовсе невозможно в обычных условиях. Например, черенки кедра сибирского, а также все производные от него в обычных условиях практически не укореняются, поэтому размножают их исключительно прививкой.

В России выведением сортов кедра занимается только лаборатория Института мониторинга климатических и экологических систем СО РАН (Томск). В лучших кедровниках есть несколько пробных площадей со сплошной нумерацией деревьев. За ними ведутся многолетние наблюдения: учёт состояния роста, количества и качества шишек. Среди деревьев есть обильно плодоносящие, крупношишечные, крупносемянные, тонкоскорлуповые, а также сочетающие некоторые из этих признаков. Именно их черенки используются для прививок. Доказано, что при вегетативном размножении все полезные свойства генотипа передаются клоновому потомству. Однако положительные результаты прививания гарантируется только в родном климате. Как поведут себя те или иные генотипы деревьев в других условиях -неизвестно. Ещё к недостаткам данного метода можно отнести среднюю скорость роста и обычный внешний вид [15].

Метод прививания в большей степени используется для выращивания деревьев клонов в целях получения элитных семян. Однако по причине высокой трудоёмкости и неизученности сохранения генетических качеств в семенах при районировании он не получил широкого применения.

В отличие от экспериментальных опытов по генной модификации и прививания лесных культур технология выра-

Рисунок 4. Кассеты «Плантек-Ф»

щивания посадочного материала с закрытой корневой системой (ЗКС) успешно применяется за рубежом последние 40 лет. В Финляндии, Швеции, Норвегии, а также в Канаде посадка леса на 90% и более производится с использованием однолетних сеянцев с закрытой корневой системой.

Выращивают однолетние сеянцы

преимущественно хвойных пород

(сосны, ели) в небольших контейнерах в теплично-питомнических комплексах, где обеспечиваются необходимый микроклимат, своевременные поливы и подкормки. Как правило, контейнеры (кассеты) представляют собой некоторое подобие сот

- множество пластиковых ячеек, заполненных земляной смесью. Например, финский контейнер «Плантек-Ф» (рис. 4) и шведский контейнер «Starpot» (рис. 5) позволяют выращивать от 28 до 121 шт. сеянцев одновременно в зависимости от типа и объёма ячейки.

Однако выращенные сеянцы слишком малы - всего 12 - 15 см. Поэтому хорошие результаты приживаемости такого посадочного материала достигаются только при условии специальной подготовки почвы и ухода за сеянцами.

Технология выращивания саженцев с закрытой корневой системой состоит в том, что сеянцы, выращенные в посевном отделении питомника, пересаживаются в контейнеры с питательной смесью большего объёма.

Рисунок 5. Кассеты «Starpot»

Как правило, саженцы в таких контейнерах выращиваются в течение целого сезона, а затем высаживаются на постоянное место. Использование данной технологии позволяет существенно увеличить возможное время посадки саженцев, а также за счёт правильно подобранной питательной смеси в контейнере обеспечить лучший рост деревьев в первое время после пересадки.

Основными преимуществами технологии выращивания посадочного материала с закрытой корневой системой по сравнению с традиционными методами воспроизводства лесов являются:

• отсутствие риска травмирования корневой системы при пересадке;

• значительное сокращение сроков выращивания посадочного материала (в открытом грунте саженцы до стандартной высоты в 12 см растут 3 года, в теплицах - всего 1 год);

• возможность посадки в течение всего периода вегетации (у саженцев с открытой корневой системой существует строгое правило посадки до и после окончания вегетации);

• высокая приживаемость саженцев за счёт полностью сформированной корневой системы.

Однако недостатком данной технологии является ее относительная дороговизна внедрения, обусловленная использованием в качестве исходного материала элитных семян 1-го класса, а также необходимостью высокого уровня механизации и автоматизации процессов выращивания, транспортировки на лесокультурную площадь и посадки.

Следует отметить, что механическое перенесение технологии создания культур посадочным материалом ЗКС с севера Европы в южную часть таёжной зоны России требует соблюдения особых требований к параметрам сеянцев и

саженцев для лесовосстановления в южной тайге и зоне смешанных лесов. Это обусловлено мощным развитием живого напочвенного покрова (250 - 500 г/кв. м сухой травы), а также опережающими темпами роста лиственных пород на вырубках по сравнению с хвойными в первые 10 лет выращивания культур на богатых и осушенных оторфованных почвах.

Выбор оптимальной технологии искусственного лесовоспроизводства зависит также от зональных особенностей вырубаемых площадей, от типов леса, состава насаждений, наличия пней, распределения порубочных остатков, наличия валежника и давности рубки.

Промышленное использование

данной технологии в России проходит начальную стадию внедрения (с 1997 года) и пока носит экспериментальный характер. В питомнике Лисинского лес-хозтехникума (Ленинградская область) ежегодно выращивается полмиллиона саженцев с закрытой корневой системой. В Нижегородской области уже высажено около 6 миллионов саженцев лесных культур.

В рамках сотрудничества с Финляндией на Северо-Западе России создано восемь питомников по производству сеянцев ЗКС, пять из которых расположены в Республике Карелия, а остальные - в Республике Коми, Мурманской и Архангельской областях.

Лесохозяйственная эффективность применения саженцев ЗКС в южной части таёжной зоны России подтверждается многолетними исследованиями [1]. Результаты наблюдений показывают, что темпы роста культур, восстановленных трёхлетними саженцами ЗКС, значительно выше по сравнению с традиционными методами выращивания при одновременном снижении густоты посадки (табл. 2).

Таблица 2. Сравнение темпов роста трехлетних саженцев с открытой и закрытой корневыми системами

Показатель Саженцы

ОКС ЗКС

Характеристика посадочного материала

Диаметр, мм 3,9±0,15 8,6±0,19

Высота, см 24±0,6 55±1,0

Масса сухая, г надземная часть 2,9±0,21 24,1 ±1,72

все корни 1,0±0,12 8,0±0,35

Густота посадки, шт./га 4000 2300

Культуры в 20 лет

Диаметр, см 7,0±1,50 8,9±0,29

Высота, м 6,6 9

Сохранность, % 75 94

Густота, шт./га 3000 2164

Запас, м3/га 48 58

Объём сред. ствола, м3 0,016 0,027

Таблица 3. Экономическая эффективность лесовосстановления саженцами ОКС и ЗКС*

Вид посадочного материала Густота, тыс. шт./га Стоимость посадочного материала, без НДС, тыс. руб. Затраты на 1 га Общая стоимость, тыс. руб. Приживаемость в 20 лет, % Объём среднего ствола в 20 лет, м3 Запас м3/га Стоимость восстановления 1м3, тыс. руб.

на посадку на уходы

>2 е н л. е ч б. у р с. ы т _о т с о м и о т с >2 е н л. Ф ч стоимость тыс. руб.

Сеянцы ОКС 3 год 4 3,08 6,6 7,2 5,7 9,5 19,8 75 0,016 48 0,41

Саженцы ЗКС 3 год 2,3 10,11 4,7 5,8 1,6 1,8 17,7 94 0,027 58 0,30

* По материалам нормативно-технологических карт на выращивание, посадку и уход за культурами на территории Вологодской области.

При этом затраты на один куб. м восстановленного леса саженцами ЗКС в 20-летнем возрасте на 27% ниже, чем при восстановлении леса саженцами ОКС (табл. 3).

Эффективность восстановления леса посадочным материалом с закрытой корневой системой объясняется меньшей трудозатратностью посадки и дальнейшим уходом за лесными культурами по сравнению с саженцами ОКС. Также среди сеянцев с ОКС всего 75% достигло 20-летнего возраста, в то время как у саженцев с ЗКС это количество составляет 94%. За счёт лучшей приживаемости и более быстрых темпов роста саженцам с закрытой корневой системой удалось

избежать межвидовой конкуренции, что положительно повлияло на объём ствола, а впоследствии и на общий запас древесины на участке лесовосстановления.

Полученные результаты указывают на целесообразность воспроизводства лесов региона саженцами с закрытой корневой системой. Стоит отметить, что первые попытки в данном направлении в Вологодской области уже реализуются. В мае 2011 года в Диковском участковом лесничестве Вологодского района введён в эксплуатацию комплекс по переработке лесосеменного сырья и выращиванию посадочного материала с закрытой корневой системой проектной мощностью 1015 тыс. саженцев в год.

Локализация теплично-питомнического комплекса в центральной зоне инвестиционного освоения лесов Вологодской области вызвана первоочередной необходимостью восстановления хвойного лесфонда в Вологодском, Шекснинском, Сокольском, Меж-дуреченском, Усть-Кубенском районах.

Использование посадочного материала с закрытой корневой системой для воспроизводства лесов в долгосрочной перспективе позволит снизить срок созревания и ввод в эксплуатацию древесины, а также улучшить породный состав лесопокрытой площади указанных районов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бирцева, А.А. Густота посевов и качество посадочного материала с закрытой корневой системой [Текст] / А.А. Бирцева // Посадочный материал для создания плантационных культур: сб. науч. тр. - Л.: ЛенНИИЛХ, 1986. - С. 34-38.

2. Бутенко, О.Ю. Влияние параметров посадочного материала на лесоводственную культуру ели [Текст] / О.Ю. Бутенко. - СПб.: СпбГУЛ, 2008.

3. Воробьёв, Г.А. Ландшафты и лес [Текст] / Г.А. Воробьёв // Леса земли Вологодской. -Вологда: Легия. -1999.

4. Жигунов, А.В. Производство посадочного материала в лесных питомниках Северо-Запада России [Текст] / А.В. Жигунов, И.А. Маркова // Практические рекомендации. - СПб.: СПбНИИЛХ, 2005. - 120 с.

5. Кайрюкштис, Л.А. Оптимальный способ выращивания еловых молодняков [Текст] / Л.А. Кайрюкштис, А.И. Юодвалькис. - Вильнюс: Мокслас, 1976. - 10 с.

6. Колесникова, В. Искусственный лес или немного о вопросах гигиены [Текст] /

B. Колесникова // Лесной Бюллетень. - 2003. - № 23.

7. Лесной план Вологодской области [Текст]. - Вологда, 2007.

8. Лесное хозяйство - новая площадка для наступления ГМ-технологий [Текст] // Крестьянские ведомости. - 2005.

9. Лесной кодекс Российской Федерации [Текст]. - М.: Проспект, 2007.

10. Лесной комплекс регионов Северо-Западного федерального округа [Текст]: стат. сб. / Вологдастат. - Вологда, 2010.

11. Редько, Г.И. Лесовосстановление на Европейском Севере [Текст] / Г.И. Редько, Н.А. Бабич.

- Архангельск: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1994. - 188 с.

12. Тюрин, Е.Г. Воспроизводство хвойных лесов [Текст] // Лесное хозяйство. - 1987. - № 9 -

C. 42-45.

13. Тюрин, Е.Г. Восстановление хвойных лесов Вологодской области [Текст] / Е.Г. Тюрин, В.В. Корякин // Лесное хозяйство. - 1989. - № 3 - С. 32-34.

14. Тюрин, Е.Г. Смена пород в Вологодских лесах [Текст] / Е.Г. Тюрин // Материалы отчётной сессии по итогам НИР за 1989 год. - Архангельск: АИЛиЛХ, 1990. - С. 46-48.

15. Всё о сибирском кедре, его близких и дальних родственниках. Интернет-представительство С.Н. Горошкевича [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://kedr.forest.ru/ veget.html