Научное обоснование и разработка интенсивной технологии выращивания посадочного материала хвойных пород для лесовосстановления на Европейском севере России

По нашим наблюдениям, осенью при снижении температуры воздуха до отрицательных значений начинается промерзание и подъем (пучение) минеральной почвы. Образующиеся в почве кристаллы льда плотно охватывают стволик сеянца и вытягивают его из почвы с обрывом тонких корней. После оттаивания почва опускается, а выдернутая часть корня остается оголенной над поверхностью почвы. При периодическом многократном промерзании и оттаивании выдернутая из почвы часть корня может достигать 5-7 см. Мульчирующий материал, особенно нанесенный осенью, служит своеобразным буфером в системе воздух-почва. Он промерзает медленнее и позднее (примерно на 8-12 часов), чем незамульчированная минеральная почва. Благодаря своему рыхлому сложению и меньшему содержанию свободной воды в порах, кристаллы льда, которые образуются в нем, не так плотно охватывают стволик сеянца и не выдергивают его из почвы при поднятии (пучении) мульчи.

4.3.2 Обоснование необходимости и норм полива и подкормки сеянцев минеральными удобрениями

Установлено, что почти ежегодно в период появления всходов осадков выпадает от 3 до 11 мм, влажность верхнего слоя почвы снижается до критического предела. В опытах с поливом в засушливые периоды энергия прорастания семян и их грунтовая всхожесть увеличиваются в 2-3 раза, а размеры и масса двухлетних сеянцев сосны и ели - на 12-30%.

Эффективность подкормок сеянцев (и саженцев) зависит от погодных условий (в годы с похолоданиями и заморозками она снижается), степени окультуренности почвы, способов и очередности внесения удобрений. Установлено, что при подкормках интенсивность фотосинтеза сеянцев увеличивается на 8-35%, размеры и масса в 1,1-2,3 раза, выход стандартных на 11-32%. Исследованиями определено, что для роста сеянцев наиболее эффективны подкормки в жидком виде с расходом раствора 3-5 л/м² (30-50м³/га) и концентрацией раствора по азоту 0,3-0,5% через поливные установки. В сухом виде подкормки рациональны внесением удобрений в почву между строчками сеянцев на глубину 2-4 см. (Мочалова, Мочалов, 1984, 1990; Чечуева, Мочалов, 1985; Мочалов и др., 1990).

4.3.4 Использование гербицидов для борьбы с сорняками и фунгицидов для профилактики болезней сеянцев и саженцев

Борьба с сорняками является одной из трудоемких и сложных операций в общем технологическом процессе выращивания посадочного материала. Она должна сочетать химические и механические методы с учетом породы и возраста сеянцев, видового состава сорняков, охраны окружающей среды и других факторов. В паровых полях испытывали 8 препаратов с разыми нормами внесения. Практически у всех препаратов отмечена избирательность подавления злаковых и двудольных сорняков, но ряд из них приводят почти к полному уничтожению трудноискореняемых и наиболее распространенных многолетников - пырея, осота, щавелька, отпад которых составлял от 50 до 100%. Это гербициды лэндмастер, раундап, арсенал, фосулен и баста. Данные препараты не оказали отрицательного влияния на всхожесть семян и выживаемость всходов в посевах следующего года.

Для борьбы с сорняками в посевах хвойных испытывали 10 препаратов. По эффективности подавления сорняков и минимальному отрицательному воздействию на всходы и сеянцы были выделены гербициды гоал, примэкстра, пропазин, велпар и стомп. Обработки гербицидами в паровых полях и посевах сокращают количество прополок за сезон и снижают на 1-2 категории степень засоренности посевов, которая классифицируется как слабая, тогда как, на участках без обработки она бывает сильная и, реже, средняя. Затраты на прополки при слабой засоренности сокращаются в 6 раз в трудовом и в 3 раза в денежном выражении (Бобнев, Мочалов, 1968а; Мочалов и др., 1982; Синников, Мочалов, 1983а; Мочалов, 1990, 1991).

Для предупреждения поражения сеянцев сосны шютте обыкновенным и снежным и побеговым раком проводили испытание ряда фунгицидов в посевах разных лет (Драчков, Мочалов и др., 1982). Препараты байлетон, дерозал, топсин М, фундазол, даконил и цинеб рекомендованы к использованию для обработки сосны с условием чередования препаратов в течение вегетации и за весь период выращивания сеянцев и саженцев с целью избежания резистентности инфекции.

4.4. Выращивание саженцев в школьных отделениях питомников

Успешность приживаемости и роста саженцев в культурах, при соответствующей агротехнике, определяется их размерами, степенью развития корневой системы, и соотношением массы надземной части к массе мелких (диаметром менее 1,0 мм) корней (Миронов, 1977; Родин, 1977; Пигарев и др., 1979; Смирнов, 1981, 1983; Беляев, 1990, 1997; Маркова, 2000 и др.). В свою очередь, рост и развитие саженцев в школьных отделениях питомников обуславливается климатом региона, почвенными условиями, качеством и размерами сеянцев, системой агротехнических приемов, позволяющих получать необходимый посадочный материал (Смирнов, 1981; Мочалов и др., 1987, 1993, 1994, 2000б).

Исследования показали, что весьма сильное лимитирующее влияние на рост и развитие саженцев оказывают неудовлетворительные физико-химические свойства почвы. Зависимость роста у них примерно такая же, как у сеянцев. Установлено, что благоприятными для роста саженцев являются плотность сложения пахотного слоя почвы менее 1,16 г/см³, общая пористость более 50%, содержание гумуса 3-4% и более, степень обеспеченности подвижными элементами питания (N, Р, К) высокая и повышенная.

На приживаемость и рост саженцев в школе оказывают влияние размеры и качество сеянцев. Установлено, что при разделении сеянцев перед посадкой в школу на группы размеров (крупные, средние, мелкие), у них сохраняются различия в размерах между группами, а абсолютные показатели разницы по массе и Д²Н увеличиваются в 2,5 - 10 раз. В средней подзоне за 3 года выращивания в школьном отделении из сеянцев различных групп размеров можно получить саженцы сосны высотой (средней для партии) от 35 см (стандартные) до 65 см (крупномерные), ели - от 25 до 40 см и более (табл. 4). Для получения крупномерных саженцев в питомнике северной подзоны необходимо их выращивать 3-4 года (Мочалов, 2000а).

Саженцы из группы крупных лидируют по размерам и имеют наиболее высокий выход стандартного посадочного материала. Как показали дальнейшие исследования ранговое положение размеров саженцев, выращенных из сеянцев, разделенных по категориям крупности, сохраняется и в культурах (Мочалов, 2005). Можно сказать, что создание культур из такого посадочного материала это один из этапов в массовой селекции посадочного материала и повышении производительности культур.

Одним из важных показателей качества саженцев является отношение массы надземной части к массе мелких физиологически активных корней. По данным Н.А. Смирнова (1985) для посадочного материала с такой массой надземной части приживаемость на 90%-ном уровне обеспечивается при отношении массы надземной части к массе мелких корней у сосны 30, у ели 26, а интенсивный рост в культурах, наступает у сосны на второй год, у ели на 4-й год. В опытно-производственных культурах приживаемость саженцев, указанных в таблице 4, составляла в первые три года 95-99%, а начало интенсивного роста отмечено на 2-3-й годы после посадки в культуры.

Все выше приведенные материалы показывают, что саженцы, в условиях относительно оптимального обеспечения ведущими факторами среды, формируют пропорционально-необходимое соотношение различных частей растения, то есть они представляют собой саморегулирующиеся организмы. Саженцы, лидирующие по размерам, при хороших почвенных условиях, развивают более мощную корневую систему с большим количеством мелких корней, обеспечивая тем самым высокую жизнестокость.

Таблица 4 - Средние размеры саженцев сосны и ели, выращенных из сеянцев разных размеров в школьном отделении питомника

^*Примечания: - диам., мм^* - диаметр шейки корня, мм; - масса, г^* - масса одного растения (хвоя, стволик, корни) в абсолютно-сухом состоянии, г; - м.н.ч^*/ м.т.к- показатель отношения массы надземной части к массе мелких (диаметром менее 1,0 мм) корней.

Глава 5. Эколого-биологические основы интенсивного выращивания сеянцев в закрытом грунте

Теоретическими предпосылками эффективности использования закрытого грунта являются наличие парникового эффекта, заключающегося в трансформации солнечной энергии в тепловую и накоплении ее в замкнутом пространстве теплицы, повышенное содержание углекислого газа и активизация физиологических и биохимических процессов в растениях в результате изменения факторов среды.

5.1 Требования к теплицам и технологические основы выращивания в них сеянцев на зональной основе

При исследованиях в теплицах установлены следующие положения:

Освещенность. Чистая полиэтиленовая пленка пропускает 75-90% света, а при загрязнении и наличии конденсата пропускная способность ее может снижаться до 50%. В течение светового дня пленка достаточно прозрачна для физиологически активных лучей. Элементы каркаса снижают освещенность на 15-45%, в результате чего фотосинтез сеянцев сосны и ели снижается на 6-24%. Поэтому площадь элементов каркаса, затеняющих посевы, должна быть не более 10% от площади теплицы (Мочалов и др.,1976а, 1978; Синников, Мочалов, 1982; Мочалов, 1987)).

Температура. Температура воздуха (на 10 см от почвы) в среднем за период вегетации в теплицах выше, чем на открытом участке в северных районах на 3,8-8,4^оС, в южных - на 3,4-5,3^оС. Количество тепла под пленкой за период вегетации увеличивается на 5-11 тысяч градусо-часов, что равно количеству тепла за один летний месяц на открытом участке. Сумма активных температур в пределах 10-30^оС, обуславливающих наиболее продуктивный фотосинтез сеянцев, в теплицах увеличивается на 3,5-6 тысяч градусо-часов или на 30-50%, причем с увеличением объема теплиц с 2,3 до 3,5 м³/м² она возрастает почти на 20% (Мочалов и др., 1975; Синников Мочалов и др., 1986). Особенно важно повышение в теплицах минимальных температур в период похолоданий и при летних заморозках (рис. 4).

Установлены общие положительные связи температуры воздуха и поверхности почвы в теплицах с температурой воздуха на открытом участке, которые выражаются уравнениями прямой с высокими коэффициентами корреляции (r = 0,90-0,93), позволяющие рассчитывать частные уравнения. В условиях севера наиболее благоприятный температурный режим формируется в теплицах с объемом воздуха от 2,5 до 3,5 м³/м².

Рисунок 4 - Минимальные температуры воздуха на высоте 1,5 м на питомнике и в теплице при ночных заморозках в летний период 1986 года

Содержание углекислого газа в воздухе и субстрате. В замкнутом пространстве теплиц создается своеобразный углекислотный режим. Рыхлое сложение субстратов обеспечивает хороший воздухообмен в среде воздух-почва, а повышенные режимы температуры и влажности активизируют микробиологические процессы в них. В почвенном воздухе теплиц отмечено высокое содержание кислорода (18,5-21,5%) и более высокое, в сравнении с открытыми грядами, содержание углекислого газа (0,14-0,60%). Содержание углекислого газа в воздухе в естественных условиях составляет 0,02-0,03% или 0,39-0,59 мг/л. В теплицах, благодаря более высокой биологической активности субстратов и отсутствию турбулентного обмена воздуха, содержание его может составлять от 1,5 до 3,9 мг/л, т.е. в 2-7 раз выше. При проветривании теплиц концентрация СО₂ в воздухе снижается почти до уровня открытого участка, а в кронах двухлетних сеянцев, ввиду интенсивного потребления его на фотосинтез, она уменьшается до 0,2-0,3 мг/л (Мочалов, 1976; Мочалов и др., 1976б).

Удобрение сеянцев углекислым газом. Установлено, что только за счет повышенного содержания углекислого газа интенсивность фотосинтеза сеянцев в теплицах увеличивается на 20-50%. Однако, создающиеся условия углекислотного режима в теплицах не являются оптимальными, и довольно часто, особенно при проветривании теплиц, данный фактор находится в минимуме и является лимитирующим. В опытах с удобрением сеянцев пищевой углекислотой определено, что при повышении содержания СО₂ в 3-10 раз фотосинтез сеянцев увеличивается в 2-3 раза.

При удобрении углекислым газом через воздух и через почву (полив водой, насыщенной углекислотой) высота и масса сеянцев увеличиваются на 4-47%, тогда как только при внесении минеральных удобрений - на 6-19%. Наиболее существенное увеличение размеров и массы сеянцев (на 25-85%) отмечено при удобрении СО₂ по фону минеральных удобрений. Вариабельность сеянцев по высоте на вариантах с удобрением СО₂ ниже, чем на вариантах только с минеральными удобрениями (Мочалов, 1976, 1978; Мочалов и др., 1976б; Синников, Мочалов и др., 1986).

Микроклимат и физиология сеянцев. В целом интенсивность фотосинтеза сеянцев сосны и ели в теплицах в 1,2-2,5 раза выше, чем в открытом грунте. Постоянное воздействие более высоких значений температуры, влажности, СО₂ и наличие в организме растений сложных механизмов саморегуляции приводит к приспособлению сеянцев к новым условиям среды. Определение видимого фотосинтеза показало, что у тепличных сеянцев световое насыщение наступает при более низкой освещенности, а температурный оптимум его смещен в сторону высоких температур (24-28^оС), подавление фотосинтеза наблюдается при температуре 32^оС у ели и 35^оС у сосны, тогда как в открытом грунте (в северной подзоне тайги) фотосинтез начинает снижаться при 20-24^оС (Мочалов и др., 1976а, 1978; Чечуева, Мочалов, 1978, 1980).

По накоплению и динамике запасных пластичных веществ, а так же по одревеснению стволика подготовка сеянцев в теплицах к зиме проходит не менее интенсивно, чем на открытом участке. У однолетних сеянцев сосны и ели в теплицах и на открытом участке установлены общие и довольно идентичные закономерности по содержанию и динамике крахмала и жиров: уменьшение от основания к верхней части стволика, постоянное увеличение жиров от августа к ноябрю, увеличение крахмала к сентябрю и снижение в ноябре (Мочалов и др., 1981, 1989б).

Влияние микроклимата теплиц на рост сеянцев. В зависимости от погодных условий сезона, режимов микроклимата и используемых субстратов средняя высота однолетних сеянцев в теплицах северной подзоны тайги за период исследований с 1969 по 1990 г.г. составляла у сосны 5-10 см, у ели 4-6 см, что в 1,5-3 раза больше, чем на открытых грядах с идентичным субстратом. В средней подзоне тайги однолетние сеянцы достигают высоты 10-15 см у сосны и 6-8 см у ели. При доращивании под пленкой на второй год рост в высоту у сеянцев сосны продолжается 25-30 дней после начала роста и в конце июля - начале августа они закладывают верхушечную почку. В это время необходимо снимать пленку, чтобы избежать второго прироста и повреждения его осенними заморозками. Сеянцы ели в теплице на второй год растут до конца августа - начала сентября. Выход стандартных двухлетних сеянцев в теплицах составляет 85-100%. По высоте и диаметру они превосходят сеянцы с открытых гряд в 1,5-2,5 раза, по массе в 2-4 раза, причем более крупные сеянцы получаются в теплицах большего объема. На выращивание 1000 шт. стандартных сеянцев в теплицах расходуется в 2-2,5 раза меньше семян, чем на открытых грядах (Синников, Мочалов, 1973а, 1986; Мочалов и др., 1977а).

5.2 Выращивание сеянцев с открытой корневой системой (ПМОК)

5.2.1 Влияние микроклимата на ритмы роста сеянцев

Важным направлением в повышении реализации потенциала растений является изучение биологических ритмов развития за период вегетации на ювенильном этапе. На основании этого уже ведутся разработки системы минерального питания и поливов сеянцев древесных пород с учетом потребности их на каждой фазе развития. Однако динамическая система агротехнических приемов не решена полностью, поскольку процессы роста и развития сеянцев имеют сложные функциональные связи со многими факторами среды, в том числе и с потребностью определенных режимов микроклимата на каждой фазе развития.

Наши исследования по влиянию микроклимата на ритмику роста сеянцев сосны, ели, и лиственницы проводились в теплицах разного объема (с различными режимами микроклимата) и на открытых грядах по методу мелкоделяночных опытов. Наблюдения выполнены по фенофазам, что были показаны в работах Е.Н. Наквасиной (1979), Г.И. Редько и др. (1983) для условий Северо-Запада.

Прорастание семян. На энергию прорастания и грунтовую всхожесть отрицательно действуют как более низкие (ниже 13-14^оС ), так и более высокие (выше 19-20^оС) средние температуры. Установлено, что критерием температурного режима для прорастания семян является определенное или необходимое количество часов с определенными пределами температуры воздуха за период прорастания и допустимое количество часов с температурами более 30 и 35^оС. Наиболее благоприятной для прорастания семян при посеве является температура субстрата на глубине 5 см выше 10^оС в утренние (9-10) и выше 15^оС в дневные (13-14) часы. Такая температура должна устойчиво удерживаться 2-3 дня.

Биометрические характеристики сеянцев по фазам роста и развития. У сосны после появления всходов быстро вырастает гипокотиль, развертываются семядоли, формируется почка зачаточного побега и через 20-30 дней после посева начинается рост стволика. Общий период роста стволика в высоту составляет в теплицах 85-100 дней, на открытом участке 34 дня и высота их в 1,5-2 раза меньше.

Накопление массы стволика, хвои и корней протекает замедленно в начальный период (30-35 дней после посева), затем отмечается период (30-40 дней) интенсивного нарастания массы всех органов с последующим постепенным снижением. Для корневой системы характерно наибольшее увеличение массы с момента новообразования корней первого (через 30-35 дней) и, особенно, второго порядка (через 40-50 дней после посева).

Ход роста стволика у сеянцев ели примерно одинаков с сосной, но с большей выраженностью периода временного торможения роста на 30-й день после посева. У лиственницы нарастание длины стволика протекает более равномерно, чем у сосны и ели. Ход роста корня в длину, а так же нарастание массы органов у ели и лиственницы имеют примерно такой же характер как у сосны.

Микроклимат и ритмы роста сеянцев. На этапе появления всходов некоторое превышение длины и массы гипокотиля, корня и семядолей у ели было в теплице с большим накоплением тепла, более высокими показателями среднесуточной температуры и влажности воздуха и почвы. У сосны такая зависимость отмечена при меньшей относительной влажности воздуха, а у лиственницы - при меньшей влажности воздуха и верхнего слоя субстрата.

В период линейного роста сосны на первом этапе для более сильного развития надземной части предпочтительны среднесуточные температуры воздуха от 14 до 25^оС при сумме 200-220^оС и влажности почвы 75-80% (от ПВ), а для большего роста корней необходима более высокая сумма среднесуточных температур (240^оС) при такой же продолжительности этапа.

Рост 2-х летних сеянцев. В годичном цикле развития сеянцев второго года выращивания нами выделено 5 фаз и этапов роста. Под пленкой время вступления сеянцев в очередную фазу было, как правило, на 4-16 дней раньше, чем у сеянцев без пленки. У сосны интенсивный рост ограничивается определенным периодом, в той или иной мере связанным с температурным режимом. У ели и лиственницы линейный рост продолжался 92-96 дней и протекал более равномерно, чем у сосны. Вероятнее всего окончание роста у них ограничивается в большей мере снижением температур в конце вегетационного периода, чем определенным периодом.

5.2.2 Использование субстратов и минеральных удобрений

Виды субстратов. В качестве субстратов для выращивания сеянцев хвойных пород в теплицах используют в основном разные виды торфа - в зарубежных странах чаще верхового и переходного типа, в России - переходного и низинного (Смирнов, 1969; Юшка и др., 1970; Игаунис, 1974; Маслаков и др., 1976; Новосельцева и др., 1983; Синников и др., 1986; Жигунов, 1998 и др.). Наши многолетние исследования показали, что субстраты из торфа обладают благоприятными водно-физическими, микробиологическими и агрохимическими свойствами. Кроме торфа высокий эффект дает использование в качестве субстрата компоста из гидролизного лигнина, смеси торфа с коропометным компостом в соотношении 1:1 (по объему) или с коровым компостом. У 2-х летних сеянцев на данных субстратах при высоких биометрических показателях обеспечивается пропорциональное соотношение массы надземной части к массе тонких корней обуславливающее их высокую приживаемость в культурах (Мочалов, 1976, 1983; Мочалов и др., 1977а, 1979; Синников, Мочалов и др., 1981, 1986).

Продолжительность использования субстратов. В общем технологическом процессе выращивания сеянцев в теплицах подготовка и закладка субстрата составляют 25-30% денежных и 10-13% трудозатрат. Установлено, что при обработке субстрата после выкопки сеянцев фунгицидами и добавлении свежего торфа (или других компонентов) субстрат без замены можно использовать 14 и более лет. Затраты на выращивание 1 тысячи сеянцев при этом снижаются на 14-18% без потери качества посадочного материала. Добавки свежего торфа необходимы потому, что субстрат в процессе эксплуатации уплотняется (на 5-9%), а с корнями сеянцев выносится от 10 до 36 т/га торфа. После 4-6-ти лет использования водно-физические свойства в субстратах стабилизируются, оставаясь в пределах оптимальных значений. Полная замена субстрата необходима при уплотнении его более 0,6 г/см³ и повышении зольности более 60-70%, при сильном разрастании сорняков и при слишком высоком содержании подвижных форм азота и фосфора (Мочалов, 1983, 1991; Мочалов и др., 1991).

Использование минеральных удобрений. В опытах с внесением различных доз (от 0,1 до 1,0-1,5 кг/м³ по д.в.) азотных (N_аа), калийных (К_х) и фосфорных (Р_с.д.) удобрений установлено, что содержание подвижных элементов в субстрате после закладки резко возрастает, примерно через месяц оно достигает максимума, после чего наблюдается быстрое снижение содержания подвижных форм азота и калия и более медленное - фосфора. Тем не менее, в конце первого года вегетации содержание в субстрате всех элементов в подвижной форме и их валовое содержание было выше, чем до внесения удобрений. В хвое сеянцев сосны и ели заметно увеличилось содержание азота и фосфора и очень незначительно изменилось содержание калия.

Установлено, что предельно допустимым содержанием, выше которого снижается грунтовая всхожесть семян и увеличивается отпад всходов, являются: азот щелочногидролизуемый для сосны 700, для ели 800 мг/кг, подвижный калий для сосны 300, для ели 250 мг/100 г почвы. Содержание подвижного фосфора практически допустимо для сосны до 1800, для ели до 1300 мг/100 г почвы (испытывали N_аа, К_х, Р_с.д.). При содержании в субстрате подвижного калия в пределах 500-800 мг/100 г с целью детоксикации его необходимо выдержать не менее года, а при содержании азота от 1500 до 3000 мг/кг период детоксикации должен быть больше года (Мочалов и др., 1992).

Опыты по испытанию влияния определенного количества элементов питания в субстрате и различном соотношении N:Р:К (23:13:64-по Пуустярви, 75:15:10-по Митчерлиху, 20:38:42-по данным ВНИИЛМ, 50:25:25-по данным АИЛиЛХ) показали, что размеры, масса и выход стандартных 2-х летних сеянцев, выращенных без подкормок, не имели очень больших различий. При анализе опытных и производственных посевов установлено, что посадочный материал можно получить при широком диапазоне суммы элементов питания в субстрате (от 180 до 800 мг/100 г почвы) и их соотношении. Однако более высокие показатели его размеров и выхода отмечаются при сумме элементов более 600 мг/100 г почвы (субстрата). Высокий агрофон в теплицах дает возможность эффективного использования стимуляторов роста при выращивании сеянцев ели (Пентелькина, Мочалов, 2006).

5.3 Совершенствование технологии выращивания сеянцев с закрытой корневой системой (ПМЗК) (на примере финского тепличного комплекса)

Исследования проводили в Вельском лесхозе Архангельской области (средняя подзона тайги), где функционирует тепличный комплекс, закупленный в Финляндии. В него входят две арочные теплицы (12х60м каждая) с автоматическим поливом и регулированием температуры, оборудование по измельчению торфа и смешиванию его с удобрениями, линия по автоматической забивке кассет субстратом и посеву семян. Технология производства ПМЗК разработана под использование финского субстрата с внесением быстрорастворимых финских комплексных удобрений. Выращивание сеянцев в этом комплексе выявило ряд проблем и вопросов. В частности необходимо было найти равноценную замену финскому субстрату местным торфом и отечественными удобрениями; установить качество создаваемых автоматикой режимов температуры, влажности и минерального питания и др. Исследования по решению этих и ряда других вопросов были проведены в 1999-2004 г.г. (Мочалов и др., 2002; Motshalov, 2004).

Режимы температуры и полива. Наблюдения показали, что в теплицах суточные температуры воздуха характеризуются высокими колебаниями. Минимальные температуры воздуха в период прорастания семян были в основном относительно низкие (от 3 до 9,5^оС), что увеличило срок появления массовых всходов до 2-2,5 недель. В период интенсивного роста сеянцев (в июне, июле) в теплицах было значительное количество дней с температурой воздуха выше 32-35⁰С, при которой снижается фотосинтез сеянцев, и выше 40⁰С, которая тормозит их рост и развитие. Поливная установка в теплице не обеспечивает равномерности увлажнения субстрата в кассетах и ячейках, что влияет на размеры сеянцев. Определения показали, что количество осадков, попадающих в ячейки, отличалось в 2,5-3,5 раза, а различия влажности субстрата между ячейками одной кассеты в конце августа доходили до 200-300 %. Это влияет на концентрацию питательного раствора в ячейках, сказывается на режиме минерального питания и росте растений и является одним из факторов значительной дифференциации сеянцев по высоте.

Использование субстратов при производстве ПМЗК. Субстраты «Финнпит», используемые для производства ПМЗК по финской технологии, готовят из фрезерованного верхового неразложившегося торфа с использованием специальной техники, которой в лесхозах региона нет. Поэтому для приготовления местного субстрата более подходит (по техническим возможностям) разложившийся торф переходного или низинного типа. По нашим данным, субстрат из переходного и низинного торфов отличается от субстрата из верхового торфа более высокой объемной массой, более низкой полной влагоемкостью и более узким отношением С:N (20-30 и 40-50). Однако в конце сезона показатели общей пористости и объема пор занятых воздухом отличаются незначительно и имеют хорошие параметры аэрации. При перевозке и перевалке торфа зольность (содержание минеральной части) субстрата повышается с 2-4% до 30-50%, что обуславливает изменение, чаще ухудшение, режима влажности и минерального питания сеянцев, снижает устойчивость кома субстрата при выемке сеянцев из кассет.

Химические свойства субстратов. Химический состав почвенного раствора определяется нормами, видами и сроками внесения удобрений. Финские удобрения, вносимые в торф и применяемые при подкормках, являются комплексными, содержат большое количество микроэлементов и характеризуются высокой и хорошей растворимостью. Отечественные удобрения (простые и комплексные) отличаются более слабой растворимостью (кроме азотных), а гранулированные - более крупными гранулами. Опытами установлено, что динамика подвижных форм элементов питания в местном субстрате из переходного торфа и финском из верхового торфа за период вегетации имеет общую закономерность. В тоже время наблюдаются отличия по концентрации почвенного раствора в разные периоды вегетации и в отдельных ячейках кассет, что обусловлено свойствами удобрений, способами внесения их в торф и качеством перемешивания субстрата. Крупные гранулы удобрений не всегда обеспечивают равномерное распределение их по субстрату, а, следовательно, и по кассетам и ячейкам. Различия по содержанию подвижных форм фосфора и калия в отдельных ячейках одной кассеты достигали 60-120% при использовании отечественных удобрений и 20-70% в финском субстрате.

Рост и развитие сеянцев. Из многочисленных опытов с различными нормами и видами удобрений наиболее оптимальные результаты были получены на субстрате из переходного торфа с внесением 0,8 и 1,0 кг/м³ азофоски. По данным 4-х лет наблюдений 1-летние сеянцы сосны на нем имели среднюю высоту от 6,5 до 9,4 см, на финском субстрате от 7,3 до 8,1 см. На местном субстрате отмечены более высокие различия средней высоты сеянцев между кассетами (от 30 до 120%) и очень большие между сеянцами одной кассеты (до 4-5 раз). Основную долю влияния на различие размеров, кроме генетических свойств, оказывают технологические факторы - равномерность внесения удобрений и условия полива. Большая дифференциация сеянцев по высоте снижает выход посадочного материала при его строгой стандартизации. Ячейки кассет имеют прорези, через них прорастает довольно много корней сеянцев, которые обрезаются перед выемкой сеянцев из кассет.

Данные по развитию корней 1-летних сеянцев сосны на финском и местном субстратах (табл. 5) показывают, что на местном субстрате из переходного торфа среднее количество корней, приходящееся на один сеянец, в основном больше, а их общая длина несколько меньше, чем на финском. Опытами так же установлено, что высокие дозы удобрений при внесении в основную заправку, а, следовательно, и высокая концентрация солей в почвенном растворе, оказывают отрицательное действие на развитие корневых систем сеянцев (Мочалов и др., 2000а; 2005а; Motshalov, 2004).

Таблица 5 -Развитие корней 1-летних сеянцев сосны^*

^*По количеству и длине корней средние показатели на 1 растение, сеянцы выащивались в кассетах пант; % количества и длины корней 2-го порядка - от показателей корни 1+2 порядка

Глава 6. Основные положения эффективной технологии выращивания сеянцев и саженцев

Комплексные исследования в открытом грунте питомников и в теплицах позволили установить определенные закономерности зависимости роста и развития сеянцев и саженцев от почвенных и климатических условий и на основании их разработать нормативные требования региональной технологии в питомниках и теплицах (табл. 6-10).

По результатам исследований и с учетом нормативных требований разработаны и проверены при опытно-производственных проверках технологические приемы создания благоприятных водно-физических, агрохимических и микроклиматических условий для интенсивного выращивания посадочного материала в питомниках и теплицах. Они по ряду позиций отличаются от приемов, используемых в прежней технологии.

Таблица 6 - Нормативные показатели физико-химических свойств почвы в посевных и школьных отделениях питомников

Таблица 7 - Нормы внесения торфа и органических удобрений на паровых полях питомников

^* ТМУ- торфоминеральные, ТМАУ- торфоминеральноаммиачные, КПУ- коропометные, ТПУ- торфопометные компостированные органические удобрения.

Таблица 8 - Нормативные показатели температурного режима воздуха (на 10 см от почвы) в теплицах в период прорастания семян

Таблица 9 - Нормативные показатели микроклимата в теплицах по фазам роста 1-летних сеянцев

Основные положения интенсивных технологий изложены в разработанных и используемых на производстве рекомендациях и нормативных документах (№ 12-20 в списке публикаций автора). Все приемы и операции технологий разработаны с учетом комплексной механизации, с использованием отечественных машин и механизмов, химических средств и местных материалов. Нормативные требования и новые данные по совершенствованию технологии, полученные позднее будут использованы при подготовке для переиздания имеющихся нормативных документов.

Таблица 10 - Нормативные показатели физико-химических свойств субстратов при выращивании сеянцев в теплицах

^*Торф повторного использования - продолжительность использования без замены до 14 лет. Азот^** - щелочногидролизуемый азот по Корнфилду.

Глава 7. Приживаемость и рост сеянцев и саженцев, выращенных по разработанным технологиям, в культурах

Первые исследования по апробации сеянцев, выращенных в теплицах, были испытаны в культурах в 1972 - 1974 годах. В целом было установлено, что в условиях Севера при промывном типе водного режима посадку культур следует проводить в пласты (в микроповышения) с высоким качеством подготовки. Сеянцы сосны и ели, выращенные в теплицах, имеют такие же показатели приживаемости и роста, что и сеянцы из открытого грунта (Синников, Мочалов и др., 1973б; Мочалов и др., 1976в; Бабич, Мочалов, 1982; Бабич, Мочалов и др., 1987). Дальнейшие исследования в культурах были направлены, в основном, на изучение приживаемости и роста сеянцев и саженцев, выращенных по разработанным технологиям, влияния на них почвенных условий и травянистой растительности и необходимости проведения агротехнических уходов.

Опытные культуры в 2000 году (5,2 га) заложены на вырубке 1989 г. с дренированными почвами из-под сосняка кисличного, а в 2001году (2,3 га) - на вырубке (1994 г.) с периодически переувлажняемыми почвами из-под ельника черничного. Подготовка почвы проведена в конце сезона предшествующего года нарезкой пластов плугом ПЛП-135 на обоих участках и созданием микроповышений орудием ПЛД-1,2 в культурах 2000 года. На вырубке с периодическим переувлажнением при подготовке почвы обеспечили сток поверхностной воды.

В культурах сосны проведены посев семян и посадка. Испытывали: - сеянцы 1-летние с закрытыми корням (ПМЗК), выращенные на субстратах из верхового (финский) и переходного (местный) торфов, 2- летние с открытыми корнями (ОК) из теплиц и 3-летние из открытого питомника; саженцы: 4(2т+2)-, 4(2+2)-, и 3(1т ПМЗК+2) - летние. В культурах ели были высажены сеянцы 4-лет (из двух питомников с разной окультуренностью почв) и саженцы 5(3+2) лет. Посев и посадка проведены по пластам и микроповышениям.

Почвенные условия. В культурах 2000 г. почва дерново-слабоподзолистая среднесуглинистая на тяжелом карбонатном моренном суглинке. В культурах 2001г. почва представлена двумя типами - подзол маломощный среднесуглинистый на карбонатной глине на повышенной части и перегнойно-глеевая среднесуглинистая в пониженной части. При обработке плугом формируется пласт с минеральной почвой толщиной 6-18 см в верхней части и погребенной под ней подстилкой. В результате получается сдвоенный слой (до 9 см) подстилки, ограниченный с двух сторон тонкими гумусированными горизонтами А₀А₁ (2-3 см) и бедными по содержанию гумуса и подвижных элементов питания горизонтами А₂ и В₁. В год закладки культур и на 3-4-й годы содержание гумуса, щелочногидролизуемого азота и подвижных форм фосфора и калия в слое сдвоенной подстилки и гумусово-минеральных горизонтах в 1,5-8 раз выше, чем в минеральных слоях верхней части пласта и под пластом. В целом в пластах и микроповышениях формируются благоприятные физико-химические свойства почвы в зоне расположения корней культивируемых растений.

Напочвенный покров. В культурах 2000 г. на третий и четвертый годы после посадки масса травы составляла в среднем 280 …450 г/м². По количеству стеблей и массе в среднем 75% и 41% приходится на злаки, а из двудольных - 44% по массе - на иван-чай. На 89% учетных площадок масса травы в 1,2-5,8 раза выше предела, при котором, согласно исследований И.А. Марковой (1999), отмечается торможение роста культур. Средняя высота преобладающего вида травостоя 0,3..0,6м, а максимальная 0,4…1,5м. Мощное развитие напочвенного покрова на пластах обуславливает сильную конкурентность культивируемым растениям за свет, почвенное питание и обеспечение влагой, представляет опасность завала растений ветошью (Мочалов и др., 2004, 2005б, 2007).

Приживаемость и рост сеянцев и саженцев. В культурах обоих лет приживаемость (на пластах) в первые два года после посадки у ПМЗК и саженцев сосны и ели составляла 93,3…99,8%, у сеянцев сосны с ОК 88,0…99,5%. В посевах сосны всхожесть (и приживаемость) были 44,6% и 17,4% (Мочалов, 2005). Слагающими высокой приживаемости были хорошее соотношение массы надземной части и массы тонких корней сеянцев и саженцев, обучение исполнителей технике работ. У саженцев сосны и ели при средней массе одного растения в воздушно-сухом состоянии 10…50 г отношение массы надземной части к массе мелких корней составляло 10…26, что, согласно исследований Н.А. Смирнова (1981), обеспечивает приживаемость в культурах на 90%-м уровне.

При посадке в культуры сеянцы сосны имели высоту на 40-50% (10-15 см) меньше саженцев, у ели эти различия составляли около 14% и 2-3 см. Данные замеров за 5 лет показали, что у саженцев, по сравнению с сеянцами прослеживается более высокая интенсивность роста. При этом она отмечается уже на второй год роста в культурах, и в абсолютных показателях продолжает увеличиваться ежегодно. У саженцев, выращенных из сеянцев разделенных на группы размеров, в культурах лидируют растения из группы крупных.

В пятилетнем возрасте на участке с подготовкой почвы плугом ПЛП-135 (культуры 2000 г.) лидирующее положение по всем показателям также занимают саженцы сосны, средняя высота которых составляет 140…158 см (табл. 11). По высоте и диаметру они превосходят сеянцы с ЗК и ОК на 28…52%, по приросту в высоту на 19…39%, с высоким уровнем достоверности. По мере убывания размеров культур, а, следовательно, и перспективности, саженцы расположились в следующем порядке: 3-летние, выращенные из сеянцев с ЗК > 4-5-летние из отборных крупных 2-3-летних сеянцев с ОК > 4-5-летние из несортированных стандартных сеянцев с ОК. У сеянцев с ЗК и ОК различия по высоте и приросту находятся в пределах 5…10%. Наименьшие размеры имеют посевы сосны.

Таблица 11 - Характеристика 5-ти летних культур сосны и ели из различного посадочного материала.

^*- Саженцы, гр. КР и гр. НС - саженцы, выращены из группы крупных и группы несортированных стандартных сеянцев; возраст - 4(2т+2), 3(1тЗК+2), 5(3п+2) = первая цифра - возраст саженцев; первое обозначение в скобках - возраст, место выращивания и вид сеянцев (т - выращены в теплице, без обозначения - сеянцы из питомника); вторая цифра в скобках - срок выращивания сеянцев в школьном отделении питомника. ^** Прирост по Н, см - прирост в высоту за последний год.

На участках с подготовкой почвы орудием ПЛД-1,2 и в культурах 2001 года распределение культур по размерам, в зависимости от вида посадочного материала, примерно такое же, но с более низкими (на 5-55%) показателями высоты, диаметра и прироста.

Высокая интенсивность роста культур в первые годы после их создания является важнейшим условием успешного их сохранения. При быстром выходе культур из-под влияния травостоя исключается или снижается до минимума необходимость в трудоемких и затратных агротехнических уходах. Это особенно важно в условиях севера, где рубки леса проводятся, в основном, на удаленных от населенных пунктов участках.

Одним из путей решения данной проблемы является использование крупномерного посадочного материала с высокой интенсивностью роста. В наших опытных культурах в возрасте 3 года при средней высоте доминирующего вида травостоя 0,5 м у сеянцев с открытой и закрытой корневой системой только 29-46% растений (рис. 5), имеющих высоту больше 0,5 м, вышли из-под влияния травостоя по световому режиму и опасности завала опадом (ветошью). За остальными растениями этих групп сеянцев, а также за сеянцами ели и посевами сосны необходимы уходы по удалению травы. У саженцев количество растений с высотой больше 0,5 м составляло 92-94% и за ними агротехнические уходы уже не требуются.

Рисунок 5 - Средняя высота трехлетних культур сосны и количество растений с высотой больше 50 см у различных видов посадочного материала

Проведенные исследования позволили разработать интенсивную региональную технологию выращивания сеянцев и саженцев в открытом грунте питомников Севера, сеянцев с открытыми корнями в телицах с полиэтиленовым покрытием и усовершенствовать технологию выращивания сеянцев с закрытыми корнями в тепличных комплексах. Исследования в опытно-производственных культурах показали, что посадочный материал, выращенный по разработанным технологиям, весьма эффективен для искусственного лесовосстановления. По результатам исследований и опытно-производственных проверок установлены и решены следующие направления и положения.

1. Установлены зависимость роста и развития сеянцев и саженцев сосны и ели от водно-физических и агрохимических свойств пахотного слоя почвы и их оптимальные показатели (см. табл. 6), которые должны поддерживаться в течение всего периода выращивания. Определяющими составляющими их являются плотность (1,0-1,2 г/см³ для сеянцев, 0,9-1,16 г/см³ для саженцев), общая пористость (50-70%) и пористость аэрации (половина общей пористости), содержание гумуса (3-4% и более) и подвижных форм азота, фосфора и калия (степень обеспеченности повышенная и высокая). При создании данных условий размеры сеянцев и саженцев увеличиваются в 1,2 - 6,1 раза, а по массе различия доходят до 10 и более раз. Для питомников с первичным окультуриванием почв и внесением больших доз торфа (более 100 т/га) введен дополнительный нормативный показатель - потеря при прокаливании, который отражает оптимальные параметры физических свойств пахотного слоя почвы.

2. Экспериментально установлено, что создание требуемых условий достигается внесением низинного хорошо разложившегося торфа, органических и минеральных удобрений в основную заправку в паровом поле. Нормы внесения торфа, в зависимости от содержания гумуса, составляют от 100 до 500 т/га. Полученные сведения вносят определенный вклад в теорию земледелия. Использование больших доз торфа, как «органического удобрения», позволяет относительно быстро «окультурить» пахотный слой бедных подзолистых почв, создать оптимальные для роста растений режимы водно-физических показателей и обеспечивает потенциальное плодородие почвы.

3. Сохранение и поддержание достигнутого плодородия на необходимом уровне осуществляется севооборотами, внесением в последующие ротации органических и минеральных удобрений в основную заправку. Среди органических удобрений, наряду с компостами из торфа и минеральных удобрений (ТМУ, ТМАУ), установлена высокая удобрительная ценность нетрадиционных компостов из торфа, лигнина, или дробленой коры хвойных пород с куриным пометом (ТПУ - торфопометное, ЛПУ - лигн...