Особенности развития сеянцев сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) и лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) при использовании препарата «Гумирал» в лесных питомниках Среднего Поволжья

В настоящее время проблеме восстановления лесов особенно хвойных пород, таких как сосны обыкновенной (Pinns sylvestris L.) и лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) в условиях Среднего Поволжья уделяется повышенное внимание лесоводов. Одним из основных приемов искусственного ле-совыращивания является создание лесных культур, для закладки которых требуется значительное количество высококачественного посадочного материала. Поэтому проблеме выращиваемого посадочного материала уделяется огромное значение в системе современного лесовосстановления (Ведерников, 1991; Баркова, Романов, 1996; Родин, Родин, 1996).

Существующие приемы повышения качества выращиваемых сеянцев хвойных пород используют весь комплекс мероприятий: соответствующую обработку почвы, подготовку семян, рациональную технологию посева, интенсивный уход, применение средств защиты, стимуляторов роста растений и минеральных удобрений. Эти приемы при условии их грамотного применения обеспечивают получение стандартного посадочного материала. Однако на практике мы имеем, что основная часть крупных питомников в Среднем Поволжье была заложена в конце 60-х — 70-х годах прошлого века. В течение всех этих десятилетий питомники интенсивно эксплуатировались, применялись средства защиты растений в необоснованно завышенных нормах, да и сама технология выращивания сеянцев предусматривает вынос с территории питомника наиболее плодородного слоя почвы при выкопке посадочного материала, в результате этого баланс минерального питания и микрофлоры почвы был нарушен. Одно из последствий этого — накопление патогенов и широкое распространение в питомниках таких заболеваний сеянцев, как инфекционное полегание сосны и лиственницы (Ведерников, 1991,1992; Романов, 1994).

Оптимизации выращивания посадочного материала были посвящены многие исследования (Победов, 1972; Редько, Огиевский и др., 1983; Романов, 1994, и др. авторы). Эти исследования осложняются недостаточно благоприятными экологическими условиями лесных питомников, большим ассортиментом выращиваемых пород и их разными биологическими особенностями выращивания. Основными экологическими факторами, ограничивающими рост, развитие посадочного материала в питомниках Среднего Поволжья и создающими трудности при его выращивании, являются общий недостаток увлажнения и бедность почв.

Разработка методики выращивания сеянцев первого года жизни в питомниках и исследование взаимосвязей состояния растений с ритмичностью их роста, минерального питания молодых растений позволит усовершенствовать научно обоснованную систему питания сеянцев сосны и лиственницы и способы внесения минеральных и органо-минеральных удобрений.

При выращивании посадочного материала в лесных питомниках необходимо улучшить условия питания, чтобы выращивать биологически здоровые сеянцы и саженцы хвойных пород, стойкие против неблагоприятных условий внешней среды, способные хорошо приживаться на постоянном месте и давать хороший прирост.

Цель работы — определить экологически безопасные приемы комплексного применения минеральных удобрений, органо-минерального удобрения «Гумирал», стимуляторов роста растений, направленных на улучшение полевой всхожести, роста, содержание фотосинтетических пигментов и повышение устойчивости сеянцев сосны обыкновенной {Pinns sylvestris L.) и лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii Dyl.) к заболеваниям в посевном отделении питомника.

Задачи исследования:

1. Обосновать применение органо-минерального удобрения «Гумирал» и стимуляторов роста при предпосевной обработке семян сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева.

2. Охарактеризовать влияние минеральных, органо-минерального удобрения «Гумирал» и стимуляторов роста растений и способов их применения на биометрические показатели и содержание пигментов фотосинтеза в хвое сеянцев сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева в системе «фактор — эффект».

3. Оценить влияние минеральных, органо-минеральных удобрений, стимуляторов роста и их сочетаний, а также способов внесения на состояние сеянцев сосны и лиственницы первого года выращивания.

Организация исследований. Диссертационная работа выполнена в рамках бюджетной темы Филиала ФГУ ВНИИЛМ Татарская ЛОС «Технологии интегрированных лесозащитных мероприятий с использованием биологических и химических средств» (№ ГР 3,8/1) — программы приоритетных направлений развития науки в Республике Татарстан на 2001;2005 годы по направлению «Экологическая безопасность» (грант № 09−9.3−223 / 2005;Ф), а также при поддержке Министерства экологии и природных ресурсов Республики Татарстан, (№ 12-ЛХ 2003 г., № 12- ЛХ 2004., № 72-ЛХ 2005).

Научная новизна. В условиях лабораторного и полевого экспериментов установлены экологически оптимальные уровни внесения нового органоминерального удобрения «Гумирал», обеспечивающие максимальное развитие сеянцев сосны и лиственницы, устойчивость к инфекционному полеганию сеянцев и повышающие параметры минерального состава почв.

Изучено влияние минеральных, органо-минерального удобрения «Гумирал» и их сочетаний, стимуляторов роста на биометрические показатели и содержание пигментов фотосинтеза в хвое сеянцев сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева в условиях питомника.

Показано снижение негативного воздействия от инфекционного полегания сеянцев сосны и лиственницы в системе «фактор — эффект» в зависимости от вида и способа применяемых удобрений.

Практическая значимость. Рекомендуемые способы внесения органо-минерального удобрения «Гумирал» и минеральных удобрений, стимуляторов роста растений, а также способы подготовки семян позволяют улучшить качественные характеристики сеянцев сосны и лиственницы, уменьшают их гибель от инфекционного полегания, сводят к минимуму вмешательство в экологическую систему питомника.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Способы внесения, виды вносимых минеральных, органо-минеральное удобрение «Гумирал», а также стимуляторы роста оказывают положительное влияние на развитие сеянцев сосны и лиственницы.

2. Органо-минеральное удобрение «Гумирал», стимуляторы роста «Гибберсиб» и «Гумат натрия» положительно влияют на посевные качества семян, биометрические показатели проростков сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева, а также способствуют повышению их устойчивости к заболеваниям.

3. Применение удобрений и препаратов положительно влияет на агрохимические показатели почвы и обеспечивает восстановление плодородия питомника.

Личный вклад автора. Закладка и проведение полевых и лабораторных опытов, отбор и подготовка проб почвы и сеянцев, выполнение биохимических экспериментов, камеральные работы, статистическая обработка полученных результатов, их обобщение и формулирование выводов выполнялись лично соискателем. Агрохимические анализы почвы и анализ на содержание фотосинтетических пигментов выполнены при участии автора на оборудовании Центра защиты леса, селекционного семеноводства и химизации Агентства лесного хозяйства Республики Татарстан. За период исследования было обследовано около 120 образцов почвы, более 14 000 сеянцев сосны и лиственницы, у которых проведены около 98 000 измерений.

Публикации. Основные результаты исследований изложены в 6 печатных работах, в том числе в 1 статье в журнале, рекомендованном ВАК России.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях: «Проблемы использования, воспроизводства и охраны лесных ресурсов Волжско-Камского региона» (Казань, 2004 г.) — «Пути рационального воспроизводства, использования и охраны лесных экосистем в зоне хвойно-широколиственных лесов» (Казань, 2005 г.) — научнопроизводственных совещаниях: «Повышение устойчивости и продуктивности дубрав, опыт и перспективы выращивания насаждений лиственницы в европейской части России» (Чебоксары, 2005 г.) — «Проблемы использования и воспроизводства лесных ресурсов» (Казань, 2006 г.). Положения диссертационной работы изложены в научном отчете «Разработка и внедрение экологически чистых технологий с целью оптимизации интегрированной системы выращивания и защиты сеянцев от болезней основных лесообразующих пород в лесных питомниках Республики Татарстан», (№ 72-ЛХ 2005) — в гранте Академии наук Республики Татарстан по направлению «Экологическая безопасность», тема: «Оптимизация питания сеянцев сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева в связи с устойчивостью к болезням», (2005 г.), «Определение воздействия способов внесения и видов вносимых удобрений на биометрические показатели и отпад сеянцев сосны и лиственницы», (грант № 09−9.3−223 / 2005;Ф Казань, 2005) — в научном отчете по теме «Разработка научнообоснованных предложений по совершенствованию технологии выращивания хвойных пород на базе комплексной механизации с использованием средств химии» (Казань, 2006 г.).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 161 странице и включает введение, 5 глав, предложения производству, выводы, 52 таблицы, 26 рисунков, список литературы, включающий 159 наименований, в том числе 14 на иностранных языках и приложений.

выводы.

1. Использование органо-минерального удобрения «Гумирал» при предпосевной обработке семян сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева улучшает посевные качества и обеспечивает снижение гибели растений от болезней. Установлено, что использование раствора «Гумирал» в концентрации 0,1% при обработке семян сосны дает наилучшие результаты, для семян лиственницы — 0,05%. При совместной обработке семян фунгицидами и «Гумиралом» концентрацию раствора «Гумирала» целесообразно увеличить для семян сосны — до 0,2%, для семян лиственницы — 0,1%.

2. Для выращивания сеянцев сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева применение органо-минеральный препарат «Гумирал» в комплексе с минеральными удобрениями значительно улучшает рост и состояние сеянцев сосны и лиственницы. Показано, что применение «Гумирала» совместно с минеральными удобрениями как способом внекорневых, так и корневых подкормок, обеспечивает улучшение роста сеянцев (в среднем на 75%), содержания фотосинтетических пигментов в хвое (на 40%), кроме того снижается гибель сеянцев сосны и лиственницы от полегания (на 10−15%).

3. Проведена сравнительная оценка действия «Гумирала» и стимуляторов роста «Гибберсиба» и «Гумата натрия». Установлено, что использование стимуляторов роста обеспечивает улучшение роста сеянцев в среднем на 5−8%, содержания фотосинтетических пигментов в хвое — на 10%, при этом сохранность всходов от поражения болезнями практически не изменяется относительно контроля.

4. Оптимальным способом внесения минеральных удобрений и «Гумирала» в лесных питомниках на серых лесных почвах в условиях Среднего Поволжья является корневая подкормка. В этом случае наблюдается лучший рост растений, наибольший выход сеянцев, минимальная гибель от инфекционного полегания.

5. Комплексное применение «Гумирала» и минеральных удобрений обеспечивает формирование качественного посадочного материала сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева. Последействие внесения минеральных и органоминеральных удобрений прослеживается на второй год выращивания сеянцев, при этом сохраняются положительная динамика развития растений. При внесении комплекса «Гумирала» и минеральных удобрений корневым способом, в течение периода выращивания сеянцев, содержание элементов минерального питания растений и гумуса в почвах лесных питомников увеличивается в среднем на 10%.

5. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УДОБРЕНИЙ ПРИ ВЫРАЩИВАНИИ СЕЯНЦЕВ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ И ЛИСТВЕННИЦЫ СУКАЧЕВА (ЗАКЛЮЧЕНИЕ).

5.1 Эффективность применения «Гумирала» при предпосевной обработке семян.

До середины 80-х годов прошлого века для предпосевной обработай семян использовали различные по химическому составу контактные и системные фунгициды: гранозан, меркуран, фентиурам, тагам, каратан, ТМТД, беномил, БМК, витавакс, фундазол и др. (Наставление., 1982; Справочник по защите леса от вредителей и болезней, 1980; Рекомендации., 1976 и др.). В последние годы проведено испытание многих новых препаратов, в частности азотовита, бакто-фосфина, АПС и др. (Родин, 2000). В качестве перспективных протравителей семян сосны и лиственницы рекомендован ряд современных комплексных фунгицидов, содержащих вещества с различными механизмами действия, в состав которых входят также ПАВ и пленкообразователи: витавакс — 200, картоцид, раксил Т, фенорамсупер, а также адаптоген гумат натрия (энергум).В качестве других биопрепаратов для предпосевного замачивания семян нашли применение немедицинские антибиотики (например, фитолавин-100) (Петрухина, Гниненко, 1999). Однако в Списках 2004,2005 и 2006 гг. разрешенных к применению препаратов в лесных питомниках они отсутствуют, также как и биологический препарат трихо-дермин-БЛ, созданный в Белорусском НИИ защиты растений на основе грибов-антагонистов рода Trichoderma (Соколова, Семенкова, 1981; Сейкетов, 1982; Ко-сенко и др. 1994; Ведерников, 1994,1996,1997).

В других странах мира в качестве предпосевной обработки семян используют не только стандартные фунгициды и биопрепараты, но и экстракты из различных растений и грибов (Семенкова, Соколова, 1981; Бикетов, Сойтонг, 2002; Шатяев, 2004).

Кроме использования методов защиты семян в питомниках в той или иной степени находят применение также и иные агротехнические приемы, позволяющие получать здоровый посадочный материал. В России действует единый подход к применению любых пестицидов и агрохимикатов: они могут использоваться в практике только после их официальной регистрации и с регламентами, указанными в Списке пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению в Российской Федерации. Поскольку в настоящее время арсенал средств, разрешенных для применения в лесных питомниках крайне невелик, то нами проведены испытания новых препаратов или разрешенных для применения по другим видам растений (гибберсиб, гумат натрия), или в настоящее время отсутствующих в Списке (Гумирал). Нами сделана попытка повысить выход посадочного материала с помощью предпосевной обработки семян органо-минеральным удобрением «Гумирал».

На основании проведенных исследований 2003 — 2005 гг. по применению препарата «Гумирал» можно сделать следующее заключение:

1. Применяя препарат гумирал на семенах сосны обыкновенной, способом замачивания семян перед посевом следует использовать концентрацию раствора 0,05 -0,1%. При этой концентрации наблюдаются повышение посевных качеств, рост проростков и увеличиваются защитные функции. На семенах лиственницы Сукачева концентрацию раствора необходимо снизить до 0,05%.

2. Совместное применение фундазола и гумирала повышает концентрацию последнего, при которой улучшаются посевные качества семян сосны и лиственницы и происходит активация защитных свойств проростков к плесневению.

3. Лучшая экспозиция при применении гумирала как с фундазолом, так и без фундазола -12 час.

5.2 Влияние минеральных удобрений, органо-минералъного удобрения «Гу-мирал» и стимуляторов роста растений, способов их применения на рост сеянцев и повышение устойчивости к заболеваниям.

Получение высококачественного посадочного материала предполагает создание оптимума условий выращивания, т. е. комплекса внешних факторов, который позволит проявиться потенциальным возможностям роста растений. Одним из важнейших факторов среды, влияющих на все процессы энергои массообмена в растениях, является минеральное питание, которое характеризуется интенсивностью потребления каждого элемента питания растением в единицу времени, представленной для всего периода роста растения, и соотношением потребляемых растением элементов во время вегетации (Лавриченко, 1977; Ниловская, 1978).

Существующие в настоящее время подходы к поиску оптимального соотношения питательных элементов в среде немногочисленны: физиологический, факториальный и метод систематических вариант. Физиологический метод базируется на определении количественного соотношения основных элементов питания в тканях хорошо растущих растений в течении периода вегетации и выноса питательных веществ растениями.

Факториальный метод в упрощенном варианте сейчас наиболее широко распространен в лесном хозяйстве. Он основан на законе минимальных факторов, и при его использовании влияние возрастающих доз каждого элемента изучается отдельно, независимо от суммы всех элементов питания.

Метод систематических вариант не получил экспериментального подтверждения и убедительного теоретического обоснования.

Обзор методов определения оптимального удобрения растений показывает, что существует реальная возможность усовершенствования методики проведения данных опытов путем объединения физиологического и факториального методовпри этом для определения доз внесения удобрений устанавливается потребность растений в каждом из элементов минерального питания, рассчитываются их соотношения, а затем и опытные дозы внесения удобрений, в которых соотношения между элементами минеральной пищи остаются постоянными. Нами была предпринята попытка выяснить это экспериментальным путем.

На основании проведенных работ по оптимизации питания сеянцев сосны обыкновенной и лиственницы Сукачева было установлено:

1. Максимальный рост сеянцев получен при совместном применении гумирала 0,1% и минеральных удобрений внесенных в виде корневых подкормок.

2. Внекорневая подкормка в варианте гумирал 0,1% и минеральных удобрения на сеянцах оказала меньшее влияние на их рост.

3. Совместное применение гумирала и минеральных удобрений при корневом способе внесения максимально повышает устойчивость сеянцев к инфекционному полеганию, внекорневой способ применения минеральных удобрений и гумирала оказывает более слабое влияние на рост и устойчивость.

4. Последействия внесения удобрений и гумирала прослеживается и на второй год роста сеянцев сосны и лиственницы, причем корневой способ применения оказывает большее влияние по сравнению с внекорневым способом.

5. Стимуляторы роста гумат натрия и гибберсиб лишь незначительно увеличивают рост сеянцев, и практически не увеличивают устойчивость сеянцев к полеганию.

5.3 Повышение содержания фотосинтетических пигментов с помощью минеральных удобрений, органо-минерального удобрения «Гумирал» и способов их применения.

Влияние минерального питания на фотосинтез и дыхание в высшей степени многообразно. На почвах без одностороннего недостатка каких-либо элементов снабжение минеральными веществами играет меньшую роль, чем климатические факторы, и все же путем искусственного внесения питательных веществ почти всегда можно повысить продуктивность фотосинтеза. Элементы минерального питания могут влиять на интенсивность углеродного обмена или прямо, или косвенно, через конструктивный обмен веществ и рост. Прямое действие на фотосинтез и дыхание связано с тем, что минеральные вещества входят в состав ферментов и пигментов или непосредственно участвуют в процессе фотосинтеза в качестве активаторов (Лархер, 1978). Суммируя вышесказанное можно утверждать, что от количества внесенных удобрений и препаратов зависит количество * пигментов фотосинтеза и чем их содержание выше в растении, тем быстрее это растение развивается.

На основании проведенных исследований можно утверждать, что применение минеральных удобрений, органо-минерального препарата гумирал, стимуляторов роста растений гибберсиба и гумата натрия, значительно повышает содержание пигментов фотосинтеза в хвое сеянцев, причем максимальное повышение наблюдается у варианта с совместным применением минеральных и органомине-ральных удобрений, как в виде корневой так и виде внекорневой подкормок. Это подтверждается работами Нагорной (1968, 1974), где утверждалось, что от содержания пигментов зависит и в том числе устойчивость растений к неблагоприятным условиям среды и болезням.

Кроме того, минеральное питание сказывается на газообмене, влияя на реакции устьиц, на анатомическое строение, размеры и продолжительность жизни листьев и прежде всего на количество листовой ткани (Лархер, 1978).

5.4 Влияние удобрений и препаратов на агрохимические показатели почвы.

Основным источником питательных веществ для растений является почва. Органические и минеральные удобрения служат дополнительным источником улучшения условий питания растений. В настоящее время основным методом установления оптимальных доз удобрений является полевой опыт. Эффективность использования удобрений зависит от почвенно-климатических условий и особенностей погодных условий каждого вегетационного сезона, уровня агротехники (севообороты, система обработки почвы, сроки и способы посева, уход за посевами и т. д.). Учесть взаимодействие этих факторов и их влияние на рост и развитие растений, эффективность удобрений можно только в полевых опытах с удобрениями, на основе которых решаются все основные вопросы рационального применения удобрений.

На основании проведенных работ по изучению влияния минеральных удобрений, органо-минерального препарата «Гумирал» и стимуляторов роста, примененных в опыте, установлено, что плодородие почв в результате многократного (4-х кратное внесение), приблизилось к оптимальным значениям для данного типа почвы. Однако содержание гумуса в почве практически не увеличилось, что говорит о том, что с помощью одних химических удобрений содержание гумуса не повысить. Хотя нами и было применено органо-минеральное удобрение «Гумирал» эффективность его на содержание гумуса почвы практически не прослеживается. Это объясняется небольшими дозами этого удобрения для повышения плодородия. Однако и заметного снижения содержания гумуса в почве не наблюдается. Можно предположить, что при увеличении дозы этого препарата возможно увеличение содержания гумуса почвы. Как известно почти 98% биоэлементов в почве содержится в органических остатках, гумусе и труднорастворимых неорганических соединениях или входит в состав минералов. Этот резерв питательных веществ, который очень медленно мобилизуется в результате минерализации гумуса и процессов выветривания (Jlapxep, 1978). В нашем случае на почвах питомников практически отсутствуют растительные остатки, и кроме того, ежегодно самая плодородная часть почвы выносится вместе с сеянцами за пределы питомника. Поэтому без внесения органического или органо-минерального удобрения происходит деградация почвы.

5.5 Эффективность применения минеральных удобрений, органо-минерального удобрения «Гумирал», стимуляторов роста растений при различных способах их применения.

Расчеты показали, что даже при неблагоприятном по погодным условиям 2005 году, применение рекомендованных способов и видов, применяемых минеральных, органо-минерального удобрения «Гумирал» и стимуляторов роста растений позволяет получить условную экономию на 1 тысячу сеянцев при корневом способе внесения препаратов на сеянцах сосны 164 рубля 80 копеек, внекорневом способе- 158 рублей 48 копеек.

5.6 Предложения производству.

1. Наряду с общеизвестными способами подготовки семян к посеву применять органо-минеральное удобрение «Гумирал» путем замачивания семян сосны на 10−12 часов при концентрации «Гумирала» 0,1%, на семенах лиственницы — 0,05%. После этого, семена просушить до сыпучего состояния и обработать фунгицидами.

2. Применять корневые подкормки минеральными удобрениями совместно с органо-минеральным препаратом «Гумирал» 0,1%- 0,2% не менее 3−4 раз за вегетацию. Причем в первую половину вегетации использовать полное минеральное удобрение, а во вторую половину исключать азотные удобрения. Расход рабочего раствора не менее 1000 литров на 1 га, рабочая жидкость должна попадать не на сеянцы, а в междурядья. Нами использовался для этих целей тракторный штанговый опрыскиватель, у которого снимались распылители.

3. Сеянцы сосны и лиственницы отличаются разной потребностью в минеральном питании. Наиболее требовательны к плодородию почвы сеянцы лиственницы, это необходимо учитывать при размещении посевов на питомнике и при проведении подкормок. Желательно, на сеянцах лиственницы, проведения подкормок с большей концентрацией раствора или большим количеством подкормок до 5−6 за ротацию, с интервалом не менее 7−10 дней.

4. Как показали исследования альтернативы замены органических удобрений в настоящее время не существует. Однако при применении органо-минеральных удобрений при выращивании сеянцев дальнейшей деградации плодородия почв не происходит, поэтому рекомендуется внесение этих препаратов при проведении подкормок.