18

На правах рукописи

Храмова Мария Игоревна

ИЗМЕНЧИВОСТЬ СЕМЕННОГО ПОТОМСТВА

СОСНЫ КЕДРОВОЙ СИБИРСКОЙ (PINUS SIBIRICA DU TOUR)

В РЕГИОНЕ ИНТРОДУКЦИИ

Специальность 06.03.01 – Лесные культуры, селекция, семеноводство

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата сельскохозяйственных наук

Москва – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса» (ФГБОУ ВПО МГУЛ)

Защита диссертации состоится «20 ноября» в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.146.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005, Мытищи-5, Московская область, ул. 1-я Институтская, дом 1, МГУЛ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса».

Автореферат разослан « 16 » октября 2013 года.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент ______________Васильев С. Б.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Интродукция сосны кедровой сибирской (Pinus sibirica Du Tour) в Европейской части России имеет многовековую историю (Дроздов, 1989). Целесообразность и актуальность введения этой породы в новые лесорастительные районы определяется не только ценными хозяйственными признаками и особенностями (декоративность, долговечность, устойчивость к загрязнению воздуха, высокая пищевая ценность орехов и продуктов их переработки и т.д.), но и достаточно высокой адаптивной способностью вида.

Основной способ размножения сибирского кедра при интродукции – семенной (Дроздов, 2003). Насаждения семенного происхождения более устойчивы к неблагоприятным климатическим условиям, долговечны и декоративны. Одним из критериев успешности акклиматизации вида в условиях интродукции являются семеношение и получение жизнеспособного потомства из семян местной репродукции (Лазарева, 2002). Поэтому большое значение имеет оценка репродуктивной способности насаждений сосны кедровой сибирской в Центральной части России и исследование изменчивости их семенного потомства.

Литературные источники подтверждают успешный рост, ежегодное семеношение этой породы и образование жизнеспособных семян в условиях интродукции (Игнатенко, 1988; Брынцев, 1990, 1991; Гришенков, 1998; Дроздов, 2003; Хамитова, 2012; Храмова, 2009). Однако до настоящего времени отсутствуют данные об анализе роста и развитии семенного потомства, выращенного из семян местных популяций. Такое потомство, по мнению В.И. Некрасова (1980), более устойчиво к климатическим факторам нового региона, по сравнению с растениями, выращенными из семян, полученных из ареала их естественного произрастания.

Цель исследования заключалась в изучении изменчивости семенного потомства интродукционных культур сосны кедровой сибирской и отборе наиболее ценных семей и индивидуумов для создания лесосеменной базы этой породы в регионе интродукции.

Задачи исследования:

1. Оценить качество семян сосны кедровой сибирской, заготовленных в интродукционных насаждениях.

2. Исследовать основные параметры выращенных из них сеянцев в разном возрасте

3. Выявить взаимосвязь показателей шишек и семян с основными параметрами сеянцев.

4. Установить наличие взаимосвязи между отдельными параметрами сеянцев в ювенильном и виргинильном периодах онтогенеза. Оценить степень изменчивости семенного потомства по всем исследуемым параметрам.

5. Изучить особенности сезонного роста и развития апикального побега сеянцев разного происхождения.

6. Оценить степень изменчивости семенного потомства по всем исследуемым параметрам.

7. На основании полученных результатов отобрать лучшие семьи и индивидуумы для дальнейшего использования их при создании объектов лесосеменной базы в условиях интродукции.

Научная новизна. Впервые проведена оценка семейственной и индивидуальной изменчивости семенного потомства интродукционных популяций сосны кедровой сибирской. Установлена взаимосвязь основных параметров шишек и семян, собранных в интродукционных насаждениях с параметрами сеянцев, выращенными из них. Исследована динамика сезонного роста центрального побега и хвои у семенного потомства интродукционных культур.

Практическая значимость. Выращено семенное потомство сосны кедровой сибирской из семян местной репродукции. Выделены семьи, имеющие наилучшие показатели по исследуемым параметрам. Проведен отбор наиболее ценных семей и особей, выращенных из семян нижегородской и ветлужской популяций. Из отобранных наиболее перспективных индивидуумов в регионе исследования заложена опытная лесосеменная плантация на площади 0,5 га. Проведенные исследования расширяют опыт интродукции кедра в зону хвойно-широколиственных лесов Европейской части России и способствуют созданию постоянной лесосеменной базы сосны кедровой сибирской на генетико-селекционной основе в Поволжском регионе.

Обоснованность и достоверность результатов исследований обеспечены обширным экспериментальным материалом, повторением наблюдений с применением общепринятых методик, 5-летним сроком исследований (с 2009 по 2013 гг.) и математической обработкой полученных данных с применением статистического, дисперсионного и корреляционного анализов с использованием современного программного обеспечения.

Личный вклад. Исследование материнских деревьев, заготовка семян, подготовка их к посеву, посев семян и выращивание сеянцев осуществлялось при непосредственном участии автора. Оценка качества семян, исследование основных параметров сеянцев в течение 4 лет, наблюдения за сезонным ростом семенного потомства, а также обработка, анализ полученных данных и формулирование выводов выполнены диссертантом самостоятельно.

Положения, выносимые на защиту:

1. Сосна кедровая сибирская дает жизнеспособное потомство в регионе интродукции.

2. Параметры семян и однолетних сеянцев могут служить диагностическими признаками при отборе семенного потомства с ценными хозяйственными свойствами на ранних этапах онтогенеза.

3. Имеется групповая и индивидуальная изменчивость семенного потомства по исследуемым признакам, что позволяет отобрать наиболее ценные интродукционные популяции, семьи и индивидуумы для создания ПЛСБ в регионе интродукции.

Апробация работы. Основные положения, результаты и выводы докладывались и обсуждались на постоянно действующем семинаре кафедры селекции, генетики и дендрологии «Продукционный процесс и структура деревьев, древостоев и древесин», на ежегодных научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» (2011-2013); на научной конференции ФГОУ ВПО «Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии» (г. Нижний Новгород, 2011), на научно-практической конференции, проходившей в рамках 9-ой специализированной выставки «ЛЕСПРОМИНДУСТРИЯ - 2011». Результаты исследования входят в состав отчета о научно-исследовательской работы кафедры лесных культур ФГОУ ВПО «Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии» по теме: «Разработка и совершенствование на селекционно-генетической основе методов создания и эксплуатации лесных культур, объектов постоянной лесосеменной базы и единого генетико-селекционного комплекса, защитных насаждений и промышленных плантаций основных лесообразующих пород в Нижегородской области».

Публикации. По материалам исследований опубликованы 8 статей, в том числе 3 в журналах перечня ВАК России.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав основного текста, выводов и рекомендаций. Библиографический список включает 155 наименований, в том числе 7 иностранных. Общий объем работы составляет 132 страницы, в том числе 21 таблица, 45 рисунков и 8 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Биолого-экологические особенности сосны кедровой сибирской и ее интродукция в европейскую часть России

Биологические особенности и хозяйственное значение сосны кедровой сибирской достаточно глубоко изучены (Поликарпов, 1963; Лоскутов, 1971; Бех, 1983; Крылов, 1983; Игнатенко, 1986; Матвеева, 2003, и др.).

Сосна кедровая сибирская имеет довольно обширный ареал естественного распространения, который охватывает северо-восток европейской части России, Урал, Западную Сибирь, Алтай, среднюю и южную часть Восточной Сибири, что говорит о его высокой экологической пластичности. Литературные данные свидетельствуют о том, что кедр сибирский произрастает не только на обширной территории Сибири, но и успешно культивируется за пределами ареала (в Московской, Ленинградской, Вологодской, Воронежской, Нижегородской и др. областях) в разных почвенно-климатических условиях (Дроздов, 1972, 1984; Брынцев, 1989; Титов, 1999, 2004; Агеев, 2008; Храмова, 2009; Хамитова, 2012).

В ареале вида искусственное лесовосстановление, ориентированное на генетико-селекционную и экологическую основы, начиная с заготовки семян, базируется на отборе лучших по продуктивности и адаптивной способности популяций и особей (Шутов, Маслаков, Маркова и др., 1984; Лоскутов, 1988; Воробьев и др., 1989; Ефимов, 1991 и др.). Особое внимание при этом уделяется проявлению полиморфизма в семенном потомстве древесных растений с последующим проведением отбора на ранних этапах онтогенеза по прямым и коррелятивным признакам (Вересин, 1946; Правдин, 1960б; Матвеева, 1994; Рутковский, 1994 и др.). В связи с этим актуальным становится изучение изменчивости семенного потомства на ранних этапах онтогенеза при культивировании сосны кедровой сибирской за пределами естественного ареала ее произрастания.

Глава 2. Природно-климатическая характеристика районов исследования и заготовки семян

Исследования проводились на территории Нижегородской области, входящей в Верхне-Волжский район интродукции сосны кедровой сибирской, в зоне смешанных хвойно-широколиственных лесов с умеренно-континентальным, умеренно-теплым и умеренно-влажным климатом (Курнаев, 1973). Сравнительная характеристика климатических данных показала, что средняя продолжительность вегетационного периода, сумма температур выше 5 ⁰С и годовое количество осадков в районе интродукции имеют близкие значения с климатическими условиями района естественного произрастания сосны кедровой сибирской.

Наличие благоприятных почвенных, лесорастительных и климатических условий Нижегородской области способствует созданию лесосеменной базы этой породы в регионе исследований.

Глава 3. Программа, методика, объекты исследований

В программу исследований в соответствии с поставленными задачами входило:

1. Изучить состояние вопроса по литературным источникам;

2. Изучить морфологическую изменчивость материнских деревьев;

3. Оценить посевные качества семян интродукционных культур;

4. Исследовать основные параметры сеянцев в ювенильном и виргинильном периодах онтогенеза;

5. Исследовать индивидуальную, семейственную и популяционную изменчивость сеянцев разного возраста и происхождения;

6. Определить взаимосвязь параметров шишек и семян с параметрами сеянцев;

7. Исследовать динамику сезонного роста апикального побега, в том числе явление вторичного прироста у сеянцев разного возраста и происхождения;

8. На основании полученных результатов отобрать лучшие семьи и сеянцы для закладки объектов ПЛСБ.

Схема проведения исследований приведена на рис. 1.

Рис. 1. Схема исследований

Объектами исследований являлись семена и выращенные из них сеянцы сосны кедровой сибирской разного возраста и происхождения. Исходным материалом были шишки и семена, заготовленные в Нижегородской области (в г. Нижнем Новгороде и в Ветлужском районе) и в естественном ареале произрастания (Томской области).

Определение посевных качеств нижегородских семян (средней массы 1000 шт., доброкачественности, жизнеспособности, всхожести доброкачественных семян) проводили с учетом стандартных методик.

Измерения основных параметров (высоты и диаметра стволика, количества почек) у сеянцев 2006, 2007, 2008, 2009, 2010 гг. посева проводили в конце вегетационных периодов с 2009 по 2012 гг. При фенологических наблюдениях использовалась дополненная методика В.А. Брынцева (1997). Динамику сезонного роста апикального побега и хвои исследовали в течение вегетационных периодов 2011, 2012 гг. у сеянцев 2006 и 2007 г. посева. У однолетних сеянцев определяли высоту надземной части, диаметр стволика у корневой шейки, количество семядолей и их длину. Высоту сеянцев, длину семядолей, длину хвои, высоту основного и вторичного приростов измеряли линейкой с точностью до 0,1 см. Диаметр у корневой шейки – штангенциркулем с точностью 0,1 мм.

При обработке экспериментального материала применяли статистический, корреляционный и дисперсионный анализы (Доспехов, 1973; Лакин, 1990), с использованием программы Microsoft Excel.

Глава 4. Характеристика нижегородских и ветлужских культур сосны кедровой сибирской

Семена, из которых выращивались исследуемые сеянцы, заготавливались с двух участков интродукционных культур в Нижегородской области. Описание их приводится по данным О.Ю. Храмовой (2009). Первый участок, площадью 0,75 га, находится на территории города Нижнего Новгорода. Возраст культур на момент обследования от 17 до 35 лет, всего на данной площади произрастает 49 деревьев, большинство из них семеносящие. Второй участок находится в Ветлужском районе Нижегородской области. На момент обследования сохранилось 7 деревьев в возрасте 50 лет, из них 6 семеносящих. Результаты исследования основных таксационных характеристик и ежегодное семеношение свидетельствуют о хорошем и удовлетворительном состоянии этих культур.