Введение. Одной из важнейших проблем лесного хозяйства России является воспроизводство в кратчайшие сроки лесных ресурсов хозяйственно цен­ными породами и повышение их

Лекция 1

Одной из важнейших проблем лесного хозяйства России является воспроизводство в кратчайшие сроки лесных ресурсов хозяйственно цен­ными породами и повышение их продуктивности. Древесина принадлежит к самым значительным и перспективным видам сырья, потребление кото­рого постоянно растет. Одновременно в еще большей степени увеличива­ется потребность человека в рекреационных, водоохранно-защитных и других функциях леса. Лес является незаменимым источником жизнеобес­печения, возобновляемым энергетическим сырьем. Интерес к лесному по­крову как элементу глобальной экосистемы возрастает с той же скоростью, с какой лесные массивы исчезают с Земли. Например, тропические леса ежегодно уменьшаются на 7,5 млн. га. Джунгли уничтожаются со скоро­стью примерно 20 га в минуту.

Вместе с тем естественное возобновление леса после его рубки часто задерживается, идет возобновление нежелательными древесными порода­ми или вообще отсутствует. Все это вызывает необходимость проведения лесовосстановительных работ на больших площадях- от притундровых зон до южных окраин.

Создание искусственных лесных насаждений (лесных культур) по­зволяет выращивать высокопродуктивные насаждения необходимого ви­дового состава и определенного целевого назначения, сократить лесовосстановительный период хозяйственно ценными породами, целенаправлен­но преобразовывать ландшафт.

Выращивание искусственных лесных насаждений может быть ус­пешным только при выполнении комплекса научно обоснованных меро­приятий, обеспечивающих оптимальные экологические условия на всем протяжении лесокультур но го производства- от получения высококачест­венных семян до формирования хозяйственно ценных молодняков. При этом все лесокультурные мероприятия должны проводиться с учетом того, что семена, посадочный материал и лесные культуры являются саморегу­лирующимися, самонастраивающимися биологическими системами, чутко реагирующими на изменения условий внешней среды, происходящие в пространстве и во времени, и под влиянием хозяйственной деятельности человека.

Выращивание лесных культур- это длительный процесс, измеряе­мый десятилетиями. Ошибки, допущенные при посадке и посеве леса, могут проявиться не сразу, исправить их бывает трудно. Поэтому лесовод при создании искусственных насаждений (лесных культур) должен пред­видеть их будущий рост и развитие, основываясь при этом на знаниях жизни лесных биогеоценозов в динамике. В связи с этим лесоводу необхо­димо знать теорию и практику искусственного создания и выращивания лесных насаждений, хорошо освоить приемы, способы и методы проведения лесокультурных работ. Все эти вопросы излагаются в дисциплине "Лесные культуры", которая базируется на знаниях по лесоведению, гене­тике, селекции, дендрологии, почвоведению, ботанике, физиологии, меха­низации лесохозяйственных работ и т. п.

Лесное семеноводство. Под лесным семеноводством в соответствии с Федеральным законом от 17 декабря 1997 г. № 149-902 "О семеноводстве" понимают деятель­ность по производству, заготовке, обработке, хранению, реализации, транспортировке и использованию семян лесных растений. Сюда же вхо­дит семенной контроль. Решающую роль в улучшении породного состава и качества лесов, повышении их продуктивности играет обеспечение лесо­культурных работ семенами деревьев и кустарников с лучшими наслед­ственными свойствами и высокими посевными качествами. В соответствии с этим первоочередной задачей лесного хозяйства является организация лесного семеноводства на селекционно-генетической основе. Лесное семе­новодство в широком значении этого понятия охватывает большой круг вопросов: лесосеменное районирование, отбор лучших древесных форм; выделение и сохранение генетического фонда древесных пород, организа­ция объектов лесосеменной базы, уход за ними; фенологические наблюде­ния и учет ожидаемого урожая семян; технологию заготовки лесосеменного сырья, его переработку; сертификацию, хранение и транспортировку семян; проверку посевных качеств; методы профилактики и борьбы с вре­дителями и болезнями шишек, плодов и семян.

Семеношение деревьев и кустарников. Экология семеношения (плодоношения) деревьев и насаждений. Новые леса создают главным образом семенным способом. Следова­тельно, исходный лесокулыурный материал - семена. В то же время из­вестно, что многие свойства и особенности деревьев (форма кроны и ство­ла, динамика роста, сопротивляемость к заболеваниям и вредителям, смо­листость и др.) определяются наследственностью, отраженной в генетиче­ском коде семян. Поэтому при искусственном создании новых насаждений должен быть использован селекционный материал, обеспечивающий вы­ращивание древостоев в наиболее короткие сроки и высокого качества. В связи с этим работу по повышению продуктивности искусственных насаж­дений следует начинать с получения семян с высокими наследственными качествами. С этой целью в лесном хозяйстве проводят большую работу по созданию постоянной лесосеменной базы на селекционно-генетической основе, что позволяет повысить продуктивность вновь создаваемых лесов на 10-20 %, а также их жизнестойкость и качество.

Повышенные требования, предъявляемые к семенному материалу, объясняются еще и тем, что проростки формируют свой организм в начальный период роста за счет запасов питательного вещества семени. Сле­довательно, качество выращиваемых растений во многом зависит от со­стояния запасного питательного вещества семени.

Семеношение деревьев и кустарников определяется генетическими факторами и онтогенезом данного индивидуума. Лесные растения плодо­носят не ежегодно и урожаи семян из года в год бывают неодинаковыми. Деревья с крупными плодами (дуб; каштан, орех) расходуют на их образо­вание больше пластических веществ и плодоносят реже, чем породы с мелкими семенами (осина, береза, ильм). Этим вызвана периодичность се­меношения лесных древесных растений. Урожайные годы сменяются го­дами небольших урожаев или полных неурожаев. Неодинаково плодоносят отдельно стоящие деревья и деревья в сформированных насаждениях. Го­ды обильных урожаев семян называются семенными годами.

Семеношение деревьев зависит от биологических особен­ностей и внешних условий среды, которые взаимосвязаны и обусловлива­ют друг друга. Большую роль в урожае семян играют погодные условия, особенно во время цветения и созревания. К биологическим осо­бенностям относят возраст и генотип дерева. Для устойчивого семеношения необходимо, чтобы растение прошло юношеский (ювенильный) этап развития, в период которого наблюдается активный вегетативный рост и закладываются генеративные органы. Это происходит тем скорее, чем бла­гоприятнее внешние условия. Раньше других достигают возмужалости светолюбивые породы. С возрастом урожайность увеличивается, что свя­зано не только с изменением физиологического состояния деревьев, но и с увеличением размеров крон и количества плодоносящих побегов. В пере­стойном насаждении (этап старения) у деревьев снижается общая жизне­деятельность и, соответственно, репродуктивная способность тем раньше, чем хуже условия местопроизрастания. В первые годы после вступления деревьев в генеративную фазу количество семян бывает невысоким. С на­чалом устойчивого семеношения качество семян повышается. У очень ста­рых деревьев уменьшаются размеры, масса шишек и семян, а также сни­жаются их посевные качества. Потомство, выращенное из семян от старых деревьев, развивается хуже, чем от молодых.

Большинство основных лесообразующих пород - растения однодом­ные. Однако такие породы, как сосна, ель, лиственница могут быть физио­логически женскими и мужскими. Наибольший урожай дают деревья жен­ского типа и обоеполые. Разный ритм сезонного развития деревьев одного и того же вида приводит к тому, что период закладки генеративных почек, цветения и созревания семян у них протекает в неодинаковых метеороло­гических условиях. Это влияет на величину урожая семян. Так, позднорас-пускающаяся форма дуба черешчатого, у которой цветение происходит обычно после поздних весенних заморозков, отличается лучшей урожай­ностью желудей, чем ранораспускающаяся форма.

Периодичность семеношения - это одна из биологических особенно­стей, связанных прежде всего с расходом большого количества запасов пластических веществ при формировании обильного урожая. Значительный сход пластических веществ при обильном семеношении может привести в последующие годы к тому, что, несмотря на достаточное количество сфор­мировавшихся цветочных почек, после урожайного года, многие из них по­гибают на разных стадиях развития из-за недостатка питательных веществ. Следовательно, для формирования последующего обильного урожая расте­нию нужно накопить необходимый запас пластических веществ.

На семеношение деревьев большое влияние оказывают внешние условия среды. К ним относятся климатические, погодные и экологические условия. Последние характеризуются комплексом факторов и прежде всего освещенностью, температурой и влажностью воздуха, плодородием почв, а также особенностью почвенного микроклимата.

Из климатических и погодных факторов наиболее сильное влияние на урожай оказывает температура воздуха. Особенно заметно влияние температуры на семеношение проявляется в более северных областях, где условия для плодоношения приближаются к предельному минимуму. Ме­жду количеством и качеством сформировавшихся семян и колебаниями летних температур имеется тесная связь. Наиболее заметна эта связь для сосны, произрастающей в северных и южных областях.

В табл. 1 приведены данные о семеношении и его периодичности не­которых видов деревьев и кустарников. Периодичность урожаев семян со­сны в восточных районах наблюдается через 5-6 лет, а в северных районах семенные годы наступают через 10 лет и более. Чем благоприятнее клима­тические условия, тем чаще и обильнее плодоносят лесные деревья, и на­оборот, чем суровее климат, тем реже урожай и ниже качество семян. Гра­ницей урожаев семян сосны следует признать изотерму за июль- сен­тябрь, равную примерно 10-12 °С.

Существенную роль в формировании урожая играет влажность возду­ха. Низкая относительная влажность воздуха и ветер в период цветения со­сны способствуют разносу пыльцы и завязыванию шишек. Сырая, дождли­вая погода отрицательно сказывается на образовании урожая. Ранние осен­ние заморозки, низкая летняя температура (ниже средней многолетней) за­медляют вызревание плодовых почек. При неблагоприятных погодных ус­ловиях наблюдается пониженная интенсивность цветения, образуется много неоплодотворенных цветков. У многих пород они засыхают и опадают, у некоторых продолжают развиваться и образуют плод без семян или с семе­нами без зародыша (партенокарпия для лиственных и партеноспермия - для хвойных). Часто одиночно стоящие деревья с однополыми цветами образу­ют пустые семена вследствие того, что распределение на дереве генератив­ных органов (цветков у цветковых растений и микроспорофиллов у хвой­ных) не благоприятствует их самоопылению (сосна, ель, пихта, лиственни­ца, береза). В целом же свободно стоящие деревья плодоносят обильно и чаще. Семена у них формируются более высокого качества, чем в насажде­нии. Это связано прежде всего с лучшим освещением кроны дерева.

Свет - необходимое условие цветения и созревания семян. Хорошее освещение материнского дерева обеспечивает накопление в семенах за­пасных питательных веществ, идущих в дальнейшем на образование про­ростка. В то же время у таких деревьев имеются большая площадь питания и более благоприятный почвенный микроклимат, создаваемый за счет лучшего прогревания почв. Последнее имеет существенное значение для роста и семеношения деревьев.

Важный этап в формировании урожая - вызревание и накопление массы семян. При этом химический состав формирующихся семян с тече­нием времени меняется качественно и количественно. На образование сложных химических соединений в семенах оказывают влияние климати­ческие факторы. Так, жиры в семенах сосны обыкновенной из северных и южных областей отличаются между собой как по составу, так и по струк­туре. При холодной и дождливой погоде семена полностью не вызревают и имеют меньшую массу, чем при обычных условиях, В северных областях чаще всего встречаются пустые, неживые и недоразвитые семена. Причина этого - низкая температура вегетационного периода.

Установлена четкая связь между степенью вызревания семян и гео­графическим положением материнских деревьев. Температура воздуха, оказывая непосредственное влияние на степень вызревания семян, отража­ется также на их массе. От температуры воздуха зависит продолжитель­ность вегетационного периода, в течение которого происходит не только развитие зародыша семени, но и накопление питательных веществ. Масса семян - характерный признак их географического происхождения. Чем хо­лоднее климат (а в горных условиях - чем выше над уровнем моря), тем меньше масса семян и размеры шишек. В связи с этим средняя масса семян сильно варьирует. Оценивают семена по массе 1000 шт. Так, масса 1 000 шт. семян сосны в Архангельской обл. около 4 г, в Московской обл. -около 6 г, в Харьковской - более 8 г и т. д.

Деревья начинают плодоносить в различном возрасте в зависимости от того, растут ли они одиночно или находятся в сомкнутых насаждениях. В первом случае плодоношение начинается раньше, во втором- позднее. На плодоношение деревьев влияют и такие внешние факторы, как повреждение деревьев энтомо- и фитовредителями, антропогенное воздействие и т. п.

Семеношение насаждений зависит от тех же факторов и условий, что и семеяошение деревьев, а также от состава насаждений, их возраста, полноты и количества деревьев разного класса роста. В лучших ус­ловиях местопроизрастания насаждения плодоносят чаще, а урожай выше.

Участие отдельных деревьев в формировании урожаев неодинаково. Наибольшее количество семян (до 80 % всего урожая в насаждении) дают Деревья I и II классов роста по Крафту. Установлена корреляционная зави­симость урожая от диаметра дерева, его высоты и объема кроны. Деревья более высоких классов роста часто имеют также большие размеры шишек и семян, и лучшее их качество. Высокая энергия семеношения деревьев господствующего яруса объясняется лучшими условиями их роста, но прямая зависимость урожая от размеров деревьев существует и для всего насаждения в целом.

В пределах каждого класса роста наблюдается значительная индиви­дуальная изменчивость деревьев по степени семеношения. Она зависит от многих причин: уровня закладки генеративных органов и их сохранности на разных этапах, сезонных ритмов развития, устойчивости к вредителям и т. п.

Деревья в насаждении различаются не только по урожайности, но и по биолого-морфологическим признакам шишек и семян (размерам и мас­се шишек, их раскрываемости, выходу семян из шишек, массе семян, их полнозернистости и всхожести). Эти признаки находятся в тесной зависи­мости от условий среды.

Чтобы правильно планировать семенозаготовки необходимо знать не только среднюю величину урожая, выведенную из наблюдений за ряд лет, но и наблюдавшиеся колебания в размере урожая. Так, средний урожай со­сны за 15 лет в Лесной опытной даче МСХА составил 1,6 кг/га, но колеба­ния были от 0,1 до 6, 35 кг/га.

Прогноз и учет урожая семян лесных растений. При создании искусственных лесных насаждений необходимо знать имеющийся и ожидаемый урожай семян лесных растений (древесных по­род и кустарников), а также периодичность их семеношения. С этой целью проводят прогноз и учет урожая. Это позволяет определить не только уро­жай и его периодичность, но и заблаговременно наметить места заготовки семян лесных растений, определить хозяйственно возможный сбор лесосеменного сырья (шишки, плоды и т. п.), спланировать объемы заготовки и переработки сырья, а также обеспечить своевременное финансирование. Эти мероприятия проводят посредством фенологических наблюдений по фазам: массового цветения (I фаза), массового образования завязей и пло­дов (II фаза), начало созревания шишек, плодов и семян (III фаза). При фе­нологических наблюдениях устанавливают сроки массового наступления фаз семеношения и выявляют причины, которые могут вызвать уменьше­ние или повреждение урожая. Массовое наступление каждой фазы семе­ношения считается с того момента, когда эта фаза наступает более чем у 50% деревьев и кустарников данного вида. При этом в первой фазе из со­цветий или микроспорофиллов при легком их потряхивании в сухую пого­ду летит пыльца, а у видов с развитым околоплодником распустились цветки; во второй фазе на месте цветков и соцветий появляются плоды, а у хвойных пород отмечается начало роста шишек и их зеленение (у сосен эта фаза наступает на следующий после цветения год); в третьей фазе шишки, плоды и семена достигают размеров и приобретают окраску, свойственную зрелым плодам.

Прогноз урожая семян лесных растении представляет собой вероят­ностную оценку будущего урожая. Он может быть долгосрочным - за 1-2 года до созревания семян и краткосрочным - 3-5 месяцев. Прогноз урожая семян лесных хвойных растений осуществляют по I и II фазам семеноше­ния на основе прямого учета женских стробил и озими.

Учет урожая - определение фактического наличия шишек, плодов и семян лесных растений на одном дереве или на единице площади непо­средственно перед началом их массового созревания и заготовки (III фаза). Его проводят для определения хозяйственно возможного сбора, уточнения конкретных мест заготовки шишек, плодов и семян лесных растений, опе­ративного планирования объемов и финансирования заготовки, а также выявления причин, которые могут вызвать уменьшение или повреждение урожая.

Прогноз и учет урожая по фенологическим фазам проводят невоо­руженным глазом или с помощью бинокля на пробных площадях, закла­дываемых в каждой категории лесосеменньгх объектов, где в данный сезон практически возможен и хозяйственно целесообразен сбор лесосеменного сырья и семян. Пробные площади должны наиболее полно характеризовать семеношение соответствующего вида лесных растений в различных местах заготовки.

На объектах постоянной лесосеменной базы закладывают постоян­ные пробные площади или отбирают учетные деревья с выделением их в натуре. Во всех остальных категориях заготовки лесосеменного сырья (временных лесосеменных участках, лесосеках и т. п.) закладывают вре­менные пробные площади из расчета не менее 100 деревьев соответст­вующего вида на каждой.

При установлении сроков проведения наблюдений за семеношением можно использовать фенологические индикаторы. Так, индикатором для начала наблюдений за цветением сосны обыкновенной может служить цветение рябины обыкновенной или сирени обыкновенной; за цветением ели европейской - разгар цветения черемухи; за цветением дуба - цветение сирени. Вслед за сиренью обыкновенной зацветают, кроме сосны и дуба, бересклет бородавчатый, боярышник, жимолость татарская.

Прогноз и учет урожая семян, а также определение хозяйственно возможного сбора семян проводят с использованием соответствующих ме­тодик и шкал, разработанных для отдельных пород и регионов. Эти мате­риалы приведены в Указаниях по лесному семеноводству в Российской Федерации (2000 г.), которыми необходимо пользоваться в производствен­ной деятельности.